土壤的功能范文

导语：如何才能写好一篇土壤的功能，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】： 城市土壤；凋落物；生态功能；人类活动

【引言】：随着城市化和工业化的进程，城市空间的急速膨胀和强烈的人类活动明显影响着生态系统服务，导致了城市森林的自然生态系统服务的退化[1]。由于城市建设过程中的人为干扰，使得城市土壤贫瘠化、土壤通透性低、土壤速效养分含量少，导致城市绿化树木生长发育不良，甚至死亡。随着城市的发展，城市森林凋落物量剧增，而城市绿地管理养护中，凋落物仅作为一种固体废弃物，进行清扫、填埋或焚烧处理[2]。人为地去除凋落物会造成如降低土壤肥力、破坏土壤理化性质、增加地面径流和雨水侵蚀和降低生物多样性等生态影响。了解城市森林凋落物对土壤的生态功能及如何更好地利用凋落物，对保护城市生态环境具有重要的实际意义。

1、存在问题

1.1 城市土壤特有性质

城市土壤受人为活动的影响强烈，使得城市土壤中掺入大量渣砾和硬化材料，这将影响着城市土壤物理、化学、生物学特性和污染状况[1]。如土壤紧实，碎石、玻璃和木屑等外源侵入物含量高，使得土壤pH偏碱性，有机质含量低和生物活性低等[3]。因此，用传统的土壤学观念来指导城市森林土壤的生产和经营活动并不合适。

1.2 城市凋落物概况

随着城市的发展，城市森林绿地凋落物量剧增，但通常出于市容环境管理的要求，城市凋落物往往被视为城市固体废弃物，多被清扫收集运走处理，导致凋落物的积累明显低于乡村自然林地[2]。这不仅打破了树木与土壤间的物质循环，使土壤肥力得不到自我维持，土壤质量下降，制约了城市绿地生产力的提高，导致城市绿化树木生长发育不良，甚至城市森林大片死亡[2]。人为清扫处理凋落物还增加了市容环境管理的压力，填埋和焚烧等处理手段本身也会带来特殊的生态影响。

2、 凋落物对城市土壤的生态功能

2.1 凋落物能提高城市土壤养分

凋落物作为植物与土壤的中间环节[4]，是城市土壤自肥能力的来源。城市中有植被覆盖区域的土壤肥力明显高于无植被覆盖区域。研究表明，凋落物平均每增加100g・m-2，土壤有机质、N、P 和K的含量分别提高17.9%、7.6%、26.4%和3.8%。凋落物在增加土壤养分总量的同时，还可以通过增加土壤的氨化、硝化、氮净矿化速率，使土壤中可利用的养分含量增加，研究表明：土壤添加凋落物后，碱解氮、有效磷和速效钾含量相比无枯落物时分别增加0.8%～9.2%、5.2%～19.1和2.6%～4.4%[5]。

2.2 凋落物能阻止除草生长

凋落物是生境的重要组成部分。凋落物覆盖能阻止土壤表面杂草种子得到光照，限制土壤种子的萌发和植株形态的形成。覆盖层下杂草种子在萌发过程中，在穿透覆盖物得到光照时，已耗尽贮存的碳水化合物[4]。王俊等[5]研究了凋落物覆盖对藜蒴种子（Castanopsis fissa）萌发，表明掩埋显著抑制了藜蒴种子萌发及形成幼苗的过程，随掩埋深度的增大，这种抑制作用越明显。

2.3 凋落物能改善土壤物理性质

凋落物主要通过缓冲人为踩踏、减少地表径流等物理方式改善土壤性状，如降低土壤容重、有效调节土壤pH值、降低土壤中的盐基总量等[4]。研究表明，凋落物能使土壤容重平均降10%左右，总孔隙度增大10%～20%，树种不同，改良结果也会存在一定的差异。凋落物分解缓慢，其未分解时，与土壤紧密接触，可以降低地表温度[2，4]。凋落物的涵养水源功能也不可忽视。一方面，凋落物通过增加土壤有机质， 改善土壤结构，提高土壤非毛管孔隙度，贮存更多的水量[2]。另外，凋落物具有较强的吸水能力，可增加土壤持水量，减少地表径流量[4]。

2.4城市凋落物能吸附城市污染物质

城市土壤中重金属含量主要受母质和外源输入影响。研究表明，城市土壤中重金属含量一般比周围森林土壤要高。另外，凋落物分解缓慢，能长时间地吸附这些城市污染物，不利于污染物质的扩散。

2.5凋落物能为土壤动物提供庇护

凋落物层是许多昆虫等小型野生动物的栖息地。贾朋等对长岗山原生动物群落调查时发现，占总数94.99%的土壤原生动物集中在凋落物层，呈现很强的“表聚性”特点。王军等对广州市长岗山自然保护区逐月调查表明城市森林的凋落物层蕴藏着丰富的土壤动物类群和数量。这和凋落物层生境条件良好，尤其是水和氧气含量充分有关。

3 、城市凋落物利用建议

3.1 原地保护

借鉴自然植被的生态过程，在城市绿地中，可以通过建设栅栏或树池的方式保持枯枝落叶的自然形态，自然分解利用[4]。这种自然分解方式不但省时省力，还为绿地系统提供了自然肥力，给野生的动植物提供有利的生存环境，保证了绿地系统的物种多样性。

3.2 粉碎覆盖

树干和树枝分解较慢，将收集起来的凋落物剔出垃圾，切割粉碎后的木片和木屑覆盖在绿地土壤表面，不仅有利于分解，也具有增加土壤有机质和营养物质、抑止杂草、减少土壤侵蚀、降低大气悬浮物等生态功能。在覆盖厚度2 cm左右的情况下，一般覆盖一年能分解70%左右，可以明显改善绿地土壤质量。

结语

城市是以人类活动为主的生态系统，人为因素对于植物生长的影响不可忽视。城市土壤存在着许多不利于植物生长的特性，但通过园林养护和人为调控可以改善城市生态环境，维持和增强城市森林的生物多样性。

【参考文献】：

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篇2

（1杭州市植保土肥总站，杭州310020；2建德市农业局，浙江建德311600；3萧山区农业局，浙江萧山311200）摘要：比较了国内外常用的3 种结构改良剂（聚丙烯酰胺、β-环糊精和腐殖酸）对促进粉砂质涂地土壤水稳定性团聚体形成的效果，分析了应用结构改良剂对土壤养分供应能力的影响。结果表明，施用3种结构改良剂均可在一定程度上促进水稳定性团聚体的形成，水稳定性团聚体的数量随改良剂用量增加而增加。3 种改良剂对水稳定性团聚体的改良效果由高至低顺次为：聚丙烯酰胺>β-环糊精>腐殖酸。聚丙烯酰胺和β-环糊精的适用量以0.20%为宜。施用腐殖酸对土壤氮、磷、钾养分供应影响不明显；但聚丙烯酰胺和β-环糊精可明显改变土壤养分的供应状况。对于施肥后再施用改良剂的土壤，土壤释放养分的能力有一定的减弱；而对于施改良剂后再施肥料，土壤对化肥中养分的吸持能力减弱，供肥能力增加。

关键词 ：结构改良剂；砂质土壤；水稳定性团聚体；养分供应能力

中图分类号：S153 文献标志码：A 论文编号：2014-0464

Effects of Amendments on Formation of Water-Stable Aggregates and

Supply Capacity of Nutrients in Silty Coastal Soil

Xie Guoxiong1, Ji Shufeng1, Kong Zhangliang2, Ying Jinyao3

(1Hangzhou Plant Protection and Soil-fertilizer Station, Hangzhou 310020, Zhejiang, China;2Agricultural Bureau of Jiande City, Jiande 311600, Zhejiang, China;3Agricultural Bureau of Xiaoshan District, Xiaoshan 311200, Zhejiang, China)

Abstract: A pot incubation experiment was conducted to compare the effects of three structure modifiers(polyacrylamide, β-cyclodextrin, and humic acid), used widely at home and abroad, on formation of waterstableaggregates and supply capacity of nutrients in a silty coastal soil. The result showed that application ofeach of three structure modifiers could improve the formation of water-stable aggregates in the soil, and theamounts of >0.25 mm water-stable aggregates in the soil increased with increasing the rates of the modifiers.The improved effects decreased in the order of polyacrylamide > β-cyclodextrin > humic acid. The optimaldosage of polyacrylamide and β-cyclodextrin for modifying soil structure was about 0.20%. Application ofhumic acid had no significant effect on supply capacity of nutrients in the soil. However, application ofpolyacrylamide and β-cyclodextrin could change supply capacity of nutrients in the soil. The soil, added withmodifiers after application of chemical fertilizers, had weaker supply capacity of nutrients as compared withcontrol without application of any amendments. While the soil, added with chemical fertilizers afterapplication of modifiers, had stronger supply capacity of nutrients as compared with control.

Key words: Structure Modifiers; Sandy Soil; Water-Stable Aggregate; Supply Capacity of Nutrients

0 引言

土壤结构稳定性是土壤理化性状中一个非常重要的参数，其不仅影响植物生长所需的土壤水分和养分的储量与供应能力，而且还左右着土壤中气体交流、热量平衡、微生物活动及根系的延伸等。水稳定性团聚体的数量可反映土壤结构的稳定性[1-2]。在农业生产中，通过各种途径提高土壤结构的稳定性将有助于提高土壤的生产力。滨海涂地是浙江省重要的土地资源，其土壤质地和化学性质有较大的空间变化，其中分布在钱塘江两岸的涂地主要呈（粉）砂质[3]。这些土壤因质地较轻，缺乏无机胶体，土壤有机物质低，土壤多呈散粒状，在降雨时极易受到冲刷，发生显著的水土流失。因这些土壤缺乏对有机质保护的矿物胶体，有机物质的矿化速率高，进入土壤的有机物质可在短时间内矿化，有机质不易积累，因此采用常规的施有机肥的方法较难提高这些土壤的水稳定性团聚体，改善土壤的结构性。土壤结构改良剂的研究至今已有一百余年的历史，目前土壤结构改良剂主要应用于美国、俄罗斯、利比亚、科威特、比利时等石油产品丰富的国家，中国随着化学工业的发展近年来也逐渐重视。已经研究与应用的结构改良剂包括天然土壤结构改良剂和人工合成土壤结构改良剂二大类，前者包括腐殖酸类、多聚糖类、纤维素类、木质素类等，后者包括聚乙烯醇类、聚丙烯酰胺(PAM)类、沥青乳剂和聚丙烯腈等[4-6]。这些改良剂在土壤中有较高的稳定性，毒性弱，试验应用中都显示出一定的效果，可有效改善土壤结构、提高土壤蓄水能力、提高土温、增强抗蚀性[7-13]。浙江省土壤改良研究已有较长的历史，但以往的研究中多采用施用有机肥、石灰和客土法来改善土壤结构性，针对不同土壤结构改良剂对土壤结构性影响研究不多。而一些高分子类的改良剂目前在中国也多用于北方地区的土壤改良[7-9]。为了探索这些改良剂是否适于浙江省砂质土壤的改良，笔者选择了国内外常用的3 种结构改良剂（聚丙烯酰胺、β-环糊精和腐殖酸），研究其对粉砂质涂地土壤水稳定性团聚体形成的效果，分析了应该结构改良剂对土壤养分供应能力的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试土壤供试土壤质地呈粉砂质，土壤类型为淡涂砂（属潮土），采自杭州市萧山区。采集土壤为耕作层，采样深度0~20 cm。土样经风干混匀后用于试验，土壤理化性状见表1。

