土壤的生态功能(6篇)

土壤的生态功能篇1

关键词：水土保持水土流失水土保持功能

《水土保持法》及其《实施条例》中没有出现“水土保持功能”的术语，但是在水土保持法律文件中，水利部《关于水土保持设施解释问题的批复》第一次采用了“水土保持功能”的术语，表明了“水土保持功能”正式从一个学理概念转变和提升为一个专门的法律概念。该批复规定，水土保持设施是指具有防治水土流失功能的一切设施的总称。《实施条例》第21条第2款中所称的‘补偿’，是指对损毁或侵占水土保持设施所造成的水土保持功能的丧失或降低所必须给予的补偿。正确理解和适用“水土保持功能”这个专门的法律概念，对于开展水土保持执法具有重要的实践意义。

1、解释水土保持功能必先解释水土保持

1.1水土保持在学理上首先指一种自然状态或自然规律

在学理上，水土保持首先是指岩石土壤圈、水圈和生物圈相互作用和保持生态平衡下的水和土相互依存、自我更新的一种健康和谐的正向演替的状态和规律。从岩石到成土母质，从成土母质到土壤，都是在光、水、生物的作用下的一种健康和谐的正向演替的状态，最终土壤厚度不断增加，土壤肥力不断提高，给植物提供源源不断的养份。大气水、地下水、土壤水、地表水之间保持循环和相互补充，最终通过土壤水源源不断地给植物提供生态用水和养份。1957年颁布的《水土保持暂行纲要》有“…禁止滥伐林木，破坏水土保持”的表述，1982年颁布的《水土保持工作条例》也有“严禁滥伐林木破坏水土保持”的表述。这里的“水土保持”都指一种林木被覆下的水土资源不断自我维护和提高的自然状态或自然规律。

1.2水土保持在学理上还指人们一种有目标的思想、行为或技术

在学理上，水土保持还指人们在正确认识水土保持规律的前提下对人为活动进行调控，以纠正人为活动对水土保持状态所造成偏差和紊乱。这里的水土保持指人们这种有目标的水土保持思想、行为和技术。1981年国务院学科委员会明确，水土保持学科范围是“研究水土流失发生的原因和规律，水土保持的基本理论，据以组织综合措施，防治水土流失，维护和提高水土资源和土地生产力，从而有利于发展生产，合理利用水土资源，改善环境条件和自然面貌的一门综合性为其特点的应用技术科学。”1992年《中国大百科全书·水利卷》提出，水土保持学是一门水土流失规律和水土保持综合措施，防治水土流失，保护、改良和合理利用山丘区和风沙区水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水土资源的生态效益、经济效益和社会效益综合性技术应用科学。1996年关君蔚主编的《水土保持原理》提出，水土保持指防治水土流失，保护、改良和合理利用（山区、丘陵区和风沙区）水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水土资源的经济效益和社会效益，建立良好生态环境综合性技术科学。有意识地通过人力力所能及的手段，改变一部分环境因子，促使外力的破坏力减少，土体的抵抗力增强，终将使外力的破坏力小于或者等于土体的抵抗力，就控制了水土流失，也消除了水土流失对生产和生活上的危害，进而可以保护改善和合理利用水土资源，维护和提高土地生产力，建立良好生态环境，达到有益人民生活和生产的目的。这是水土保持最基本的原理。

1.3水土保持在法理上只能指人们与水土保持有联系的行为

在法理上，水土保持只能指人们与水土保持有联系的行为，包括消极行为和积极行为。但是不能包括与水土保持有关的思想、理论或者观点。因为法律是一种调整人们社会行为的规范，它的调整对象是人们的行为。因此，水土保持工作中，人们的水土保持思想观念问题是水土保持法律规范本身无法解决。《水土保持法》第二条规定，“本法所称水土保持，是指对自然因素和人为活动造成水土流失所采取的预防和治理措施。”

水土保持法律关系的客体一般只有水土保持设施（即物）和人们与水土保持有联系的行为（即行为）。根据环境与资源保护法原理，环境与资源保护法律关系中作为权利义务对象的物，必须是人们可以影响和控制的、具有环境功能的自然物。在水土保持法律关系中这种物就是水土保持设施，如森林、草地、荒山等。而这些行为则如林业采伐、整地造林、抚育幼林、垦复油茶、油桐等经济林木、开发建设项目的生产建设等。

2、解释水土保持功能必先解释水土流失

水土流失的概念在学理上有多种表述，但是在法律文件中没有法律概念上的表述。水土流失学理概念表述典型的有水土流失过程论、水土流失结果论等，以不同的学理概念表述为基础来理解法律概念上的水土流失，会造成《水土保持法》的适用上的不同法律效果。

2.1水土流失过程论

水土流失过程论，这里列出两种典型。1981年科学出版社《简明水利水电词典》提出，水土流失指“地表土壤及母质、岩石受到水力、风力、重力和冻融等外力的作用，使之受到各种破坏和移动、堆积过程以及水本身的损失现象。这是广义的水土流失。狭义的水土流失是特指水力侵蚀现象。”土壤侵蚀指“土壤在各种自然因素和人为因素的影响下发生破坏和搬运的现象。…土壤侵蚀有时仅指受水流作用，这与水土流失相似。”1990年王汉存编的《水土保持原理》提出，“土壤侵蚀就是在外界自然力量和人类不合理的经营活动影响下，土壤、母质、风化物、甚至基岩被剥蚀破坏、搬运和沉积的全过程。我国通称的水土流失，严格地讲应属土壤侵蚀中的水力侵蚀，而且除指土壤、母质的流失外，尚包括水的损失。不过习惯上，人们常将‘水土流失’与‘土壤侵蚀’两词等同起来使用。”

水土流失过程论虽为学理解释，但是通俗易懂。在水土保持科学知识宣传普及中采用，能产生较好的效果。特别在南方丘陵山区的人们在生产生活实践中对水土流失（水力侵蚀）有类似的感性认识，对此更好理解。根据水土流失过程论的定义，判断是否为水土流失的标准有三条：一是水土流失的对象是土壤、母质、风化物、基岩和水；二是水土流失的原因是外界自然力量和人类不合理的经营活动；三是水土流失的过程是破坏、搬运和沉积三个环节。但是水土流失过程论的定义有两点缺陷：一是对“水的损失”没有阐述清楚，是指土壤水的损失，还是地表水的损失，或者是地下水的损失？怎样理解水的损失？一般的业外人士都认为降雨转化为地表径流、地下渗流和地表蒸发，最终汇入江河湖海，水循环怎么会有损失呢？二是单纯强调具有破坏、搬运和沉积三环节的全过程，只是从现象上进行定义，没有从本质上进行定义。既容易导致概念的泛化，又对于认定特殊形式水土流失现象有一定障碍。如有的同志主张，旧城改造中旧砖房被折除过程，不负责的环卫工人在打扫垃圾时向城市排水管口倒垃圾，都是造成水土流失，这是典型的概念泛化。如有一块四周高的荒地，地面较平整，拟房地产开发，开发商提出他们进行基础开挖，土壤也不存在位移，不存在破坏、搬运和沉积三环节的全过程，因而不存在水土流失。作为水土保持执法人员如果也严格按此定义还真不好驳倒。这就需要水土流失结果论的定义了。

2.2水土流失结果论

1996年关君蔚主编的《水土保持原理》提出，水土流失是在陆地表面由外营力引起的水土资源和土地生产力的损失和破坏。土壤侵蚀是陆地表面，水力、风、冻融和重力等外力作用下，土壤、土壤母质和其他地面组成物质被破坏、剥蚀、转运和沉积的全过程。

显然，水土流失结果论，比起水土流失过程论，更宏观、简洁，也更接近水土流失的本质。根据水土流失因果论的定义，判断是否为水土流失有三条标准：一是水土流失发生的场所是陆地表面，除了海洋外的地球表面都有可能发生水土流失；二是水土流失产生的原因必须是外营力，最主要的外营力是水力、风力、重力和人为活动；三是水土流失产生的结果是水土资源和土地生产力的损失和破坏。

