入侵地加拿大一枝黄花根际和非根际土壤微生物群落结构及多样性

[目的] 探明严重入侵地加拿大一枝黄花根际和非根际土壤微生物群落结构。[方法] 采集长沙县黄花镇郭公渡5处严重入侵地加拿大一枝黄花根际和非根际土壤,应用Illumina高通量测序技术研究加拿大一枝黄花根际和非根际土壤微生物群落结构及多样性。[结果] 加拿大一枝黄花根际土壤有机质含量显著高于非根际土壤,二者间含水量差异不显著。在微生物群落多样性和丰度上,根际土壤细菌的Shannon指数和Simpson指数均大于非根际土壤,Chao1指数和ACE指数均小于非根际土壤,而根际土壤真菌的Shannon指数和Simpson指数均小于非根际土壤,Chao1指数和ACE指数均大于非根际土壤。在门水平上,酸杆菌门Acidobacteriota和变形菌门Proteobacteria的细菌总相对丰度在根际和非根际土壤样品中占比分别为42.92%和34.23%。子囊菌门Ascomycota的真菌相对丰度在根际土壤和非根际土壤样品中占比分别为58.6%和57.3%。在属水平上,根际土壤细菌中太阳念珠菌属Candidatus Solibacter、Ellin6067、伯克氏菌属Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia和慢生根瘤菌属Bradyrhizobium的相对丰度明显高于非根际土壤,而不动杆菌属Acinetobacter的相对丰度显著低于非根际土壤。根际土壤真菌中的小画线壳属Monographella、鬼笔属Phallus、被孢霉属Mortierella、镰刀菌属Fusarium、斜盖伞属Clitopilus的相对丰度均明显高于非根际土壤,而Sistotrema、unidentified_Ascomycota_sp、unidentified_Paraglomerales_sp、茶渍属Lecanora的相对丰度明显低于非根际土壤。[结论] 加拿大一枝黄花的入侵改变了根际微生物群落结构及组成,使之与非根际存在一定的差异,为加拿大一枝黄花成功入侵的机理研究提供理论支撑。     

生源要素有效性及生物因子对湿地土壤碳矿化的影响

湿地土壤是全球碳存储的重要场所,湿地生态系统的碳循环过程对全球变化有重要指示作用。土壤碳矿化是湿地生态系统碳循环的重要环节,对于认知湿地生态系统生物地球化学循环过程具有重要的意义。综述了生源要素及生物因素对湿地土壤碳矿化的内在作用机制。土壤活性有机碳库通过调节土壤能源物质和微生物活性影响土壤碳库的有效性,是表征土壤碳矿化的敏感指标。湿地其它养分如N、P、S等元素的有效性也是影响土壤碳矿化的关键要素。电子受体(NO₃^-、SO₄^2-、Fe³⁺、Mn⁴⁺等)对湿地土壤碳矿化和有机碳转变的影响主要通过电子受体的还原过程完成,在厌氧分解过程中,湿地土壤利用难溶性电子受体可能是土壤C矿化的更重要途径。动物、植物、微生物群落和区系等则是土壤碳矿化的主要驱动因子。土壤动物区系在有机态养分矿化为无机态养分的过程有着独特的功能,能显著增加土壤碳矿化。土壤微生物的活性,决定着土壤中有机碎屑的降解速率,是土壤有机碳分解周转的主要诱导因素。湿地植物则通过影响根系、微生物呼吸底物的供应以及对小气候和土壤因子的调节而影响土壤有机质的分解。湿地生源要素和生物因子还极易与土壤理化性质如温度、水分、pH值和质地等环境因素形成交互和制约,共同影响土壤碳矿化。最后,提出了进一步研究生源要素和生物因素与湿地土壤碳矿化关系需要解决的一些重要问题。     