1.1.2 供试改良剂供试改良剂包括PAM、β-环糊精和腐殖酸。PAM是一种人工合成的水溶性高分子有机聚合体，呈白色颗粒；β-环糊精是由直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的含7个葡萄糖单元的环状低聚糖类物；腐殖酸是以泥炭、褐煤为原料制成的褐腐酸钠，是一类多环稠环有机化合物，其结构类似土壤腐殖质。

1.2 试验设计与方法

试验因素包括结构改良剂种类、结构改良剂用量、化肥与改良剂施用次序等3 方面。结构改良剂种类包括PAM、β-环糊精和腐殖酸等3 种；结构改良剂用量（以干土为基准）设0.05%、0.10%、0.20%和0.50%，同时设不施结构改良对照；化肥与改良剂施用次序包括先施肥后施改良剂与先施改良剂后施肥等2 种，施入NH4-N、NO3-N、PO4-P 和K等养分（以干土为基准）数量分别为25、25、30、30 mg/kg，相应的化肥分别为氯化铵、硝酸钠、磷酸二氢钙和氯化钾。共有25 个处理，每一处理重复3次。

试验在直径25 cm 高20 cm 的塑料容器中进行，用土量各为3.5 kg。供试土壤改良剂施用量和肥料用量根据设定的比例与土壤实际重量计算。对于先施肥料后施改良剂的处理，先将肥料与土壤充分混匀后，加入适量的水，使土壤含水量达到田间持水量的75%左右，装入培养容器中，培养1 周后，再与需加入的改良剂混匀，重新装盆；对于先施改良剂后施肥料的处理，先将改良剂与土壤充分混匀后，加入适量的水，使土壤含水量达到田间持水量的75%左右，装入培养容器中，培养1 周后，再与需加入的肥料混匀，重新装盆；重新装盆后继续培养2 个月，其间，在土表覆3 层砂布以防止加水直接冲刷土壤，培养期间根据重量法加入去离子水使土壤含水量保持在相当于田间持水量的70%~80%。培养2 个月后，利用环刀法测定密度，用湿筛法测定水稳定性团聚体；部分土壤经风干后过2 mm土筛用于有效养分的测定。

土壤pH用电位计测定，土水比为1∶2.5；土壤密度用密度圈测定[14]；土壤中的有机碳用重铬酸钾外加热法测定；NH4-N、NO3-N用2 mol/L KCl 提取，纳氏试剂比色法和紫外分光光度法测定[15]。土壤有效磷(OlsenP)用0.5 mol/LNaHCO3(pH 8.5)溶液提取，比色法测定[14]；速效钾用1 mol/L 醋酸铵提取[14]；钾用火焰光度计法测定。数据采用Microsoft Excel 2003 软件处理，本研究数据为3个重复分层土样分析结果的平均值。

2 结果与讨论

2.1 土壤密度

化肥与改良剂施用次序对土壤密度与土壤水稳定性团聚体的组成影响均不明显，故在研究改良剂施用对土壤密度与土壤水稳定性团聚体影响分析时，把先施肥后施改良剂与先施改良剂后施肥等2 类试验结果合并统计（表2）。施用改良剂后，土壤密度有所下降（表2），所有施用改良剂的土壤密度均低于对照土壤(1.62 g/cm3)，这一结果表明施用结构改良剂可增加内部孔隙，改善土壤通气性。其中，当改良剂用量在0.10%以上时，土壤密度都显著低于对照处理。当结构改良剂用量为0.05%时，只有施用腐殖酸的处理土壤密度显著低于对照土壤。总体上，改良剂降低土壤密度的效果是腐殖酸>β-环糊精>PAM。

2.2 土壤水稳定性团聚体

表2结果表明，施用3种结构改良剂均显著提高了土壤中的大粒径团聚体。当相同数量的改良剂被应用时，对水稳定性团聚体的增加效果是PAM>β-环糊精>腐殖酸。土壤经不同浓度的PAM处理后，大团聚体随PAM浓度的增大而有很大程度的增加，对照土壤因缺乏胶结物质，基本上无>5 mm的水稳定性团聚体，但当施用0.05%PAM后，已出现了约4%的>5 mm的水稳定性团聚体；当PAM 施用浓度增大至0.10%和0.20%时，>5 mm的水稳定性团聚体呈成倍增加，当PAM的施用量从0.20%至0.50%时，>5 mm的水稳定性团聚体增幅有所减缓。同样，对于>2 mm和>0.25 mm水稳定性团聚体，当PAM施用量在0.20%以内时，其增幅非常明显，当PAM施用量从0.20%增至0.50%时，水稳定性团聚体的增幅逐渐减缓。这表明对于研究土壤，添加0.20%浓度的PAM已足够维持其较高的水稳定性团聚体的数量。施用β-环糊精对土壤各粒级水稳定性团聚体的影响的变化趋势基本上与施用PAM相似，其合适的用量也约为0.20%，但施用β-环糊精增加土壤水稳定性团聚体的幅度均低于PAM，特别是其对>5 mm团聚体的影响明显小于PAM。施用腐殖酸对>5 mm和>2 mm水稳定性团聚体形成的促进作用相对不明显，特别是当其添加浓度低于0.10%时，几乎对>5 mm和>2 mm水稳定性团聚体没有影响，但对于>0.25 mm水稳定性团聚体的形成影响较为明显，这说明施用腐殖酸对2.00~0.25 mm 粒级的团聚体形成影响较大。但施用腐殖酸的水稳定性团聚体的数量也只有施用PAM团聚体的一半略多。水稳定性团聚体随腐殖酸浓度的增加似乎没有像施用PAM和β-环糊精在高浓度时减缓的现象，前者随浓度增加呈直线增加。

2.3 土壤有效养分

从表3和表4的分析结果可知，先施肥后施改良剂与先施改良剂后施肥这2 类处理的土壤养分随结构改良剂施用与否及改良剂施用量增加的变化趋势并不相同。对于先施肥后施改良剂的处理，与对照比较，添加PAM和β-环糊精等2 种结构改良剂后，土壤中NH4-N、NO3-N、有效磷和速效钾含量呈现下降趋势（表3），下降程度随改良剂添加量的增加而呈现增加。但添加腐殖酸对养分影响不明显。而对于先施改良剂后施肥的处理，与对照比较，添加PAM和β-环糊精等2 种结构改良剂后，土壤中NH4-N、NO3-N、有效磷和速效钾含量呈现增加的趋势（表4），上升程度随改良剂添加量的增加而呈现增加。导致二者差异的原因可能是结构改良剂与土壤、养分间发生了一定的作用。

3 讨论

以上研究结果表明，施用改良剂后土壤密度有所下降，改善了土壤通气性，这显然与改良剂改变了土壤结构组成有关。有研究表明[16]，土壤结构改良剂多属于保水剂，它们可导致土壤体积膨胀，降低土壤密度。孙云秀等[17]的田间试验表明，地表喷施土壤结构改良剂，可降低密度0.01~0.03 g/cm3，增加孔隙度8.0%~8.3%。汪德水[18]的试验表明，施用干土重量0.05%~0.30%的PAM可降低密度6%~10%，增加透气性0.20~3.53倍。

施用3 种结构改良剂均显著提高了土壤中的大粒径团聚体，但不同改良剂的作用效果有所差异，并随改良剂施用量的变化而变化。腐殖酸对土壤水稳定性团聚体形成的促进作用不及PAM和β-环糊精，可能与腐殖酸的分子链相对较短有关。PAM和β-环糊精为典型的高分子化合物，由于它们的分子量高，单个分子链上所能结合的土壤颗粒越多，因此形成的聚合物的稳定性较高。它们与土壤物质的作用机理可能与这些改良剂含有羧基、羟基、胺基、磺酸基、季铵盐基等，可通过氢键、范德华力或通过阳离子桥等与土壤颗粒结合[16]。Wallace 等[19]认为高分子化合物与分散的土壤颗粒之间可通过以吸附、缠绕、贯穿或形成化学键等方式捕捉分散土粒使之凝聚成团粒，它使土壤大团聚体数目增加，并且使土壤形成体积很大的絮团，增加土壤表面粗糙度。

试验表明，先施肥后施改良剂与先施改良剂后施肥这2 类处理的土壤养分随结构改良剂施用与否及改良剂施用量增加的变化趋势并不相同。导致二者差异的原因可能是结构改良剂与土壤、养分间发生了一定的作用。对于先施肥后施改良剂的处理，首先是养分与土壤发生作用，土壤对养分发生了一定的吸附作用，之后添加的改良剂覆盖在含有肥料的土壤外部，起到了土壤养分与提取剂之间的隔离作用，减弱了土壤养分的释放强度，这种作用类似于缓释肥料。相反，对于先施改良剂后施肥的处理，首先是土壤与改良剂发生了作用，改良剂在土壤表面形成的一层保护膜，减弱了之后加入的肥料中养分离子与土壤的作用。由于改良剂添加量越高，形成的保护膜越厚，隔离作用越明显，导致了土壤养分释放强度随改良剂用量的增加而增加。这种效应与有人建议在磷肥中加入一些有机肥或高分子化合物可以降低土壤对磷的固定、增加磷肥利用率的原理相同[20]。但当土壤对肥料中养分固定、吸持作用较弱时，可能也会加速养分的淋失损失[20]。而腐殖酸的作用不明显，可能与腐殖酸的这种隔离作用不明显的关，特别是有效磷的提取剂对腐殖酸也有一定的提取效果。

