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土壤的功能范文1
關鍵詞 水田；蔬菜地；苗木地；茶園；果園；供氮能力
中圖分類號 S158 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2014）13-0239-02
土壤氮素是土壤肥力的重要組成部分，是作物生長發育所需養分的重要來源。即使在施用大量氮肥的前提下，作物吸收的氮素至少有50%以上來自土壤[1]。土壤供氮能力是指土壤在作物生長期間能為作物提供的可利用的有效氮量，包括初始礦質氮和可礦化氮[1]。因此，精確地評價土壤氮的供應能力，合理施用氮肥，提高氮素利用率，不僅對推薦經濟施肥和提高作物品質有重要意義，而且有助于認識和控制因過量施用氮肥造成的環境危害[2]。土壤氮素供應能力不僅與土壤類型有關，也可因環境條件、土地利用方式及施肥等的改變發生變化[2-5]。
近30年來，隨著產業結構的調整，我國許多農區的種植制度和利用方式發生了很大的變化，其中水田改種蔬菜、果樹、茶葉、苗木等在我國南方地區非常普遍。水田改旱后土壤水分管理與水分狀況發生了明顯的改變，同時農田養分的投入與管理方式也發生了很大的變化。
為了了解水田改旱后對土壤氮素的影響，采集了30組水田改種蔬菜、苗木、果樹和茶樹的成對表層土壤樣品，分析并探討了水田改旱種植蔬菜、苗木、果樹、茶樹后土壤供氮能力的變化。
1 材料與方法
1.1 供試土壤
研究共在浙江省范圍內采集了30對土樣（水田與對應的由水田改種蔬菜、苗木、果樹、茶樹的農田，成對水田與改旱農田采于同一地點的同類土壤），其中，水田改種蔬菜、水田改種苗木、水田改種果樹、水田改種茶樹的農田分別為8、8、8、6對。采樣深度為0～15 cm。所采集土樣為混合樣，每一土樣由10個分樣混合而成。選擇的水田長期種植水稻，而相應的改旱農田均在10年以上。
1.2 分析方法
2.4 影響土壤氮供應能力變化的原因分析
相關分析表明，土壤中初始礦質氮與全氮無明顯相關關系（表5），這表明高施肥量是導致土壤礦質氮較高的主要原因；但土壤pH值與初始礦質氮呈負相關，可能是由于長期高量施用氮素導致了土壤的酸化。可礦化氮與可利用總氮與土壤全氮呈顯著的相關，與土壤pH值呈輕微的正相關，表明土壤的可礦化氮主要與土壤氮素的積累程度有關，而改旱后土壤總氮的下降可能是可礦化氮下降的主要原因。而土壤酸化可能會影響土壤微生物的活性，從而在一定程度上影響了土壤氮素的礦化。
3 結論
試驗結果表明，水田改種旱作后，土壤初始礦質氮除蔬菜地有增加外，其他用地均呈現下降；土壤可礦化氮和可利用總氮（初始礦質氮和可礦化氮之和）呈普遍下降。研究認為，水田土壤的供氮潛力一般大于相鄰旱地土壤；從土壤供氮特點來看，相對于蔬菜地、苗木地、果園和茶園，水田更具有可持續利用性。
4 參考文獻
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土壤的功能范文2
關鍵詞：土壤微生物；環境脅迫；響應機制；農業發展；土壤肥力；農作物；種植產量 文獻標識碼：A
中圖分類號：S154 文章編號：1009-2374（2017）11-0145-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.11.074
1 概述
地球表面最表層覆蓋的是土壤，土壤不僅是自然資源中最與人接近的資源，還是分布量最大的資源，幾乎在地表上到處都有土壤，可以說土壤與人類的生產生活緊密相連。同時，土壤作為大自然賦予的保護層，對維護自然生態系統的穩定性有重要意義，對此必須重視對土壤生態系統功能的養護，加強對破壞土壤營養成分的因素進行分析，以便提高土壤在環境中的抵抗力。眾所周知，土壤生態系統自成一個完整的循環體，在土壤中生存了大量具有多樣性特點的生物群落，正因為這些生物具備多樣性特點，且含有對土壤起到積極影響的營養元素，才能維持土壤生態循環系統的平衡，并且部分微生物是參與地球化學循環必要物質，對植物生長、氣候調節等陸地生態系統的生態功能起到不可替代作用。因此，探索微生物群落對環境的脅迫所引起的環境變化做出的響應，根據微生物響應機制做出調整，提高土壤自身生態功能的穩定性是十分必要的。
2 土壤微生物與環境脅迫之間的聯系
環境脅迫是指在自然界中，環境對其范圍內存在的生物產生了一定程度的威脅和制約，破壞了生物的自然生長和存在，這種脅迫主要是受到外來因素的干擾，例如受到天災冰凍、洪澇、鹽堿等或者受到人為的干擾如傾倒垃圾、碾壓等。土壤作為自然環境中四處存在的物質，其受到環境的影響作用十分V泛，并且長期以來，由于人類工業化發展和城市化的變革，給土壤生態環境造成了難以想象的破壞。
