發(fā)布時間：2019-12-26所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:在某有色金屬公司銅礦露采車間排土場設(shè)置的重金屬污染土壤修復樣地上種植了意楊、刺槐、泡桐、構(gòu)樹，并設(shè)對照樣地，以研究不同木本植物對重金屬污染土壤的微生物群落多樣性及土壤肥力的影響。研究結(jié)果表明，4種木本植物修復能不同程度地提高重金屬污染
摘要:在某有色金屬公司銅礦露采車間排土場設(shè)置的重金屬污染土壤修復樣地上種植了意楊、刺槐、泡桐、構(gòu)樹，并設(shè)對照樣地，以研究不同木本植物對重金屬污染土壤的微生物群落多樣性及土壤肥力的影響。研究結(jié)果表明，4種木本植物修復能不同程度地提高重金屬污染土壤微生物數(shù)量、種類、活性、群多樣性指數(shù)、土壤酶活性及土壤肥力，其中泡桐對重金屬污染土壤的修復效果最好，具有一定的生態(tài)效益。
關(guān)鍵詞:植物修復;重金屬污染;土壤微生物群落;土壤肥力
金屬礦山開采使大量山體裸露，破壞了植被和景觀[1]。開采后廢棄礦區(qū)的植被覆蓋率低，土壤貧瘠，極易引起水土流失，釋放大量的金屬離子，污染礦區(qū)水體和土壤，增加周邊水體和土壤的污染風險。因此，對開采后廢棄礦區(qū)的土壤進行植被恢復是治理礦區(qū)環(huán)境的重中之重。
植物修復技術(shù)以原位修復、花費低、適于大規(guī)模治理等優(yōu)勢被視為有效的土壤重金屬污染治理技術(shù)[2]。目前，關(guān)于植物修復重金屬污染土壤的研究主要集中于超富集草本植物對重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運[3-5]。通常情況下，草本植物的植株矮小，生物量低，且在生態(tài)系統(tǒng)中處于下層生態(tài)位，是群落演替較早的植物，難以獲得理想的長期修復效果。因此，尋找一種生長快、生物量大，并具有一定重金屬富集能力的木本植物引起了相關(guān)研究者的關(guān)注[6]。
本文通過查閱文獻[7]和實地調(diào)查，篩擇出意楊、刺槐、泡桐和構(gòu)樹4種鄉(xiāng)土木本植物，用于修復某有色金屬公司銅礦露采車間排土場裸地。經(jīng)過長時間(4年)修復后，分析了4種木本植物對土壤微生物群落多樣性及土壤肥力的影響，以評價其修復效果，為木本植物修復重金屬污染土壤提供科學依據(jù)，以期在礦山廢棄地植物修復時形成社會、經(jīng)濟、生態(tài)三大效益。
1材料與方法
1.1樣地設(shè)置
修復區(qū)選址于某有色金屬公司露天采礦車間排土場。該區(qū)域為新棄排土場，基本未種植植物，主要為廢棄礦渣，土壤貧瘠，保水性能差。修復區(qū)總面積約1200m2。采用機械和人工方法對修復地進行平整和壓實處理，以起到一定穩(wěn)定場地和改良土壤的作用，創(chuàng)造適宜更多植物生長的環(huán)境。于2012年5月，在修復區(qū)中設(shè)4個小區(qū)分別種植意楊(Populuseuramevicana)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、泡桐(Paulowniafortunei)和構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)，每區(qū)為15m×15m的四邊形，株行距為0.5m×0.5m。同時，設(shè)對照區(qū)(CK)，不種植任何樹木。
1.2采樣及土樣處理
于2016年3月，在各個修復區(qū)分別挑選3棵長勢良好的樹為研究對象。在以樹干為圓心、20cm為半徑的圓上采集上層0～15cm深度的土壤混合均勻制成1個土樣。每個研究對象取3個土樣。將采集好的土樣裝入無菌封口塑料袋帶回實驗室，過2mm篩，剔除植物殘體、石塊和其他雜物。此外，將一部分土樣立即裝入無菌封口塑料袋放在冰箱保存(4℃)，用作細菌、真菌、放線菌數(shù)量測定和Biolog測定;另一部分土樣攤開晾干后，于陰涼處保存，用作土壤酶測定和土壤理化性質(zhì)測定。