4 结论

研究结果表明，聚丙烯酰胺、β-环糊精和腐殖酸等3 种结构改良剂均可在一定程度上促进粉砂质涂地土壤水稳定性团聚体的形成，水稳定性团聚体增加数量随改良剂用量增加而增加。对水稳定性团聚体的改良效果由高至低顺次为：聚丙烯酰胺>β-环糊精>腐殖酸。在研究的改良剂施用范围内(0~0.50%)，聚丙烯酰胺和β-环糊精的适用量以0.20%为宜，而水稳定性团聚体随腐殖酸用量增加呈线性增加。施用聚丙烯酰胺和β-环糊精可明显改变土壤养分的供应状况。对于施肥后再施用改良剂的土壤，土壤释放养分的能力有一定的减弱；而对于施改良剂后再施肥料，土壤对养分的吸持能力减弱，供肥能力增加。但施用腐殖酸对土壤氮、磷、钾养分供应影响不明显。

参考文献

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篇3

【关键词】土壤微生物 环境胁迫 响应机制

作为生态安全系统的重要组成部分，土壤生态系统在微生物作用下充分发挥自身的生态功能。尤其在环境问题比较突出的背景下，生态系统稳定性很大程度上由微生物胁迫能力进行反映。因此通过通过生态系统稳定性受土壤微生物影响分析、环境胁迫影响以及土壤微生物对环境胁迫响应的关系研究响应机制具有十分重要的意义。

一、土壤生态系统稳定性受土壤微生物影响分析

在分析土壤生态系统稳定性受土壤微生物影响过程中，首先需提及微生物的多样性特征。根据以往学者分析，认为系统中的能量在发生流动或物质进行循环的过程中，微生物发挥着不可替代的作用，能够对生态系统功能进行维持。但从方法学角度，微生物影响机制受其自身多样性特点影响仍有待于明确。对此在长期研究与实践中对其多样性生命层次进行总结，具体氛围群落内生物多样性、群落之间的多样性以及不同区域所表现的多样性特点。而研究中的土壤生态系统稳定性主要指在外界环境干扰下系统能够从结构、功能等各方面保持稳定性且具有一定的恢复能力与抵抗能力。以往在土壤真菌多样性试验过程中可发现系统的稳定程度会随多样性的丰富程度逐渐升高。再如Wittebolle所研究的系统稳定性受反硝化细菌群落的影响，发现微生物均匀程度以及物种的丰富度也会产生重要的作用。

二、土壤生态系统稳定性受环境胁迫的影响分析

（一）环境胁迫中土壤微生物响应分析

对环境胁迫的概念可理解为生物体生存过程中环境所带来的压力，或生态系统在环境影响下的发展受到一定的约束，通常表现为UV-B辐射、盐碱胁迫、干旱胁迫以及冷害胁迫等。从土壤生态系统角度，其环境胁迫主要来源于土壤污染，特别在重金属污染方面，对微生物群落结构与微生物数量等造成严重影响，不利于土壤生态系统功能的发挥。也因如此，许多学者对重金属影响进行一系列分析，如针对氮循环微生物，可将土壤添加其中并培养一段时间，其中土壤在汞浓度梯度方面不同。通过试验发现硝化潜势随汞浓度的提高而逐渐减弱，证明贡胁迫下这种微生物在功能上能够自行恢复。另外，生态系统稳定性的反应也可通过微生物对一次干扰响应与二次干扰响应表现的不同特征进行反映。根据试验可发现一次胁迫与二次胁迫在因子上具有极高的相似程度，能够形成协同耐受性。而二者关系在一定条件下又表现出很大的差异，其原因在于响应上的不同。若对环境胁迫响应的类群消失后，便会出现新的类群，这些类群所表现的特征很容易对胁迫产生耐受性。

（二）以定量描述的方式分析

由前文可知，土壤微生物对其生态系统稳定性能够产生很大的影响，这就要求利用定量的方式对环境扰动与系统稳定性间的关系进行描述。其中生态系统的恢复能力与抵抗能力计算中可利用样品在环境扰动前后所表现的不同进行比较，并利用相应的计算公式如土壤间差异、土壤在扰动下的变化以及综合计算方式等。通过这种定量描述方式，微生物多样性与土壤生态系统稳定性间存在的数量关系能够得到正确的分析与判断。

三、土壤微生物对环境胁迫响应机制分析

（一）从抗性基因与微生物水平转移角度

从前文中重金属对土壤微生物的影响可分析，其恢复能力与抵抗能力的产生主要受四方面因素影响，即：第一，原有敏感性物种逐渐被耐受性物种所取代。第二，重金属中具有抗性特征的基因会发生水平转移。第三，抗性物种很可能受遗传变异的影响而出现。第四，重金属生物有效性的逐渐降低。通过一定的试验研究便可推出土壤微生物群落多样性与其自身结构很容易受抗性基因与微生物的水平转移而影响，这样环境胁迫下的微生物群落在恢复能力以及抵抗能力等方面将逐渐提高。

（二）从功能冗余角度

功能冗余常发生在土壤微生物群落中，其具体指为物种的生态功能在一定条件下可能发生重叠情况，在一类群消失后，生态系统功能会在新类群作用下仍能够保持正常状态。很多情况下，受环境扰动影响，微生物群落结构很可能发生改变，这时功能冗余的作用将充分发挥出来以确保群落的正常功能得以维持。因此有试验研究表明，尽管环境胁迫影响下微生物群落可能无法以较快的速度向其初始状态进行恢复，但生态系统不会受其变化影响。其原因在于新微生物群落与原有微生物群落存在重叠的功能冗余单元，而且群落整体水平不会受群落内部功能单元的不同受到影响，这样对土壤生态系统稳定性不会造成影响。

四、结论

在分析环境胁迫下土壤微生物的响应机制过程中，应注意结合土壤生态系统稳定性受土壤微生物影响、土壤生态系统稳定性受环境胁迫的影响分析，从而确定土壤微生物对环境胁迫响应机制。除文中所分析的响应机制外，也存在其他机制如生物细胞在环境胁迫下发生的变化等。因此实际研究过程中对响应机制的分析应不断完善，确保其能够为土壤污染修复工作提供参考依据。

参考文献：

[1]蔡丽平.崩岗侵蚀区先锋植物类芦对环境胁迫的生理生态学响应机制[D].福建农林大学，2012.

篇4

关键词：绿地土壤；重金属；环境质量评价；长春市

中图分类号：X825文献标识码：A文章编号：0439－8114（2011）12－2421-03

Heavy Metal Pollution in Green Space Soil of Chaoyang District, Changchun City

LIU Gang，JIN Yan－ming，HU Hao

（Graduate School of Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China）

Abstract： To investigate the soil heavy metal pollution status of several important function zones in Chaoyang district， Changchun city， 15 soil samples were collected from community， schools， squares， parks and street． Analyses on physicochemical properties including pH， soil organic matter， available N， available P and available K were conducted． The content of heavy metals（Cu，Zn，Pb，Cd） in soil samples was determined by atomic adsorption spectrophotometry． Adopting the single factor index and Nemerow multi－factor index methods， the pollution indices were calculated to assess the pollution extent． Cu pollution index of sample area C1 （Nanhu square）， E1 （Jiefang road） and E2 （Kaiyun street） were higher and the maximum of them were 2．03， which showed that these areas were in the status of light Cu pollution． All pollution factors in other areas were potential． The evaluation result of Nemerow synthetic pollution index method indicated that all soil in sample areas was slightly polluted． The pollution sources of heavy metals were mainly large－scale enterprises， then some ordinary enterprises．

Key words： green land soil； heavy metal； evaluation of soil environmental quality；Changchun city

长春市是我国重要老工业基地之一，目前基本形成以交通运输设备制造业为主体、门类比较齐全的工业体系。随着社会的不断进步，工业的发展和人口的增加，长春市土壤已受到一定程度的重金属污染［1］。相关研究表明，交通运输、工业排放、市政建设和大气沉降等造成城市绿地土壤重金属的污染越来越严重［2，3］。土壤中的重金属不仅影响和改变城市土壤的生态功能，危害人体健康，而且制约了城市的可持续发展。

由于城市绿地土壤的研究报道较少，且多数是以较大范围的城市和农村土壤相结合进行调查研究，而对城市中单独一个区域还很少有人进行过系统的分类调查。为此，以长春市朝阳区绿地土壤按不同功能区特点进行分区，在功能分区典型的地点进行采样，通过相关的试验和分析，试图了解不同的功能区土壤重金属污染情况、污染特征、污染的空间分异性，为长春市的城市园林绿化和养护提供科学依据。

1材料与方法

1．1样区的选择

样区设置在长春市朝阳区，按功能区划分选择有代表性的土壤，分别为A．小区、B．学校、C．广场、D．公园、E．街路，共采集了150个混合土样，具置见图1。

1．2土样的采集、处理与分析

根据城市土壤特点，选择代表区进行采样，在选定区域上以“S”形选择9个点，在各点取0～20 cm土层土样，在塑料薄膜上将各点土壤均匀混合，用四分法逐次弃去多余部分，最后将剩余的1 kg左右的平均样品装入样袋，带回实验室。土壤样品经风干、磨细过筛（1.00 mm、0．25 mm土壤筛），用于测定土壤pH值（电位法）、有机质（重铬酸钾容量法――稀释热法：K2Cr2O7－H2SO4）、土壤速效磷（Olsen法：0．5 mol／L NaHCO3，pH值8．5）、速效钾（1 mol／L NH4OAc，pH 值7．0）、土壤重金属元素Cu、Cd、Pb、Zn的浓度（HF－HClO4消煮法）［4］。

2结果与分析

2．1土样理化性质和重金属浓度

城市绿地土壤多为搅动的深层土、建筑垃圾土、回填土等，其土层变异性大，呈现岩性不连续特性，导致不同土层的有机质含量、pH值、容重及与其有关的孔隙度、含水量有显著差异。城市土壤土层排列凌乱，许多土层之间没有发生学上的联系，多为沙石、垃圾和土所组成，有机质含量少［5］。土样理化性质测定结果见表1，重金属浓度比较见图2。

从各土样采集地点的功能区划分来看，E1、E2、E3号街路绿地土壤的pH值、容重较高；D1、D2、D3号公园绿地土壤的孔隙度、含水量、有机质、速效氮、速效磷、速效钾相对较高，这与公园土壤所处的生态环境有一定的关系。

从各土样采集地点的功能区划分来看，E1、E2号街路的Cu、Cd重金属含量都较高，A1、A2号居住小区的土壤含Zn量较高，C1、C2号交通要塞的土壤含Pb量较高。

2.2评价方法

土壤污染评价是土壤环境质量现状评价的核心部分，主要包括单项（单因子）污染评价和多项（多因子）污染综合评价［6］。

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2．2．1单项污染分级指数法污染分级标准参考吉林省地质调查院《东北平原长春经济区区域环境地球化学调查与评价》项目报告，以测区土壤地球化学背景为基础，借鉴国家土壤环境质量标准，确定污染分级标准。以测区背景上限为重金属元素累积起始值（Xa），国家土壤环境质量标准的二类标准作为污染起始值（Xc），土壤环境质量标准的三类标准作为重污染起始值（Xp）（表2）。