阿尔泰银莲花根际土壤微生物多样性研究

为了解野生和栽培阿尔泰银莲花根际土壤微生物多样性的差异,该研究采用Illumina MiSeq高通量测序技术对野生和栽培阿尔泰银莲花根际土壤微生物的群落组成和多样性进行探究。结果表明:(1)野生阿尔泰银莲花根际土壤的真菌多样性显著高于栽培阿尔泰银莲花(P<0.05),而细菌多样性差异不显著(P>0.05); NMDS分析结果显示,野生和栽培阿尔泰银莲花根际土壤真菌群落结构差异更显著。(2)细菌9 566个可操作分类单元(OTUs)涉及39门127纲315目500科886属,真菌2 670个OTUs涉及15门57纲138目293科597属。在门水平上,细菌群落中的变形菌门、酸杆菌门、放线菌门及真菌群落中的担子菌门、子囊菌门、被孢霉门均为野生和栽培阿尔泰银莲花根际土壤优势菌门,但其相对丰度在不同生长方式下存在差异。(3)环境因子关联分析(RDA)结果显示,土壤有机质是影响土壤细菌群落的主要因子(P<0.05),土壤pH、碱解氮和有效磷是影响真菌群落的主要因子(P<0.05)。综上认为,野生和栽培下的阿尔泰银莲花根际土壤微生物群落组成和多样性存在显著差异,这种差异可能与不同生长条件下的土壤理化性质存在密切的联系,该研究结果对阿尔泰银莲花科学种植以及土壤改良具有一定意义。     

哈密露天煤矿不同环境介质微生物群落特征分析

【背景】干旱区露天煤矿开采过程中产生的粉尘颗粒物加剧了土壤生态环境的恶化和矿区空气质量的下降,针对煤矿区土壤和粉尘颗粒物的微生物群落组成的研究鲜有报道。【目的】研究新疆哈密南湖乡露天煤矿土壤、粉尘及大气PM_2.5颗粒物中的微生物群落结构和多样性特征,并预测潜在的功能类群。【方法】采用高通量测序技术,对煤矿露天采坑区和电厂粉煤灰堆放区的土壤、粉尘及大气PM_2.5颗粒物的微生物真菌及细菌群落组成进行比对分析。【结果】矿区优势真菌类群来自子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),优势细菌类群来自变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。真菌和细菌群落的丰富度及α多样性在整个矿区内无显著性差异,大气PM_2.5颗粒物的细菌群落生态位宽度显著大于露天采坑区和粉煤灰区。矿区内的土壤和PM_2.5颗粒物样本中均发现了一些丰度差异显著的功能类群,真菌特征功能类群为腐生营养型类群,细菌特征功能类群主要包括甲烷营养型类群、几丁质酶类细菌类群等。【结论】露天煤矿区粉尘可能对区域内土壤和PM_2.5颗粒物的微生物群落结构产生重要影响,具有煤组分降解功能的特定微生物类群可能是维持矿区土壤生态安全的重要微生物学机制之一。     

西藏青稞根际细菌群落结构及多样性

【目的】分析西藏不同种植区青稞根际土壤细菌群落结构及其影响因素，揭示特定环境下根际细菌生物标志物，为发掘研究优异根际促生菌及其作用提供参考。【方法】采用16S rRNA基因高通量测序技术和数据统计分析，比较了西藏5个市青稞种植区根际土壤细菌群落组成和结构差异，分析了青稞根际细菌生物标志物及群落结构变化的驱动因素。【结果】通过测序45个根际土壤样品获得10 715个操作分类单元（operational taxonomic units，OTUs），共43门、1 244属、2 783种，其中放线菌门（Actinobacteriota）、变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、拟杆菌门（Bacteroidota）、厚壁菌门（Firmicutes）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota）、粘球菌门（Myxococcota）和髌骨细菌门（Patescibacteria）为优势菌门，相对丰度占比94.92%-96.56%。五个市的根际细菌群落结构存在明显的差异，组间差异大于组内差异（R=0.226 9，P=0.001），其中放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、拟杆菌门和髌骨细菌门丰度存在显著性差异（P<0.05）。五个市青稞根际土壤存在潜在生物标志物，拉萨和山南只有3个和6个特有细菌进化支，共现网络更为复杂、OTUs间联系更为紧密。变形菌门、绿弯菌门、放线菌门和酸杆菌门是青稞根际土壤中主要的关键细菌门，内生菌门、Methylomirabilota和蓝细菌分别是林芝市、日喀则市和山南市的特有关键类群。青稞根际细菌群落结构的变化主要与环境因子pH、全钾（total potassium，TK）、速效钾（available potassium，AK）、碳磷比（C：P）和海拔有关，其中TK是影响根际土壤细菌群落最重要的因子（r²=0.621 4，P=0.001）。【结论】西藏青稞根际细菌多样性丰富，5市间存在显著差异，且不同生长区青稞根际具有特有的生物标志物，为进一步研究特有根际细菌在青稞生长和环境适应中的作用，发掘优异根际促生菌提供参考。     