在環境給土壤造成的破壞之中，突出的土壤污染表現為土壤重金屬沉積，大量重金屬經過日積月累，會導致土壤的生態系統失去平衡，造成土壤中微生物群落活性降低，使微生物生長逐漸朝向單一化演變，最終導致土壤的機能下降。已知關于土壤微生物對環境脅迫的響應機制研究中，人們多數是將重金屬污染作為研究生物和環境脅迫的切入點。目前，科研人員已經發現了重金屬在土壤中的沉積，會對土壤內部微生物群落多樣性以及土壤生態穩定性等多方面造成影響，從這個角度切入進行實驗，可以獲得多項研究結果，有利于科研對比實驗的展開。
3 土壤微生物多樣性及土壤生態穩定性研究方法分析
3.1 土壤微生物多樣性研究
土壤微生物群落因為自身的物質特點具備多樣性的性質，正是由于微生物群落的多樣性，為土壤提供了充分的營養，能夠維持土壤生態系統平衡。而要想探究土壤微生物對環境脅迫的影響機制，首先就要了解土壤微生物多樣性，對土壤微生物多樣性的掌握有利于提高人們認識微生物的生態功能。測量土壤微生物群落多樣性主要利用培養方式進行實驗，傳統的測量方法有底物利用分析法、分離培養分析法，也有依靠新技術產生的新興研究方法，比如說高通量同高分辨率結合的宏基因組學分析法。在研究過程中，根據所具備的實驗條件選擇恰當的實驗方法，對土壤微生物群落多樣性進行分析和記錄，在反復比對實驗數據后得出土壤微生物群落多樣性特征。目前，實驗研究人員會根據微生物群落多樣性的差異做出區分，多以微生物群落α多樣性、β多樣性和γ多樣性為研究內容。
3.2 土壤生態穩定性研究
實際上，土壤生態穩定性決定了土壤在遇到環境脅迫時的響應機制反應度，土壤生態穩定性是指生態系統在面臨外部環境發生變化，對土壤的各個方面的性能和生態性造成影響時，可以利用自身功能與性能抵抗外部侵襲的影響，使得土壤生態系統能夠保持原有的狀態。土壤生態穩定性包括了許多方面，但是起到絕大部分作用的有兩個，即土壤抵抗力穩定性和恢復力穩定性。這兩個功能是土壤本身含有的，不同的是不同的土壤因為具有的微生物群落不同，會體現出不同程度的差異。根據相關數據顯示，土壤中的微生物群落如果功能性顯示出多樣化，并且微生物群落的數量越多，土壤自身的抵抗力穩定性和恢復力穩定性就越大，所以在研究土壤生態穩定性的實驗中，研究人員主要討論的就是這兩個功能指標。
4 土壤微生物對環境脅迫響應機制的分析
4.1 土壤微生物群落功能冗余情況
功能冗余一般指具備多項功能的事物會存在生態功能重疊情況，對于土壤微生物群落而言，微生物具有多樣性的特征，不同的微生物群落都會存在一些生態功能，這些功能本質上所起到的作用都是一致的。有實驗證明，土壤微生物群落中的某些生態功能被剔除后，這些微生物群落的生態系統功能并沒有發生太大改變，仍然可以維持原有的生態體系。也就是說，一旦土壤面對環境脅迫，微生物群落會選擇脫離出一些個體，來應對環境變化造成的惡果，剩余微生物群落可能會減少微生物種類，使功能結構發生改變，但是這些改變還不足以支持整體土壤微生物群落的正常功能。眾多數據顯示出，土壤具備功能的穩定性，很大程度上與土壤微生物群落的功能冗余存在聯系，正是因為這些功能冗余的原因，會始終保持土壤在自然環境的變化中呈現出平衡性，所以研究功能冗余的物種發揮重要作用可以很好的解釋生態系統穩定性的潛在機理，對研究土壤生態系統平衡起到了重要的影響作用。自然微生物群落多樣性與功能之間的聯系始終都沒有得到詳細的認知，科學家們對微生物群落的研究體現在多方面，其中非常明確地表示出微生物群落的功能冗余對各種研究都有影響。
4.2 土壤微生物對重金屬污染的抵抗性能
當前，社會環境問題嚴重，給土壤的生態系統造成了嚴重威脅，除了人為的治理以外，土壤微生物群落在應對土壤環境惡劣情況中發揮了巨大作用。在研究土壤微生物群落對環境脅迫的響應機制過程中，人們著重關注了微生物群落對土壤中因重金屬帶來的環境變化進行抵抗并自我恢復的研究，經過多項實驗觀察，確定了微生物群落在面對重金屬物質的脅迫時能夠及時激發響應機制，助力土壤保持生態系統穩定平衡。當土壤微生物群落感受到重金屬的威脅時，一般會采取自動應對機制，形成相應的能力。其一，當重金屬物質入侵土壤后，土壤中的微生物群落會改變性質，由耐受型微生物群落逐漸取代敏感型；其二，當遇到重金屬量過大時，土壤中的微生物群落會發生對這些重金屬的水平轉移，會逐漸在群落內部生成抗性基因，對抗重金屬；其三，有可能在遇到重金屬入侵時，土壤微生物群落發生物種遺傳變異，從初始微生物群落開始逐漸產生的新的群落會具備這些抗金屬性能。在對抗重金屬入侵過程中，土壤中用以對抗重金屬的微生物群落還是會受到影響，時間越長，這些對抗重金屬的微生物群落對抗性能和恢復性能降低越快，在面對環境脅迫時，土壤生態系統的穩定性更多還是依靠耐受型微生物群落和抗性基因轉移（水平轉移）。
4.3 環境脅迫下土壤微生物的其他機制
環境脅迫一旦發生，會引起原核生物與真核生物細胞產生蛋白質錯誤折疊與聚合。當環境脅迫為熱脅迫，此時土壤微生物群落中的細菌會發生蛋白質變性與聚合，溫度超過一定的限定值后會在原有細菌內部的蛋白質基礎上誘變為熱激蛋白，其內部含有分子伴侶，作用于細胞蛋白質，能夠防止出現聚合或者降低蛋白質錯誤折疊，并且在熱激蛋白中存在一種非蛋白酶，這種酶的作用是降解不可逆損壞的多肽。
