纳帕海高原湿地土壤细菌群落多样性初步研究

目的对云南省纳帕海高原湿地土壤中的细菌群落结构进行初步研究,为揭示纳帕海高原湿地生态环境变化提供理论依据。方法运用Illumina Miseq高通量测序平台,对纳帕海高原湿地不同生境类型土壤的细菌群落进行宏基因组测序,检测了纳帕海高原湿地淤泥、湿地和泥炭三种土壤样本细菌群落结构的变化。结果通过对Silva 119数据库进行对比,共获得475 288条序列,可由91 069条非冗余序列代表。对细菌群落结构的分析,结果表明,纳帕海湿地淤泥、湿地和泥炭三种土壤样本的优势菌群均为Proteobacteria、Chloroflexi和Actinobacteria,但Unclassified bacteria仍占有一定比例。结论本研究首次揭示了纳帕海高原湿地土壤细菌群落的多样性,阐明了三种土壤类型中细菌群落的结构变化。     

滇西北高原纳帕海湿地植物多样性与土壤肥力的关系

采用植物群落研究法与原状土就地取样技术,研究了滇西北高原典型退化湿地纳帕海植物多样性、土壤养分、酶活性格局特征及其相互关系.随着湿地原生沼泽向沼泽化草甸、草甸的演替,湿地植物群落盖度增加、物种组成增多,群落优势种优势度减小,伴生种数量增加,植物多样性呈增加趋势;湿地土壤有机质、全氮含量不断减少,过氧化氢酶、蛋白酶、蔗糖酶活性增加,脲酶活性降低.植物α多样性指数(辛普森、香浓-维纳指数)与湿地土壤有机质、全氮含量呈负相关,与土壤过氧化氢酶、蛋白酶、蔗糖酶活性呈正相关,与脲酶活性呈负相关;土壤有机质、全氮含量与过氧化氢酶、蛋白酶、蔗糖酶活性呈一致负相关,与脲酶活性则成正相关.湿地景观在一定程度上反映了人为生产活动干扰的类型与强度,其植物多样性、土壤养分和酶活性特征及其相互关系是湿地生态系统演替过程中时空间体现,研究结果揭示了人为干扰下湿地退化的生态学过程及机理,可为我国高原湿地生物多样性保护,退化湿地生态恢复与湿地资源可持续利用提供一定的理论依据.     

纳帕海高原湿地不同干扰强度下土壤真菌的分布格局

将无干扰的原生沼泽作为对照, 运用比较法研究了纳帕海高原湿地不同干扰强度下形成的湿地利用类型, 即沼泽(无干扰)、沼泽化草甸(轻度干扰)、草甸(中度干扰)和垦后湿地(重度干扰) 4个湿地利用类型的碳氮含量及其分布格局, 揭示干扰对纳帕海不同湿地利用类型碳氮及土壤真菌分布的影响。研究表明: (1) 4个湿地利用类型上下层土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、碳氮比(C:N)和pH值均有显著的差异性(p < 0.01), 并且随着干扰强度的增大, SOM和TN含量逐渐减少。(2)土壤真菌经PDA培养基培养后计数, 在同一湿地类型上层的真菌数量大于下层, 随着干扰强度的增加, 真菌的数量逐渐增加。相关性分析表明: 真菌的数量与pH值、SOM和TN呈极显著负相关, 与C:N呈显著正相关。(3)系统发育研究表明: 纳帕海湿地分布有土壤真菌Ascomycota、Basidiomycota和Zygomycota, 其中Ascomycota是优势类群, 在高原湿地土壤碳氮分解等物质循环过程中Ascomycota处于主导地位。     