氮素添加对贝加尔针茅草原土壤团聚体微生物群落的影响

大气氮沉降增加作为全球气候变化的重要因素,其对土壤生态系统影响的研究受到了生态学家的广泛关注。土壤微生物是有机物分解和养分循环的主要参与者,在维持土壤的功能多样性和可持续发展方面发挥着重要的作用。氮沉降的激增会引起土壤微生物群落结构和功能的改变。土壤中营养物质在不同团聚体组分中分布的不均匀,为微生物提供了空间异质微生境。为揭示草原土壤不同粒径团聚体中微生物群落分布及其对氮素添加响应特征。自2010年起,在内蒙古贝加尔针茅草原典型地段设置N₀（0 kg hm^-2 a^-1）、N₁₅（15 kg hm^-2 a^-1）、N₃₀（30 kg hm^-2 a^-1）、N₅₀（50 kg hm^-2 a^-1）、N₁₀₀（100 kg hm^-2 a^-1）、N₁₅₀（150 kg hm^-2 a^-1）6个氮素添加处理模拟氮沉降野外控制试验。采用磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid,PLFA）法测定>2 mm、0.25-2 mm和<0.25 mm 3个粒径土壤团聚体中微生物PLFA含量,探讨氮素添加对土壤团聚体微生物群落结构的影响。结果表明：氮素添加提高了土壤碳、氮含量,降低了土壤pH。氮素添加显著提高了0.25-2 mm土壤团聚体微生物群落磷脂脂肪酸总量、真菌磷脂脂肪酸含量和真菌/细菌（Fungi/bacteria,F/B）、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌（Gram-positive bacteria/gram-negative bacteria,G⁺/G^-）的比值（P<0.05）,降低了土壤团聚体微生物Margalef丰富度指数（P<0.05）。相关性分析表明,土壤团聚体微生物总PLFAs、真菌PLFAs含量、G⁺/G^-、F/B与土壤有机碳、全氮含量呈显著正相关关系,与C/N值负相关。综合研究表明,连续8年氮素添加显著提高了土壤有机碳和全氮含量、降低了土壤pH;提高了0.25-2 mm土壤团聚体真菌群落,土壤有机碳、全氮的固持与真菌群落的增加有关。     

若尔盖高原泥炭沼泽湿地土壤细菌群落空间分布及其驱动机制

了解高原泥炭沼泽湿地生态系统土壤微生物群落结构组成、多样性及空间分布特征对认识高原湿地生态特征及演化过程至关重要。利用高通量测序技术，在局域尺度上研究了四川若尔盖高原泥炭沼泽湿地土壤细菌群落结构与多样性特征。通过进一步测定土壤及植物基本理化指标，量化采样点之间的地理距离，比较了细菌群落不同成员（稀有种和丰富种）的空间周转差异，分析了土壤环境变量和空间因子对细菌群落结构的相对贡献。结果表明：若尔盖泥炭土壤细菌群落主要由绿弯菌门（Chloroflexi）（26.25%）、变形菌门（Proteobacteria）（23.21%）、厚壁菌门（Firmicutes）（10.56%）等优势物种门类组成；土壤细菌群落结构表现出较强的空间依赖关系，群落结构相似性随采样点地理距离增加而逐渐降低，细菌群落的周转速率表现为总细菌群落 > 丰富种 > 稀有种；Mantel检验结果显示，地上生物量与细菌群落呈极显著相关性（P<0.01），其中，影响稀有种空间分布特征的环境因子还包括土壤硫含量、活性磷、Mn和土壤pH值；方差分解分析表明，局域尺度上的土壤因子对若尔盖高原泥炭沼泽土壤细菌群落构建的相对贡献大于空间因子，土壤异质性是影响微生物空间分布特征的关键因素。研究为开展高原湿地泥炭土壤微生物多样性调查及揭示微生物群落构建机制提供了重要参考。     