但是水土流失结果论也有其不足：一是更抽象，对于业外人士不好理解，需要作进一步的阐述。要解释外营力这个地学术语，要解释水土资源和土地生产力的损失和破坏。比如水的损失主要指降雨落到地表后，由于蒸发和蒸腾、地面径流和土体内渗流、向深层渗漏，从而造成对生产和生活不利的现象。二是容易导致水土流失概念的外延的无限扩张。单纯从“水土资源和土地生产力的损失和破坏”字面上理解，任何环境污染现象似乎属于水土流失的范畴，比如土壤污染、水污染，都导致水土资源和土地生产力的损失和破坏，都离不开水和人为活动的外力作用。

2.3水土流失的法律概念

虽然在法律文件中没有水土流失法律概念上的表述，但是可以从《水土保持法》总则部分，特别是第一条和第二条看出，《水土保持法》采用的学理基础是水土流失结果论的概念。进一步分析《水土保持法》总则部分，可以得出水土流失的法律概念有以下两个构成要件：

（1）水土流失的后果，或是水土资源的破坏和损失，或是加重水、旱、风沙灾害，或是恶化生态环境，或是影响生产，四者居其一则可满足。《水土保持法》第一条规定了立法宗旨，即为预防和治理水土流失，保护和合理利用水土资源、减轻水、旱、风沙灾害，改善生态环境，发展生产，制定本法。法律所要保护的，自然就是需要预防的水土流失所可能造成后果；（2）水土流失的原因既可以是单纯的自然因素，又可以是单纯的人为因素，还可以自然因素和人为因素的共同作用。水土流失是否有人为因素参与在所不问。

3、如何在水土保持执法中适用水土保持功能的法律概念

3.1水土保持功能的定义

根据《现代汉语词典》，功能有两种含义，一是事物或方法所发挥的有利的作用；另一种是效能。而效能指事物所蕴藏的有利的作用。因此，功能是指事物所发挥或蕴藏的有利的作用。那么，什么是水土保持功能呢？笔者认为，水土保持功能指陆地表面的各种类生态系统所发挥或蕴藏的有利于维护和提高水土资源和土地生产力的作用。为避免了循环论证，这个定义没有用“水土保持设施”，而准确地采用了陆地表面的各种类生态系统。因为生态系统是一个适用任何范围或任一等级的一个很广泛的概念，它可以具体指一个池塘、一块农田、一片森林，也可以指最大的生态系统生物圈。这里土地生产力是一个衡量和判断水土保持功能是否降低的重要指标，不能用政治经济学上的生产力概念来理解，只能采用生态学上的生态系统的生产力的基本原理来理解。

3.2森林、植被的水源涵养作用是水土保持功能的重要表现形式

森林和植被水源涵养作用指森林和植被覆被地面，截持降水，调节和吸收地面径流，固持和改良土壤，保护和滞蓄下渗水分，抑制蒸发，提高水分有效蒸腾，均匀积雪，改变雪和土壤的冻融性质，并能促进降水增加等有利人们生产和生活的效能，其本质是森林对水资源的有益影响，这种有益影响不仅局限于森林所在地区，而且对邻近地区，特别是江河下游地区影响更为突出。因此，在江河的水源区必须充分发挥森林水源涵养作用，做到“蓄水于山”和“蓄水于林”。因此，滥伐森林，毁坏植被、陡坡开荒等行为，从影响水源涵养作用意义上说，就是降低水土保持功能。

3.3生物生产力是表征水土保持功能的重要指标之一

生物生产力是一个生态系统中最基本的数量特征。生态系统内能量流的起点是绿色植物光合作用对光能的固定。世界上生物和人类生活的全部活动皆取决于植物光合作用中所获取的能量。植物在单位面积和单位时间（通常一年）内积累光能合成的总量称总生产力，通常用有机物质干重g/m2/年表示。通常情况下，按总生产力从大到小进行排序是森林、农田、疏林和灌丛、草原、荒漠。在其他环境因子如光照、水分、温度等条件相同情况下，植物数量和分布越少，总生产力越低，也就是水土地生产力越低，说明水土保持功能降低。这也就从理论上论证了人为生产活动挖掘、破坏地表和倾倒土（石、渣）占压地表，破坏植被，从而降低水土保持功能的命题。试问原来的植被都被占压和毁坏，何来光合作用和光能利用率，何来生物生产力？

3.4土壤水是是反映水土保持功能的重要指标之一

水分是土壤的一个重要组成部分。它不仅影响土壤的物理性质，制约着土壤中养分的溶解、转移和微生物的活动，是构成土壤肥力的一个重要的因素，而且本身更是一切作（植）物赖以生存的基本条件。土壤中的水分或者被吸附在土粒表面，或者处在孔隙中，并且和外界的水一样，也以固态、液态、气态三种形态存在。土壤水分从形态上，大致分为化学结合水、吸湿水和自由水三类：（1）化学结合水：要在600℃～700℃温度下才能脱离土粒。（2）吸湿水：是土粒表面分子力所吸附的单分子水层。（3）自由水：可以在土壤颗粒的孔隙中移动。自由水又可分为：膜状水，毛管悬着水，毛管支持水，重力水。从生产意义讲，化学结合水和吸湿水在土壤中不能自由移动，故不能被植物利用；膜状水仅能作极缓慢的移动，且含量很少，远不能满足植物的需要；毛管悬着水和毛管支持水是供植物吸收利用的最有效的水分，重力水因只能暂时存在，不能持续为植物利用，而且过多时，常又会造成土壤通气不畅，影响植物生长。

土壤的生态功能篇2

论文摘要：城市园林绿地在改善城市生态环境和美化城市景观方面起重要作用，由于人类活动的干扰使城市园林绿地土壤成为退化的土壤。城市园林绿地土壤的恢复与重建，对城市园林绿化的持续发展具有非常重要的意义。

城市园林绿化是城市市政公用事业和环境建设的重要组成部分，是改善城市生态、治理环境污染、美化城市面貌、提高人民群众生活质量、建设现代化城市的重要工作。城市绿化的效果和效益很大程度上取决于植物生长的地下环境因子-绿地土壤。很多城市园林绿地由于忽略了土壤与植物的反馈作用，致使植物生长不良，甚至死亡，造成不必要的损失。认识这一问题并采取积极有效的预防措施进行退化土壤的恢复，对城市园林绿化的持续发展具有非常重要的意义。

1土壤退化的概念

现在一般认为，土壤退化（soildegradation）是指在各种自然和人为因素影响下，导致土壤生产力、环境调控潜力和可持续发展能力下降甚至完全丧失的过程。简言之，土壤（地）退化是指土壤数量减少和质量降低。数量减少表现为表土丧失、或整个土体毁坏、或被非农业占用。质量降低表现为物理、化学、生物方面的质量下降。

为了正确理解土壤退化的概念，可从以下方面进行认识：土壤退化的原因：土壤退化虽然是一个非常复杂的问题，但引起其退化的原因是自然因素和人为因素共同作用的结果。自然因素包括破坏性自然灾害和异常的成土因素（如气候、地形等），它是引起土壤自然退化过程(侵蚀、沙化、盐化、酸化等)的基础原因。而人与自然相互作用的不和谐即人为因素是加剧土壤退化的根本原因；土壤退化的本质：就是土壤资源的数量减少和质量降低。土壤资源在数量上是有限的，而不是无限的。随着土壤退化的不断加剧，土壤数量逐渐减少，土壤质量也在不断的降低。

2城市园林绿地的分布

城市园林绿地的土壤呈斑块状不连续分布，散布于公园、花园、庭院、道路两旁等地域上。这些地域并存着不同时代类型的土壤，具有较大的时空变异性，相邻的土壤在发生上可能毫无联系，因此城市园林绿地土壤往往呈现地带性微域分布。其分布范围是人为主观划分出来的，包括公园绿地土壤、隔离带绿地土壤、街道绿地土壤、居民区绿地土壤、单位环境绿地土壤等。