污染分级指数是指某一污染物影响下的环境污染指数，可以反映出各污染物的污染程度。根据公式（1）计算出的单项污染分级指数，对单项污染程度进行分级。

Ci≤Xa时，Pi＝Ci／Xa

Xa＜Ci≤Xc时，Pi＝1＋（Ci－Xa）／（Xc－Xa）

Xc＜Ci≤Xp时，Pi＝2＋（Ci－Xc）／（Xp－Xc）（1）

Ci≥Xp时，Pi＝3＋（Ci－Xp）／（Xp－Xc）

式中，Pi为污染分级指数，Ci为土壤中污染物i的实测浓度值，Xa为累积起始值，Xc为污染起始值，Xp为重污染起始值。土壤单项污染指数评价标准见表3。

2．2．2内梅罗综合污染指数法单项污染分级指数法评价长春市土壤重金属污染状况，只能分别了解每种重金属在长春市表层土壤的污染状况。内梅罗综合指数法评价长春市土壤重金属污染状况则可以了解这4种重金属在长春市表层土壤的综合污染状况。

为了突出环境要素中浓度最大的污染物对环境质量的影响，采用内梅罗综合污染指数法对研究区土壤重金属污染进行综合评价［6，7］，计算公式为：

P综＝［（Pimax2＋Piave2）／2］1／2 （2）

式中，P综为内梅罗综合污染指数，Pi为单项污染分级指数，计算公式见公式（1），Pimax为所有元素污染指数最大值，Piave为所有元素污染指数平均值。内梅罗综合污染指数反映了各种污染物对土壤的作用，同时突出了高浓度污染物对土壤环境质量的影响，可按内梅罗综合污染指数划定污染等级，其中土壤污染评价标准见表4。

2．3土壤重金属污染评价

评价方法采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法。内梅罗综合污染指数全面反映了各污染物对土壤污染的不同程度，同时又突出高浓度对土壤环境质量的影响，因此用来评定和划分土壤质量等级更为客观。评价结果见表5。从表5中的单项污染分级指数可以看出，样区A3、B1、B2、B3的土壤Cd质量等级为清洁，样区C1、E1、E2的土壤已受到Cu的轻污染；其他样点的各项污染因子为潜在污染。从各样区综合污染指数可知，土壤均受到轻度污染，这是由于样区周围没有较大规模的重金属污染企业，而其他污染源的污染也应得到足够重视，如汽车尾气中的Pb、居民生活垃圾中的Zn等。E1、E2的绿地土壤如果不进行适当的养护管理，慢慢也会变成重度污染。

对各功能区重金属单项污染平均值进行比较，Cu单项污染的大小顺序为小区＜学校＜公园＜广场＜街路；Zn单项污染的大小顺序为学校＜广场＜街路＜公园＜小区；Pb单项污染的大小顺序为小区＜学校＜公园＜广场＜街路；Cd单项污染的大小顺序为学校＜小区＜公园＜广场＜街路；各功能区重金属平均值综合污染进行比较，其大小为学校＜小区＜公园＜广场＜街路。

3结论与讨论

1）长春市朝阳区表层土壤中各重金属元素含量变化范围较大，表明城市表层土壤中重金属元素已在一定程度上受到人为源输入的影响，但与其他开发历史较长的城市相比，长春市城区表层土壤中重金属元素含量总体上较低。

2）分析结果表明，长春市城区表层土壤中不同重金属来源存在着差异，其中Cu、Pb和Zn主要来自交通污染；而工业污染和居民生活污染也不容忽视，Cd主要来源于工业源及化肥施用。

3）试验选取具有代表性样区，其结果反映朝阳区目前总体的重金属污染的现状，但还需对多种样品（如土壤样品、大气干湿沉降样品、水样品、植物样品、有机样品等）进行综合分析研究，想要更加准确地反映该区的土壤质量，需要更进一步的详细调查。因此，在进行重金属源解析时应该结合各元素含量的空间分布特征及其周围环境状况进行更加详细的研究。

参考文献：

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［5］ 王焕华．南京市不同功能城区表土重金属污染特点与微生物活性的研究［D］．南京：南京农业大学，2004．

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［8］ 李其林，黄峋，骆东奇．重庆市农作物基地土壤中重金属及污染特征［J］．土壤与环境，2000，9（4）：270－273．

篇5

关键词：退化喀斯特植被；恢复序列；BIOLOG－ECO测试法；土壤微生物群落；孔颜色平均变化值

中图分类号：Q938．1＋5；S154．37文献标识码：A文章编号：0439－8114（2011）12－2416-03

Changes of Soil Microbial Community’s AWCD during the Restoration of Degraded Karst Vegetation in Huajiang of Guizhou

WEI Yuan1，3，ZHANG Jin－chi2，YU Yuan－chun2，YU Li－fei3

（1． School of Resources and Environmental Management， Guizhou College of Finance and Economics， Guiyang 550004， China；

2．College of Forest and Environment， Nanjing Forestry University， Nanjing 210037，China；

3． College of Forestry， Guizhou University， Guiyang 550025，China）

Abstract： The average well color development（AWCD） of soil microorganism community in rhizosphere， non－rhizosphere， different microhabitats and different soil layers during the restoration of degraded karst vegetation was studied using the BIOLOG－ECO test methods． AWCD of non－rhizosphere soil were significantly lower than that of rhizosphere soil in four recovery stages． which indicated that the number of microbial individual and population in rhizosphere soil of degraded karst forest during restoration was more． The metabolic function of soil microorganism community took on vertical change characteristic． AWCD of A layer soil were significantly higher than B layer soil in four recovery stages， which meant that the ability of soil microorganisms using single carbon substrate decreased with the increasing of soil depth． AWCD of soil microorganisms in rhizosphere， non－rhizosphere， different microhabitats and different soil layers increased with the prolonging of incubation time． The ability of soil microorganisms using single carbon substrate was weak at the beginning， then strong， weak at last， and was the strongest during 48 h to 144 h of incubation time． Moreover， the change of AWCD of soil microorganisms in different vegetation restoration stage was as follows， arboreal community stage ＞ shrubby community stage ＞ herbaceous community stage ＞ bare land stage， indicating that the number of soil microbial species and individuals increased gradually with the vegetation restoration． The increase of soil microbial species and individuals could promote material cycling and energy flow of soil， improve soil quality， and was helpful for the restoration and reconstruction of degraded karst vegetation．

Key words： degraded karst vegetation； restoration sequence； BIOLOG－ECO test methods；soil microbial community； average well color development （AWCD）

土壤是植物生长的主要环境因子之一，退化喀斯特植物群落的演替过程也是植物与土壤相互影响和作用的过程。退化喀斯特植物群落动态变化的最根本反映是演替。植物群落动态变化过程物种的出现与消亡是由于群落内部的生物机制与外部环境相互作用而产生，在这个动态过程中群落内部的相互作用机制在制约物种的消亡中扮演了比较重要的角色［1，2］。Xu等［3］研究了火山森林植被与温度对土壤微生物活性的影响， 蔡艳等［4］对茶园土壤微生物区系和酶活性进行了研究，Zhang等［5］研究了典型喀斯特动态系统的环境敏感性，任京辰等［6］进行了土壤的养分库量、微生物活性与功能及土壤酶活性等化学分析，指出在分析喀斯特土壤和生态系统退化过程的本质以及评价生态恢复的效应时，不仅应将微生物生物量碳和总养分库指标作为喀斯特退化土壤恢复的指标，更应将微生物区系的质量和功能指标纳入关键评价内容。

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土壤微生物群落代谢功能信息对于明确不同环境中微生物群落的作用具有重要意义。随着退化喀斯特植被的恢复，土壤微生物群落的数量和多样性都会受到影响，从而间接地影响到土壤中的各种生物化学转化过程，最终影响土壤肥力和土壤生态系统的平衡。采用 BIOLOG－ECO微平板碳源底物利用为基础的定量分析，为描述微生物群落功能多样性提供了一种简单、快速的方法［7－9］。以BIOLOG－ECO微平板微生物分析系统为主要手段，研究了贵州喀斯特高原生态综合治理示范区不同恢复阶段土壤微生物群落AWCD的变化，以期为研究退化群落恢复机理，构建恢复技术体系提供科学依据。

1材料与方法

1．1研究区概况

研究区概况参见文献［10］。研究区内退化植被恢复过程分为裸地阶段（Ⅰ）、草本群落阶段（Ⅱ）、灌木群落阶段（Ⅲ）和乔木群落阶段（Ⅳ）4个阶段。各阶段主要组成物种参见文献［10］。

1．2供试材料

1．2．1供试土样供试土壤样品采自贵州的花江退化喀斯特植被不同恢复阶段（裸地阶段、草本群落阶段、灌木群落阶段、乔木群落阶段）的不同生境（土面、石槽、石沟、石缝、石洞、石面）、不同层次（A层和B层）及根际、非根际的土壤。土壤采集方法及供试土壤的基本情况参见文献［10］。

1．2．2仪器设备BIOLOG－ECO微平板购自美国BIOLOG公司（BIOLOG Inc.，Hayward，CA，USA），酶标仪为美国宝特公司生产的ELX 808型动力学定量绘图酶标仪。

1．3BIOLOG-ECO微平板分析

土壤微生物群落功能多样性采用BIOLOG-ECO测试法［11－13］。微生物底物利用模式用含有31种不同底物和一个空白（水）的BIOLOG－ECO微平板。具体操作参见文献［10］。

土壤微生物群落BIOLOG-ECO代谢剖面的表达采用每孔颜色平均变化率（Average well color development，AWCD），AWCD的计算公式为：

AWCD＝Σ（C－R）／n

其中，C为每一个微孔的光密度值， R为

BIOLOG-ECO微平板空白微孔的光密度值，n为

BIOLOG－ECO微平板碳源底物的种类，n＝31。

1．4数据处理

应用Excel 2003和SPSS 12．0对BIOLOG－

ECO微平板培养测试的数据进行统计分析。

2结果与分析

BIOLOG－ECO微平板AWCD是反映土壤微生物群落功能多样性的一个重要指标［14］。从理论上分析，土壤微生物个体数量多且种群丰富，AWCD可达到较大值；若土壤微生物个体数量少而种群丰富，则开始时AWCD较小，但随着培养时间延长，微平板中丰富的碳源底物使微生物不断繁殖，所以AWCD逐渐增加；若种群丰富度差（即种类少），而某些种类的微生物数量多，则培养开始时AWCD增加较快，但较早达到最大恒定值，因为当能被利用的碳源底物消耗尽以后，AWCD就不再增加。因此，土壤中不同的微生物群落结构会产生不同的碳源底物利用模式。