氮添加对巴音布鲁克高寒湿地土壤微生物量和酶活性的影响

随着全球氮沉降速率的快速增加,已对陆地生态系统微生物群落活性和代谢产生了深刻的影响。因此迫切需要了解全球气候变化敏感区土壤中微生物量和酶活性对氮添加的响应。为此,以中亚干旱区巴音布鲁克高寒湿地为研究对象,在保护良好的高寒湿地选择沼泽(S)、沼泽草甸(SM)和草甸(M)3种湿地类型布设野外原位氮添加试验(施氮浓度分别为0、8、16 kg N hm^-2 a^-1),探究短期氮添加对土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量碳/氮(MBC/MBN)、微生物商(QMB)、土壤蛋白酶、脲酶、碱性磷酸酶、H₂O₂酶和蔗糖酶活性的影响。结果表明:(1)高寒湿地不同湿地类型土壤微生物量和酶活性存在显著差异,其中SM土壤MBC、MBN、MBC\\N、QMB较S和M区高,对酶活性而言,SM和M区土壤蛋白酶和碱性磷酸酶活性较高,M区H₂O₂酶和脲酶活性较高。(2)氮添加显著增加了3种湿地类型中土壤MBC和MBN,其中MBC增加了7.00%-119.00%,MBN增加了8.03%-38.26%。氮添加仅显著增加了S和SM区土壤MBC/N和QMB (增加了24.68%-113.10%),但抑制了M区土壤MBC/N和QMB (抑制了8.93%-10.36%)。(3)氮添加显著增加了3种湿地类型土壤中脲酶、蛋白酶和H₂O₂酶活性,分别增加了7.25%-59.63%、4.71%-58.55%和34.70%-157.27%。但是氮添加对土壤碱性磷酸酶活性无显著影响。对蔗糖酶而言,N1处理增加了S区土壤蔗糖酶活性(增加了58.58%),而N2处理显著降低了22.72%。氮添加对SM和M区蔗糖酶活性无显著影响。(4)结构方程模型的结果显示,氮添加直接增加了土壤微生物量和酶活性。而随着湿地类型的变化(S-SM-M)直接和间接(通过pH)增加了酶活性;湿地类型的变化还通过影响pH、有机碳和有效养分间接增加了土壤微生物量。总之,氮添加和湿地类型可直接或间接的影响着土壤微生物量和酶活性。其中,土壤pH和有机碳是微生物量和酶活性变化的主要影响因素。本研究可为中亚干旱区高寒湿地应对未来气候变化的措施的制定提供技术参考。     

黄河口湿地柽柳灌丛土壤盐渍化特征

为探究黄河三角洲湿地柽柳灌丛下土壤的盐渍化特征，在黄河三角洲国家级自然保护区(37°35''-12''N，118°33''-119°20''E)黄河入海口附近，根据长势基本一致的原则分别在碱蓬群落、柽柳群落和芦苇群落各选3株柽柳，采集柽柳灌丛下土壤样品，分析土壤盐分和盐碱化参数的空间分布以及距基茎不同距离处研究对象(土壤总盐(TS)、电导率(EC)、pH、交换性钠百分率(ESP))和环境因子(Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、HCO₃^-、SO^2-₄)之间的关系。结果表明：(1)研究区土壤为弱碱化盐土，离子含量由高到低依次为Cl^->Na⁺>SO^2-₄ >Ca²⁺>Mg²⁺>HCO^-₃>K⁺。除pH在土壤表层数值最低外，表层土壤TS、EC、ESP和盐分离子大于深层土壤，显示表聚性。(2)土壤盐分和盐碱化参数空间分布总体为：在柽柳基茎周围形成"盐谷"、"碱谷"效应， Na⁺、Mg²⁺、Cl^-表现为"盐谷"，K⁺ 、SO^2-₄ 、Ca²⁺ 表现为"盐岛"。(3)在整个土壤剖面中，与TS、EC相关性最强的阴阳离子为Mg²⁺、Cl^-，从灌丛中心到灌丛间裸地Ca²⁺、SO^2-₄与TS、EC的相关性逐渐减弱，Mg²⁺、Cl^-与TS、EC的相关性逐渐增强。Ca²⁺和SO^2-₄与pH表现为较强的负相关性；与ESP相关性最强的阴离子为HCO^-₃，与之相关性最强的阳离子为Na⁺和K⁺，并且Na⁺和K⁺与ESP的相关性表现出从灌丛中心向外逐渐增强。(4)土壤盐渍化主要受控于Na⁺，从灌丛下到灌丛间裸地Cl^-对盐渍化程度的影响逐渐增加，SO^2-₄的影响逐渐降低。     