3城市园林绿地退化的特点

土壤生态退化是由于人类活动的干扰和恶劣自然环境条件的作用或二者共同作用下造成的土壤生态系统结构破坏，调节功能衰退，土壤生物多样性减少，土壤生产力下降及土壤荒漠化、干旱化、板结化、酸化、盐碱化、养分亏缺与失衡等一系列土壤生态环境恶化的过程和现象，被称为“宁静的灾害”。土壤生态系统的退化实质上是土壤生态系统遭受破坏或者各个子系统之间不协调发展的结果。由于城市绿地系统是城市系统内唯一执行自然“纳污吐新”的负反馈调节机制的子系统，城市土壤作为城市绿地系统的基础，遭受到城市活动和城市化过程带来的环境压力，造成城市绿地土壤的物理和化学性质发生很大变化，土壤质量降低。这些变化往往影响到树木、花草的正常生长，从而极大地影响绿地质量和绿化效果。

城市园林绿地土壤受工业快速发展、人口高度密集和强烈的人为活动的影响，虽然其六大功能并不会完成转变或彻底丧失，但在遭受强烈人为扰动和重新堆积后，城市园林绿地土壤的原有性状被破坏，并伴随着不同类型、不同程度的土壤污染，从而形成了城市园林绿地土壤不同于其它土壤类型的特点：自然层次紊乱，成分复杂、侵入体多，物理性质不良，有机质和养分缺乏，污染因素增多，PH值偏高或异常，扎根条件限制。城市园林绿地土壤的这些特点会不同程度地限制其功能的发挥。如土壤污染导致生产力水平下降，污染物积累，造成土壤环境容量减小和“化学定时炸弹”等诸多危险，所有这些特点如果超过土壤生态系统的生态阈限，必然导致城市园林绿地土壤的生态退化。

4土壤退化的后果

土壤退化对生态环境和国民经济造成巨大影响。其直接后果有：生态系统的平衡和稳定遭到破坏，土壤生产力和肥力降低；破坏自然景观及人类生存环境，诱发土被破坏、水系萎缩、和气候变化；化肥使用量不断增加，而化肥的报酬率和利用率递减，环境污染加剧；人地矛盾突出，生存环境恶化。

5城市园林绿地土壤的生态恢复与措施

加大宣传力度，增加人们对土壤退化的危害及其严重性的认识，同时要制订有关政策，制止助长土壤退化的行为。

合理施肥。合理施用化肥，调节有机肥与无机肥施用比例，适当减少化肥施用量和增加有机肥的施用量，有利于改善和提高土壤肥力、防止耕作土壤退化。

合理灌溉。合理的灌溉应是依作物的不同类型和生长期，选择合理的灌溉方法、水量和时间以及使用无污染的灌溉水。

减少土壤的农用化学品投放量。大量施用化肥导致土壤养分比例失凋、作物养分中毒及地下水的污染；使用农药和化学除草剂所带来的生物链破坏、对土壤的污染以及由此而引起的农产品污染。这不仅在一定程度上导致了上壤的退化，而且还危害到人类的安全和健康。采用抗性较强的植物品种，做到适时施用农药；适当耕作除草，减少除草剂的用量。

增强环保意识，减少工业污染物的排效，防止土壤的化学污染。不同绿地类型的恢复实施措施，针对不同绿地的的退化的恢复措施

生产用地。由于常年有产品输出，在起苗时常带走一定量的肥沃表土，根层土壤肥力下降，地力消耗很大。要适当补充养分，施肥改土以增加有机质，才能达到输出优质苗木的需要。

公园、广场、小区绿地。由于人流量大，人为干扰很强烈，行人践踏严重，影响植物的生长和健康状况。对于退化公园、广场绿地的恢复可以通过加设绿地围栏等防护措施，设置围栏后可改变地表结构及土壤的理化性状，提高自然含水量，有利于有机质和养分进入良性循环。小区绿地可以将植物凋落物归还土壤，用以熟化土层，土壤性质和肥力就会朝着良性方向发展。

道路交通绿地。土壤前期受机械压实，后期人为践踏相当严重，树木凋落物被清走，土壤难以进入良性循环。不透气铺装道路，人行道树木生长易受阻，筑路时的渣砾、石灰较多，PH值增高，树木受害，汽车尾气污染等也使土壤难以进土良性循环。可以通过改善人行道不透气铺装，铺装透气砖，增加透气性，加速养分转化，提高供肥能力；逐年减少土壤中的砾质含量，改善其物理性状；在施工中注意熟化土的保存，避免生土覆盖熟土；防止城市生态环境的污染，如汽车尾气含量限制在排放标准之内，尽量排除废渣等碱性垃圾，改善PH值。

针对不同的退化特点的恢复措施：城市绿地土壤的PH值。土壤PH值太高可以用有机物或硫化废物进行改善；PH值太低就可用石灰进行改善。还可以选择一些对酸有较强抗性的植物来改善土壤性质。

重金属含量太高。重金属不能被微生物分解，可被生物富集。土壤一旦被重金属污染，其自然净化和人工治理都非常困难。受重金属污染的土壤可以用有机肥通过吸附作用加以改良，也可以施加抑制物（如石灰、磷酸盐、硅酸钙等）使之成为难溶化合物，以暂时降低重金属的转移。此外通过生物改良措施，种植一些吸收重金属的植物，也可达到目的。如蕨类植物蜈蚣草对砷具有很强的超富集能力。

盐分太高。可以采取灌溉的方法对土壤进行改善，也可以种植植物。它们能从土壤中吸收超量盐分，并在叶子中富集，当它们分解后释放出的盐可以阻碍其它植物生长。但是如果配合干扰行为，即在这些植物开始分解前将其清除，那么这种植物的种植就有助于改善盐碱土壤。

营养缺乏。最切实有效的方法是种植豆类植物，利用其固氮作用来增加营养；另一种方法是施用有机肥料，增强土壤微生物的活性，逐渐恢复退化土壤的含磷量。转贴于

城市绿地土壤是绿化植物的直接载体，土壤质量是城市绿地质量的关键。改良和培育土壤，保持“地力常新”，提高土壤质量，是一项具有战略地位的重要工作。城市绿地的持续稳定发展首先要解决城市绿地土壤的质量问题。现在，城市绿地土壤处于一种退化状态，后果严重，城市绿化的主管部门应及时地根据城市绿地土壤的分布和退化特点，采取必要的措施，使退化的城市园林绿地土壤恢复到健康状态，做到根据绿地植物的生态要求，选择适宜的土壤；根据土壤的肥力特征和生态特性，选择适宜的植物进行合理配置，充分发挥城市园林绿地土壤的功能，使城市园林绿地的生态作用、游憩作用、景观作用和灭灾作用得以最大限度的发挥。

参考文献

[1]曹勇宏城市绿地系统建设的生态对策

土壤的生态功能篇3

关键词：重金属污染土壤；微生物功能；植物-微生物联合修复

引言

伴随着农业、工业以及生活污水的大量排放，我国环境污染中重金属污染的负面影响也日益加剧。在污染治理过程中，作为土壤中最为活跃的有机体，土壤中的微生物将土壤中的物质和能量进行循环与转换，以维持土壤中的生态平衡，净化重金属所造成的污染。因此，微生物在当前重金属污染治理中起着重要作用。

1.重金属污染土壤的植物-微生物联合修复的不同形式

微生物与植物联合作用于重金属污染土壤的修复属于当前微生物发挥功能的一种形式。植物的生长为微生物提供滋养，同时其根区所产生的一些分泌物能够进一步促进微生物降解功能的发挥；微生物则可以通过自身的降解功能，把土壤中的有机酸、铁载体等转换成为植物根基可吸收物质，甚至改变植物当中重金属的生长形态，为植物提供可吸收的营养，促进植物的进一步生长。