5 結語
總之，當土壤遭遇環境脅迫時，土壤微生物群落會依靠自身的生態功能引發響應機制，應對已經發生的環境脅迫。但是單靠土壤微生物自發性的響應機制仍然不夠，隨著社會環保觀念的加強，要持續加大投入研究土壤微生物對環境發生脅迫時響應機制的內容。就我國當前的實際情況而言，更要注重對土壤中的重金屬抗性基因轉移（水平轉移）做深入研究，找出科學方法提高土壤微生物群落的生態活性，加強土壤微生物群落對重金屬的抗性，以便提高土壤肥力，為恢復土壤生產力奠定堅實基礎。
參考文獻
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土壤的功能范文3
摘要:土壤風蝕 防治技術 保護性耕作引 言摘要:土壤風蝕是干旱、半干旱以及部分半濕潤地區土地沙漠化和沙塵暴災難的首要環節,也是世界上很多國家和地區的主要環境新題目之一。全球極易發生土壤風蝕的地區包括摘要:北非、近東、中亞、東南亞部分地區、西伯利亞平原、澳大利亞、南美洲南部以及北美洲的干旱、半干旱地區。目前,全球有9億人口受到沙漠化的影響;2/3即100多個國家和地區受其危害;全球陸地面積的1/4,即3.592×109hm2受到沙漠化的威脅。每年因沙漠化造成的經濟損失約達423億美元[1.其中,我國受土壤風蝕及土地沙漠化影響的面積占國土總面積的1/2以上[2,主要分布于北方,尤以旱作農田為甚。土壤風蝕嚴重影響了這些地區的資源開發和社會經濟的持續發展。土壤風蝕新題目愈來愈受到國際社會的廣泛關注。
1、風蝕發生氣理
1.1 沙粒起動機制
土壤風蝕是指一定風速的氣流功能于土壤或土壤母質,土壤顆粒發生位移造成土壤結構破壞、土壤物質損失的過程[3.它的實質是氣流或氣固兩相流對地表物質的吹蝕和磨蝕過程。風蝕過程主要包括土壤團圓體和基本粒子的分離、輸送和沉積[4.
土壤的功能范文4
關鍵詞：B/S架構：土壤墑情：自動監測系統
土壤水分是氣候、生態和農業系統的關鍵要素，隨著近年來全球變暖氣候異常的加劇，各種極端天氣現象不斷增多，特別是干旱、洪澇對農業生產帶來很大的影響。傳統的土壤墑情觀測往往以人工為主，準確率較低，時效性也不好，為滿足新時期抗旱工作的需要，連續觀測土壤墑情變化，宿遷市共建成7個DZN1型土壤水分觀測儀，在土壤墑情監測中發揮著越來越重要的作用。如何使用土壤水分觀測儀所采集的數據為農業生產服務，開發基于WEB頁面的土壤墑情自動監測系統，已成為當務之急。
1.DNZ1型自動土壤水分觀測儀
上海長望氣象科技有限公司生產的DXN1自動土壤水分觀測儀，應用頻域反射法（FDR）原理來測定體積含水量，它由傳感器發出100 MHz高頻信號，傳感器電容（壓）量與實測層次土壤的介電常數呈函數關系。由于水的介電常數比一般的介電常數要大得多，所以當土壤中的水分變化時，其介電常數也相應變化，測量時傳感器給出的電容（壓）值也隨之變化，這種變化量被CPU實時控制的數據采集器所采集，經過線性化和定量化處理，得出土壤水分觀測值，并按一定的格式存儲在采集器中。
自動土壤水分觀測儀能實時自動采集8個土層深度的土壤水分數據，分別為0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60、70～80、90～100 cm，每隔1min讀取測量結果，每10個測量數據作質量控制后的算術平均即為該10min的觀測值，1 h內6個10min觀測值的算術平均即為該小時觀測值。自動土壤水分觀測儀可以方便、快速地在同一地點進行不同層次的土壤水分觀測，獲取具有代表性、準確性和可比較性的土壤水分連續觀測資料。
2.土壤墑情自動監測系統的技術結構
宿遷市土壤墑情自動監測系統采用分層和模塊化的設計方法，依托DzNl自動土壤水分觀測儀的采樣數據，按照B/S（瀏覽器/服務器）架構設計，服務端是系統數據庫，采用SQL Server 2008 R2開發，數據庫中存放各種土壤信息資料，包括體積含水率、相對濕度、重量含水率和水分貯藏量等數據，服務端維護升級方便，適合多用戶同時在線訪問。系統數據從架構上分為源數據層、基礎質控層、基礎數據層和產品數據層（圖1）。
3.系統主要功能
用戶輸入具有權限的用戶名和密碼，進入宿遷市土壤監測系統，主界面左邊為導航欄，點擊可以切換不同的界面功能，分別有實時數據查詢、歷史數據查詢、土壤圖表對比分析、色斑圖等6部分功能模塊。
3.1實時和歷史數據查詢功能
根據業務工作需要，選擇所需查詢的站點、土壤信息和時間區間，系統將顯示所需時段的土壤體積含水量、相對濕度、重量含水量和水分貯藏量等數據。并按氣候極值檢查、內部一致性檢查、空間一致性檢查對原始數據作質量控制，剔除錯誤數據，使輸出的數據更加貼近真值（圖2）。
3.2土壤數據對比分析功能
根據業務工作需要，可以選擇多時次、多站點的土壤觀測數據，系統將自動形成各個站點變化曲線圖，直觀地輸出每個站點的變化趨勢以及站點間的土壤信息對比，并可輸出到Excel表格，便于對觀測數據的后續使用和分析。