甘肃典型高寒草原退化植物瑞香狼毒对根际土壤微生物群落的影响研究

[目的] 瑞香狼毒（Stellera chamaejasme L.）为瑞香科狼毒属（Stellera）多年生草本植物,是我国草地退化的标志性植物之一。本研究旨在探究甘肃高寒草原主要毒草瑞香狼毒根际微生物群落结构及其与土壤环境因子和酶活性之间关系,为治理因瑞香狼毒入侵引起的草地退化提供理论依据。[方法] 采用Illumina MiSeq高通量测序技术对甘肃不同地区高寒草原的瑞香狼毒根际土壤微生物组成及多样性进行分析,并进一步分析土壤理化性质和酶活性与微生物群落的相关性。[结果] 不同地区瑞香狼毒根际土壤pH随海拔升高呈现上升趋势,土壤中大量和微量营养元素含量以及土壤酶活性的变化各异。在门水平上,子囊菌门（Ascomycota）、接合菌门（Zygomycota）和担子菌门（Basidiomycota）在根际土壤真菌中占优势地位;放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）在根际土壤细菌中属于优势类群。海拔2964 m样地的真菌和细菌OTU（operational taxonomic unit）数量和Shannon多样性指数均高于其他4个采样点（海拔2373、2608、2733、3280 m）。RDA（redundancy analysis）分析结果显示,瑞香狼毒根际土壤微生物不同,受土壤环境因子的影响不同;相关系数表明,土壤真菌多样性与土壤钾、磷、铁、钙、钼、海拔、土壤水分、过氧化物酶呈正相关,与土壤温度、多酚氧化酶、脱氢酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶呈负相关;土壤细菌与土壤pH、钾、磷、镁、钙、土壤水分呈负相关,与多酚氧化酶、过氧化物酶、脲酶、脱氢酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶呈正相关。[结论] 甘肃省不同地区高寒草原瑞香狼毒根际微生物群落组成和多样性差异明显,土壤理化性质与土壤真菌具有较强的正相关关系,而土壤酶则更多地影响着土壤细菌群落的组成和多样性。     

Enumeration of Fe(II)-oxidizing and Fe(III)-reducing bacteria in the root zone of wetland plants: Implications for a rhizosphere iron cycle

Iron plaque occurs on the roots of most wetland and submersed aquatic plant species and is a large pool of oxidized Fe(III) in some environments. Because plaque formation in wetlands with circumneutral pH has been largely assumed to be an abiotic process, no systematic effort has been made to describe plaque-associated microbial communities or their role in plaque deposition. We hypothesized that Fe(II)-oxidizing bacteria (FeOB) and Fe(III)-reducing bacteria (FeRB) are abundant in the rhizosphere of wetland plants across a wide range of biogeochemical environments. In a survey of 13 wetland and aquatic habitats in the Mid-Atlantic region, FeOB were present in the rhizosphere of 92% of the plant specimens collected (n = 37), representing 25 plant species. In a subsequent study at six of these sites, bacterial abundances were determined in the rhizosphere and bulk soil using the most probable number technique. The soil had significantly more total bacteria than the roots on a dry mass basis (1.4 × 10⁹ cells/g soil vs. 8.6 × 10⁷ cells/g root; p < 0.05). The absolute abundance of aerobic, lithotrophic FeOB was higher in the soil than in the rhizosphere (3.7 × 10⁶/g soil vs. 5.9 × 10⁵/g root; p < 0.05), but there was no statistical difference between these habitats in terms of relative abundance (1% of the total cell number). In the rhizosphere, FeRB accounted for an average of 12% of all bacterial cells while in the soil they accounted for < 1% of the total bacteria. We concluded that FeOB are ubiquitous and abundant in wetland ecosystems, and that FeRB are dominant members of the rhizosphere microbial community. These observations provide a strong rationale for quantifying the contribution of FeOB to rhizosphere Fe(II) oxidation rates, and investigating the combined role of FeOB and FeRB in a rhizosphere iron cycle.     

1973-2013年黄河三角洲湿地景观演变驱动力

1973-2013年间,日益加剧的人类活动和愈发严峻的自然环境对黄河三角洲湿地景观形成巨大威胁。人与自然双重影响下黄河三角洲湿地发生了怎样的变化,哪些因素、多大程度上导致了这种变化的发生,科学解答这些问题对于加强黄河三角洲湿地保护具有重要意义。以Landsat卫星1973-2013年40a的9期影像为数据源,利用人工目视解译方法构建研究区景观数据库,在分析研究区景观特征的基础上,通过主客观相结合的方法,构建了能够反映黄河三角洲地区景观湿地化和人工化状态的表面湿地-人工状态指数(SWCSI)。结合黄河入海水沙、区域降水以及地方生产总值(GDP)、水产品产量和原盐产量,分别从区域尺度和像元尺度上,定量分析了过去40年黄河三角洲湿地景观演变的驱动力及其空间差异。研究表明:(1)过去40年来,黄河三角洲自然湿地面积不断萎缩,人工湿地增加,湿地总面积减小,黄河三角洲整体上呈现出人工化或湿地退化趋势,同时也存在明显的空间异质性:滨海地区以人工化和湿地退化趋势为主,黄河入海口地区以湿地化趋势为主,中西部和西南部传统农耕区基本无变化。(2)黄河三角洲湿地景观的人工化或湿地退化趋势是过去40年来黄河水沙减少、人类活动加剧共同作用的结果。区域尺度上,人类社会经济活动对黄河三角洲湿地景观演变起主导作用,黄河径流量和输沙量的作用明显弱于社会经济因素。像元尺度上,驱动因素的空间异质性是导致黄河三角洲湿地景观演变空间异质性的原因。湿地的发展主要归因于自然因素,以黄河水沙作用最为关键;湿地的人工化或退化过程以人类社会经济活动的强制改造为主导,但是否伴随黄河水沙变化的潜在影响,对特定区域而言应是确定的,但仍很难从像元尺度进行量化。     