从现有修复形式来看，植物-微生物联合修复主要通过以下两种形式实现：第一，与微生物菌体共同作用。俄罗斯科学家研究发现，在Zn、Ni、Cd、Co等土壤条件下，会产生某种耐受菌体，其能够通过自动复制环状DNA的形式，阻止重金属污染源伴随植物根基的吸收作用进入植物体内，进而能够起到保护植物的作用。因此，综合对该种菌类的研究结果可以发现，在重金属污染过程中，可以在土壤中接种专性的菌株，一方面能够转换植物生长环境中的微生物结构，另一方面也可以达到降解重金属，提高植物生长环境周围为生物活性、进而促进植物生长的作用。第二，将植物与菌根结合修复土壤中的重金属污染。菌根主要指的是存在于土壤中的生物植物和菌落的联合体。该种生物一般生长在重金属含量较高的矿区土壤中，其自身即具有极高的酸溶和酶解能力，能够通过转换重金属当中的污染物质，为植物生长提供营养。另外，菌根还能够通过自身活动，改善土壤当中的微生物活动状态，进而改变植物根基的微型生态环境，从而提高植物整体的逆环境生长能力，促进植物的进一步生长。事实上，虽然菌根本身能够提高植物的抗逆性，同时其较强的重金属吸附和降解功能促进了当前对重金属污染土壤的治理，但是由于该种植物不易获得，因此菌根和植物相互作用的重金属污染治理模式还具有相当广阔的研究空间和应用前景。

2.重金属污染土壤植物-微生物联合修复技术的影响因素

2.1土壤中重金属污染特性

重金属是否会造成土壤污染以及其污染的方式与土壤中重金属的总体含量不直接相关。一般来说，土壤中的重金属以各种不同形态存在，且因为总体重金属结构状态的不同，土壤中重金属的能量状态以及污染特性也不相同。当然，综合现有污染土壤来看，由于土壤中所含的有机质以及某些矿物质成分具有一定的重金属吸附效果，因此土壤中水溶态的重金属含量较少。从这一现象来看，土壤可以利用微生物和植物的重金属毒性抑制功能以及重金属的降解和转化功能等，改变土壤中重金属的平衡结构，为植物和微生物的生长提供更多滋养，进而提高土壤的修复率。

2.2植物本身生理生化特性

植物是土壤中重金属修复的主体，其自身也具有一定的重金属降解、吸收等功能，而该功能同样能够影响土壤中的重金属含量。当前全世界范围内共有约400种超累积植物。该类植物通过吸收、储存和利用土壤中的重金属，改变原有的土壤结构，进而促进植物生长环境的转变。一般来说，这类富集植物需具有以下特征：第一，对于重金属的吸收速率较高，即是当土壤当中的重金属含量低于土壤污染水平时，其重金属吸收和运输的速率依然较高。第二，具有良好的重金属累积效果。对于某些浓度较高的污染物，富集植物同样能够起到吸附和积累作用，且其累积能力是普通植物的10-500倍以上。第三，富集植物可能具备同时吸附多种重金属的功能。第四，富集植物的生命力顽强，生长速度较快，同时自身抗病能力较强。

2.3根际环境因素

根际环境是土壤中独特的生态修复环境，该环境下，PH值被改变，氧化还原作用得以发挥。同时还能够利用根系分泌物，与植物和土壤进行能量和信息交流，改变根际的物质生存环境。当然，根际分泌物也能够促进根际微生物的成长，进而改变根细胞的特性，提高土壤中有机酸、氨基酸等活性较大的重金属溶解物质的含量，或者通过与重金属相互作用有效降低其结构稳定性和毒性，也可以运输细胞内的富集重金属到体内，进而提高植物的生长能力和抗逆性。另外，根际矿物质的改变同样能够吸收和降解土壤中的重金属，进而提高植物-微生物的联合修复效果。

3.结论与展望

虽然可以通过植物-微生物联合的形式修复被重金属污染的土壤，但是由于重金属本身的污染特性，植物的生理生化结构的变化以及植物根基环境等的影响，微生物对于重金属污染的修复功能的发挥研究还有待进一步的深入。在接下来的研究过程中，笔者希望，可以从重金属污染如何改变土壤中的微生物群落结构、菌根的特性、菌根发挥作用的方式以及菌根的培养方式等入手，以期更加充分地证明微生物修复土壤中重金属污染的作用机理和主要作用方式，进而为重金属污染土壤的治理提供可行建议。

参考文献：

[1]李小林，颜森，张小平，等.铅锌矿区重金属污染对微生物数量及放线菌群落结构的影响[J].农业环境科学学报，2011，30（3）.

土壤的生态功能篇4

关键词：园林；土壤肥力；生态修复

中图分类号：S688.9文献标识码：A文章编号：0439-8114（2012）21-4759-04

EcologicalRestorationbasedonLandscapeSoilFertility：TakingSouthHotSpringParkinChongqingforExample

XINGHong-wei，ZHENGLi

（EnvironmentalandBiologicalEngineeringInstitute，ChongqingTechnologyandBusinessUniversity，Chongqing400067，China）

Abstract：ThefertilityofsoilsamplecollectedfromgreenforestofSouthernHotSpringsParkinChongqingwastesttoanalyzethesoilquality.Thetestresultswerecomparedwithlandscapesoilfertilitystandard.ThemainproblemsofsoilinSouthernHotSpringsParkwerepointedout；andcorrespondingmeasuresofecologicalrestorationwereputforwardtoimprovesoilfertilityofsoastoprovidereferenceforlandscapeconstruction.

Keywords：landscape；soilfertility；ecologicalrestoration

土壤作为植物生产的基地，动物生产的基础，其本质是肥力。从土壤—植物—环境整体角度看，土壤肥力是土壤的养分针对特定植物的供应能力以及土壤养分供应植物时的环境条件的综合体现，土壤养分、植物、环境条件共同构成土壤肥力的外延[1]。

土壤中的许多因素直接或间接地影响土壤肥力，如：①养分因素：土壤向植物提供养分的能力并不直接决定于土壤中养分的贮量，而是决定于养分有效性的高低；②物理因素：指土壤的质地、结构状况、孔隙度、水分和温度状况等；③化学因素：指土壤的酸碱度、阳离子吸附及交换性能、土壤还原性物质、土壤含盐量以及其他有毒物质的含量等。它们直接影响植物的生长和土壤养分的转化、释放及有效性；④生物因素：指土壤中的微生物及其生理活性。它们对土壤氮、磷、硫等营养元素的转化和有效性具有明显影响。

园林土壤的生态修复则是根据生物自身的改土培肥作用原理来恢复与重建土壤生态系统，它是土壤生态系统恢复与重建的基础[2]。从土壤生态学角度看，生态恢复与重建是指从生态系统改良的类型、过程、退化程度和特点出发，消除或避开系统退化的障碍因子，根据生物的土壤生态适宜性原理、生物的环境适应性原理、生物群落共生原理、种群相克相生原理以及生物多样性原理，遵循生态系统功能的地域性原则，适时适地适树（草）地配置生物系统，使之与土壤系统和环境系统协调发展，从而逐步构建成结构合理、功能协调、良性循环的生态系统的过程[3]。

本研究以重庆市南温泉公园为研究地，通过对其园林土壤的养分分析，摸清土壤的养分含量状况，对其园林土壤质量作出了评价，进而了解南温泉土壤现状和存在的主要问题，结合土壤生态修复方法进行植物配置，将公园进行修复以及重建，以建立一个更加美好的南温泉景区。

1研究地概况

南温泉公园位于重庆市巴南区南泉镇，是重庆建设“五方十泉”和“打造温泉之都”的市级重点项目，全国闻名的省级风景名胜区，两次被评选为“巴渝十二景”，是重庆市主城仅有的温泉“绿谷”，也是重庆市主城仅有的温泉“绿谷”。景区以常绿针叶林、落叶性杂木林、竹林和樟林为主，植被以次生植被、人工植被为主，且分布不均。温泉景区中动植物资源丰富，种类繁多。2008年开始由于开发建设，植被有较多破坏，土壤用途改变引起质地改变较大。

2材料与方法

2.1土壤样品的采集

在南温泉公园功能区内选取8个取样地点，分别为主入口景观设施区（LG1）、主入口花园区（LG2）、草坪花园区（LG3）、河川散步设施区（LG4）、活动景观设施区（LG5）、自然花园区（LG6）、独立温泉区（LG7）、树木保全区（LG8）（图1）。由于调查区地势平坦，土壤类型比较单一，土层均较深厚且其垂直分布相对均匀，此次调查主要采集表层土样（0～20cm）进行测定。每个地点再随机选取5个地点取土，共取2kg，再采用四分法进行筛选，最后每个取样地点取土1kg[4，5]。土壤带回室内放置于阴凉处风干、去杂、磨细后，用60目筛网筛取土样100g，混匀，装瓶保存并登记。