博斯腾湖湖滨湿地植物多样性对季节变化的响应

研究生物多样性对季节的响应对于维持生态系统稳定、保护生物多样性、解析群落构建机制具有重要意义。本文以博斯腾湖湖滨湿地为研究对象,探究不同季节植物群落的物种多样性与功能多样性的变化规律。结果显示：(1)物种多样性指数随季节变化没有显著改变;功能多样性指数中,功能丰富度由春季到夏季逐渐减小,功能离散度逐渐增大;不同季节的功能均匀度差异性不显著;(2)植物功能性状在不同季节间差异显著;春季叶绿素含量显著低于夏季;夏季比叶面积和叶干物质含量显著高于秋季;叶片含水量和厚度由春季到秋季呈递增趋势;(3)影响Pielou指数和功能丰富度的主要环境因子分别为土壤铵态氮和速效磷;影响Shannon-Wiener指数、Simpson指数和功能均匀度的主要环境因子为土壤有机质;影响功能离散度的主要环境因子为土壤含水量;(4)影响最大株高的主要环境因子为土壤pH值;影响叶干物质含量的主要环境因子为土壤速效钾;影响叶片厚度和比叶面积的主要环境因子为土壤总磷;而影响叶片含水量的主要环境因子为土壤硝态氮;叶绿素含量与土壤因子无显著相关关系。     

滇西北高原纳帕海湿地土壤氮矿化特征

采用树脂芯原位培育法,研究了纳帕海沼泽、沼泽化草甸和草甸土壤氮的矿化特征。结果表明,铵态氮（NH₄⁺-N）为沼泽、沼泽化草甸土壤中无机氮的主要存在形式,分别占无机氮含量的96.76%和75.24%,而硝态氮（NO₃^--N）为草甸土壤中无机氮的主要存在形式,占无机氮含量的58.77%。植物生长期内,纳帕海湿地土壤的净氮矿化速率表现为沼泽化草甸 > 草甸 > 沼泽,表明干湿交替的土壤环境更利于土壤氮矿化作用的进行,土壤中氮素有效性和维持植物可利用氮素的能力更强。整个生长季,沼泽和草甸土壤氮矿化为硝化作用,而沼泽化草甸土壤氮矿化为氨化作用。土壤硝态氮含量、有机质含量、碳氮比和含水量均对纳帕海沼泽、沼泽化草甸和草甸土壤的氮矿化产生显著影响。     

纳帕海高原湿地mazG遗传多样性初步研究

mazG基因广泛存在于细菌和病毒中,其功能大多数未知,仅在大肠杆菌中的功能被证实。为揭示纳帕海高原湿地mazG遗传多样性,本研究于纳帕海高原湿地采集旱季泥炭土样品,提取总的基因组,以特异性引物对其mazG基因进行扩增,得到不同的mazG有效序列共39条,并与其它细菌及病毒进行系统发育分析和PCoA分析。通过研究得知,纳帕海高原湿地的部分mazG基因和其它细菌及病毒的mazG序列相接近,其余mazG序列的遗传距离较远,推测其可能为纳帕海高原湿地独有的类群。     

喀斯特峰丛洼地土壤有机质的空间变化及其对干扰的响应

通过网格(10 m×10 m)取样,运用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地4类典型干扰区表层土壤（0～20 cm）有机质的空间变异、分布,及其生态学过程和机制.结果表明:随着干扰强度降低,植被由农作物(Ⅰ)—人工林(Ⅱ)—次生林(Ⅲ)—原生林(Ⅳ)顺向演替,土壤有机质逐步提高,且达到了显著水平(P＜0.05).4类干扰区均具有良好的空间自相关性,不同干扰区空间变异特征不同,除Ⅲ类干扰区土壤有机质半变异函数优化符合指数模型外,其他3类干扰区均符合高斯模型;Ⅰ类区土壤有机质的空间自相关呈中等程度,C₀/(C₀+C)值达26.5%,其他3类干扰区C₀/(C₀+C)值在9.0%～22.6%,呈强烈的空间相关性;由于人类干扰强烈,Ⅰ和Ⅱ类区呈低能量匀质状态,变程及空间自相关范围较大,Ⅳ类区植被覆盖率较高,变程也较大;Ⅲ类区干扰强度中等,植被类型多且分布不均,变程最小;Ⅱ和Ⅳ类区的分维数（D）值较小,土壤有机质的空间依赖性较强;而Ⅰ和Ⅲ类区D值较大, 土壤有机质空间分布的随机变异较大;Ⅰ和Ⅱ类区土壤有机质呈单峰分布,Ⅲ类区土壤有机质呈凹型分布,Ⅳ类区呈凸型分布.减少干扰是喀斯特峰丛洼地脆弱生态系统土壤质量改善、植被迅速恢复及生态重建的重要保障.     