2．1根际和非根际土壤AWCD的变化

在土壤中，由于根际是一个特殊生态环境，因此在根际的土壤微生物比非根际的土壤微生物在数量和类型上都要多，它们在根系上的繁殖和分布受根系生长发育的影响而表现出较为明显的根际效应。因此根际土壤微生物群落成为研究的热点。

土壤AWCD的根际和非根际变化如图1。从图1可见，根际、非根际土壤AWCD的变化均随植被恢复而增加，且表现出R＞S的特点，与非根际土壤相比，植被恢复过程中根际土壤微生物个体数量多且种群丰富。这主要是因为根际分泌物多，为土壤微生物提供了丰富的碳源和能源，促进了土壤微生物的活动与繁殖。3个恢复阶段根际、非根际土壤AWCD均随培养时间的延长而提高，可以看出在36 h之内AWCD很小，表明在36 h之内碳源底物基本上未被土壤微生物利用，在48 h以后，AWCD急剧升高，说明此时碳源底物开始被微生物大幅度地利用，根际土壤微生物利用碳源底物的能力较非根际强，此后的96 h内碳源底物的利用都呈较快增长的态势，144 h AWCD基本达到最大恒定值（R＞S），土壤微生物利用碳源底物的能力基本稳定。

2．2AWCD的垂直变化

植被恢复过程中AWCD的垂直变化如图2。图2中反映了BIOLOG－ECO微平板中A、B层土壤样品AWCD随培养时间变化的情况。从图2中可以看出，4个恢复阶段AWCD在土壤剖面上均表现出垂直分布特征，即A层AWCD高，随着土层深度的增加，B层土壤逐渐降低，不同土层深度土壤AWCD不同，表现为A＞B层的特点，变化趋势基本一致，分析表明与B层土壤相比，A层土壤微生物个体数量多且种群丰富，利用单一碳源底物的能力强。植被恢复过程中土壤AWCD均随着土层的加深而急剧减小，这主要是由于土壤表层积累了较多的枯枝落叶和腐殖质，有机质含量高（A层土壤有机质是B层的1．404倍），有较充分的营养源以利于土壤微生物的生长，且土壤容重变小，空隙度变大，水热条件和通气状况好，有利于土壤微生物活动，使微生物生长更旺盛；随着土层的加深，有机质及水气条件变差，从而使得微生物数量大大减少，利用碳源底物的能力减弱，AWCD也随之减小。土壤垂直剖面的AWCD均呈现出随植被的恢复而增大的变化特点，这与土壤微生物的数量变化相一致［9，15］。4个恢复阶段土壤垂直剖面的AWCD均随培养时间的延长而增大，微生物利用单一碳源底物的能力表现出“弱―强―弱”的变化趋势，说明土壤微生物在培养时间48～144 h之间利用单一碳源底物的能力最强。

2．3AWCD的生境变化

AWCD是反映土壤微生物活性，即利用单一碳源底物能力的一个重要指标［16］。退化喀斯特地区高度异质性的生境中微生物的数量不同，其利用单一碳源底物的能力也不同。图3分析了退化喀斯特植被恢复过程中6种小生境内土壤微生物利用单一碳源底物的能力。

由图3可见，4个恢复阶段6种小生境内AWCD均随培养时间的延长而增大，说明微生物活性随培养时间的延长而增强。植被恢复过程中不同生境土壤微生物利用单一碳源的能力的大小顺序裸地阶段为石槽＞石沟＞土面＞石缝＞石洞＞石面，草本群落阶段为石沟＞石槽＞石缝＞土面＞石面＞石洞，灌木群落阶段和乔木群落阶段为石沟＞土面＞石槽＞石面＞石缝＞石洞。随着植被恢复，不同生境土壤微生物利用单一碳源底物的能力总体上表现为石沟生境最强，因为石沟内小气候受两侧石面和土面的影响，具有排水、土壤物质交换较通畅、抗涝抗旱能力强的特点，微生物数量多且种群丰富。植被恢复早期，石面生境AWCD最小，而后期却比石洞、石缝两个生境的大，这是因为石面表面没有成片土壤，表面多不平，凹陷处可积累枯枝落叶，无土壤或瘠薄，石面是最严酷的一种小生境，但随着植被的演替，其表面只长有苔藓、地衣及蕨类等，萌发力强的植物种子发芽后根系沿表面穿窜进入裂隙石缝，形成“根抱石”、“根贴石”景观，土壤微生物数量和种群逐渐增多，有利于退化喀斯特植被的恢复。

3结论与讨论

研究通过BIOLOG－ECO微平板测试植被恢复过程中土壤微生物群落AWCD的变化，较好地区分了微生物群落功能多样性和差异，分析结果表明，不同生境、不同层次、根际及非根际的土壤微生物群落有一定的变化。

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1）从根际、非根际的变化来看，4个恢复阶段非根际土壤微生物AWCD均明显低于根际土壤，表现出R＞S的特点，说明与非根际土壤相比，植被恢复过程中根际土壤微生物个体数量多且种群丰富。根系分泌物较多使根际土壤微生物C、N源在数量和结构等方面发生改变［17］，从而可能会引起土壤微生物数量发生变化，这有待于进一步研究。

2）在土壤剖面上，微生物群落功能多样性具有垂直的变化规律，4个恢复阶段A层土壤微生物AWCD明显高于B层土壤，表明随着土层的加深土壤微生物活性下降，能利用有效碳源底物的微生物数量减少、微生物对单一碳源底物的利用能力降低，最终导致土壤微生物群落代谢功能发生变化，这还需要从土壤微生物群落结构加以进一步解释。从不同生境变化来看，随着植被恢复，不同生境土壤微生物利用单一碳源底物的能力总体上表现为石沟生境最强，因为石沟内小气候受两侧石面和土面的影响，具有排水、土壤物质交换通畅、抗涝抗旱能力强的特点，微生物数量较多且种群丰富，有利于退化喀斯特植被的恢复。当然这一点还有待更多的试验数据验证。

3）植被恢复过程中不同生境、不同层次、根际及非根际的土壤微生物AWCD均随培养时间的延长而增大，微生物利用单一碳源底物的能力表现出“弱―强―弱”的变化趋势，说明土壤微生物在培养时间48～144 h时利用单一碳源底物的能力最强；同时，AWCD均表现为乔木群落阶段＞灌木群落阶段＞草本群落阶段＞裸地阶段，这说明随着植被的恢复，土壤微生物种群及个体数逐渐增多且均匀，这与张红等［18］的研究结果一致。随着时间的推移，土壤表层的枯枝落叶逐渐腐解，给土壤提供了较厚的有机质层，有效增加了土壤的肥力，促进了植被的恢复。

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篇6

1.微生物肥料的概念

微生物肥料指的是由一种或多种有益微生物、培养基质和添加剂配制而成的生物性肥料，也叫菌剂或菌肥，包括固氮菌类、磷细菌、钾细菌、抗生菌类，还包括具有加速有机肥堆腐速度、除臭等功能的微生物菌剂。其中，固氮菌类包括共生固氮菌，如豆科作物的根瘤固氮菌、自生固氮菌和联合固氮菌等。微生物肥料除含有活性微生物以外，还含有调节植物生长的调节剂、氨基酸等功能。目前，市场上主要的肥料品种有硅酸盐菌剂、复合菌剂和复合微生物肥料等。微生物肥料属间接性肥料，是以功能微生物为主体，以优质有机肥为基质，辅以少量化肥制成的生物复混肥，它集合了各类肥料的优点，既具有高肥效，又具有刺激作物生长及提高作物抗病能力的作用，同时还具有改良土壤、培肥地力、激活迟效态养分、节本增效等特点。

2.微生物肥料的主要功能及特点

2.1 微生物肥料的主要功能 固氮生物肥料可增加土壤中氮素来源，有溶解磷、钾作用的微生物可产生多种有机酸，通过螯合作用促进难溶性磷和缓效钾的释放，根际微生物还可以产生诱导物提壤酶，有利于根际土壤养分的转化以利于植物对营养物质的吸收利用。生物菌肥还含有大量的微生物活体，施入土壤后，使土壤中微生物数量、酶活性显著增加，促进土壤难溶性矿物养分的释放。同时，某些微生物能产生植物激素，从而促进作物生长，有些真菌还能分解土壤中的有机物质，释放糖类，促进固氮菌的生长，进一步提高土壤养分的有效性，而随着有益微生物的增加，还有拮抗病原生物的作用。

2.2 微生物肥料的主要特点 能有效改善土壤物理性状，保护土壤结构，提高土壤肥力，防治土壤生态环境污染；肥效持久，有效提高肥料利用率；缓解或减少农产品污染，提高作物产量且能改善作物品质；可作为土壤净化剂，有效分解土壤废弃物；对靶标害物具有极高的选择性，能够作为杀虫剂行使农药职能；能产生糖类物质，与植物黏液、矿物胚体和有机胶体结合在一起，可改善土壤团粒结构，增强土壤的物理性能，减少土壤颗粒的损失，在一定条件下，还能参与土壤腐殖质的形成。

3.微生物肥料的施用方法

微生物肥料是活体肥料，主要靠大量有益微生物的生命活动来完成主要功能。只有有益微生物处于旺盛的繁殖和新陈代谢的情况下，物质转化和有益代谢产物才能不断形成。因此，微生物肥料的施用效果与周围环境条件密切相关。

生物复混肥的施用可显著提高土壤有效氮、磷、钾含量。生物有机无机复合肥可显著提高土壤微生物活性以及土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性，同时还可促进土壤有机质的分解转化和速效养分的释放。目前，微生物肥料主要用于拌种、作物蘸根、叶面喷施、秸秆腐解和堆肥发酵等。作为一项新的农业措施，追施微生物肥料在改善作物品质、保护农业生态环境以及发展高产、优质、高效农业方面的作用已引起国内外学者的普遍重视。

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关键词：河道；生态护坡；技术；功能评估

传统的护坡形式虽然可以达到排涝，行洪，保持水土等目的，但却严重影响了生态环境，引起生态退化。目前生态护坡在河道治理中得到了广泛的应用，它不仅具有保护传统护坡的功能，还可实现人与自然的和谐共处。本文以某地生态河道为例进行生态护坡技术研究，主要集中在复合式生物稳定、土壤生物工程护坡及全系列生态护坡三种重点技术，并结合三种技术来评估其护坡生态功能，以供参考。