2.2分析检测方法

根据《园林栽植土壤质量标准》[6]（DBJ/T50-044—2005）的规定，土壤有机质采用重铬酸钾氧化-加热法，土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提法，土壤有效氮采用碱解扩散法，土壤有效磷采用钼兰比色法，土壤酸碱度采用电位法，土壤可溶性盐含量（EC值）采用电导法，土壤速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法，土壤碳酸盐含量采用气量计法。

3结果与分析

按照全国统一分级标准，园林栽植土壤质量标准见表1。下面就重庆市南温泉公园土壤主要理化指标与国家园林土壤的统一分级标准作一比较。

3.1土壤有机质含量

土壤有机质是土壤各种养分元素，特别是氮和磷的重要来源。由于它具有胶体特征，能吸附较多的阳离子，因而使土壤具有保肥和缓冲性。所以生产上常把土壤有机质含量的多少作为判断土壤肥力高低的一个重要指标。南温泉公园土壤有机质含量为6.83～26.99g/kg。从图2可以看出，自然花园区（LG6）、独立温泉区（LG7）的土壤有机质含量丰富，主入口花园区（LG2）的土壤有机质含量处于缺乏状态，其余土壤有机质含量处于中等水平。

3.2土壤有效氮含量

南温泉公园土壤有效氮含量为25～68mg/kg。其中，除河川散步设施区（LG4）、自然花园区（LG6）、独立温泉区（LG7）的土壤有效氮含量处于正常水平外，其他均低于正常水平，含量较低。土壤有效氮含量分布见图3。

3.3土壤有效磷含量

南温泉公园土壤有效磷含量为6～22mg/kg，各功能区有效磷含量差异较大。主入口景观设施区（LG1）、河川散步设施区（LG4）土壤有效磷含量丰富，其余土壤有效磷含量处于中等水平（图4）。

3.4土壤速效钾含量

南温泉公园土壤速效钾含量为77～270mg/kg，各样点速效钾含量差异较大，但是都在正常范围内。从图5可以看出，南温泉公园土壤速效钾含量均处于中上等水平。

3.5土壤pH

南温泉公园土壤酸碱度（pH）是很多化学性质的综合表现。南温泉公园土壤pH在7.5～8.1之间，主入口景观设施区（LG1）、自然花园区（LG6）酸碱度尚可，其余各样点均为碱性土壤。园林土壤和自然土壤相比有碱化趋势。pH的升高容易导致植物Fe、B、Cu、Mn、Zn等元素的缺乏（图6）。

3.6土壤EC值

园林土壤受人为因素影响较大，容易出现盐渍化。土壤EC值是衡量土壤盐渍化程度的重要指标。参照园林土壤质量标准，将土壤EC值小于等于0.50mS/cm视为园林植物生长安全范围，土壤EC值在1.20mS/cm以上植物会发生盐害。南温泉花园土壤EC值为0.175～1.117mS/cm（图7），部分土壤接近盐渍化。

3.7土壤碳酸盐含量

园林土壤中碳酸盐含量一般应≤10g/kg，由于建筑垃圾的主要成分是碳酸钙，碳酸盐含量可以作为衡量土壤受建筑垃圾污染程度的重要指标。调查结果显示，南温泉园林土壤碳酸盐含量值在11.6～65.0g/kg，均大于自然土壤的含量（图8）。因此，园林土壤受垃圾污染严重，已由原来的酸性黄土演变为石灰性土。

4土壤生态修复改良措施

南温泉园林土壤总体质量不高。具体表现为有机质含量相对偏低，土壤轻度缺磷，轻度缺氮；土壤中的建筑垃圾使其pH和EC值升高，大部分土壤呈碱性，少部分的土壤即将盐渍化；土壤中还混有大量碎石、瓦块、水泥、石灰等建筑废弃物，使其保水保肥能力较差[7]。为了解决这一问题，目前主要是通过生态修复的方法对土壤进行改良[8，9]。

1）偏碱土壤的改良。①栽植耐碱园林植物。一些园林植物本身具有一定的耐碱能力，如海桐、木槿、石榴、栾树、仙人掌、康乃馨、南天竹、柏木、石苇、黑松、月季、侧柏、火炬树等。这些园林植物都能在pH7.5～8.5的碱性土壤中生长发育。所以在植物配置生态修复时，结合原有植物增加碱性植物。②栽植绿肥植物。一些绿肥植物在生长过程中吸收土壤碱性物质，同时又能在其根部分泌酸性物质以及其根瘤腐化后能在土壤中残留酸性物质。因此。栽植绿肥植物能达到改良土壤偏碱的目的，使土壤中难溶性养分转化，以利于植物的吸收利用。绿肥植物在生长过程中的分泌物和翻压后分解产生的有机酸能使土壤中难溶性的磷、钾转化为植物能利用的有效性磷、钾。可以用作碱性土壤生物改良的绿肥植物有麦草、黑麦草、苜蓿等。③有机改良法。就是在土壤中掺杂针叶土或阔叶土。针叶土是腐烂的松树的针叶、残枝或锯末沤制而成，是强酸性的，pH3.5～4.0。一般的碱性土掺1/5或1/6的针叶土最适合喜酸性的花卉生长。阔叶土是各种阔叶树的落叶腐烂而成，pH4.5～5.5。有机改良的优点是有机物质自身腐烂后所含的多种元素都是花卉生长所必需的，并可使土壤疏松，透气性和保水性良好。

2）养分不足土壤的改良。①有机肥料培肥。有机肥料含有丰富的有机质，能协调土壤中的水、肥、气状况，促进微生物的活动，从而保证植物生长的养分需求。常见的有机肥有泥炭、油饼、鸡粪、菌包等。②化学肥料培肥。施用化学肥料是目前绿地补充土壤养分的最主要手段，但是由于化肥养分的单一性，长期施用将造成土壤养分的不平衡，测土配方施肥是解决施用化肥造成土壤养分失衡的最有效途径。③商品化复合改良剂培肥。与常见的有机和无机肥料相比，商品化复合土壤改良剂具有更快速的改良效果，其主要成分是矿质养分、有益活性微生物、生长激素等，其作用机理为促进土壤养分转化、降低土壤中有害物质的活性、促进土壤生态系统修复。在园林建设中，利用商品化土壤改良剂能在较短的时间内达到改良土壤的效果，提高绿地的绿化质量。

园林土壤的重要作用决定了对其改良工作是个重要的过程，而其特殊性质又决定了对其改良是个长期的过程。在园林绿化建设中，通过多种改良措施为园林植物创造一个良好的生长条件，对园林植物在种植后成活和恢复生长能发挥巨大的作用，是提高园林绿化质量的根本基础。同时，与具体的改良措施相比，园林土壤的质量管理也非常重要，通过建立科学的土壤体系，保护土壤表层土，建立适合园林绿化的栽植和养护规范、控制土壤污染等手段，能有效地促进园林土壤的改良和保护，是提高园林土壤肥力的有力保障。

参考文献：

[1]杨瑞卿，汤丽青.城市土壤的特征及其对城市园林绿化的影响[J].江苏林业科技，2006，33（3）：52-54.

[2]包兵，吴丹，胡艳燕，等.重庆主城区市街绿地土壤肥力质量评价及管理对策[J].西南大学学报（自然科学版），2007，29（11）：100-105.

[3]徐巧.重庆山地公园植物景观的恢复与重建研究[D].重庆：西南大学，2006.

[4]鲍士旦.土壤农化分析[M].第三版.北京：中国农业出版社，2000.8-23.

[5]方海兰，陈玲，黄懿珍，等.上海新建绿地的土壤质量现状和对策[J].林业科学，2007，43（增刊）：89-94.

[6]DBJ/T50-044—2005，园林栽植土壤质量标准[S].

[7]刘晓冰，邢宝山.土壤质量及其评价指标[J].农业系统科学与综合研究，2002，18（2）：109-111.