不同人为干扰下纳帕海湖滨湿地植被及土壤退化特征

以滇西北高原纳帕海湖滨退化湿地为研究对象,对比分析了人为隔断水源补给、牛羊过度放牧和家猪拱地三种人为干扰下湿地植被和土壤退化特征。结果表明：三种干扰方式下,纳帕海湖滨湿地植物群落类型多样性、物种丰富度、物种数、Shannon-Wiener指数、沼生植物重要值以及土壤有机质、全氮、速效氮、含水率、毛管孔隙度变化规律为：人为隔断水源补给＞牛羊过度放牧＞家猪拱地,而土壤容重和全钾含量变化规律完全相反。Pearson相关性分析表明,不同人为干扰下相同土壤指标之间相关性质和相关强度不同;CCA分析表明植物群落种类组成和分布与土壤含水率和全磷含量显著相关。以原生湿地样点为对照,人为隔断水源补给、牛羊过度放牧和家猪拱地样带土壤退化指数分别为-7.40%、-14.53%、-45.01%。认为纳帕海湖滨湿地退化是三种干扰协同作用结果,但作用程度不同,其顺序为家猪拱地＞牛羊过度放牧＞人为隔断水源补给。     

滇西北高原典型退化湿地纳帕海植物群落景观多样性

采用时空替代法,运用3S技术,结合植物群落实地调查,研究了云南西北高原典型退化湿地纳帕海的植物群落景观多样性格局。结果表明:人为干扰加速了纳帕海原生沼泽、沼泽化草甸植物群落景观向草甸、垦后湿地植物群落景观演替,湿地环境不断丧失,湿地功能逐渐退化;不同演替阶段沼泽植物群落景观多样性在空间上呈现出不同的格局是对湿地环境变化的响应,体现了湿地环境变化与功能现状,并在一定程度上反映了人为干扰的类型与强度。     

纳帕海高原湿地噬藻体psbA遗传多样性

噬藻体在水生系统中分布广泛,数量丰富,具有丰富的生物多样性。为揭示纳帕海高原湿地噬藻体psbA遗传多样性,并分析其系统进化地位。本研究于纳帕海高原湿地采集土壤样品,以特异性引物对其光合基因psbA进行扩增,得到不同的psbA基因序列51条,并在淡水、海水、稻田等不同环境下进行PCoA分析和系统发育分析。通过研究得知,在纳帕海高原湿地环境下的psbA基因和在稻田环境中的psbA相接近,而与海洋环境相距较远,并且大多与蓝藻细菌相聚簇,而且psbA基因中的NT-4和NT-7与噬藻体具有较高相似性,和其他地区比较较远。推测NT-4和NT-7是纳帕海高原湿地特有的噬藻体类群。     

小尺度高寒湿地放牧干扰格局——以纳帕海湿地为例

高寒湿地放牧干扰强烈,是其生态系统退化的主因。湿地植被生物量空间格局不仅能够反映自然因素的作用,也能够体现地域放牧等人类活动的主要特征,因此常作为表征放牧干扰格局的主要度量方法。但尺度效应导致的植被生物量影响要素在不同空间尺度下存在较大差异,尤其是针对面积为几十至几百km²范围的小尺度高寒湿地而言,自然因素和放牧等人为干扰对其植被地上生物量的共同作用特征仍不明确,缺乏针对该类型湿地的合理评估模式。以滇西北国际重要湿地纳帕海为例,在排除其它人为干扰的条件下,通过植被地上生物量的空间异质性特征来表征其放牧干扰格局,并以该案例为基础提出一种小尺度高寒湿地放牧干扰格局评估模式。研究尝试基于详细地面植被调查,获得潜在植被地上生物量,利用调查同时期高分定量遥感方法(法国PLEIADES卫星数据结合实测植被地上生物量建模)获得实际植被地上生物量,并使用潜在与实际植被地上生物量之差的空间异质性特征表示纳帕海湿地放牧干扰格局。该评估模式可以有效减少对于小尺度湿地放牧干扰数据的依赖,同时减少牛羊马等大牲畜散养带来的空间分布随机性。研究结果显示纳帕海湿地放牧干扰对湿地植被地上生物量的影响严重,影响比例约为93.5%。研究发现水文等自然因素和放牧等人为干扰分别决定纳帕海湿地植被地上生物量的上限和下限,并基于此提出四方面干扰调控策略。     