一、生态护坡相关概述

（一）功能

生态护坡是综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的基本知识对斜坡或边坡进行支护，以此形成由植物或工程植物组成的综合护坡系统的护坡技术。应追求以下三种功能：（1）防止水土流失：能降低坡体孔隙水压力，控制土粒流失，截留降雨。（2）护坡功能：植被的浅根有加筋作用，深根有锚固作用。（3）改善环境功能：被破坏的生态环境都通过植被修复，减少光污染，降低噪音，保障行车安全，促进有机污染物的降解，净化空气。

（二）类型

1.客土植生植物护坡：将抗蒸腾剂、团粒剂、保水剂、粘合剂、缓释复合肥、泥炭土、腐殖土等一系列材料制作成客土并经过专用机械搅拌后吹附到坡面上，从而形成一定厚度的客土层。优点：有较好的抗旱性、客土与坡面的结合牢固、机械化程度高、施工简单、植被防护效果好，适用于风化岩及硬质土砂地，道路边坡等。缺点：不适用已经长期受到浸水的地区，要求边坡稳定和坡度大。

2.生态袋护坡：利用人工造土工布料制作成生态袋，植物在装有土的生态袋中生长，这是一种修复环境和边坡的护坡技术。优点：对结构基本不会产生渗水压力，有很好的水环境和潮湿环境的适用性，施工方便快捷。缺点：整体稳定性较差，受控制环境和后期植被生存条件限制。

3.人工种草护坡：是一种传统边坡植物防护措施，指在边坡坡面利用人工简单播撒草种，多用于坡度较缓和边坡高度不高的草类生长的土质路堑边坡防护工程。优点：造价低廉，施工简单。缺点：种草成活率较低，草籽会因播散不均匀导致被雨水冲走，护坡效果不满意，以致坡面表土流失，坡面冲沟，需在后续进行大量的修复工程和整治坡病害。

二、河道生态护坡的重点技术

（一）复合式生物稳定技术

复合式生物护坡技术是一种复合式生态护坡技术，主要用于修复那些出现整体滑塌和侵蚀非常严重的陡坡。它由生物技术与工程技术组成，其技术核心是植生基质材料，强调活性植物与工程措施相结合，依靠复合材料网、锚杆、植生基质、和植被的共同作用来达到对坡面进行防护和绿化的目的。

（二）土壤生物工程护坡

土壤生物工程，其主要结构元素由旺盛生命力的茎、根、完整的植物组成，在边坡的不用位置按一定的方式、方式和序列来进行掩埋、种植和扦插，实现生态修复、加固边坡和控制水土流失。是一种边坡生物防护工程技术。此技术优点在于生态环境恢复快、护坡结构稳定、景观效果较好、费用低廉及养护要求低。护坡的主要结构是速生类的本地植物，如杨、柳，种植方式各不相同，主要有柴笼、活枝扦插、灌丛垫三种工程类型，在一些土质疏松、土壤侵蚀严重、景观要求较低的郊区河段广泛应用。

（三）全系列生态护坡

全系列生态护坡主要应用在那些植被稀少、表现土壤侵蚀、景观要求较高的河段。从坡脚直到坡顶种植一系列护坡植物，如湿生植物（乔、灌、草）、沉水植物、挺水植物和浮叶植物，以此来形成多层次生态防护，可以同时兼顾景观功能和生态功能。

三、河道生态护坡功能评估

生态护坡工程在自我组织的过程中不断强化维护河岸的结构稳定性和提高河岸的生态稳定性两方面生态功能，以此来稳固河岸物理生境的完整和保证整个河流生态系统的健康发展。本文所研究的河道生态护坡工程共使用了2年时间，之后持续的生态监测完工的护坡工程，评估生态护坡工程的生态功能。

（一）监测指标与方法

选取每种类型的生态护坡2个-3个固定样带，之后监测每个样带的坡顶、坡腰及常水位等部位。将调查频率设为每月1次在第一个生长季节，后续调查频率为两个生长季节，便于纵向比较，在连续出现晴天后进行每次采样。现场随机挖掘若干整株的护坡植物，测定新生枝条的高度和密度和新生根系的长度。土壤抗剪强度、含水率和紧实度。随机选取从坡顶至常水位15个点，在坡顶、坡腰、近常水位各设5个点，可在每个点采用土壤3参数仪测定土壤含水率来减少土壤扰动对测定结果的影响，之后再利用国外剪力测量仪测定土壤抗剪强度和土壤紧实度。

（二）监测结果

1.护坡生物的生长特性和生物量

植物具有良好的护坡工程性状，始终是稳固坡岸的关键积极因素，其枝叶具有有效的水文效应，如降雨截留、土壤赠渗、径流延滞等作用，其根系具有支撑坡体和固结土壤的机械效应，因此测定土壤生物工程和全系列生态护坡的护坡植物生长特性和生物量十分有必要。

土壤生物工程的植物种植一般选择在植物休眠期内种植，本文研究的河道生态护坡采用柴笼、灌丛垫、活枝扦插三种类型，杞柳枝和垂柳枝是三种工程主要的使用的植物材料。柳枝在施工完成两周后露出萌芽，之后每月增长5-10cm，生长速率最快的时间段在5-10月，每月增长30-40cm，生长速率较为缓慢的时间段为10-12月，每月增长5cm。杞柳枝和垂柳枝因种植方式和植物材料性质的原因其生长状况和生长量都存有差异。后续换了新方法来测定，结果显示新枝条的平均高度达1.5m以上，生长深度超过1m，良好的防护了坡岸。灌丛垫在坡面生物量的增长方面优势最明显。植物的护坡效应因土壤和植物体逐渐形成一个整体，效益也在不断增强。

四、结语

总之，三种生态护坡重点技术主要集中在土壤的抗侵蚀性和护坡植物的固坡作用，改善坡岸生态环境，兼顾生态是目标和景观目标等方面。三类重点生态护坡技术可充分发挥各自优势，整合运用，增加土地草本植物覆盖度，提高生态稳定性。除此之外，生态护坡工程要因地制宜，保证护坡工程本身的质量和安全，改造人类生存环境，实现工程与环境的和谐统一。

参考文献：

[1]龙凤，李绍才，孙海龙等.岩石边坡生态护坡效果评价指标体系及应用[J].岩石力学与工程学报，2009，28（z1）：3095-3101.

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关键词：城市，土壤，重金属，综述

 

1、采样与测定

一般将城市划分为若干功能区，在各功能区内随机布点，注意避开污染源；同时考虑地形、气候等的影响，对某些部位多设采样点，加强采样。免费论文参考网。采样时，尽可能使用木头或塑料工具，避免金属工具直接与样品接触，对样品造成污染。土壤采样大多采取多点混合法，即一个地方采3-5个样品（一般为边长1米的正方形区域的中心及四个顶点），就地混合为一个样品，保证单个样品重约1-2公斤。采好的样品带回实验室，置于通风处自然风干，去除石块及植物根叶。用“四分法”取部分土样，用石英研钵进行研磨，过塑料筛，装入塑料袋，备用。

重金属含量的测定可采取不通的方法，但必须按照国家标准中规定的方法、材料、步骤进行，同时每若干测定样品间（如10个）需插入标准样（如GSS系列）进行全程质量监控，确保测定精度及仪器稳定度。备用样品可用HNO3-H2SO4-H2O2消化，以火焰原子吸收法测Cu、 Pb、 Zn浓度，石墨炉-原子吸收法测定Cd和As浓度。也可用X射线荧光光谱仪(XRF)进行荧光分析，将备用样品用压样机在标准压力下压成片，待测。压样过程中应用酒精擦压样机模具数次，确保干净，防止样品间污染。压好的片可直接放入XRF中测定。若要提高测定精度，也可采用熔片法，因为熔片法可消除粒度效应、矿物效应，但成本较高，用时较长。与传统方法相比，X射线荧光光谱法更简洁、方便，但它不能完成Hg(具有挥发性)、Cd（含量过低）的测定。建议两种方法结合使用。

2、污染特征

主要城市土壤重金属污染严重。沈阳市区土壤中铅含量为26-2910.6mg/kg,平均为199.72 mg/kg，是对照区（33.3 mg/kg）的6倍，是沈阳市土壤背景值（22.15 mg/kg）的9倍；乌鲁木齐城市土壤中Cr、 Cu 、Pb 、Zn含量均很高，超出相应土壤背景值1.65-2.84倍；北京市大兴区表层土壤重金属测定结果表明，Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni、Hg 、Co平均含量均高于当地背景值；而对上海市公园土壤研究发现，Cd的平均含量为背景值的3．1倍，Cr的平均含量与背景值基本相当，Pb、Zn和Cu的平均含量分别为背景值的2.2倍、2.3倍和1.6倍。

3、评价方法

综合污染指数法，即内梅罗指污染数法，它既全面反映了污染物对土壤污染的不同程度，同时又突出高浓度对土壤环境质量的影响，它的表示式为：P={(Pi2+Pimax2)/2}0.5，式中P为综合污染指数，Pi为单因子污染指数的平均值，Pimax为单因子污染指数的最大值，P≤1，未污染；1<P≤2，轻度污染；2<P≤3，中度污染；P>3，重度污染。但其未考虑到当地背景值。地积累指数又称Mull指数，是20世纪60年代晚期在欧洲发展起来的广泛用于研究沉积物及其它物质中重金属污染程度的定量指标，其表达式为Igeo=log2[ Cn/ ( k×Bn) ]，式中，Cn是元素n在沉积物中的含量；Bn是沉积物中该元素的地球化学背景值；k为考虑各地岩石差异可 能会引起背景值的变动而取的系数(一般取值为1.5)，用来表征沉积特征、岩石地质及其它影响。评价重金属的污染，除必须考虑到人为污染因素、环境地球化学背景值外，还应考虑到由于自然成岩作用可能会引起背景值变动的因素。地累积指数法注意到了此因素，弥补了其它评价方法的不足。然而，背景值的确定又是一个极其复杂的过程，它一直是国内外环境科学领域关注的对象。

4、污染源解析

交通和工业生产。含铅汽油的燃烧是城市Pb污染的重要来源。研究表明，各种汽油中Pb质量分数为0.4-1.0 mg/kg，汽车排放的尾气中Pb更多，20-50μg/L。纽约市的研究资料表明，城市的交通流量和人口密度（对数）与表层土壤的Pb量呈正相关。此外，工业区原材料中多含有Pb，释放后污染土壤，并在土壤中积累。交通边缘带机动车辆含Cu零件的磨损是表层土壤中Cu含量增多的因素之一。工业生产的迅速发展，含Cu污染物排放量越来越多，也是Cu含量增多的重要原因。汽车轮胎添加剂中含有Zn，轮胎磨损产生的粉尘，是路边土壤Zn污染的重要来源。有研究发现，在兰州市主要十字路口处，车流量越大的地方表层土壤Cu，Zn，Pb污染越严重。电镀、染料、制药、皮革、颜料等铬化合物制造企业排放的废物中还有大量的Cr，是城市土壤Cr来源之一，另外，汽车表面老化也将释放部分Cr。免费论文参考网。电子设备、荧光灯泡、温度计、电池及其它一些化学试剂的丢弃，是城市Hg污染的重要来源。