1.3研究方法
1.3.1土壤微生物數(shù)量測定
采用稀釋平板涂抹法[8]測定土壤細菌、真菌和放線菌數(shù)量。
1.3.2土壤酶活性
采用高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫酶活性，采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定脲酶，采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶活性，采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法測定[9]脫氫酶活性。
1.3.3Biolog-Eco分析
Biotog-Eco分析過程參考文獻[10]中的方法，采用每孔平均光密度(AWCD)來描述土壤微生物群落利用碳源的能力[10]，即:
AWCD=[∑(C-R)]/31(1)
式(1)中:C為31個孔的光密度;R為對照孔的光密度。
土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)依據(jù)120h的光密度值計算[11]，即:
式(2)和(3)中，Pi為每孔的相對吸光值(C-R)與所有31個孔的吸光值總和之比。
1.3.4土壤理化性質(zhì)分析
用VARIOEL元素分析儀測定土壤的總有機碳和全氮;用電位法測定pH值(土水比為1∶2.5);用烘干法測定土壤濕度;用火焰光度計法測定土壤全鉀、鈣;用鉬銻抗比色法測定土壤全磷[12]。
1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
所有數(shù)據(jù)采用SPSS16.0統(tǒng)計軟件進行分析，并選擇單因素方差分析(One-WayANOVA)進行差異顯著性檢驗(Duncan檢驗，P<0.05)。
2結(jié)果與分析
2.1不同木本植物修復對重金屬污染土壤微生物數(shù)量的影響
不同修復區(qū)的土壤微生物數(shù)量如圖1所示。從圖1可以看出，木本植物修復區(qū)的土壤微生物數(shù)量遠遠高于對照區(qū)(CK)的微生物數(shù)量。各區(qū)域的土壤細菌數(shù)量在(13.2～31.9)×106CFU/(g干土)范圍內(nèi)，泡桐修復區(qū)的土壤細菌數(shù)量顯著高于其他區(qū)域的土壤細菌數(shù)量，刺槐和意楊修復區(qū)的土壤細菌數(shù)量差異不顯著。各區(qū)域的土壤真菌數(shù)量在(14.93～23.07)×104CFU/(g干土)范圍內(nèi)，對照區(qū)(CK)的土壤真菌數(shù)量顯著高于其他區(qū)域的土壤真菌數(shù)量，構(gòu)樹和泡桐修復區(qū)的土壤真菌數(shù)量差異不顯著。各區(qū)域的土壤放線菌數(shù)量在(15.20～24.67)×104CFU/(g干土)范圍內(nèi)，泡桐修復區(qū)的土壤放線菌數(shù)量顯著高于其他修復區(qū)的土壤放線菌數(shù)量，對照區(qū)(CK)的放線菌數(shù)量顯著低于其他修復區(qū)的土壤放線菌數(shù)量，刺槐和意楊修復區(qū)的放線菌數(shù)量差異不顯著。泡桐修復區(qū)的土壤總菌數(shù)量顯著高于其他修復區(qū)的土壤總菌數(shù)量，刺槐和意楊修復區(qū)的土壤總菌數(shù)量差異不顯著，各修復區(qū)的土壤總菌數(shù)量在(13.58～32.30)×106CFU/(g干土)范圍內(nèi)。
2.2不同木本植物修復對重金屬污染土壤酶活性的影響