纳帕海高原湿地真菌群落多样性和组成的分布

【背景】位于滇西北的纳帕海高原湿地,是我国唯一的低纬度、高海拔、季节性半封闭型高原湿地。真菌在湿地生态系统的维持和稳定中发挥着特殊作用,然而关于纳帕海高原湿地真菌群落多样性和组成的研究目前仍无报道。【目的】对纳帕海高原湿地不同季节和土壤类型真菌群落多样性和组成及与环境因子的关系开展系统研究分析,促进对高原湿地微生物多样性的深入认识。【方法】采用荧光定量PCR和高通量测序技术,分析了纳帕海高原湿地不同季节和土壤类型中真菌的数量、群落多样性和组成及其与环境因子的关系。【结果】真菌数量级的变化对于人为干扰下的湿地土壤退化是敏感的响应指标。在真菌群落组成中,约有60%以上未确定的分类信息,40%有确定分类信息的包括6个门17个纲37个目53个科63个属,大部分分类信息集中在Ascomycota门,相对优势属为Gibberella。通过分类水平、OTU水平和β多样性分析比较,在纳帕海高原湿地整体真菌群落多样性和组成受季节变化影响不显著,但不同土壤类型的变化呈显著差异,推测是由于不同采样区植物根际效应和种类的影响。CCA (Canonical correlation analysis)分析表明,在不同采样区受不同土壤理化因子的影响。【结论】揭示了纳帕海高原湿地土壤真菌群落多样性和组成的区域特征,从微生物学角度进一步提出了对纳帕海高原湿地环境保护和恢复的重要性。     

湿地土壤微生物功能多样性及碳氮组分对长期氮输入的响应

氮输入对湿地生态系统碳氮循环具有重要影响,研究湿地土壤微生物功能多样性及碳氮组分对氮输入的响应,对于明确湿地土壤碳氮循环微生物驱动机制具有重要意义。依托长期野外氮输入模拟试验,利用Biolog-ECO微平板技术,分析不同浓度氮输入:N1(6 g N m^-2 a^-1)、N2(12 g N m^-2 a^-1)和N3(24 g N m^-2 a^-1)对湿地土壤表层(0-15 cm)和亚表层(15-30 cm)微生物碳源代谢活性、功能多样性和碳氮组分的影响。结果表明:N2处理显著提高了亚表层土壤微生物碳源代谢活性和McIntosh指数,N3处理显著降低了表层土壤微生物Shannon指数和Shannon-evenness指数。随氮输入浓度增加湿地表层土壤微生物对糖类的利用率显著降低,N3处理表层土壤微生物对胺类的利用率以及亚表层土壤微生物对醇类的利用率显著提高。N1处理显著提高了湿地表层土壤全氮和微生物量碳含量;N2、N3处理显著提高了土壤铵态氮、硝态氮含量;N3处理显著降低了土壤pH值。湿地土壤pH、总碳、溶解性有机碳含量是影响微生物碳源代谢活性和功能多样性的重要因素,土壤溶解性有机碳、铵态氮、全氮含量、含水率是影响微生物碳源利用变化的主要因子。     