不同干扰方式下松江湿地土壤微生物群落结构和功能特征

以松江湿地为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)和BIOLOG微平板法,系统分析4种干扰方式(农业、工业、旅游和保护)对湿地土壤微生物群落结构和功能的影响。结果表明,微生物对碳源利用能力由强到弱依次为:滨江湿地(保护)金河湾湿地(旅游)白鱼泡湿地(旅游)太阳岛湿地(旅游)呼兰河口湿地(农业)阿什河湿地(工业)。松江湿地土壤微生物对羧酸类、糖类和氨基酸类碳源利用率较高,而对多聚物类、酚类和胺类的利用率较低,其中羧酸类和糖类是影响微生物群落代谢功能的敏感碳源。松江湿地土壤微生物以细菌为主,占总PLFA的69.72%—80.97%,真菌次之(9. 20%—23. 51%),放线菌最少(6.77%—9.82%); Shannon多样性指数以滨江湿地最高(2.994),阿什河湿地最低(2.881)。RDA分析表明,受工业、农业干扰的阿什河湿地和呼兰河口湿地微生物群落结构与TN、NO_3~--N和NH_4~+-N呈显著正相关(P0.05);受旅游干扰的太阳岛湿地微生物群落结构与pH呈显著正相关;而同样受旅游干扰的白鱼泡和金河湾湿地微生物群落结构与p H呈显著负相关;受保护的滨江湿地微生物群落结构主要受TC/TN影响。     

黄河三角洲原生演替中土壤微生物群落结构分析

[目的] 黄河三角洲区域具有重要的湿地生态系统。碱蓬、野大豆和芦苇是该地区典型的盐生植物。本研究针对碱蓬、野大豆和芦苇混生植物的根际土壤微生物群落组成和功能基因进行了分析比较。[方法] 对碱蓬,野大豆-芦苇混生植物的根际微生物菌群和光滩土壤菌群进行了宏基因组测序,使用COG和KEGG数据库对微生物菌群的功能进行了注释和比较。[结果] 本研究结果表明,变形菌门是3个取样点的主要菌门,其在碱蓬、野大豆-芦苇根际土壤中的相对含量比光滩土壤分别多28.8%和10.6%。此外,拟杆菌门、放线菌门和芽单胞菌门是3个取样点中的优势物种。中华根瘤菌属是野大豆-芦苇混生植物根际土壤的最主要的属。对功能基因进行分析表明,光滩土壤中的功能基因的数量多于碱蓬根际土壤和野大豆-芦苇混生植物根际土壤的功能基因数。在这3个位点中,氨基酸代谢、碳水化合物代谢和能量代谢,以及无机离子转运和代谢的基因最多。[结论] 本研究为发掘有价值的微生物资源和海岸带盐碱土壤修复提供了一定的理论基础。     

