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盘锦芦苇湿地土壤微生物特征分析

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第22卷第4期 2006年8月 气象与环境学报 JOURNAL OF METEOROLoGY AND E VIRONMENT Vo1.22 No.4 August 2006 盘锦芦苇湿地土壤微生物特征分析 赵先丽 周广胜 ,2 周莉2 吕国红 贾庆宇 谢艳兵 (1.中国气象局沈阳大气环境研究所,沈阳 110016;2.中国科学院植物研究所植被数量生态学重点实验室,北京 100093) 摘要:基于盘锦湿地生态系统野外观测站芦苇群落生长季6~9月的定位观测资料,分析了芦苇湿地土壤微生物季节动 态及其与环境因子的关系。结果表明:盘锦芦苇湿地的土壤细菌、放线茵、真菌以及微生物的总数在生长季节呈现出先减少、后 增加的变化趋势。湿地的土壤细菌、放线茵以及微生物的总数在8月达到最小,而真菌数量在7月达到最小。湿地土壤中.细 菌数量最大,其次是放线茵,最少的是真菌。对细菌、放线茵、真菌以及微生物总数与环境因子的相关分析表明,细菌、放线茵与 微生物总数主要受水分影响,而真菌则受水分与气温的协同作用影响。 关键词:芦苇;湿地;细菌;放线茵;真菌;微生物总数;特征分析 湿地是介于陆地生态系统和水生生态系统之间 湿地海拔高度为0.0-3.8 rno该观测站地处辽河河口 的一种过渡类型,兼有陆生和水生生态系统的特点, 是地球上生产力最高的生态系统之一l1 J。在土壤 形成过程中,生物是极为活跃的因素。生物因素中 的土壤微生物在推动不同类型的土壤形成和演化发 湿地,位于辽宁省盘锦市南部,渤海湾北岸,是大辽河、 外辽河、大凌河等河流人海形成的一个复合三角洲,总 面积约为31.5万h ,占全市总面积的79.5%,是我国 和亚洲最大的暖温带滨海湿地。其中的双台河口自然 保护区面积为8.0万hrn2,是世界上保存比较完好的滨 海沼泽湿地。盘锦湿地以芦苇和水稻为主,是世界第二 展中起着决定性作用。不同的微生物群落将会引起 土壤有机质乃至土壤矿物质的分解与合成过程的不 同,因而导致土壤性质以至土壤类型的差异。近年 大芦苇区和我国第三大油田,仅盘锦境内就有5.5万 } }芦苇,栖息着丹顶鹤、白天鹅、黑嘴鸥等200多种珍 稀鸟类,并具有巨大的蓄水防洪、净化污水、调节气候等 生态功能;稻田面积为7.5万h ,是辽宁主要商品粮 优质大米出口基地。 研究表明,土壤微生物种类及其在土壤中的动态可 反映出土壤发生发育历程的变化和周年气候等因素 的变化。在土壤生态系统中,土壤微生物通过不同 的方式改变土壤的物理、化学和生物学特性,从而达 到调节、保蓄和平衡土壤养分、增强系统抗灾、减灾 的能力[ ]。植物养分的增加、有机质的分解和矿 该区属于暖温带季风气候,年平均气温为8.3~ 8.4℃,年平均降水量为600~640 ITLrn。由于地势 平坦,降水年径流系数只有0.10,故湿地中水分主要 来源于河水的滞留和潮水的补给。辽河三角洲(盘 锦市)湿地地貌类型以冲积平原和潮滩为主。 1.2样品采集与分析 化、污染物的降解和土壤生态修复,是当前土壤微生 物开发利用的主要研究领域。土壤微生物有助于增 强生态系统的能量和物质循环,维持生态系统正常 运转。因此,研究湿地生态系统土壤微生物的特征 及其影响因子对深入探讨湿地生态系统结构和功能 1.2.1样品采集 于2005年6~9月在芦苇湿地挖50 cm×50 CITI ×50 cm剖面,取0~10,10--20 ClTI和20--30 cm的 具有非常重要的作用l4∞ 。 1研究地点与方法 1.1研究地点概况 3个层次的土壤,3个样方,30 d左右取样1次,取出 土样后进行分析或置于4℃冰箱内保存。 1.2.2环境因子 研究地点位于中国气象局沈阳大气环境研究所盘 锦湿地生态系统野外观测站(41。