3.3土壤墑斑圖功能
為了更直觀地反映宿遷市土壤墑情分布狀況，系統采用了色斑圖方式來標注土壤墑情特性（圖3）。干旱指標依據中國氣象局農業氣象觀測規范的標準，即以20 cm土層的土壤相對濕度分別降至60%、50%、40%以下作為輕、中、重旱的標準。系統利用編程調用Golden software surfer 8.0函數來實現色斑圖的繪制，具有很強的移植性。
氣象服務人員可以根據全市土壤相對濕度色斑圖和土壤相對濕度表，結合當前農作物所處發育期進行作物生長影響評價，并根據未來天氣形勢，提出針對農業生產的分析建議，以文字、圖形、表格形式定期全市土壤墑情監測信息。
3.4干旱預警功能
系統根據全市各土壤水分站點進入不同干旱等級的時間為截點，以短信、界面提示等方式提醒相關業務人員，業務人員依據預警信息和系統監測資料，及時向相關部門和領導干旱預警信息，確保氣象部門能夠在第一時間發現旱情，提高氣象部門在旱情發生時的預警時效性。
土壤的功能范文5
人類由于長期以機械、電力等重工業為主，在帶來經濟效益的同時也造成了嚴重的環境污染和生態破壞。其中土壤污染，尤其是重金屬污染，已成為影響全球城市居民健康的重大問題之一。土壤污染不同于大氣污染和水污染，具有不可逆性、長期性、穩定性和滯后性，且不易在物質循環和能量交換中分解(Lietal．，1991)。當有毒物質的積累超出土壤的承受能力或環境條件發生變化時，可能會突然活化，嚴重危害環境。目前，固化、熱處理、土壤沖洗、電動修復等技術，可用于污染土壤的修復，但這些方法不僅修復費用昂貴，而且常導致土壤結構破壞、土壤生物活性下降和土壤肥力退化(駱永明，1999)。研究表明:植物不但具有抵抗和凈化大氣污染的能力，而且具有對污染土壤的凈化能力(黃會一，1989;王慶仁等，2001)。因此，可以通過植物的新陳代謝活動來固定、提取土壤中的重金屬污染物，達到治理土壤污染的目的。植物修復不但成本低廉，而且也可減少土壤重金屬污染風險，不破壞土壤環境質量。因此，植物修復越來越受到世界的關注。為了揭示哈爾濱市區綠地土壤重金屬污染的現狀及不同植物對重金屬的富集情況，找出哈爾濱市區主要的污染因子、污染途徑以及治理方法，本文對哈爾濱市區6個功能區土壤－植被進行研究和綜合評價。
1研究區概況
哈爾濱地處松嫩平原，125°42''''—130°10''''E，44°04''''—46°40''''N，是我國緯度最高、氣溫最低的大都市。屬中溫帶大陸性季風氣候，冬長夏短，四季分明，年平均溫度3.6℃。最冷的1月平均氣溫為－13.2～－24.8℃，最熱的7月平均氣溫為18.1～22.8℃。全年平均降水量569.1mm，降水主要集中在6—9月，夏季占全年降水量的60%。哈爾濱市區地域平坦、低洼。東南臨張廣才嶺支脈丘陵，北部為小興安嶺山區，中部有松花江通過。地帶性土壤為黑土，呈中性至微堿性。有機質含量為30～80g•kg－1，全氮含量為2～9g•kg－1，全磷含量為0.8～3g•kg－1，全鉀含量為20～30g•kg－1，堿解氮平均含量為148mg•kg－1，有效磷平均含量為15mg•kg－1，速效鉀平均含量為227mg•kg－1。
2材料與方法
2.1綠地劃分
本試驗選擇哈爾濱市區作為研究對象，把綠地劃分為森林與苗圃綠地、城市公園綠地、工業區綠地、農業用地、松花江沿岸綠地、市區公路兩旁綠地6個功能區，共設置50個采樣點，每個采樣點的經緯度均用GPS定位。采樣點具置和基本情況見表1，采樣點分布見圖1。
2.2樣品采集
2.2.1植物樣品
根據采樣地區樹種分布情況，分別選取樹齡相近、長勢良好、無病蟲害的植株，在樹冠的東、西、南、北4個部位(喬木距地面約2.5m處，灌木距地面約1.5m處)采取植株的1年生飽滿枝條(含葉)，將采集的枝條(含葉)混勻。將采集的植物樣品帶回實驗室，分別用自來水充分沖洗，再用去離子水沖洗，在80℃下于烘箱中烘至恒量，粉碎并過100目尼龍篩，放入封口袋備用。
2.2.2土壤樣品
在所采集的植物樣品四周用土壤鉆采集0～15cm的表層土壤樣品，裝入塑料袋并充分混合(約1kg)，貼好標簽。將采集的土壤樣品帶回實驗室，自然風干，除去土樣中的石子和動植物殘體等異物，用木棒研壓，過2mm尼龍篩，混勻。用瑪瑙研缽將通過2mm尼龍篩的土樣研磨至全部通過100目尼龍篩，放入封口袋備用。
2.3樣品分析
植物樣品用HNO3-HClO4消化，土壤樣品用HF-HClO4-HNO3消化。植物樣品和土壤樣品采用高壓密閉微波進行消解，采用電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)進行銅、鋅全量的測定，原子吸收分光光度法進行鉛、鎘全量的測定。在測定過程中，樣品全部3次重復。以上分析方法依據《中華人民共和國國家標準》(GB/T17141—1997)。
2.4數據分析