降雨量改变对黄河三角洲滨海湿地土壤呼吸的影响

全球变化背景下,降雨模式变化造成土壤水分波动是引起土壤呼吸动态变化的重要驱动力。但滨海湿地如何响应降雨模式变化,进而引起生态系统蓝碳功能改变的机制尚不清楚。依托黄河三角洲滨海湿地增减雨野外控制试验平台,采用土壤碳通量观测系统(LI—8100)对湿地土壤呼吸速率进行监测,探究了2017年黄河三角洲滨海湿地土壤呼吸及环境、生物因子对减雨60%、减雨40%、对照60%、对照40%、增雨40%、增雨60%等变化的响应及机制。结果表明:1)随着降雨量增加,湿地土壤温度逐渐降低;同时增雨和减雨处理均显著提高了湿地土壤湿度(P0.05)。(2)降雨量变化显著影响湿地植被物种组成、地上和地下生物量分配以及植被根冠比(P0.05)。增雨40%和增雨60%均显著提高了湿地植物种类和植被根冠比,但同时显著降低了湿地植被地上生物量。此外,增雨40%和减雨60%处理均显著提高了湿地植被地下生物量。(3)降雨量变化对2017年湿地季节土壤呼吸无显著影响,但在湿地非淹水期,增雨60%和增雨40%均显著提高了湿地土壤呼吸速率(P0.05)。(4)2017年湿地不同降雨处理的土壤呼吸与土壤湿度均呈二次曲线关系(P0.05),相关系数随降雨量增加而降低;同时在非淹水期不同降雨处理的土壤呼吸与土壤温度均指数相关(P0.05),土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))随降雨量增加而增大。在淹水期不同降雨处理土壤呼吸与土壤温度无显著相关关系。(5)淹水期土壤呼吸速率与地表水位呈指数负相关(P0.001)。     

Moderate salinity improves the availability of soil P by regulating P-cycling microbial communities in coastal wetlands

Accelerated sea-level rise is expected to cause the salinization of freshwater wetlands, but the responses to salinity of the availability of soil phosphorus (P) and of microbial genes involved in the cycling of P remain unexplored. We conducted a field experiment to investigate the effects of salinity on P cycling by soil microbial communities and their regulatory roles on P availability in coastal freshwater and brackish wetlands. Salinity was positively correlated with P availability, with higher concentrations of labile P but lower concentrations of moderately labile P in the brackish wetland. The diversity and richness of microbial communities involved in P cycling were higher in the brackish wetland than the freshwater wetland. Salinity substantially altered the composition of the P-cycling microbial community, in which those of the brackish wetland were separated from those of the freshwater wetland. Metagenomic sequence analysis indicated that functional genes involved in the solubilization of inorganic P and the subsequent transport and regulation of P were more abundant in coastal soils. The relative abundances of most of the target genes differed between the wetlands, with higher abundances of P-solubilization (gcd and ppa) and -mineralization (phoD, phy, and ugpQ) genes and lower abundances of P-transport genes (pstB, ugpA, ugpB, ugpE, and pit) in the brackish wetland. A significant positive correlation between the concentration of labile P and the abundances of the target genes suggested that salinity may, at least in part, improve P availability by regulating the P-cycling microbial community. Our results suggest that the P-cycling microbial community abundance and P availability respond positively to moderate increases in salinity by promoting the microbial solubilization and mineralization of soil P. Changes in microbial communities and microbially mediated P cycling may represent microbial strategies to adapt to moderate salinity levels, which in turn control soil function and nutrient balance.     

青海湖3种类型高寒湿地甲烷氧化菌群落特征

【背景】甲烷氧化菌在维持湿地生态系统碳平衡方面发挥着重要作用,青海湖高寒湿地具有十分重要的生态地位,但目前有关该地区甲烷氧化菌的研究相对较少。【目的】探究不同类型高寒湿地土壤甲烷氧化菌的群落特征与驱动因素。【方法】以青海湖流域内的小泊湖沼泽湿地、鸟岛湖滨湿地、瓦颜山河源湿地为研究对象,通过高通量测序技术对土壤甲烷氧化菌进行检测。【结果】3种不同类型高寒湿地土壤甲烷氧化菌的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)。鸟岛湖滨湿地与瓦颜山河源湿地的甲烷氧化菌α多样性存在显著差异(P<0.05),而小泊湖沼泽湿地与二者的甲烷氧化菌α多样性的差异不显著(P>0.05)。LEfSe分析表明,不同类型高寒湿地共存在40个差异菌群,尤以瓦颜山河源湿地差异菌群数量最多,从门到属水平均存在显著差异。冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,甲烷氧化菌菌群变化的主要驱动因子为土壤温度、土壤水分、电导率。【结论】整体而言,青海湖3种类型高寒湿地土壤理化性质及甲烷氧化菌群落多样性均存在差异,且部分菌群的相对丰度具有显著性差异(P<0.05)。     

Contrasting ecosystem CO2 fluxes of inland and coastal wetlands: a meta‐analysis of eddy covariance data