不同修復區(qū)的土壤酶活性如圖2所示。由圖2可知，不同修復區(qū)的土壤酶活性大小差異顯著。除刺槐外，木本植物修復區(qū)的各種土壤酶活性顯著高于對照區(qū)的土壤酶活性。進一步分析可以發(fā)現(xiàn)，各修復區(qū)的土壤過氧化氫酶活性差異顯著，在0.21～0.87mL/(g·20min)范圍內(nèi)變化，土壤過氧化氫酶活性的大小順序為:泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK。泡桐和構(gòu)樹修復區(qū)的土壤脲酶活性顯著高于其他修復區(qū)的土壤脲酶活性，意楊、刺槐和對照區(qū)(CK)的土壤脲酶活性差異不顯著，泡桐修復區(qū)的土壤脲酶活性最高，為1.29mg/(g·24h)，顯著大于其他修復區(qū)的土壤脲酶活性，對照區(qū)(CK)的土壤脲酶活性最低，為0.37mg/(g·24h)。
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【摘要】由于社會人口的不斷增加、糧食資源短缺以及土地生態(tài)環(huán)境的日益惡化，鹽堿地作為我國重要的后備耕地資源，越來越受到重視，土地鹽堿化的治理問題也顯得尤為重要。本文首先介紹了土壤鹽堿化的原因以及常用的治理方法，并詳細介紹了“微生物+”復合型土壤修復技術(shù)的作用機理，可以對鹽堿地進行有效的治理改造，從而起到恢復改善鹽堿地生態(tài)系統(tǒng)的作用。
各修復區(qū)的蔗糖酶活性差異顯著，在0.39～1.12mg/(g·24h)范圍內(nèi)變化，蔗糖酶活性的大小順序為:泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK。泡桐修復區(qū)的土壤蔗糖酶活性最高，為1.12mg/(g·24h)，顯著高于其他修復區(qū)的蔗糖酶活性。對照區(qū)(CK)的土壤蔗糖酶活性最低，為0.39mg/(g·24h)。刺槐與CK、刺槐與意楊修復區(qū)的土壤蔗糖酶差異不顯著。
各修復區(qū)的脫氫酶活性差異顯著，在0.29～1.04mg/(g·24h)范圍內(nèi)變化，脫氫酶活性大小順序為:泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK。泡桐修復區(qū)的土壤脫氫酶活性最高，為1.04mg/(g·24h)，顯著高于其他各修復區(qū)的脫氫酶活性。對照區(qū)(CK)的土壤脫氫酶活性最低，為0.29mg/(g·24h)。刺槐修復區(qū)與CK的土壤脫氫酶差異不顯著。
2.3不同本植物修復對重金屬污染土壤微生物總活性的影響
土壤中微生物種類越多，能被利用的碳源種類越多;微生物種群個體數(shù)量越多，微平板上的某些碳源被利用程度越高。AWCD反映了土壤微生物總活性，是表征土壤微生物群落功能多樣性的一個重要指標。不同微生物群落結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不同的碳源利用模式。不同修復區(qū)的土壤微生物群落AWCD變化規(guī)律如圖3所示。
由圖3可見，隨著培養(yǎng)時間延長，土壤微生物利用碳源量逐漸增加，AWCD值增加。培養(yǎng)時間為24h時，AWCD值最低，表明土壤微生物活性較低，碳源基本未被利用;培養(yǎng)時間大于24h時，AWCD值隨時間增加而逐步增大，碳源開始被明顯利用。其中，構(gòu)樹和泡桐的AWCD值升高較快;刺槐和對照區(qū)的AWCD值升高稍慢。培養(yǎng)時間大于144h后，各區(qū)域AWCD值逐漸趨于穩(wěn)定。培養(yǎng)192h后，各區(qū)域土壤的AWCD值均達到較大值，其大小順序依次為:泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK，其中泡桐修復區(qū)土壤的AWCD值最高，表明泡桐的土壤微生物群落代謝活性最高;對照區(qū)(CK)土壤的AWCD值最低，表明CK的土壤微生物群落代謝活性最低。