Excel2003對數據進行基本處理;SPSS17.0對重金屬進行污染指數計算、生態風險評價、相關分析等，對植物進行富集系數計算、多重比較等;ArcViewGIS3.3繪制采樣點坐標圖。
2.5評價標準與方法
2.5.1土壤污染評價標準和方法
試驗選用松遼平原土壤元素背景值(李健等，1989)和《土壤環境質量標準》(GB15618—1995)中二級標準作為評價標準(表2)，對比說明哈爾濱市區土壤重金屬環境質量現狀。評價方法采用單項(單因子)污染評價和多項(多因子污染綜合評價)(李天杰，1996;劉廷良等，1996)。1)單項污染指數法以土壤單項污染物的實測值與評價標準相比，用以表示土壤中該污染物的污染程度。2)綜合污染指數法綜合污染指數法即為內梅羅指數法(N．C．Nemerow)。
2.5.2植物富集能力評價標準
植物重金屬富集量受植物本身特征、大氣環境和土壤中重金屬含量等多種因素的影響。富集系數(bioconcentrationfactor，BCF)是評價植物富集重金屬能力的指標之一，它反映植物對某種重金屬元素的富集能力，富集系數越大，其富集能力越強(魏樹和等，2004)。
3結果與分析
3.1土壤重金屬含量變化
哈爾濱市區50個表層土壤樣品重金屬含量測定結果的描述性統計分析見表4。變異系數作為反映統計數據波動特征的參數，通過對某元素分布特征的描述可以從一定程度上反映其積累的分布與均一狀況。相同重金屬在不同功能區的變異系數不同，一般工業區綠地的重金屬變異系數相對較大，而農業用地的重金屬變異系數相對較小。工業生產制造過程中廢棄物的排放很可能是造成土壤中重金屬分布不均勻的主要原因。4種重金屬的平均變異系數(對每種重金屬在6個功能區的變異系數之和取平均值)依次為28.44，24.56，42.65，36.21，變化幅度為42.65%～24.56%。其中鎘的平均變異系數最大，達42.65%，而銅的變異系數最小為24.56%。4種重金屬的平均變異程度由大到小的順序為鎘＞鉛＞鋅＞銅。由表4可知，4種重金屬含量的平均值均不同程度超過了土壤環境背景值。全鋅含量范圍在51.10～252.00mg•kg－1，最高點出現在樣點26(哈藥集團藥劑廠)，達252.00mg•kg－1，是背景值的4.36倍;最低點出現在樣點13(城鄉木材供應站)，為51.10mg•kg－1。全銅含量范圍在13.29～68.07mg•kg－1，最高點出現在樣點29(林業機械廠)，達68.07mg•kg－1，是背景值的3.24倍;最低點出現在樣點3(第二苗圃)，為13.29mg•kg－1。全鎘含量范圍在0.091～0.725mg•kg－1，最高點出現在樣點29(林業機械廠)，達0.725mg•kg－1，高出背景值10.98倍;最低點出現在樣點1(江北太陽島)，為0.091mg•kg－1。全鉛含量范圍在8.52～63.99mg•kg－1，最高點出現在樣點28(鍋爐廠)，達63.99mg•kg－1是背景值的3.19倍;最低點出現在樣點19(望哈農場綠地)，為8.52mg•kg－1。根據不同采樣點所位于的功能區可知，重金屬污染最嚴重的樣點均位于工業區，而污染較低或未發生污染的樣點則位于森林與苗圃綠地或農業用地等受人為因素干擾較小的地區。其中，全部樣點的重金屬鎘含量超過其背景值，最高樣點已超出近11倍。鎘是嚴重的污染元素，對于人體來說是非必需元素，吸入含鎘氣體可致呼吸道癥狀，經口攝入鎘可致肝、腎癥狀。有研究表明:土壤中的鎘含量大于0.5mg•kg－1時，大豆(Glycinemax)等農作物就會受到生理毒害(劉廷良，1996)。因此，為了人類和其他生物的健康，應對重金屬鎘污染予以高度重視。
3.2土壤重金屬污染評價
3.2.1單因子污染評價
把松遼平原土壤環境背景值作為一級標準，計算哈爾濱市區50個樣點表層土壤各種重金屬的單向污染指數見表5。由表5可知，哈爾濱市區各功能區土壤存在不同程度污染。鋅單因子污染指數在工業區綠地介于中污染和重污染之間，其他5個功能區單因子污染指數值在1～2之間，屬于輕污染。土壤表層鋅含量達二級標準的樣品數占98%。土壤表層鋅含量超出環境背景值的樣品數達到98%。土壤表層全鋅含量工業區綠地最高，農業用地最低。含量排序是:工業區綠地＞市區公路兩旁綠地＞城市公園綠地＞松花江沿岸綠地＞森林與苗圃綠地＞農業綠地。銅單因子污染指數在森林與苗圃綠地、農業用地、松花江沿岸綠地均小于1，可視為未污染;在工業區綠地和市區公路兩旁綠地單因子污染指數值位于1～2之間，屬于輕污染。土壤表層銅含量達二級標準的樣品數占100%。土壤表層銅含量超出環境背景值的樣品數達到60%。土壤表層全銅含量工業區綠地最高，松花江沿岸綠地最低。含量排序是:工業區綠地＞城市公園綠地＞市區公路兩旁綠地＞農業綠地＞森林與苗圃綠地＞松花江沿岸綠地。鎘單因子污染指數在工業區綠地、市區公路兩旁綠地均大于3，其中，工業區綠地為5.61，達到重污染;其他功能區單因子污染指數均在2～3，屬于中污染。土壤表層鎘含量達二級標準的樣品數占84%。