[8]陈祥，包兵，张晓燕.园林土壤质量管理现状分析及其对策探讨[J].农技服务，2008，25（3）：32-33.

[9]张有山.北京农田土壤养分肥力提高及培肥措施研究[J].土壤通报，1996，27（3）：107-110.

收稿日期：2011-12-07

土壤的生态功能篇5

精品源自地理科

1904年,德国农学家Hiltner发现豆科植物根附近区域的土壤微生物,由于受到根系分泌有机物质对其产生的“效应”,表现出相对更高活性的现象,并首次提出“根际”(Rhizosphere)这一概念[1]。现在我们知道,这种“效应”其实是根际微生态系统中的根际效应。单棵植物根际范围虽小,但放眼看,根际却是地球上最大的生态系统,其能量流也极其巨大,因而,根际在生物圈功能中的作用非常显着。曾有研究人员估算,植物20%~50%的光合产物是通过根部释放出来的[2,3]。

根际土壤中存在大量的宏观生物和微生物,如细菌、真菌、原生动物和藻类生物等,细菌是该群体中数量最多的一类微生物。微生物和植物在根际环境中形成的复杂网络式关系会直接和间接地影响植物生长;反过来,植物通过分泌有机物,构建起一个有选择性的环境条件,以利于对其生长有益的细菌,导致根际细菌多样性偏低[4,5]。植物根际促生菌(Plantgrowth-promotingrhizobacteria,PGPR)在根际微生物群体中研究最为热门,也是对农业生产最具有应用价值的一类微生物。由于PGPR数量众多,且在根际定殖时具有竞争力,加之其作用机制的多样性,因此能在很大程度上影响植物生长。然而,人们在使用PGPR或相关制剂时,普遍发现大田应用效果远不及盆栽或温室条件下的效果理想,主要原因是PGPR对“陌生”环境的不适应。根际微生物是野外环境中的主要“陌生”因素,因此,了解与某些基本生态过程,如复杂性、自然选择、种间关系(共生、寄生、共栖和竞争)、演替或扰动效应有密切关系的根际微生物群落结构和多样性,可以帮助人们更好地理解根际生态系统,并为PGPR的筛选和高效利用提供理论依据。基于此,本文主要从根际微生物群落多样性、PGPR生态和遗传多样性以及PGPR的筛选策略等3个方面进行综述。

1根际微生物群落多样性

微生物多样性包括物种、遗传与变异以及功能多样性[6]。在根际系统中,细菌群落的功能多样性是基于其遗传变异以及和其他原核、真核生物(如植物)的互作关系。直至现在,根际微生物多样性与根际微生物功能之间的关系仍不十分清楚。根际微生物多样性信息的缺乏,其原因一是其种类繁多,二是绝大多数微生物的不可培养性。

1.1根际微生物群落结构的研究方法

研究微生物群落结构,就必须了解各类群微生物群体的种类及数量。传统技术是通过从根际土壤中提取、分离微生物,实验室条件下对其进行形态学、生化和遗传学检验。由于细菌往往和土壤基质以及其他细胞紧密附着,因此在细菌提取中常用到分散剂,即用物理或化学方法将细胞和基质区分开,之后才能对分离细菌生物量进行测定。

微生物生物量的测定常用方法有:显微镜下直接计数(如吖啶橙染料染色)[7]、微生物呼吸量测定(如基质诱导呼吸量,Substrateinducedrespiration,SIR)[8]、ATP含量测定[9]、最大或然法(Mostprobablenumber,MPN)计数[10],使用脂类生物标志物[11]以及氯仿土壤熏蒸法[12]等。但是,土壤中可培养微生物比例毕竟极低。有研究者曾估算这一比例只有不足1.0%(0.2%~0.8%)[13]。正因为如此,基于平板培养法研究土壤微生物多样性存在重大缺陷,免培养技术顺应而生。所涉及的技术包括磷脂脂肪酸(Phospholipidfattyacidanalysis,PLFA)分析法[14-16]、DNA/RNA杂交[17]、聚合酶链反应(Polymerasechainreaction,PCR)、核糖体RNA测序[18]、(G+C)含量[19]、温度梯度凝胶电泳(Temperaturegradientgelelectrophoresis,TGGE)和变性梯度凝胶电泳(Denaturinggradientgelelectrophoresis,DGGE)、限制片段长度多态性(Restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)[20,21]、DNA微阵列(DNAmicroarray)[22]技术(又称“DNA阵列”或“DNA芯片”)、克隆文库分析等方法。过去20多年间,人们利用这些技术手段揭示了很多有关土壤微生物群落的信息[23]。这些方法各有优缺点,正确选择合适的方法进行研究,有助于更准确地了解根际土壤微生物群落结构特征。

1.2根际微生物活性和功能多样性的研究方法及根际PGPR活性

研究根际微生物活性的经典方法,是将细菌进行培养、分离并作理化试验。另一个方法是利用细菌在不同培养基上的生长速率来表征该菌在环境中的生理特性、养分利用特点和自适应策略[24]。

目前,人们广泛采用某一关键酶活性的测定来表征某类群微生物的多样性和代谢活性。此外,Biolog体系也是应用较为广泛的方法之一[16,25]。另外,通过克隆构建大片段DNA文库(如BAClibrary),有助于更准确地揭示土壤中可培养和不可培养微生物,以及土壤微生物生态系统的相关信息[22]。未来土壤微生物群落结构的研究无疑会大量运用DNA微阵列技术[22],因为该技术可以利用其高特异性特点,将不同活性微生物区分开,并有助于解释同一菌株在不同环境土壤样本中的生态位的异同。当然,基因转录、蛋白质组学等技术也是未来微生物学研究中不可或缺的辅助手段[22,26]。

根际微生物多样性反映了微生物群落的代谢活跃程度。在土壤中接种PGPR,只要能存活,无论是否改变微生物群落结构,都会在一定程度上影响群落的代谢活性[15]。因此,接种PGPR是否能在土壤中存活并竞争是一个十分关键的问题,受物理的(质地、温度和湿度等)、化学的(pH、养分的可利用性、有机质含量等)以及和根际其他微生物之间的互作关系等因素的影响。其中,PGPR与根际土着微生物的互作关系是一个十分重要的影响因子,因为接种PGPR需要在根际形成新的生态位,并在根际定殖,且能竞争足够的养分。总之,接种PGPR后,要能以有限的群体发挥应有的生物效应。

目前,人们可借助多种技术研究根际土壤微生物活性,比如前面介绍过的同位素(3H、14C)标记DNA的胸腺嘧啶核苷或蛋白质的亮氨酸组分,来估算群落代谢活性和生长状况[7,27]。此外,还可以用SIR技术定量测定根际微生物活性[8]。

2PGPR生态及遗传多样性

近些年来,由于人们愈加深刻地认识到根际生态系统的重要性,加之PGPR作用机制研究的不断深入[28],越来越多的PGPR被筛选出来并加以鉴定。从结果看,很多属都有PGPR的分布。下面以目前PGPR相对集中的几个属来阐述其生态特征和多样性。

2.1固氮PGPR(DiazotrophicPGPR)

自生固氮菌大概是首个被发现具有促生作用的根际微生物。自20世纪70年代,固氮螺菌属(Azospirillumsp.)的菌株就已被分离出并应用于实践[29]。其他还有能起促生作用且能自生固氮的属种主要有固氮弓菌属(Azoarcus,Azonexus,Azospira)[30]、布克氏菌属(Burkholderiasp.)、重氮营养葡糖酸醋杆菌(Gluconacetobacterdiazotrophicus)、草螺菌属(Herbaspirillumsp.)、固氮菌属(Azotobactersp.)和多黏类芽孢杆菌(Paenibacilluspolymyxa)等[31]。上述这些细菌可以从许多种类植物,包括水稻、甘蔗、玉米、高粱以及其他谷物,甚至菠萝、咖啡豆的根际分离到。

最近,固氮弓菌因其遗传和代谢多样性而逐步引起研究者的关注。该属细菌能生长在以羧酸类或乙醇为碳源的培养基上,而且最适生长温度在37~42℃。

2.2杆菌(Bacillus)

