鄱陽湖濕地剖面土壤微生物群落結構及功能的變化特征.pdf

1、鄱陽湖濕地是我國最大的天然淡水湖泊濕地，季節(jié)性水位動態(tài)明顯，微地形復雜多變，擁有豐富的自然資源，隨著人們對濕地功能性認識的不斷?高，鄱陽湖區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)研究近年來受到學者們的普遍關注。對濕地土壤剖面的研究?示，深層土壤中可能蘊含有大量的微生物資源，對濕地生態(tài)系統(tǒng)的物質轉化和能量循環(huán)具有重要影響。然而對于微生物群落的結構組成、功能、代謝活性如何隨著深度剖面分布，主要受何種因素影響，我們知之甚少且缺乏系統(tǒng)研究。因此，本研究以鄱陽湖濕地土壤為

2、研究對象，樣地選擇在蚌湖（BH）、常湖池（CHC）、南磯山（東湖）（NJS）等三個典型區(qū)，取樣土壤剖面深度為1m，分為5層（0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-100cm）。采用16S rRNA高通量測序、q-PCR、Biolog-ECO等多樣研究方法，對土壤理化性質、胞外酶活性、碳源代謝活性、微生物生物量以及細菌豐富度和群落結構進行分析。以闡明鄱陽湖濕地土壤微生物群落結構及代謝功能的空間變化，尤其是沿土

3、壤剖面深度的變化特征，為多微生物組學角度?示土壤演變機制?供一條新的途徑。結果表明：
　?。?）鄱陽湖濕地土壤主要優(yōu)勢菌門為綠彎菌門（30.83％），其次是變形菌門（21.37%）和酸桿菌門（18.85%）。在更細的分類層次——科水平，主要的優(yōu)勢物種是Anaerolineaceae（17.49%），其次是Acidobacteriaceae_(Subgroup_1)（9.36%）和HSB_OF53-F07（8.00%）。與此同時，鄱

4、陽湖濕地土壤細菌豐度（1.60×108-7.49×1010copies/g）和Chao1指數（663-2664）也高于其它淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)。使用METAGENassist進行基于細菌群落的代謝功能預測，結果顯示：表層（0-20cm）土壤中細菌群落的代謝功能主要包括硫酸鹽的還原（41.9%），氨氧化（35.8%），亞硝酸鹽的還原（33.3%），脫鹵（27.7%），硫化物的氧化（25.8%），木聚糖降解（20.1%），氮的固定（11.0%）

5、等；深層（20-100cm）土壤中細菌群落的代謝功能主要包括氨氧化（37.7%），硫酸鹽的還原（34.3%），亞硝酸鹽的還原（27.8%），硫化物的氧化（25.7%），脫鹵（22.9%），甲烷氧化（20.0%），木聚糖降解（18.7%）。
　　（2）鄱陽湖濕地土壤細菌豐度及群落結構沿土壤剖面深度顯著改變，且差異性主要表現在表層（0-20cm）土壤和深層（20-100cm）土壤之間，其中綠彎菌門、變形菌門以及酸桿菌門在濕地土壤剖面深

6、度上有顯著的差異性。細菌群落代謝功能方面，反硝化功能（7.0%）和儲存聚羥基丁酸酯的功能（0.02%）只存在于表層土壤，而萘降解（0.9%）和硒酸鹽還原劑功能（0.04%）只存在于深層土壤中。值得注意的是，深層土壤中的甲烷氧化功能（20.00%）明顯的高于表層土壤（0.08%）。進一步研究發(fā)現，盡管在不同的樣地間，土壤細菌群落結構存在顯著的差異，但差異性遠不及深度上的差異顯著。
　?。?）鄱陽湖濕地土壤微生物功能特性（微生物生物量

7、、胞外酶活性、碳源代謝功能）顯著受到土壤深度的影響，表層（0-20cm）土壤中微生物活性最高，土壤深度達到60cm以后，微生物活性開始穩(wěn)定，但深層土壤中仍然進行著由微生物參與的復雜代謝活動。此外，僅微生物碳源代謝活性（AWCD）在樣地間存在差異，土壤微生物生物量、胞外酶活性不隨樣地而發(fā)生改變，表明土壤微生物作為環(huán)境變化的敏感指標，其群落結構的改變會優(yōu)先于某些代謝功能的改變，以此來應對外界環(huán)境的變化。
　?。?）通過相關性分析以及冗

8、余分析（RDA）發(fā)現，鄱陽湖濕地土壤微生物功能特性和細菌群落結構組成主要受到土壤有機質（AFDM）及營養(yǎng)元素（TOC、TN）的影響，除此之外，土壤含水量（SM）也是影響因素之一。其中AFDM、TOC和 TN沿土壤剖面深度顯著減小是導致鄱陽湖濕地土壤微生物的功能活性以及細菌群落結構隨土壤剖面深度變化的主要原因；土壤SM在樣地間的差異性，則使得土壤微生物碳源代謝活性及細菌群落結構隨樣地不同而發(fā)生改變。
　?。?）通過相關性分析以及冗余

9、分析發(fā)現，Bradyrhizobiaceae、4-29、Xanthobacteraceae與β-木糖苷酶（Bxyl）、過氧化物酶（Pero）、β-葡萄糖苷酶（Bglu）和土壤磷酸酶（Phos）的活性變化存在緊密的聯系，Spirochaetaceae與乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）的活性變化相關。Acidothermaceae、1921-3、HSB_OF53-F07、Cystobacteraceae、sh765B-TzT-35是影響碳源代謝

10、活性的最主要物種。
　　綜上所述，鄱陽湖濕地土壤性質、土壤細菌群落結構、細菌豐富度和功能特性均隨著深度表現出顯著的差異，而在水平距離上差異并不明顯。與深層土壤（20-100cm）相比，盡管表層土壤（0-20cm）微生物的功能更為活躍，細菌豐度高，但是深層土壤（甚至到100cm深度）仍然具有復雜的細菌群落組成和較高的代謝功能活性，這一點與其他生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物的垂直分布不太一致。這就?示我們在濕地生態(tài)系統(tǒng)中，不同深度的土壤微生物具

11、有不同的群落組成和代謝功能，深層土壤的微生物在土壤演化中的作用值得關注。本研究的結果初步揭示了鄱陽湖濕地土壤微生物的空間分布規(guī)律，深化了我們對于濕地生態(tài)系統(tǒng)的認識。全面的、系統(tǒng)的了解濕地生態(tài)系統(tǒng)，是濕地環(huán)境治理、資源保護、可持續(xù)發(fā)展的重要科學基礎。
　　本項目特色：首次采用較先進的研究手段，系統(tǒng)研究了鄱陽湖濕地土壤微生物群落結構和功能特性的空間分布，為預測鄱陽湖濕地生態(tài)系統(tǒng)微生物的演化趨勢和功能活性?供參考；較早的引入METAGE