土壤表層鎘含量超出環境背景值的樣品數達到100%。土壤表層全鎘含量工業區綠地最高，森林與苗圃綠地最低。含量排序是:工業區綠地＞市區公路兩旁綠地＞松花江沿岸綠地＞農業綠地＞城市公園綠地＞森林與苗圃綠地。鉛單因子污染指數在農業用地、松花江沿岸綠地均小于1，可視為未污染;其余4個功能區單因子污染指數在1～2，屬于輕污染。土壤表層鉛含量達二級標準的樣品數占100%。土壤表層鉛含量超出環境背景值的樣品數達到84%。土壤表層全鉛含量市區公路兩旁綠地最高，松花江沿岸綠地最低。含量排序是:市區公路兩旁綠地＞工業區綠地＞城市公園綠地＞森林與苗圃綠地＞農業綠地＞松花江沿岸綠地。綜上所述，不同功能區土壤重金屬污染水平對比分析結果是:土壤重金屬鋅、銅、鎘在工業區綠地含量大，其中重金屬鎘含量最大，為背景值的5.61倍。鎘主要來自冶煉、電池、電鍍、顏料、涂料、塑料穩定劑等工業排放，與工業發展密切相關(Lietal．，2002)。其次是鋅、銅、鉛，單項污染指數依次為3.00，2.60，1.78;土壤重金屬鉛在市區公路兩旁綠地含量最高，這可能與前些年機動車大量使用含防抗劑四乙基鉛的燃料有關(黃敏等，2010)。重金屬鉛隨汽車尾氣排放，進而積存在公路兩側的土壤中，造成鉛污染。
3.2.2污染生態風險評價
對土壤重金屬污染研究的目的是評估土壤污染狀況，預測土壤污染的生態風險，防止土壤污染加劇，保護生態環境，保障農林生產，維護人體健康(Plazaetal．，2005)。而二級標準則是判斷土壤是否存在污染的警示性評價，低于此值，一般不會引起生態環境的危害(石寧寧等，2010)。因此，本文選用《土壤環境質量標準》(GB15618—1995)中二級標準作為參照評價標準。計算得出不同功能區重金屬生態風險指數，見圖2。由圖2可知，與國家環境質量標準比較，工業區綠地土壤重金屬鎘指數超標，為1.23;其他功能區重金屬含量均在標準以內。各功能區鎘的風險指數均為最高，此結果與單向污染指數相似，說明鎘具有潛在的污染危險，應予重視，監測其含量的動態變化，防止污染加重。
3.2.3綜合污染指數評價
綜合污染指數選用內梅羅指數法(N．C．Nemerow)，兼顧多種污染物的污染水平和某種污染物的嚴重程度。從圖3來看，綜合污染指數的平均值為2.65，屬于中污染。農業用地、森林與苗圃綠地綜合污染指數分別為2.00和1.98，為輕污染;市區公路兩旁綠地、松花江沿岸綠地、城市公園綠地綜合污染指數分別為3.00，2.25和2.07，為中污染;而工業區綠地污染最為嚴重，綜合污染指數值達到4.58，屬于重污染。各功能區綜合污染指數由大到小依次為:工業區綠地＞市區公路兩旁綠地＞松花江沿岸綠地＞城市公園綠地＞農業用地＞森林與苗圃綠地。各功能區綜合污染指數說明工業區綠地已經受到嚴重污染，其程度遠超過其他功能區。表明工業化程度與城市土壤中重金屬的含量密切相關(Madridetal．，2002)，哈爾濱作為東北老工業基地之一，已經從事重工業長達幾十年之久，冶煉廠、發電廠、機械廠、鍋爐廠、化工廠、軸承廠等企業向環境釋放了大量含鉛、鎘、銅和鋅的廢棄物，其在城市中以不同方式蔓延，這很可能是造成工業區土壤中重金屬含量過高的原因。市區公路由于車流量大，機動車輛尾氣排放、輪胎橡膠磨損產生大量重金屬污染物，造成其較大程度污染。這與余健等(2010)的研究結果相一致。同時，近年來哈爾濱為了加快城市發展建設，大興土木，廣泛修筑地鐵、橋梁等設施，所用建筑材料的磨損、運輸物品的泄露以及大型器械的運轉也同樣會產生重金屬污染物，導致距離公路較近的地域各種重金屬含量相對較高。這與李仰征等(2011)的研究結果相一致。
3.2.4土壤重金屬含量相關分析
由于造成土壤污染的重金屬元素共存于土壤中，導致重金屬元素在總量上相關(葉琛等，2010)。為了解各重金屬元素之間的相關性，在以上分析的基礎上，對調查的全部土壤樣品重金屬元素兩兩之間進行相關分析。從表6可以看出，4種重金屬含量之間呈正相關關系，而且都達到了顯著或極顯著水平。這說明各種重金屬之間關系密切，源途徑相似，各采樣區同時受到幾種重金屬元素污染的可能性較大，即土壤污染存在復合污染特性(許書軍等，2003)。
3.3植物重金屬污染評價
3.3.1植物重金屬含量
