鄱陽(yáng)湖濕地剖面土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及功能的變化特征.pdf

1、鄱陽(yáng)湖濕地是我國(guó)最大的天然淡水湖泊濕地，季節(jié)性水位動(dòng)態(tài)明顯，微地形復(fù)雜多變，擁有豐富的自然資源，隨著人們對(duì)濕地功能性認(rèn)識(shí)的不斷?高，鄱陽(yáng)湖區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)研究近年來受到學(xué)者們的普遍關(guān)注。對(duì)濕地土壤剖面的研究?示，深層土壤中可能蘊(yùn)含有大量的微生物資源，對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量循環(huán)具有重要影響。然而對(duì)于微生物群落的結(jié)構(gòu)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(yáng)湖濕地土壤為

2、研究對(duì)象，樣地選擇在蚌湖（BH）、常湖池（CHC）、南磯山（東湖）（NJS）等三個(gè)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(cè)序、q-PCR、Biolog-ECO等多樣研究方法，對(duì)土壤理化性質(zhì)、胞外酶活性、碳源代謝活性、微生物生物量以及細(xì)菌豐富度和群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。以闡明鄱陽(yáng)湖濕地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)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(xué)角度?示土壤演變機(jī)制?供一條新的途徑。結(jié)果表明：
　?。?）鄱陽(yáng)湖濕地土壤主要優(yōu)勢(shì)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(xì)的分類層次——科水平，主要的優(yōu)勢(shì)物種是Anaerolineaceae（17.49%），其次是Acidobacteriaceae_(Subgroup_1)（9.36%）和HSB_OF53-F07（8.00%）。與此同時(shí)，鄱

4、陽(yáng)湖濕地土壤細(xì)菌豐度（1.60×108-7.49×1010copies/g）和Chao1指數(shù)（663-2664）也高于其它淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)。使用METAGENassist進(jìn)行基于細(xì)菌群落的代謝功能預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示：表層（0-20cm）土壤中細(xì)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(xì)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%）。
　?。?）鄱陽(yáng)湖濕地土壤細(xì)菌豐度及群落結(jié)構(gòu)沿土壤剖面深度顯著改變，且差異性主要表現(xiàn)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(xì)菌群落代謝功能方面，反硝化功能（7.0%）和儲(chǔ)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(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，盡管在不同的樣地間，土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)存在顯著的差異，但差異性遠(yuǎn)不及深度上的差異顯著。
　?。?）鄱陽(yáng)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(dá)到60cm以后，微生物活性開始穩(wěn)定，但深層土壤中仍然進(jìn)行著由微生物參與的復(fù)雜代謝活動(dòng)。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(biāo)，其群落結(jié)構(gòu)的改變會(huì)優(yōu)先于某些代謝功能的改變，以此來應(yīng)對(duì)外界環(huán)境的變化。
　?。?）通過相關(guān)性分析以及冗

8、余分析（RDA）發(fā)現(xiàn)，鄱陽(yáng)湖濕地土壤微生物功能特性和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成主要受到土壤有機(jī)質(zhì)（AFDM）及營(yíng)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(dǎo)致鄱陽(yáng)湖濕地土壤微生物的功能活性以及細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)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(xì)菌群落結(jié)構(gòu)隨樣地不同而發(fā)生改變。
　?。?）通過相關(guān)性分析以及冗余

9、分析發(fā)現(xiàn)，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(lián)系，Spirochaetaceae與乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）的活性變化相關(guān)。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(yáng)湖濕地土壤性質(zhì)、土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、細(xì)菌豐富度和功能特性均隨著深度表現(xiàn)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(xì)菌豐度高，但是深層土壤（甚至到100cm深度）仍然具有復(fù)雜的細(xì)菌群落組成和較高的代謝功能活性，這一點(diǎn)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?cè)跐竦厣鷳B(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(guān)注。本研究的結(jié)果初步揭示了鄱陽(yáng)湖濕地土壤微生物的空間分布規(guī)律，深化了我們對(duì)于濕地生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。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(hù)、可持續(xù)發(fā)展的重要科學(xué)基礎(chǔ)。
　　本項(xiàng)目特色：首次采用較先進(jìn)的研究手段，系統(tǒng)研究了鄱陽(yáng)湖濕地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能特性的空間分布，為預(yù)測(cè)鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)系統(tǒng)微生物的演化趨勢(shì)和功能活性?供參考；較早的引入METAGE