2.4不同木本植物修復對重金屬污染土壤微生物多樣性指數(shù)的影響
土壤微生物群落功能多樣性指數(shù)依據(jù)120h的光密度值計算。根據(jù)培養(yǎng)120h的各孔吸光值，計算不同樣地土壤微生物群落的多樣性指數(shù):Simpson指數(shù)、McIntosh指數(shù)和Shannon指數(shù)。不同修復區(qū)的土壤微生物多樣性指數(shù)如圖4所示。
Simpson指數(shù)可反映土壤群落中最常見物種。由圖4可知，Simpson指數(shù)的大小順序為:泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK，表明泡桐修復區(qū)土壤中某些優(yōu)勢菌生長旺盛。Shannon指數(shù)反映了微生物群落物種的變化度和差異度，Shannon指數(shù)較高，代表微生物種類多且分布均勻。由圖4可知，構(gòu)樹的Shannon指數(shù)最高，為3.13，對照區(qū)的Shannon指數(shù)最低，為2.81，表明構(gòu)樹種植區(qū)土壤微生物群落種類最多，且較均勻。McIntosh指數(shù)反映了碳源利用種類數(shù)的不同，并能區(qū)分不同利用程度。Biolog-Eco板中能利用的碳源數(shù)越多，利用強度越大，則McIntosh指數(shù)越大，當碳源利用種類相同時，碳源利用程度大的群落的McIntosh指數(shù)大。由圖4可知，泡桐修復區(qū)的McIntosh指數(shù)最高，表明較其他4個區(qū)，泡桐修復區(qū)的土壤微生物種類較為豐富，碳源利用程度較高。
泡桐和構(gòu)樹修復區(qū)的土壤微生物群落的多樣性指數(shù)均顯著高于對照區(qū)(CK);意楊修復區(qū)的土壤微生物群落的McIntosh指數(shù)和Simpson指數(shù)均高于對照區(qū)(CK);刺槐修復區(qū)的土壤微生物群落的Simpson指數(shù)高于對照區(qū)(CK)�？傮w而言，各修復區(qū)的土壤微生物多樣性大小順序為:泡桐>構(gòu)樹>意楊>刺槐>CK。多樣性指數(shù)分析結(jié)果表明，在銅綠山礦區(qū)排土場利用不同木本植物修復土壤，一定程度上提高了土壤微生物群落功能多樣性。
2.5不同木本植物修復對重金屬污染土壤肥力的影響
不同修復區(qū)的土壤肥力測定結(jié)果見表1。由表1可知，4種木本植物修復區(qū)土壤的pH和全鉀含量與對照區(qū)的差異不顯著，但4種木本植物修復區(qū)有機碳含量、全氮含量和全磷含量總體上均比對照區(qū)高，其中意楊修復區(qū)的土壤有機碳含量最高，是對照區(qū)的3倍，除刺槐外，與對照區(qū)比均差異顯著;構(gòu)樹修復區(qū)土壤的全氮含量最高，是對照區(qū)的4倍，差異顯著;刺槐修復區(qū)土壤的全磷含量最高，比對照區(qū)的高43%，差異顯著。測定結(jié)果表明，這4種木本植物能在一定程度上提高土壤肥力。
3結(jié)論
采用木本植物修復重金屬污染土壤，可以提高土壤微生物數(shù)量、種類、活性，提高土壤微生物群落功能多樣性，增加土壤肥力。其中，泡桐和構(gòu)樹對重金屬污染土壤的適應性較強、生長良好、生物量高，其枯枝落葉等有機殘體進入土壤，加上根際分泌物的釋放，使土壤有效養(yǎng)分含量增加，土壤有機質(zhì)提高，粘粒增加，減輕土壤中重金屬的毒害作用，土壤微生物數(shù)量顯著提高，土壤肥力、土壤酶活性、土壤微生物活性和多樣性，顯著增強，產(chǎn)生了顯著的生態(tài)正效應。刺槐和意楊修復區(qū)微生物數(shù)量、活性、多樣性及土壤酶活性有一定的生態(tài)正效應，但效果不是特別顯著，特別是刺槐生物量小，生長受到抑制，對土壤微生物群落的影響相對較小。
