采矿废弃地土壤微生物数量与理化性状相关分析

材料与方法

1.1 试验样地概况

试验地位于湖北省黄石市黄荆山北麓的采矿废弃地，属中亚热带季风气候区，年平均气温16.4 ℃，年平均降雨量1 382 mm，岩石较坚硬且呈微-中风化，岩性主要为石灰岩、白云岩、灰岩、泥质灰岩，均为裸岩，70°以上边坡面积达80%以上，几乎无植被覆盖。2009年，黄石市针对废弃地中不同的立地类型，采取平台、飘台、燕巢种植、客土喷播等方法进行了植被恢复[8]，种植土壤均为客土配置而成，经过5年的生长恢复后，于2015年6月对各样地进行了植被调查，各样地具体情况见表1。

1.2 样品采集方法

选取坡向、坡位等立地条件基本一致的典型小区作为采样地点，于2015年6月采用“S”形法5点取样，利用不锈钢管取土器垂直取0～20 cm土层，取样量基本保持一致，同一样地土样集中混匀，并用四分法混合收集，现场编号保存于灭菌塑料封口袋。当天带回实验室后分装一份土壤样品置于4 ℃冰箱中保存，用于测量土壤微生物数量。剩余样品研磨粉碎、过2 mm筛，用于测定土壤理化性状。

1.3 测定方法

土壤pH采用pH计测定，含水量采用烘干法测定，有机质测定采用重铬酸钾-容量法，全氮测定采用半微量凯氏定氮法，速效氮测定采用碱解扩散法，速效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾测定采用乙酸铵浸提-火焰光度法[9]。采用稀释涂布平板法记数土壤微生物数量[10]。马铃薯蔗糖培养基培养真菌，牛肉膏蛋白胨培养基培养细菌，高氏1号培养基培养放线菌，阿须贝氏培养基培养固氮菌。真菌用10-2、10-3、10-4稀释液涂抹平板，细菌用10-7、10-8、10-9稀释液涂抹平板，放线菌和固氮菌用10-3、10-4、10-5稀释液涂抹平板，固氮菌用10-7、10-8、10-9稀释液涂抹平板，每个处理重复3次，接种后置于25～30 ℃培养室内培养，细菌培养2～3 d、真菌培养5～7 d、放线菌及固氮菌培养7～10 d，分类鉴定并计数。数据分析采用SPSS 19.0软件。

2 结果与分析

2.1 土壤微生物数量与土壤性状之间的相关性分析

土壤微生物数量与土壤因子之间存在着密切联系，土壤养分和水分可为土壤微生物提供生长发育的必备条件，土壤酸碱度对土壤中的生物活性及有效养分有显著影响。从土壤因子之间的相关性分析（表2）可见，有机质与全氮、速效氮呈极显著正相关，与速效磷呈显著正相关；全氮与速效氮、速效磷呈显著正相关；速效磷与速效钾呈显著正相关，其他因子之间相关性不显著。从土壤微生物数量的相关性分析（表3）可知，真菌与放线菌呈显著正相关，细菌与固氮菌呈显著正相关，其他因子之间相关性不显著。由表4可知，土壤因子与土壤微生物数量之间的相关系数各有差异，真菌数量与含水量呈极显著正相关关系，与全氮呈显著正相关关系；细菌数量与有机质、全氮呈极显著正相关关系，与速效氮、速效磷、速效钾呈显著正相关关系；放线菌数量与含水量、有机质、全氮呈显著正相关关系；固氮菌数量与有机质、速效氮呈极显著正相关关系，与全氮、速效磷呈显著正相关关系。总体来说，有机质、全氮与四大类微生物数量之间均表现出了较高的相关程度，而速效钾和pH与四大类微生物数量之间却几乎无明显的相关性。

2.2 土壤微生物数量与土壤性状的多元线性回归分析

为进一步探讨土壤微生物数量与土壤因子之间的关系，以真菌数量（y1）、细菌数量（y2）、放线菌数量（y3）、固氮菌数量（y4）作为因变量，pH（x1）、含水量（x2）、有机质（x3）、全氮（x4）、速效氮（x5）、速效磷（x6）、速效钾（x7）为自变量，对其进行逐步线性回归分析，通过引入自变量和根据自变量对模型贡献大小进行选择并剔除，建立最优关系模型，分别为：①真菌数量与土壤因子的最优关系模型为y1=0.606 4+0.074 1x2+0.735 1x4，表明真菌数量随着含水量和全氮含量的升高而增加；②细菌数量与土壤因子的最优关系模型为y2=7.239 1-1.224 4x1+0.070 7x3+0.016 9x5，表明细菌数量随有机质和速效氮含量的升高而增加，随pH的降低而增加；③放线菌数量与土壤因子的最优关系模型为y3=-1.694 2+0.134 2x2+0.078 9x3，表明放线菌数量随着含水量和有机质含量的升高而增加；④固氮菌数量与土壤因子的最优关系模型为y4=-0.013 2+0.783 8x4+0.019 5x5-0.014 5x6，表明固氮菌数量随着全氮和速效氮含量的升高而增加，随着速效磷含量的升高而减少。