5、潜在危害

危害城市人群健康。日本的水俣病，就是因为烧碱制造工业排放的废水中含有汞，再经生物作用变成有机汞后造成的，痛痛病，是由炼锌工业和镉电镀工业所排放的镉所致。另外，镉还会损伤肾小管，出现糖尿病，还有镉引起血压升高，出现心血管病，甚至还有致癌、致畸的报道。砷对人体危害很大，它能使红血球溶解，破坏正常生理功能，甚至致癌等。人体中铅能与多种酶结合从而干扰有机体多方面的生理活动，导致对全身器官产生危害。我国城市儿童铅中毒问题普遍存在，沈阳是重工业城市，铅污染无处不在，是我国受铅污染危害较重的城市之一。沈阳市约有50％的儿童为铅污染的高危人群，其中80％的儿童血铅水平超过正常标准(1Oμg/dL)。哈尔滨市的一项调查显示，哈尔滨市O-2岁儿童铅中毒发生率为45％ ，2-6岁儿童为46％。西安市及邻近地区每年工农业和民用燃煤1000万t左右，主要为渭北石炭 ：叠系煤，含铅量为30 g/t左右，其每年排放到大气中的铅为200t左右，大量的铅最终会发生沉降，进入土壤，引起铅中毒。

6、对策与建议

城市功能区的合理布局。大量研究证明，不同的城市功能区有不同的污染特征。免费论文参考网。因此，应综合当地地形、气候、经济发展等因素，合理规划城市布局，尤其是新建工业区的规模、位置，以确保尽可能少的区域、尽可能少的人口免受其排放的废水、废气、废渣的影响。

污染修复。一般分为物理修复、化学修复技术和生物修复三种。其中生物修复既安全又经济，同时还可以美化环境。它不破坏土壤生态环境，能使土壤保持好的结构和肥力状态，无需进行二次处理就可种植其他植物。而且通过对生物的集中处理，造成二次污染的机会较少。对兰州市裸露采样点和绿化带采样点重金属含量的对比分析表明，裸露采样点表层土壤Cu、Zn、Pb的质量分数平均值比绿化带采样点的高，说明绿化带对重金属污染有明显的削减效应。

参考文献:

[1]王金达，刘景双，等.沈阳市城市土壤和灰尘中铅的分布特征[J].中国环境科学，2003，23(3)：300-304.

[2]刘玉燕，刘敏，等.乌鲁木齐城市土壤中重金属含量与影响机制探讨[J].干旱区地理，2007，30(4)：552-556.

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关健词：蓄水保墒；造林；干旱地区

辽西地区属于干旱的大陆性气候，受西北部的内蒙古高原气候影响，形成了常年多风少雨的现象，年降水量低于年蒸发量，水土保墒情况不容乐观。植树造林成为改善辽西地区生态环境的首选，要想成功植树造林就要提高蓄水保墒技术。

一、整地技术

对需要植树的地块进行全面的机械化整理。为抵制病虫害的侵入，需要及时彻底地对采伐地开展清根工作，同时清理地面的枯枝败叶。因为造林是在干旱地区，所以整地必须定在造林前的1～2个季度，因为这样能够有效调节土壤的水份情况，能够使蓄水保墒工作获得最佳效果，提高苗木的成活率。另外，辽西地区是大陆性季风气候，所以夏季高温多雨，湿度相对大，土壤表面会有大量杂草的嫩茎或根系腐烂分解，增加了土壤中的有机质含量。

二、苗木的选择与保湿

苗木是造林的主体，因此在造林前要根据辽西地区干旱的实际情况，选择适合这一地区的树种。在选择树种时，要以优化当地生态环境为前提，同时还要能够提高当地的社会效益和经济效益，以优化产业结构为主导的耐旱苗木作为选择要素。通过实验表明，一些辽西本地树种因其根系发达、耐旱性强，对当地土壤有很强的适应能力而成为首选。苗木栽植时保持苗木水分平衡是维持苗木成活率的基础，也是造林成功的关键。所以，起苗前7d左右需要对苗木浇灌充足的水分。如果是容器苗，在起苗和运输的过程中不要将容苗器弄碎，从而保证苗木根部完整；裸根苗不能伤根、伤树干。在苗木运输的过程中要注意苗木的保湿情况。在干旱和半干旱地区植树造林的关健因素是水的保持和供应。所以，在植苗前需要对土壤进行疏松和平整，尽量调整土壤孔隙，增加土壤的水分含量，为提高造林成活率、保证树木的生长采取有效的措施。整地时间应选在雨季之前，因为刚刚整好的土壤墒情好，可以有效保持水分。

三、蓄水保墒具体方式

（一）覆盖保墒媒介物，实行蓄水保墒

在土壤中添加能够保墒的媒介物，人为地改善土壤的理化结构，使土壤能够增加蓄水功能，在苗木的土壤周围做防水外泄处理，使水分能够在土壤中保持从而保证树木的生长。另外，也可以在苗木的土壤上部覆盖保温膜或大量干树叶等物质，降低土壤表面的水分蒸发率，从而提高苗木对土壤中水分的有效利用率，达到蓄水保墒的效果，从而提高苗木的成活率。而覆盖物材质的不同也会对蓄水保墒效果产生不同的影响。沙石或树叶之间有较大的空隙，所以降水能够快速地渗入土壤内，由于水分的蒸发需要通过形成水汽进行，所以这种覆盖方式也能有效地降低水分的外泄。另外一种是覆盖人工薄膜，这种薄膜不透气，可以将水分有效地隔离在干旱的空气之外的土壤中，而产生良好的保湿作用，明显提高蓄水保墒效果。覆盖保墒媒介物能够有效地防止土壤中水分的流失，使土壤能够在一个水土平衡的环境下生存，为苗木的成活和生长创造一个良好的外界环境，与不施加覆盖物进行蓄水保湿的苗木栽培地块相比，这种方式的保水效果、苗木成活率和生长率都较高。因为覆盖膜能够最大限度地限制水分的流失和蒸发，使覆盖物下的水分能够形成良好的内循环环境，可以在一个相当长的时间内形成良好的水分循环环境，能够保持充足的土壤水分。经测量结果得出，在覆盖物下面的苗木含水量最高。

（二）使用保水剂，实行蓄水保墒

保水剂是一种高分子聚合物，其功能是能够迅速吸收和保持高离子水及含盐水分，保水剂不但具有超强的吸水功能，还具有反复不断的吸水功能。近年来，在土壤中喷洒适量的保水剂（大部分用于苗木根部），是干旱地区的半干旱地区常用的蓄水保墒方式，利用这种方式可以在辽西地区的雨季来临之前将苗木种植到土壤中，然后在土壤中灌注足够的水，利用保水剂的作用，能够供给苗木的成活和保持到雨季来临之前的水分，从而降低人工浇水补水的费用和劳动力。

四、蓄水保墒对苗木成活的影响

以上所有的人工蓄水保墒的措施，都是为了改善苗木生长的土壤的理化环境。同时也提高了蓄水保墒的土壤的性能，提高了林木的成活率与保证其正常生长。

五、结语

利用土壤的蓄水保墒措施对苗木进行栽培，大大提高了辽西地区的造林成活率。其中，辽西大部分地区采用施加有机肥料与覆盖膜并用的方式来蓄水保墒，其不仅蓄水保湿效果良好，也会相应地降低造林成本，这是一种非常适合辽西干旱地区苗木栽培的造林技术。

参考文献：

[1]王斌瑞，罗彩霞，王克勤.国内外土壤蓄水保墒技术研究动态[J].北京林业大学学报，1997（2）：37-43.

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关键词 生物入侵；马缨丹；根际土壤；土壤理化性质

中图分类号 S451 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）20-0084-03

Effects of Lantana camara Invasion on Soil Physical-chemical Properties in Rhizosphere and Non-rhizosphere Zone

KANG Xiao-wu DAI Ting-ting

（Institute of Tropical and Subtropical Ecology，South China Agricultural University，Guangzhou Guangdong 510642）

Abstract The effects of L.camara invasion on rhizosphere and non-rhizosphere soil nutrients，soil enzyme activities，microbial biomass with microbial functional diversity were studied by quadrat experiment in the field.The experimental results showed that the invasion of L.camara significantly improved the content of soil organic matter，total nitrogen，total potassium，nitrogen，available phosphorus，potassium and microbial biomass carbon，nitrogen，phosphorus.At the same time，the invasion significantly improved the activity of soil urease，protease，sucrosemetabolic，cellulase，catalase and the metabolic activity，carbon source utilization and diversity index of soil microbial community.The promoting effect was higher on the rhizospheric soil than on the non-rhizospheric soil （bulk soil）.

