海三棱藨草湿地修复过程中的微生物组成空间分异及其影响因素

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滨海湿地是地球上重要的生命维持系统之一,是许多鸟类迁徙、越冬、栖息和繁衍的场所,也是沼生和水生生物优良的生存场所和理想的栖息地。海三棱藨草(Scirpus mariqueter)是中国特有种和长江口滨海湿地的先锋植物,具有良好的促淤减浪、改良土壤、固碳净化等生态服务功能,同时也是很多野生动物的最重要栖息地之一。然而,自20世纪90年代以来,随着沿海经济的迅猛发展,日益加剧的围垦工程导致滨海湿地大面积迅速缩减,海三棱藨草湿地面积锐减,对海三棱藨草群落的保护和恢复工作是极其重要的。目前,国内外对海三棱藨草植被恢复和重建的研究大多都在种子重建及潮汐作用上,对其土壤微生物的研究较少,因此,本文以南汇东滩湿地为研究区域,通过biolog微平板法和高通量测序技术对不同研究区域分布的海三棱藨草根际土壤微生物的群落特征和变化规律进行研究,结合土壤理化因子,以期找出海三棱藨草土壤微生物的群落结构的影响因素,从而找出影响海三棱藨草分布的原因,为制定出恢复其生态群落的方案提供理论依据。主要研究结果如下:(1)通过对研究区高程及土壤理化因子的分析可知,滩涂高程、含水率和盐度的差异是形成南汇东滩湿地海三棱藨草分布格局的主要因素。本研究区内的滩涂高程在3.3-4.7m之间,2015年研究区为中东部高,东西两侧地,2017年研究区淤积程度加深,岸边淤积程度最为严重,地势表现为从岸边向海逐渐降低,东西两侧高程升高。2015年研究初期,海三棱藨草群落主要集中分布在地势较高地带的研究区中东部,随着泥沙淤积程度的加深,中东部地带地势高程逐渐加高,海三棱藨草群落向西迁移。研究区东部地带海三棱藨草群落消失,被互花米草群落取代。研究区土壤的pH均值是8.679,偏碱性,海三棱藨草适宜碱性土壤生长。(2)通过biolog微平板法对不同区域海三棱藨草根际土壤微生物对单一碳源的利用率及其群落功能多样性与环境因子之间的关系的分析可知,对单一碳源的利用能力在根际土壤微生物群落中的排序为:密集区>稀少区>光滩区。影响藨草根际微生物活性的主要因子是土壤盐分、粒径和含水率,滩涂湿地土壤环境中各种理化因子与微生物之间相互影响,表现为正相关的理化因子含量增加,微生物活性增强,多样性提高,负相关的因子含量增加,微生物活性降低,多样性减小。(3)通过Misqe测序对不同区域海三棱藨草根际土壤微生物季节变化分析可知,样本间微生物结构组成相似度较高,所有土壤样本中共有的细菌门有15种,其中Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)、Chloroflexi(绿弯菌门)、Planctomycetes(浮霉菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Cyanobacteria(蓝藻菌门)、Gemmatimonadetes(牙单胞菌门)为主要菌门,其中,蓝藻菌门在各样本中差异变化较大。样本微生物群落多样性和丰度季节性差异显著,同一样本春夏季微生物群落多样性和丰富度较低,秋冬季微生物群落多样性和丰富度较高。同一季节中,海三棱藨草土壤微生物群落多样性和丰富度:密集区>稀少区>光滩区。土壤盐分、含水率及硝态氮是影响微生物群落多样性的主要因素。微生物与海三棱藨草之间相互作用,共同影响,结合环境因子的促进作用,进而对海三棱藨草的生长产生影响。本文主要通过对南汇湿地植被海三棱藨草根际土壤微生物的测定,找出不同盖度海三棱藨草根际土壤微生物活性及多样性的不同,分析根际土壤微生物群落多样性的季节变化及样本区别,再结合土壤理化因子的分析,找出影响土壤微生物活性和多样性主要因素,得出影响海三棱藨草生长和繁殖的机制,按季节制定海三棱藨草种群恢复和重建的方案。未来应该采取人工手段干预潮滩微地形的沉积作用,优化海三棱藨草土壤条件,定量海三棱藨草湿地修复过程中的土壤生理生化微观机制动态是藨草湿地修复机理研究的下一步重要方向。
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