2.3 土壤性状对土壤微生物数量的通径分析

通径分析是回归分析的拓展，可以更好地处理自变量和因变量之间的复杂关系。对主要土壤因子进行了通径分析后的结果见表5，由表5可知，影响真菌数量的土壤因子直接通径系数大小顺序为含水量>全氮，表明含水量对真菌数量的影响最大；影响细菌数量的土壤因子直接通径系数大小顺序为有机质>pH>速效氮，表明有机质对细菌数量的影响最大；影响放线菌数量的土壤因子直接通径系数大小顺序为有机质>含水量，表明有机质对放线菌数量的影响也最大，但其直接通径系数并未达到显著水平；影响固氮菌数量的土壤因子直接通径系数大小顺序为速效氮>速效磷>全氮，表明速效氮是影响固氮菌数量的最关键因子，上述结果与简单相关分析的结果一致。

3 讨论

植被恢复后产生持续的凋落物和腐烂的根系，进一步增加了有机质的积累，促进了有机物质的矿化和再合成，同时恢复植被中豆科植物居多，在生长过程中固氮作用较大，故全氮、速效氮、速效磷含量易受其影响，而速效钾含量虽然与有机质含量存在一定的相关性，但这种相关性并不显著，这可能与不同的林分组成有关。真菌与放线菌在微生物中充当着特殊分解者的作用，它们都具有丰富的酶系统，能够分解难分解物质，且喜分布于类似的土壤环境中，两者之间息息相关；同时前人的研究结果显示，通常情况下细菌和固氮菌的数量会随着有机质含量的增加而增多，细菌和固氮菌之间存在着显著的相关性，与本研究结果基本一致。

土壤微生物是土壤中有机物的重要分解者，与土壤理化性质变化息息相关，土壤微生物能充分反映土地利用及其生态功能的变化，可作为土壤质量评价的重要指示指标[11]。植被恢复会对微生物产生积极影响，这与土壤中的生物量密切相关，如凋落物、根系分泌物等。许多学者对两者之间的关系进行了探讨，杨宁等[12]对不同植被恢复阶段的丘陵坡地进行了研究，发现土壤有机质、有效磷等与微生物量碳有较大的关联度。赵萌等[13]则发现杉木林地中土壤中的微生物总数及细菌、放线菌的数量会随着土壤含水率的升高而显著增加，细菌、真菌、放线菌的数量随着土壤有机碳、全氮含量的升高而增加。邵宝林等[14]则对横断山北部高山区35个样点的土样进行了分析，结果表明，放线菌数量与pH呈显著正相关关系，真菌数量与土壤全钾含量呈极显著正相关关系。王岳坤等[15]对海南清澜港红树林的土壤微生物数量与土壤因子关系进行了研究，发现土壤细菌数量与土壤pH、含水量、全磷含量、全钾含量明显相关；放线菌的数量与土壤pH、有机质含量、有效钾含量明显相关；真菌数量与土壤pH、全钾含量明显相关。由本研究中通径分析可知，含水量和全氮是影响真菌数量的主要因子，其中含水量的直接作用最大，这可能是由于真菌能在潮湿气候环境下大量繁殖，受水分条件影响较大有关；有机质、pH和速效氮是影响细菌数量的主要因子，其中有机质的影响最大，这与细菌较强的分解能力联系紧密，它们能促进植物残体的分解，使土壤中有机物质显著增加；有机质和含水量是影响放线菌数量的主要因子，其中有机质的直接作用最大，这可能与其特殊分解作用有关；速效氮、全氮和速效磷是影响固氮菌数量的主要因子，其中速效氮的直接作用最大，这主要是由于植被恢复后特别是豆科植物的固氮菌增多，使土壤中氮含量增加。以上结果可以看出，由于受到不同林分组成、植被覆盖率、水热条件等因素的影响，土壤微生物数量与土壤理化性状之间的相关关系也不尽相同。此外，本研究未发现真菌、细菌、放线菌及固氮菌数量与速效钾含量之间存在显著相关性，但它们之间还是存在一定程度的相关性，有待进一步研究。

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