土壤有机质含量对黔南喀斯特天然次生林土壤理化指标与植物多样性的影响

为探讨自然恢复过程中喀斯特森林土壤有机质含量(SOM)与土壤理化指标及植物多样性指数的相关性,对贵州省茂兰国家级自然保护区中不同森林类型的SOM、土壤理化性质和植物多样性进行了研究。根据乔木层物种的重要值,将保护区的41个调查样地划分为香叶树-枫香林、檵木-马尾松林、槭树-朴树林、小叶栾树-化香林、灯台-小花梾木林和四照花-青冈栎林类型。结果表明,部分森林类型土壤A层或B层的SOM差异显著,且部分森林类型的植物种数、直径、高度和密度,以及Margalef指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数也差异显著。土壤孔隙度、蓄水量和主要肥力与养分指标随SOM增加而增大。乔木层的植物多样性指数与SOM呈正相关,与土壤A层SOM相关显著、Simpson指数和Pielou指数与土壤B层SOM相关显著。灌木层、草本层的植物多样性指数与SOM相关不显著。多元分析结果表明,植物多样性指数对土壤A层SOM的总贡献率呈灌木层乔木层草本层、对土壤B层SOM的总贡献率呈草本层乔木层灌木层的趋势,表明喀斯特地区SOM管理的植物多样性措施适宜以乔木树种为主、辅以灌木与草本层植物的复合经营方式。同时,土壤SOM不仅受乔木层植物多样性指数的影响、也受林分所处演替阶段与结构指标的影响,植物多样性指数的二次多项式拐点可成为喀斯特石漠化治理工程中物种量化管理的参考依据之一。     

松嫩平原羊草草地植物功能群组成及多样性特征对水淹干扰的响应

为研究草地植被对水淹干扰的响应 ,在松嫩平原羊草 (Aneurolepidiumchinense)草地 1998年部分遭受水淹的吉林省大安市三家甸子草场内设置了经历不同水淹强度的样带 ,并对这些样带的植被组成及物种多样性特征进行了比较研究。结果表明 :1)在植被的水分生态类型功能群组成中 ,随水淹干扰强度的增加 ,湿生、湿中生类植物功能群的优势度比例基本上是逐渐增加的 ,中生、中旱生类植物功能群的优势度比例则逐渐减小 ;2 )在植被的生活型功能群组成中 ,随水淹干扰强度的增加 ,一年生植物的优势度比例呈单峰型变化 ,地下芽植物比例增加 ,地面芽植物比例减小。某些单个物种优势度比例的不规则变化和功能群组成的规则变化表明 ,生态补偿作用不仅仅存在于植物群落的各个功能群之间 ,而且存在于同一功能群内部的不同物种之间 ;3)群落的物种丰富度、多样性在经历中等强度水淹干扰的样带上较高 ,而在未受干扰的对照样带和受干扰较为严重的样带都较低 ,这有力地支持了中度干扰假说。     

围栏禁牧对纳帕海湿地土壤生态化学计量特征的影响

开展围栏禁牧对湿地土壤生态化学计量特征影响的研究,为理解围栏禁牧对退化湿地生态系统恢复的影响提供理论基础。本研究选取纳帕海湿地未禁牧、禁牧3年、8年和10年的沼泽化草甸和草甸为对象,比较不同围栏禁牧年限对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量的影响。结果表明：围栏禁牧提高了沼泽化草甸和草甸土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、硝态氮(NO₃^--N)、铵态氮(NH₄⁺-N)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP),提高了C/N、C/P、N/P和MBN/MBP。沼泽化草甸和草甸土壤C/N、C/P、N/P均与TOC、TN、含水率、NO₃^--N、NH₄⁺-N、MBN呈显著正相关(P<0.01),与土壤容重显著负相关。沼泽化草甸土壤MBC/MBN、MBC/MBP与TOC、NH₄⁺-N、MBN和含水率显著负相关...     