土壤中的G+杆菌有95%属于芽孢杆菌属(Bacillussp.),其余5%属于节杆菌(Arthrobacter)和弗兰克氏菌(Frankia)[32]。许多杆菌能在逆境下形成芽孢以增强生存能力,一些杆菌如枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)还具有固氮能力[33]。杆菌类的PGPR具备多种促生能力[14,34,35]。

2.3假单胞菌(Pseudomonas)

在植物根际土壤G-细菌中,假单胞菌是数量最多的一类,该属中的PGPR也因为促生能力广泛而被人们所熟知[14,36,37]。假单胞菌属细菌生态多样性丰富,国内外已经从许多植物根际土壤中分离出大量该属的细菌。假单胞菌细菌往往代谢功能多样,可以产生抗生素、嗜铁素或氰类化合物等多种代谢物[38]。这些代谢物通过抑制其他有害微生物以及帮助植物吸收土壤养分,从而影响根际生态环境。

2.4根瘤菌(Rhizobia)

这里提及的根瘤菌是指能在非豆科植物根际进行非特异性定殖,并释放促生调控因子,如嗜铁素、氰类化合物或进行溶磷等作用,提高土壤养分的可利用性[39]。已有报道指出,在作物和一些非豆科植物轮作后,其根际微生物数量会大幅增加[40],这对随后的作物生长十分有益[41]。

3PGPR筛选策略

由于野外植物根际土壤是PGPR高密度集中地,因此该区域成为筛选PGPR的最佳来源地。进行筛选工作时,不同土壤类型、植物种类、季节以及植物生长期都必须考虑,以保证筛选到最多的菌株。且一般土壤根际有2%~5%的细菌属于PGPR。由此可见,野外植物根际是筛选PGPR的最佳来源地[4,42]。细菌成为PGPR的先决条件是,当被接种后,能在根际土壤微生物群体中表现出相当的竞争力。

筛选PGPR的第一步工作,是获得足够多的根际土壤细菌。通常认为根际土壤是指紧密附着在植物根表(1~3mm区域)的土壤。试验中,通常将植物根表土壤剧烈抖

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掉后,仍紧密附着的土壤作为根际土壤,用于筛选工作。当然,根据研究需要,除了根际土壤细菌,也可筛选根际内生细菌,因为这部分细菌也有不少是PGPR。也有一些研究者将植物根用自来水轻柔冲洗,仍附着的土壤被看作根际土壤而进行PGPR筛选。

根际土壤充分悬浮于无菌水、磷酸缓冲液或生理盐水。一些化合物如焦磷酸盐可作为土壤分散剂,但也可以影响细胞膜的通透性[43]。一些化学分散剂,如螯合剂可以用单价的阳离子(Na+)交换土壤颗粒的多价阳离子(Ca2+),从而减弱土壤颗粒对细菌细胞的离子吸附作用。不少研究者用亚氨基二乙酸制成的离子交换树脂,如DowexA1[44]或Chelex-100[45,46]。其他的一些分散剂有Tris缓冲液或六偏磷酸钠[47]。由于微生物细胞被其胞外聚合物紧密附着于土壤颗粒,有时也会使用去污剂。Macdonald[44]曾用0.1%的脱氧胆酸钠作为去污剂,同时用DowexA1作分散剂处理,土壤微生物的浸出率可提高84%。后来,Herron等[45]将此方法作了改进,用Chelex-100替代DowexA1,同时用聚乙二醇6000(PEG6000)溶解并分散土壤微生物。还有人在用吖啶橙染色计数土壤细菌数量时,用0.2%的六偏磷酸钠作为溶剂[10]。此外,柠檬酸盐缓冲剂作土壤溶剂研究微生物细胞膜磷脂特性[48],Winogradsky溶液用于分子生物学手段(ARDRA、DGGE或REP-PCR等)研究微生物多样性。

化学浸出法一般要结合物理法,可分为3类:摇荡法、混合法(均质或研磨)和超声波法。摇荡法是这3种方法中效率最低但却适用于一些敏感型的细菌或噬菌体。均质化处理会破坏一些细胞结构,特别是G-细菌,导致浸出液具有选择性。轻微均质化处理结合化学分散剂的使用往往具有更高的效率[49]。超声波处理是这3种方法中效率最高的方法,但对一些黏性土壤,需要对样品进行预处理[50]。然而,很多如G-的敏感型细菌会在处理过程中遭到不同程度的破坏,当然,选择较小频率的超声波处理可以避免这一情况的发生。

当获得足够多的根际细菌后,有如下两个策略可以筛选到所需的PGPR:①根据前文介绍的PGPR一般比较集中的几个属,通过选择性培养基和培养方法筛选目标PGPR。例如,Founoune等[51]用选择性培养基将荧光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)从刺槐根际筛选出来;②将所得到的根际细菌进行体外促生能力测定,保留具有促生潜力的菌株。然后对所得菌株进行遗传学试验,剔除同一属里相似的一些菌株,尽可能获得多个属里不同功能的有益菌[42,52,53]。

上述的体外促生能力试验包括:①测定促进植物生长的一些激素(如茁长素、赤霉素、细胞分裂素和生长素等);②1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶(ACC脱氨酶,1-Aminocyclopropanecarboxylicacid)活性检测,该酶能降解乙烯前体ACC,从而降低植株体内乙烯的水平,促进根系发育[54];③溶磷能力测试,细菌的溶磷能力有助于植物吸收磷素[55];④产嗜铁素能力测定,能帮助植物吸收铁质[56];⑤固氮能力测定[31];⑥测定细菌产生某些能降解病原真菌细胞壁的酶(如几丁质酶或β-1,3-葡聚糖酶)[52]。

通过体外促生能力筛选PGPR是一条可行途径,但也存在一定局限性。一些菌株的生化途径是诱导型的,也就是说,一些功能在某一环境条件下是表达的,但换个环境或改变某个培养条件就不表达了。因此,试验中往往会出现一些PGPR菌株在实验室条件下是有效的,但在根际条件下却失去这种作用。比如,一些与土壤磷素或铁质等养分相关的PGPR,往往在土壤磷素或铁质含量丰富的情况下作用不明显。

还有一个问题值得关注,一些具有抗病能力的细菌在传代过程中,由于该菌产生的特异性转化酶(Site-specificinvertase)容易使其发生“相位变异”(Phasevariation),当发生这种情况后,细菌的某些表型会发生重大变化。这也是一些细菌在实验室条件下表现出PGPR特性,但一段时间后,促生能力却消失的原因之一[57]。

筛选工作之后,对体外试验获得成功的PGPR菌株还应该在实际植物生长过程中起到相同的作用。值得注意的是,PGPR往往对不同的植物所起作用不同[58],但具体原因至今仍不清楚,此外PGPR在根际的竞争机制也不十分明了。接种PGPR可能会改变根际微生物群落,这有可能对植物间接促生[59]。当然,接种PGPR也不一定会改变根际微生物群落,也有可能只建立自身的群落,但并不改变根际微生物群落[59]。

最近的一些关于PGPR筛选的报道,都遵循上述策略。Kumar等[60]从生长在贫瘠土壤的番茄根际分离出细菌,再通过解磷、产IAA、产HCN、产嗜铁素、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性测定,确定多株细菌具有促生潜力,并在随后的芝麻种植中进一步试验,确立1株细菌(PseudomonasaeruginosaLES4)具有明显促生能力;Jha等[61]采集低氮土壤的水稻根际土壤,用不同碳源和不同pH的无氮介质进行富集培养,从中筛选出多株固氮细菌;Ahmad等[62]则采用3种选择性培养基(Jensen’smedium,King’sBmedium,Nutrientagar)分别将不同植物根际土壤的固氮菌、假单胞菌和芽孢杆菌分离出来,再通过上述常用的促生指标逐一进行鉴定,从而分离出目标PGPR。

4展望

研究者对微生物生态学的研究逐渐趋热,反映了微生物在生态系统中的重要性。土壤微生物是生物圈中物质能量循环的重要组成成分,在植物根际,这一功能尤为显着。植物通过根际分泌有机物质,高选择性地选择适合其健康生长的细菌,导致根际细菌多样性减少,但却为筛选植物根际促生菌提供了可靠来源。