鋅、銅是植物生長發育所必需的微量元素，但土壤環境中過多的鋅、銅元素也會對植物的正常生長造成干擾和脅迫。在植物體內，鋅和銅正常的濃度水平分別在27～150mg•kg－1和5～30mg•kg－1(Kabata-Pendiasetal．，1986)。所調查植物中，重金屬鋅的含量普遍偏高，平均值為49.91mg•kg－1，不同種植物之間鋅含量差異顯著(P＜0.05，n=40)(圖4)。重金屬銅的含量差別較小，均在10mg•kg－1左右，不同種植物之間銅含量變化不明顯(P=0.334，n=40)(圖5)。鎘對于植物雖然是非必需的元素，但是，它非常容易被植物吸收，只要土壤中鎘的含量稍有增加，就會使植物體內的鎘含量增高。不同種類植物中重金屬鎘的含量差別很大，其中，旱柳鎘含量最高，達0.105mg•kg－1，樟子松鎘含量最低，為0.016mg•kg－1，前者是后者的6.6倍。不同種植物之間鎘含量差異極顯著(P＜0.01，n=40)(圖6)。土壤中的鉛不易被植物吸收，即使進入植物根系也只有很少部分能向地上部轉移。植物對鉛的吸收量具有明顯選擇性。重金屬鉛對紅松和花蓋梨的選擇性相對較大，二者的鉛含量分別為9.02mg•kg－1和6.63mg•kg－1，不同種植物之間鉛含量差異極顯著(P＜0.01，n=40)(圖7)。綜上所述，對同一樹種而言，鋅的含量明顯高于其他3種重金屬，鎘的含量最低;4種重金屬的含量由高到低的順序為:鋅＞銅＞鉛＞鎘。由此說明，同種植物對不同重金屬的吸收富集能力不同。對同一種重金屬而言，不同植物重金屬的含量不同，其中，鋅、鉛含量差別較大，鎘含量差別最大。由此說明，不同植物對同種重金屬的吸收富集能力不同。Baker等(1983)認為，植物地上部(干質量)中含鎘達到100mg•kg－1、含鉛達到1000mg•kg－1、含鋅達到10000mg•kg－1以上的植物才能稱為超富集植物。因此，所測樹種中并未發現超富集植物。
3.3.2植物重金屬富集系數
不同植物體器官由于外部形態及內部結構不一致，其吸收重金屬的生理生化機制不同，從而對所吸收重金屬的積累量也不盡相同(許嘉琳等，1995)。富集系數是植物地上部和土壤中重金屬含量的比值，是評價植物富集重金屬能力大小常用的指標(孫龍等，2009)。由表7可知，不同植物對重金屬的富集能力明顯不同。對鋅富集能力較強的植物有花蓋梨、小葉楊，較弱的植物有紅松、紫丁香;對銅富集能力較強的植物有小葉楊、樟子松，較弱的植物有花蓋梨、紫丁香;對鎘富集能力較強的植物有小葉楊、紅松，較弱的植物有紫丁香、樟子松;對鉛富集能力較強的植物有紅松、花蓋梨，較弱的植物有樟子松、紫丁香。各種植物重金屬鋅的富集系數由高到低依次為:花蓋梨、小葉楊、旱柳、樟子松、榆樹、紅松、紫丁香;銅的富集系數依次為:小葉楊、樟子松、榆樹、紅松、旱柳、花蓋梨、紫丁香;鎘的富集系數依次為:小葉楊、紅松、旱柳、榆樹、花蓋梨、紫丁香、樟子松;鉛的富集系數依次為:紅松、花蓋梨、榆樹、旱柳、小葉楊、樟子松、紫丁香。
3結論與討論
土壤的功能范文6
關鍵詞：土壤微生物；高通量測序；生物多樣性
中圖分類號：S154.37文獻標識碼：A文章編號：16749944（2013）08020303
1引言
土壤是一個非常復雜的生態環境體系，土壤微生物學作為微生物學的一個分支，一直在研究之中。土壤微生物是土壤的重要組成部分，是生態系統中重要的消費者和分解者，其群落結構多樣性及變化在一定程度上反映了土壤的質量和穩定性。土壤微生物多樣性是指微生物生命的豐富性及在遺傳、種類、生態系統層次上的變化，同時反映微生物群落的穩定性。許多研究已經證實， 通過傳統的DNA分離方法測定出來的土壤微生物只占到環境微生物的0.1%～10%[1， 2]。傳統的土壤微生物研究方法如微生物平板培養法、Biolog鑒定系統法、生物標記法等[3]往往會過低估價土壤微生物的群落結構組成，無法詳細描述出土壤微生物的群落結構組成方面的信息，也無法描繪出不同群體的生理差異。隨著科學技術的發展，傳統的Sanger技術的弊端也日益體現，一方面是因為該方法費時，且一次的反應數有限，另一方面是該技術基于酶法測序，成本較高。隨著微生物研究技術的迅速發展尤其是分子生物學技術的發展，土壤微生物學研究專家開發出一系列的研究土壤微生物群落結構的方法[4]，高通量測序技術也隨之誕生，慢慢應用到科研之中。
2土壤微生物研究方法
2.1微生物平板培養法
傳統的土壤生態系統中微生物群落多樣性及結構分析大多是將微生物進行分離培養，然后通過一般的生物化學性狀，或者特定的表現型來分析，局限于從固體培養基上分離微生物。這種方法只能培養出極少量的微生物類群，大約占0.1%～10%，無法對絕大多數土壤微生物的分類和群落結構進行深入研究。因此這種培養法局限性比較大，只能應用于特殊微生物的研究[5]。
2.2BIOLOG鑒定系統
BIOLOG系統是Garland于1991年建立起來的一套用于研究土壤微生物群落結構和功能多樣性方法。細胞的維持和生長需要能量、碳源和多種無機離子，底物利用是群落中微生物存活和競爭的關鍵。因此可以根據微生物對碳源利用的方式來鑒定微生物的群落結構。碳數利用法通常用BIOLOG盤來實現。BIOLOG測試盤內有96個小孔，除了一個小孔為對照不含碳源外，其余都含不同的碳源。試驗中將碳源和指示劑一起放入平板小孔內，然后將稀釋后的細胞懸液接種到各個小孔中，由于微生物利用碳源引起指示劑變化，以此來檢測和判斷不同土壤微生物群落結構[6]。
2.3分子生物學技術測序方法