大围山蕨类多样性及生境因子对干扰的响应

目的：通过研究大围山云雾林蕨类的Alpha多样性指数、物种丰富度和稀有性指数,探讨了不同干扰程度下主要环境因子变化及林下蕨类植物生物多样性响应。方法：设置长100 m样带3条,样带内每隔10 m设置一个1 m×1 m样方,统计各样方内的蕨类植物的种类及数量,记录、采集标本;同时,检测林冠开阔度（Canopy openness,CO）、空气相对湿度（Relative humidity,RH）和表层土温（Surface temperature,ST）。结果：（1）重度干扰使林下光线和土壤表层温度改变,蕨类种类与数量均增加;（2）重度和中度干扰下,蕨类植物种类和数量在短时间内均增加,但可持续性差;（3）轻度干扰下,原始生境中的差异化未受破坏。结论：人为干扰在短期能丰富局地蕨类多样性,但可持续性差,且对森林整体而言多样性贡献率极小。分析表明攀缘卷柏、钝叶卷柏、华中瘤足蕨和蛇足石杉可作为大围山云雾林生境的指示种。     

纳帕海高原湿地T4类噬菌体遗传多样性分析

噬菌体在微生物中分布较广。为研究T4类噬菌体在纳帕海高原湿地的分布情况,本研究从纳帕海湿地分别采集水样和淤泥土样,采用g23基因为分子探针,利用MZIA1和MZIA6引物对其进行扩增,共获得92条基因序列,并与其他不同生境的g23基因进行比对和遗传多样性研究。结果显示,纳帕海高原湿地的T4类噬菌体与海洋基因序列相距较远,而与淡水湖泊和稻田土壤及平原基因序列相距较近。但也有部分序列独立聚簇,推测其为纳帕海地区的独有基因序列。本研究充分说明纳帕海地区拥有独特而丰富的微生物资源,为研究高原淡水湖泊中噬菌体的生态功能提供了理论依据。     

南泥湾不同干扰湿地蝶类多样性

2015—2016年,在南泥湾不同干扰强度4块湿地南泥湾村(YGS)、后九龙泉(TGS)、孟家沟(THS)、大南沟(WTS)共采集329号标本,分属鳞翅目5科27属36种,粉蝶科在4块样地均为优势科,菜粉蝶为地区优势种。区系分析发现:个体数量上广布种(W)占55.6%,古北种(P)和东洋种(O)分别占39.2%和5.2%,在物种数量上古北种(P)占50%,广布种(W)和东洋种(O)分别占36.1%和13.9%。在4块样地中,属数、种数、个体数趋势相同,WTS的属数、种数、个体数均最高,分别为23、27、132,其他依次是THS、TGS、YGS;物种丰富度(R)、多样性指数(H)、均匀度指数(J)趋势相同,WTS的R、H、J均最高,依次为5.3248、0.4393、0.1333,其次是THS、TGS、YGS;YGS优势度指数最高,为0.3265,其次是TGS、THS、WTS。不同干扰强度4块样地随干扰强度增加生境复杂程度逐渐降低,依次是WTS、THS、TGS、YGS。结果显示,从蝶类资源状况来看,南泥湾湿地生态演替仍未达到顶级,蝶类资源不丰富。     

土壤有机质对农田管理措施的动态响应

土壤有机质在农田肥力、环境保护、农业可持续发展等方面具有重要意义。它不仅决定农作物产量,而且在全球碳素循环中起着重要作用。由于大气CO2浓度升高与全球气候变暖等一系列环境问题的加剧,全球碳素循环受到越来越多的关注。农田具有大气CO2源和库的双重潜力。历史上由于人类对农田的过度开垦和耕种,造成土壤有机质含量大幅度下降,降低了农田的作物产量潜力;同时导致大量的碳以CO2形式由陆地生态系统排放到大气圈,加剧了全球温室效应。大量研究结果表明,诸如耕作、种植制度、施肥等农田管理措施能够显著地影响土壤有机质动态,而免耕、提高复种指数、合理的轮作换茬、有机肥料和化肥的施用以及弃耕农田还林还草等保护性管理措施则能够提高农田土壤有机质含量,使农田起到大气CO2汇的作用。综述了近年来农田管理对土壤有机质动态影响研究方面的进展。