接种PGPR可能会对根际微生物群落产生影响,由于这种影响关系到PGPR的作用效果,因而需要对此详加研究。另外值得关注的是,由于关系到PGPR和植物的互作关系,PGPR和其他微生物的“对话机制”(如群体感应等)值得进一步研究。

今后需要进一步加强根际微生物生态学研究,这有助于获得一些不同功能的微生物,并帮助人们解决不同的环境问题。未来PGPR生态学研究会越来越多地应用一些先进技术,如DNA/RNA微阵列技术,更好地揭示PGPR结构及功能多样性。此外,为提高PGPR的应用效果,细菌群体感应等机制还有待进一步研究。

土壤的生态功能篇6

关键词：水土保持林有效覆盖度土壤侵蚀

森林不仅是一种宝贵的自然资源,而且是陆地生态系统的主体,同时也是人类赖以生存和持续发展的物质基础。水土保持林是森林生态系统的有机组成部分，在水土流失治理工作中占有非常重要的地位。

研究结果表明，一般情况下，在一定生态区域范围内，随着水土保持林覆盖度的提高，水土流失的防治效果也越来越好。土壤侵蚀相对较少，生态环境趋于平衡，生态效益和社会效益相对明显。但是，由于土地资源的有限性、人们生活需求的多样性和长期性以及植物分布地带性的制约，水土保持林覆盖度不可能是无限增大的。这就要求在水土保持林体系建设中，一方面要合理配置林种结构，有效防止水土流失，改善生态环境；另一方面要合理利用土地资源，充分发挥当地乡土树种的作用，作到适地适树对位配置，促进良性循环。因此，这就存在着一个水土保持林有效覆盖度的现实问题，也就是如何运用较少的水土保持林面积获取最大的水土保持效益或者将水土流失量控制在一定（允许）的范围内。正确解决这一问题，对于加强水土保持林的自身建设和土地资源的合理开发利用，具有重要的现实意义和科学指导意义。

在分析有关水土保持林研究成果的基础上，我们对黄土高原沟壑区水土保持林有效覆盖度与土壤侵蚀量的关系进行了初步分析探讨，提出了陇东黄土高原沟壑区水土保持林有效覆盖度，以供商榷。

1水土保持林系统的功能与发展

水土保持林是为了控制土壤侵蚀和土壤流失、改善生态环境、提高系统环境容量、增加系统单位面积承载能力和经济收入，在水土流失地区营造的一种专用防护林体系，一般由塬面农田防护林、塬边、沟边防风林、坡面防蚀林、梁峁防护林、沟道防冲林等多林种组成。其防护功能主要是通过林冠层、林下地被物与枯落物及林木根系等形在立体防护体系拦截降雨、减缓径流、增加径流入渗机会、延长入渗时间、固持网络土壤、增强土壤抗蚀抗冲性能来实现的。如何长期持续稳定地发挥这一系统的功能呢？这就要求我们在水土保持林的营造和经营管理中，保持水土保持林系统内外物质流与能量流在较长时间内保持平衡，使林木生长发育所需的水分和营养物质维持在一定的水平，即最低供应量应大于引起该系统自调功能丧失时的物质供应量。否则，会形成以“小老树”为主的低质低产林分，达不到营造水土保持林的目的。多年来的分析研究表明，加强林分密度管理使其达到合理的适宜密度是协调系统功能、充分发挥系统整体效益的主要手段和方法，也是维持整个防护林体系范围内土壤养分状况长期稳定的重要途径[1]。

2水土保持林的有效覆盖率

如前所述，水土保持林是一种多功能全方位的立体防护体系，必须达到一定规模和面积才能充分发挥其系统功能，形成规模效益。那么在一个小流域或一定的生态类型区范围内需要有多大面积的水土保持林才能达到控制水土流失的目的呢？目前的研究成果表明，一般情况下覆盖率达到30%即可，但也有人认为需达50%—60%，还有人认为应达到60%—75%。这一研究成果的不统一，一方面严重地影响了林业及水保工作的宏观决策，另一方面是水保部门在治理验收工作中没有一个科学的指标来衡量。为此，我们提出了一个有效覆盖度的概念。综合有关部门水保科研成果，我们认为：水土保持林有效覆盖度应该是指水土保持林控制水土流失的功能满足人们对水土流失治理的需要或要求时的森林覆盖度。

3水土保持林有效覆盖率与土壤流失量的关系

水土保持林覆盖度与土壤流失量的关系国内外均有研究和报道，覆盖度提高，水土保持功能也随之增强，而且有效覆盖度土壤流失量（侵蚀模数）的关系是一个连续动态的负相关关系。定量分析和研究结果证明，覆盖率SA与土壤流失量M之间的相关关系如下[2]：

M=ae-bSA(1)

式中：a、b均为待定系数。王秋生等人进一步研究指出，系数a为覆盖率为零时（无任何植被覆盖）地的单位面积的土壤流失量即侵蚀模数Mm；系数b为覆盖率接近100%时的单位土壤面积的侵蚀量M0与Mm之比的自然对数，即b=ln(M0/Mm)[3]。因此可将上式改变成：

M=Mme-ln[(M0/Mm)]SA(2)

式(2)在应用方面可操作性强，具有广泛的适应性，因此我们称式(2)为有效覆盖度与土壤流失量的一般方程。

4水土保持林有效覆盖度的确定

以上分析表明，水土保持林有效覆盖度可定量为在一定防护范围内土壤流失量等于允许流失量时的林木覆盖度。要具体确定其大小，将涉及土壤允许流失量A、最大侵蚀量Mm、最小侵蚀量M0三项指标。

土壤允许流失量（A）取决于某一地区的成土母、生物、地形、时间等因素，在一定区域范围内的土壤允许流失量一般是一个定值，但不同地区其值各不相同，如美国确定为225—1150t/km2·a，前苏联确定为340—1090t/km2·a。我国虽没有作明确规定，但从有关研究成果和水土保持技术规程来看，一般以1000t/km2·a作为无明显侵蚀界限，与国际上多数地区采用的数值相近似，故将1000t/km2·a作为我们确定水土保持林有效覆盖率时的土壤允许流失量。

最大侵蚀量Mm是指覆盖率为零时的土壤侵蚀量。调查分析结果表明，陇东黄土高原沟壑区在未治理前，小流域裸地最大平均侵蚀量为8835t/km2·a，其中高原沟壑区为6650—8700t/km2·a，丘陵沟壑区为8000—11000t/km2·a，残塬区为9000—10000t/km2·a。

最小侵蚀量M0是指覆盖率接近100%时的土壤侵蚀量[4]。根据我们在泾川县中沟流域（水土保持林覆盖率为95%）12年的定点径流观测结果表明，中沟流域平均侵蚀模数为60t/(km2·a)，因此该流域可作为陇东黄土高原沟壑区土壤最小侵蚀量。

把A、M0、Mm等三个指标分别代入（2）式，则有

M=8835-4.9921SA

令M=A=1000t/km2·a,经计算可得

SA=43.6%

5.结论

综上所述,水土保持林有效覆盖率是由土壤允许流失量A、、最大侵蚀量Mm及最小侵蚀量M0三个方面来决定的。一般A是定值1000t/km2·a，Mm及M0受该取土壤、地形等有关部门因素的影响而变化，M0一般变化较小，通常为60—64t/km2·a，而Mm为该区不同类型流失量的平均值，变化也不会很大。因此在一定地区内以上三个方面基本变化不大，据此所求得的水土保持林有效覆盖率也就是一个相对稳定的数值，可作为该区水土保持林建设的一个重要指标来指导水土保持林的建设。

参考文献：

1.张淑芝，孙孙海“应用耗散结构理论配置水土保持林体系及及其效益研究”。《中国水土保持》，1995(4)—(5)

2.郭忠开，“水土保持林有效覆盖率及其确定方法”《土壤侵蚀与水土保持学报》，1996(3)

3.王秋生,“植被土壤侵蚀的数学模型及其应用”《水土保持学报》，1991(5)