鄱阳湖典型洲滩湿地土壤细菌和氨氧化作用的空间异质性及其影响因素

发布时间：2020-05-26 02:37

【摘要】：洲滩湿地作为介于陆生和水生生态系统之间的过渡带,易受气候、水文及人为活动等因素的影响。土壤微生物是湿地土壤的重要组成部分,同时也是环境变化的积极响应者,在维护湿地生态系统健康中发挥着不可替代的作用。研究微生物与环境因子之间的关系对于探究湿地生态系统对未来环境变化的响应具有重要的意义。鄱阳湖湿地受水文节律的影响,沿水位高程形成了明显的自然环境梯度,是研究小尺度下湿地土壤微生物群落对环境变化响应的理想区域。因此,本研究以鄱阳湖典型洲滩湿地—蚌湖为研究对象,根据不同水位高程及地上植被的演替分布情况布设了5个样地,从高到低依次标记为样地S1、S2、S3、S4、S5,样地S1到S5的水平距离约为300-600 m,并在每个样地下采取0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-80 cm、80-100 cm 5个土壤深度共75个土壤样品来进行研究。首先,对土壤理化性质的空间分布进行分析,其次通过q-PCR、16S rRNA高通量测序及克隆文库等分子生态学技术从微生物群落结构角度,对土壤细菌、氨氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(Ammonia oxidizing archaea,AOA)的空间异质性进行研究。并结合土壤酶活和土壤潜在硝化势(Potential nitrification activity,PNA)进一步从微生物功能水平上探讨环境变化对湿地生态功能的影响,最终得到以下主要结论:1.沿不同高程,湿地0-100 cm深的土壤理化、细菌和氨氧化微生物群落结构均在样地间差异显著,而在垂直分布上无显著变化,表现为:(1)沿不同高程,鄱阳湖典型洲滩湿地0-100 cm深土壤理化环境明显分为三簇,样地S1-S2为一簇,样地S3-S4为一簇,样地S5为一簇。(2)湿地土壤细菌群落表现为样地S1-S3群落结构相似,相对优势物种为酸杆菌门(Acidobacteria);S4-S5样地细菌群落类似,相对优势菌门为绿弯菌门(Chloroflexi),且在样地S4-S5具有显著较高的群落多样性,同时值得注意的是样地S3同时具有相对丰度较高的绿弯菌门和酸杆菌门。(3)AOA和AOB发生了明显的生态位分化,形成了AOA主导样地S1-S2的陆相区和AOB主导样地S4-S5的湖相区以及AOA和AOB共同主导样地S3的中间区。AOA的相对优势物种发生了明显的转变,由陆相区的nitrosotalea cluster Group 1.1a associataed转变为湖相区的nitrospumilus cluster(sediment)。而AOB的相对优势物种均为cluster 2.3 Nitrosospira。且AOA和AOB均在样地S3-S5中的中间区和湖相区具有较高的物种多样性。2.土壤微生物功能活性在水平和垂直尺度上均差异显著,表现为:(1)土壤酶活随不同高程表现为样地S1-S3样地S4-S5的空间分布,且深度的增加对土壤酶活性也有显著的抑制作用。其空间异质性主要受浮霉菌门(Planctomycetes)和GAL15菌门的影响,与土壤中主要的优势菌门无显著关系。(2)土壤PNA在样地S1-S5的表层土壤中,逐渐增加,表现为样地S3-S5样地样地S1-S2的趋势。随着深度的增加,表现为0-40 cm40-100 cm,AOB在鄱阳湖洲滩湿地土壤的氨氧化过程具有更重要的贡献作用。3.土壤pH是影响鄱阳湖典型洲滩湿地土壤细菌、AOA和AOB生态位分化、及功能活性空间异质性的主要环境驱动因素,其次是土壤营养盐(NH_4~+-N、AFDM、TN、TOC)。综上结果显示鄱阳湖湿地不同高程下受长期水文节律的影响,形成了陆相区、湖相区及两相区的中间过渡区,而土壤pH是促使其形成的主要环境驱动力。陆相区的形成,促成了适应于该环境的酸杆菌门和氨氧化古菌的优势地位,但微生物多样性和土壤氨氧化能力的下降。在样地S4-S5,湖相区的形成,促进了绿弯菌门和氨氧化细菌的生长,增加微生物的多样性和土壤氨氧化能力。中间样地S3具有过渡的特征和性质。该研究成果为预测湿地生态系统对未来环境变化的响应,以及补充小尺度下湿地土壤微生物群落的地理分布模式提供科学依据。
【图文】：

路线图,实验技术,路线图,群落

8图 1.1 实验技术路线图Fig. 1.1 Experimental technology roadmap.1.7 本研究的特色和创新点（1）首次共同水平和垂直尺度上全面探讨鄱阳湖湖泊流域内湿地土壤微生物的群落构建机制。（2）首次在小空间尺度下将土壤的细菌群落和功能微生物群落结合起来进行研究，以探讨环境变化对于湿地主要微生物的群落构建机制及对湿地生态功能的影响。（3）首次在鄱阳湖湿地土壤中进行氨氧化微生物分布特征的研究。

设计图,样地,设计图,区域

图 2.1 样地区域示意图（A）及样地设计图（B）Fig. 2.1 Maps of sampling stations. (A) The sampling sites in the Bang Lake of the PoyangLake wetland were designed (B) The design of soil sample sitesS1：狗牙根样地，，S2：南荻样地，S3：苔草样地，S4：水蓼样地，S5：裸露样地A:0-20 cm; B: 20-40 cm ; C: 40-60 cm; D: 60-80 cm ; E: 80-100 cm2.2.2 样品采集与处理2015 年 1 月我们于蚌湖的水陆交界处从湖岸至湖心依次按植被样带设立了S1、S2、S3、S4、S5 共 5 个样地，样地水位高程逐渐降低、湿地土壤质地逐渐变得细腻，其地上优势植被依次分别为狗牙根、南荻、苔草、水蓼和竹叶眼子菜（表 2.1）。在每个样地内部每相隔 100 m 设置三个面积 2 m ×2 m，深 100 cm的平行样方；根据土壤发生理论并结合以往的研究方法，将剖面土壤分为 5 层（A：0-20 cm、B：20-40 cm、C：40-60 cm、D：60-80 cm、E：80-100 cm）,每层土壤采用 5 点混合采样法，最后共得到 75 个样品。将采集好的土壤样品装
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S154.3

【参考文献】