在過去的20多年里，分子生物學技術尤其16S rDNA技術已經廣泛應用于鑒定未知菌類的研究中。20世紀80年代以來，逐步建立起了以分子系統發育分析為基礎的現代微生物分子生態學的研究方法，如PCR-RFLP、PCR-RAPD、PCR-SSCP、熒光原位雜交技術（FISH）、基因芯片（Microarry）、磷脂脂肪酸圖譜分析（ Phospholipid fatty acid， PLFA）、穩定同位素探針（Stable Isotope Probing， SIP）、PCR-DGGE/TGGE等[7]，使得研究者能夠在分子水平上對土壤微生物多樣性進行研究。
但是這些技術只能在科或屬水平上分析土壤微生物的群落結構，不能更細致更詳細地對土壤微生物進行分析研究。隨著科學技術的發展，相繼出現了第一代、第二代、第三代高通量測序技術，使得研究人員能在種的水平上對土壤微生物進行研究和分析。
2.4 454高通量測序方法
高通量測序技術[8]是傳統測序一次革命性的改變，一次可以對幾十萬到幾百萬條DNA分子進行序列測定，在有些文獻中也稱其為下一代測序技術（next generation sequencing），可見其劃時代的改變，同時高通量測序使得對一個物種的轉錄組和基因組進行細致全貌的分析成為可能，所以又被稱為深度測序。
近年來，以16S rRNA/DNA為基礎的分子生物學技術已成為普遍接受的方法。研究表明，400～600堿基的序列足以對環境中微生物的多樣性和種群分類進行初步的估計[9]，因此454高通量測序的方法因其讀長（400～500bp）長和準確性高的特點大量用于微生物多樣性的研究。
因此通過高通量測序法來確定土壤微生物群落結構，從而可以在種的水平上將土壤微生物的群落結構分析出來，然后就可以對土壤微生物的多樣性進行分析。并可以對土壤微生物和鹽生植被的相互照應關系進行分析研究。
3454高通量測序在土壤微生物研究中的應用
3.1研究土壤微生物的物種多樣性
研究微生物物種多樣性主要從微生物類群即細菌、真菌和放線菌這三大類群的數目及其比例來描述某個地區某段深度土壤中微生物的多樣性，然后根據此地區土壤微生物物種的多樣性來探究全球范圍內土壤微生物的物種多樣性。通過高通量測序測得土壤中土壤微生物的各種菌類組成，以此來研究某個地區土壤中微生物的物種多樣性。
3.2研究土壤微生物的功能多樣性
研究土壤微生物功能多樣性主要從各種微生物的活性及它們的相互作用產生的功能、底物代謝能力及與N、P、K等營養元素在土壤中相互轉化的功能等。通過將高通量測序得到的土壤微生物的群落結構及組成和實驗測定土壤的幾種理化性質及轉化過程來了解土壤微生物的功能。
通過實驗測得土壤的堿解氮、有效磷、活性有機質、腐殖質理化性質，可以分析地區土壤微生物的功能多樣性，以此來探究全球范圍內土壤微生物乃至整個微生物的功能多樣性。
3.3研究環境的突然變化對土壤微生物菌群的影響
環境的突然改變會導致微生物群落的結構和功能發生變化。近幾年來隨著全球變暖，土壤微生物的群落結構可能發生了變化，地震、泥石流等自然災害也會對土壤微生物的群落構成產生影響。Zachary等以重水穩定同位素探測技術（H218O-SIP）鑒定與土壤增濕相關的細菌。先對土壤增濕前土壤微生物進行測定，得到土壤微生物各種組成，然后將土壤增濕后，對土壤中16S rRNA進行高通量測序，發現Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria和Gammaproteobacteria的相對比例升高，而Chloroflexi和Deltaproteobacteria的比例則降低。作者通過控制土壤濕度的動態變化，對微生物菌群的結構發生變化進行研究，劃分生態類群。除此之外，溫度的驟變也會對土壤微生物菌群產生巨大的影響。
4454高通量測序技術存在的問題及發
展前景到目前為止，大量的研究者應用454測序技術對多種環境樣品的微生物多樣性進行了深入研究，這些研究大大增長了人類對微生物的存在和種類的認識。針對不同的研究對象，454測序技術不僅為研究提供了大量數據，證實研究對象所含微生物具有較高的多樣性，而且還建立了一種研究復雜生態系統里的微生物多樣性方法。但由于該技術剛剛起步，所以存在一些待解決的問題。首先，隨著核酸序列數量上的跨越式累積，生物信息學分析將面臨巨大的挑戰。另外，海量數據的深入挖掘工作會發現用傳統生物學理論難以解釋的生命規律，對傳統理論的顛覆和新理論的提出與建立將成為不可避免的工作。
雖然存在許多不足，但454測序技術仍以其強大的測序能力滲透到生命科學研究的方方面面，包括那些此前無法用測序來解決的領域。在微生物領域，憑借著 454測序技術各方面的優勢，終究會成為未來研究環境基因組的主導測序技術，同時，隨著454技術的不斷完善，該技術將為微生物生態學研究注入新的動力，成為微生物生態學研究新的亮點，大大加速微生物生態學的發展，增長人類對微生物生態學的認識，為人類探索廣袤的微生物資源提供無限遐想。參考文獻：
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