Key words bioinvasion；Lantana camara；rhizosphere soil ；soil physical-chemical properties

马缨丹（Lantana camara）为马鞭草科（Verbenaceae）马缨丹属（Lantana）多年生常绿灌木，原产于热带美洲，现广泛分布于热带、亚热带和温带地区，是世界上危害最严重的100种有害外来入侵物种之一[1]。马缨丹作为一种外来入侵植物，植株繁殖能力强，蔓延迅速，能够在短时间内大面积侵占森林、果园、牧场和农耕地，破坏当地的生物多样性和自然生态系统，并因其植株有毒而严重威胁到人畜健康和农牧业生产[2-3]。1645 年马缨丹作为一种观赏花卉引入我国，现已在广东、广西、海南、云南等地大量蔓延扩散，对当地的生物多样性、农业生产和生态安全造成严重威胁[4-5]。

有研究表明，一年蓬（Erigeron annual Fleabane）、加拿大蓬（Erigeron canadensis）、加拿大一枝黄花（Solidago canad-ensis）等植物入侵后对根际土壤理化性质产生了不同程度的影响[5-6]；外来入侵植物紫茎泽兰（Eupatorium adenopho-rum）、黄顶菊（Flaveria bidentis）等可以不同程度地提高入侵地土壤的全磷养分和速效养分[7-8]。目前，国内外学者在马缨丹的生物学特性、分布危害、防治以及开发利用等方面开展了大量的工作，但对马缨丹植株的化感作用及其入侵对土壤微生态特性的影响研究较少[9-15]。笔者通过野外样方试验，研究了马缨丹入侵对根际、非根际的土壤养分、土壤酶活性、土壤微生物生物量与土壤微生物功能多样性的影响效应，旨在从化感作用、土壤反馈作用的角度探索马缨丹的入侵机制及入侵效应，从而为更好地管理、控制马缨丹的入侵危害提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

马缨丹单优群落的根际土壤与非根际土壤均采自于华南农业大学增城教学基地。

1.2 试验方法

在华南农业大学增城教学科研基地，选取马缨丹单优群落（马缨丹植株覆盖率80%～90%，群落高度150～250 cm，入侵年限大于6年）内的健壮植株，用锄头挖取植株地下根系（0～20 cm），抖去根系上的大块土壤，然后用细毛刷刷取根系表层黏贴的土壤，去除杂质后作为根际土壤，而拌落后的大块土壤作为非根际土壤；同时选取距离马缨丹群落50 m以外，且周围都没有马缨丹植株生长的荒坡草地的表层土壤（0～10 cm）作为对照（CK）。每个处理3次重复，每次重复之间相隔200 m以上。将采集的土壤装袋运回实验室，其中一部分土样置于室内自然风干，除去动植物残体，研磨过100目筛，用于土壤养分含量、土壤酶活性的测定分析；另一部分样品暂时冷藏于-18 ℃冰箱，用于测定土壤微生物生物量碳、氮、磷。

1.3 数据统计方法

所有试验数据均在Microsoft Excel上完成处理，通过SPSS 13.0进行方差分析（one way ANOVA），并采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 马缨丹入侵对根际、非根际土壤全量、速效养分的影响

2.1.1 土壤全量养分。土壤有机质、全氮（TN）和全钾（TK）含量在各处理中的变化规律一致，即根际土壤的含量最高，非根际土壤次之，CK的含量最小，各处理的差异显著（表1）。其中与 CK相比，根际土壤的有机质、TN和TK含量分别增加40.77%、38.13%、30.16%；而与非根际土壤相比，则分别增加23.24%、14.97%和13.11%。对于土壤TP含量，根际土壤分别比CK、非根际土壤增加65.22%、58.33%，差异显著；而非根际土壤的TP含量虽略高于CK，但差异不显著。说明马缨丹入侵能显著提高自身根际的土壤有机质、TN、TP和TK含量，同时也显著提高非根际的土壤有机质、TN和TK的含量，但相对而言，其对根际土壤养分的提升效果更加明显。

2.1.2 土壤速效养分。在3个处理中，马缨丹根际土壤的碱解氮含量最高，并且显著高于非根际土壤和CK，而非根际土壤的碱解氮含量虽然略高于CK，但两者的差异不显著（表2）。对于土壤的速效磷、速效钾含量，均表现为根际土壤的含量最高，非根际土壤的含量次之，CK的含量最低，各处理间的差异显著。其中与CK相比，根际、非根际土壤的碱解氮含量分别增加32.67%和0.75%，速效磷含量分别增加87.14%和48.87%，速效钾含量分别增加115.70%和62.72%，可见马缨丹入侵能显著提高土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量，尤其是对根际土壤的养分提升作用更强。

2.2 马缨丹入侵对根际、非根际土壤酶活性的影响

与CK相比，马缨丹入侵显著提高了土壤脲酶、蛋白酶活性，其中根际土壤的脲酶、蛋白酶活性分别比CK提高104.06%和74.34%，非根际土壤的脲酶、蛋白酶活性也分别比CK增加45.53%和46.90%。可见，马缨丹入侵对根际土壤脲酶、蛋白酶活性的促进效果更强。土壤蔗糖酶、纤维素酶的活性变化也呈现类似的规律，即在3个处理中均表现为根际、非根际土壤的酶活性显著高于CK，且根际土壤的酶活性亦显著高于非根际土壤（表3）。其中根际、非根际土壤的蔗糖酶活性分别是CK的227.56%和157.11%，纤维素酶活性分别是CK的264.39%和161.73%。可见，马缨丹入侵能显著提高根际、非根际土壤中蔗糖酶和纤维素酶的活性，加强对土壤中有机碳的利用，并且这种增强效应在根际土壤的表现更为显著。另外，马缨丹入侵亦能显著提高自身根际、非根际土壤的过氧化氢酶活性，与CK相比，其增幅分别达到45.95%和27.03%

2.3 马缨丹入侵对根际、非根际土壤微生物生物量的影响

土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在各个处理中的变化规律一致，均表现为根际、非根际土壤含量显著高于CK，同时根际土壤含量亦显著高于非根际土壤（表4）。其中与CK相比，根际土壤微生物生物量碳、氮、磷的含量分别提高238.76%、53.55%、243.61%，非根际土壤微生物生物量碳、氮、磷含量也分别提高130.31%、14.34%、124.15%。可见，马缨丹入侵对根际土壤微生物生物量碳、氮、磷含量的提升效应更强。

2.4 马缨丹入侵对根际、非根际土壤微生物群落功能多样性的影响

2.4.1 土壤微生物群落代谢活性。平均孔颜色变化率（average well color development，AWCD）反映土壤微生物利用碳源的整体能力与代谢活性，也是评价利用单一碳源能力的重要指标，可作为微生物整体活性的有效指标。AWCD 值的变化（斜率）和最终能达到的值反映了土壤微生物利用某一碳源物质的能力。由图1可知，各处理中土壤微生物的AWCD值均随着培育时间的延长不断上升，变化趋势一致。在最初的24 h内AWCD变化较小，24～72 h急剧上升，然后持续缓慢升高。培养期间CK土壤微生物群落的AWCD值均处于较低水平，根际土壤微生物群落的AWCD值则处于最高水平，各处理的AWCD在整个培育周期内均表现为根际土壤>非根际土壤>CK，其中根际土壤在培养24 h后一直到培养结束，其微生物群落的AWCD值均显著高于CK，亦显著高于非根际土壤；而非根际土壤在0～72 h内的AWCD值与CK差异不显著，72 h后与CK差异显著。这说明马缨

丹入侵后明显提高了土壤微生物群落的代谢活性，并且对根际土壤的影响效应更明显。

2.4.2 土壤微生物群落碳源利用率。在6类碳源中，马缨丹非根际土壤微生物群落对氨基类、酚类碳源的利用率与CK的差异不显著，但对其他碳源的利用率则显著高于CK（表5）。而根际土壤微生物群落对6类碳源的利用率均显著高于CK，亦显著高于非根际土壤，其中根际土壤微生物群落对碳水化合物类、羧酸类、聚合物类、氨基酸类、酚类和胺类碳源的利用率分别比CK增加96.91%、83.70%、82.43%、41.13%、55.74%和110.45%。可见，马缨丹入侵显著提高了土壤微生物群落对6种碳源的利用率，尤其对根际土壤的改善作用更强。

2.4.3 土壤微生物群落碳源利用的多样性。与CK相比，马缨丹入侵显著提高了根际土壤微生物群落的Shannon-Wiener指数H′、Mc Intosh指数U、丰富度指数S和Simpson优势度指数Ds，而非根际土壤微生物群落的Mc Intosh指数U、丰富度指数S也显著上升。对于Pielou均匀度指数E，各处理的差异均不明显。说明马缨丹入侵能够促进土壤微生物群落功能多样性的提高，尤其对根际土壤的影响更强。

3 结论与讨论

植物对土壤养分的吸收利用与土壤对植物生长发育过程中的反馈作用是物种竞争取胜的重要驱动机制之一[16]。大多数研究指出，外来植物入侵能够加快土壤营养循环过程，提高土壤肥力，有利于促进自身的进一步入侵扩散。外来植物皱果苋入侵后，土壤中碳、氮、磷的浓度显著上升，其中入侵区的全磷、可溶性磷几乎分别提高3倍和2倍[17]。土壤酶主要来源于土壤微生物的代谢过程和土壤中植物、动物的活体分泌或残体分解，能够参与土壤生态系统许多重要的生物化学过程和物质循环，通过催化土壤中的生化反应发挥重要作用，能够客观地反映土壤肥力状况与系统功能[18-21]。土壤微生物生物量是土壤中最活跃的肥力因子之一，参与土壤有机质分解、腐殖质形成和土壤养分的循环转化过程，能够反映土壤同化与矿化能力的高低，是土壤生态系统肥力的重要生物学指标[22]。在外来植物与本地植物的关系中，土壤微生物群落可能起到了桥梁作用，外来植物通过改变土壤微生物群落的结构组成、区系数量与生理功能，破坏土著植物与土壤微生物在长期演化过程所形成的平衡共生关系，影响土著种的资源获取、生长繁殖与种群更新，从而使自身在竞争中获得更大优势，成功入侵[23-25]。

本研究结果表明，马缨丹入侵后，根际、非根际土壤的有机质、全氮、全磷和全钾均显著上升，并且马缨丹入侵对根际土壤养分的提升效果更为显著，根际土壤的有机质、全氮、全钾含量均显著高于非根际土壤。同时，马缨丹入侵亦能显著提高土壤的速效养分，马缨丹根际、非根际土壤中的碱解氮、速效磷和速效钾均显著高于对照；并且马缨丹根际土壤的速效养分亦显著高于非根际土壤。可见，马缨丹入侵显著提高了土壤不同肥力特征，且对根际土壤肥力的提高作用更强，而根际土壤的养分更有利于根系的吸收利用，这可能是马缨丹能够入侵成功和快速扩张蔓延的生态机制之一。马缨丹的入侵显著提高了土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶的活性，且根际土壤酶的活性均显著高于非根际土壤。这说明马缨丹的入侵有利于土壤营养物质的循环转化过程。入侵区土壤酶活性较高，这将有利于活化土壤养分，提高其有效性，进而促进自身的入侵蔓延。马缨丹入侵能够显著提高土壤微生物生物量碳、氮、磷的含量，且根际土壤的微生物生物量碳、氮、磷含量显著高于非根际土壤。马缨丹入侵后能显著提高土壤微生物群落的代谢活性、碳源利用率和多样性指数，并且其对根际土壤的影响效应显著高于非根际土壤。说明马缨丹入侵后能通过提高自身生境土壤的微生物群落代谢活性从而促进土壤养分循环与转化，这也许是马缨丹成功入侵扩散的原因之一。本文仅研究探讨了马缨丹入侵对土壤养分、土壤微生物生物量、土壤微生物功能多样性的影响效应，而关于土壤微生物群落结构的变化及其反馈作用，可进一步阐明马缨丹成功入侵以及对本地植物生长影响的土壤生态学机理，今后可加强该方面的研究。

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