Wetlands play an important role in regulating the atmospheric carbon dioxide (CO₂) concentrations and thus affecting the climate. However, there is still lack of quantitative evaluation of such a role across different wetland types, especially at the global scale. Here, we conducted a meta‐analysis to compare ecosystem CO₂ fluxes among various types of wetlands using a global database compiled from the literature. This database consists of 143 site‐years of eddy covariance data from 22 inland wetland and 21 coastal wetland sites across the globe. Coastal wetlands had higher annual gross primary productivity (GPP), ecosystem respiration (R_e), and net ecosystem productivity (NEP) than inland wetlands. On a per unit area basis, coastal wetlands provided large CO₂ sinks, while inland wetlands provided small CO₂ sinks or were nearly CO₂ neutral. The annual CO₂ sink strength was 93.15 and 208.37 g C m^?2 for inland and coastal wetlands, respectively. Annual CO₂ fluxes were mainly regulated by mean annual temperature (MAT) and mean annual precipitation (MAP). For coastal and inland wetlands combined, MAT and MAP explained 71%, 54%, and 57% of the variations in GPP, R_e, and NEP, respectively. The CO₂ fluxes of wetlands were also related to leaf area index (LAI). The CO₂ fluxes also varied with water table depth (WTD), although the effects of WTD were not statistically significant. NEP was jointly determined by GPP and R_e for both inland and coastal wetlands. However, the NEP/R_e and NEP/GPP ratios exhibited little variability for inland wetlands and decreased for coastal wetlands with increasing latitude. The contrasting of CO₂ fluxes between inland and coastal wetlands globally can improve our understanding of the roles of wetlands in the global C cycle. Our results also have implications for informing wetland management and climate change policymaking, for example, the efforts being made by international organizations and enterprises to restore coastal wetlands for enhancing blue carbon sinks.     

鄂尔多斯台地盐沼滩涂湿地土壤细菌群落结构及特征

依据植被分类法将鄂尔多斯高原盐沼滩涂湿地划分为肉质耐盐草甸(B)、苔草草甸(C)、禾草草甸(D)和杂类草草甸(E)等4个植被亚型,并以盐沼裸地(A)为对照样地,共计5种盐沼滩涂湿地景观类型。运用高通量测序技术分别研究其土壤细菌群落结构特征、分布情况,以及土壤盐分与土壤细菌之间的关系。结果表明:(1) 5种盐沼滩涂湿地的土壤细菌样品共12213条OTUs,属于45个门,122个纲,365个目,663个科,1375个属,2882个种。(2)变形菌门(26.19%)是盐沼滩涂湿地平均相对丰度最高的门,其次为放线菌门(17.15%),绿弯菌门(12.62%),芽单胞菌门(Gemmatimonadetes,11.23%),拟杆菌门(Bacteroidetes,9.38%),酸杆菌门(Acidobacteria,8.83%)厚壁菌门(Firmicutes,2.96%);芽单胞菌纲中的未定细菌(norank＿c＿Gemmatimonadetes)是丰度最高的属,平均丰度为5.75%。(3)鄂尔多斯盐沼滩涂湿地自西南向东北,空间位置相近的土壤细菌群落结构具有更大的相似性,随着土壤盐分变化,变形菌门相对...     

辽河口滨海湿地CH4排放特征及其影响因素

采用静态箱-气相色谱法,于2016年6—11月连续观测辽河口芦苇湿地、翅碱蓬湿地和裸滩湿地的CH_4排放速率,同时测定温度、氧化还原电位(Eh)、pH值和电导率(EC)等相关环境因子的动态变化。结果表明,3种类型湿地的CH_4排放具有明显的季节变化特征,均呈先上升后下降趋势。芦苇湿地、翅碱蓬湿地(涨潮前)和裸滩湿地(涨潮前)CH_4排放通量变化范围分别为0.447—10.40、0.045—0.509 mg m~(-2) h~(-1)和0.016—0.593 mg m~(-2) h~(-1),观测期内排放通量均值相应为(3.699±3.679)、(0.165±0.156) mg m~(-2) h~(-1)和(0.198±0.191) mg m~(-2) h~(-1),不同类型湿地之间差异显著(P0.01),芦苇湿地裸滩湿地(涨潮前)翅碱蓬湿地(涨潮前)。涨潮过程中,翅碱蓬湿地和裸滩湿地的排放速率分别变化在0.009—0.353 mg m~(-2) h~(-1)和0.018—0.335 mg m~(-2) h~(-1),观测期间其排放速率均值分别为(0.119±0.132) mg m~(-2) h~(-1)和(0.131±0.103) mg m~(-2) h~(-1),明显低于涨潮前(P0.01)。不同湿地类型间CH_4排放通量与电导率(EC)呈显著负相关(P0.01)。研究结果表明,潮汐和电导率均为影响辽河口不同类型湿地中CH_4排放的关键因子。