08 N,121。54 E)。盘锦 设自观测站的小气候观测系统,包括气温、空气 收稿日期:2006—06—08;修订日期:2006—07—10。 基金项目:中国气象局科技项目“我国中高纬地区典型下垫面陆一气通量观测系统建设”、“东北地区干旱化和生态系统相互作 用的观测与模拟”和中国气象局沈阳大气环境研究启动基金项目共同资助。 作者简介:赵先丽,女,1977年生,硕士,从事土壤微生物生态方面的研究,E—maiI:zhaoxian/i2001@yahoo.com.cn。 通信作者:周广胜,E—mail:gszhou@ibcas.ac.en。 维普资讯 http://www.cqvip.com

第4期 赵先丽等:盘锦芦苇湿地土壤微生物特征分析 相对湿度、降水量、表层土壤平均温度、表层土壤体 积含水量和表层土壤热通量。土壤含水量采用烘干 2.2土壤微生物生物数量与环境因子的关系 表2给出了芦苇湿地生长季节各月湿地土壤细 表2土壤微生物数量和环境因子的季节变化 法测定,为3个层次的平均值。气温和空气相对湿 度为2.5 m和4.0 m的2个高度平均值。 1.2.3实验方法 土壤微生物(细菌、放线菌、真菌,菌群数量单位 为个/g 1.)数量采用平板稀释法测定。细菌采用牛肉 膏蛋白胨培养基,放线菌采用高氏一号培养基,真菌 采用链霉素一马丁孟加拉红培养基- 。 2结果分析 2.1土壤微生物数量的变化 盘锦芦苇湿地的土壤细菌、放线菌、真菌以及微 生物的总数在生长季节呈现出先减少、后增加的变 化趋势;其不同月份的变化趋势基本一致,细菌最 多,其次为放线菌,真菌最少。湿地中的土壤细菌、 放线菌以及微生物的总数自芦苇生长开始至8月均 呈减少趋势,8月达到最小,而真菌数量在7月达到 最小(表1),这可能与芦苇生长及环境密切相关。芦 苇自 表1 2005年盘锦6--9月土壤微生物数量的变化 4月中下旬开始发芽,5~6月进人生长旺盛期,此后 进入稳定生长期。5月中旬为芦苇营养期,8月下旬 为芦苇生殖生长期。随着盘锦芦苇湿地于7~8月 进入夏天雨季,由于季节性积水,湿地土壤含水量达 到饱和,抑制了微生物自身的新陈代谢;随着雨量的 增加,7~8月土壤微生物数量达到最低值。而后,随 着降雨量的减少,土壤湿度和温度的适宜,使得芦苇 根系分泌物和脱落物不断增加,土壤中有机物质逐 渐增多,为土壤微生物提供了较充足的能源和营养 源,加速了微生物的自身合成代谢,使细菌、放线菌 和真菌数量逐渐增加。以上分析能够说明湿地土壤 微生物群落随着时间的变化不断地发生演替,也说 明不同微生物区系对营养物质的转化和利用具有一 定互补性和协调性 。 菌、放线菌、真菌和微生物总数及其环境因子,包括 气温、空气相对湿度、降水量、土壤平均温度、土壤体 积含水量与土壤热通量。从单因子相关分析表明 (表3),在湿地土壤中,细菌与土壤含水量显著相关; 放线菌与土壤含水量呈显著相关;真菌与空气相对 湿度呈显著相关;微生物总数土壤含水量呈相关显 著(a=0.05)。这表明芦苇湿地土壤细菌、放线菌与 微生物总数主要受水分变化的影响,而真菌则受水 分与温度的协同影响。 表3微生物数量与环境因子的相关系数 嘲子…嚣 。篇 … 气温/ti' 一0.5184 —0.6982 一O.8708 —0.5545 降水量/n】I11 0.8877 —0.6493 0.4509 —0.8628 空气相对湿度/(%) 一0.4793 —0.5871 —0.9464* 一0.5034 土壤平均温度 一0.7576 —0.8860 —0.7036 —0.7890 土壤含水量/(%) 一0.9722* 一0.9728* 一0.2859 —0.9864* 土壤体积含水量 %) 一0.8936 —0.5971 —0.1745 一O.8596 土壤热通量/(w-m一0 J 0.1425 0.1039 0.9194 0.1383 注:*显著捃关(a=O.05) 采用逐步回归方法,进一步分析多环境因子对 芦苇湿地土壤微生物数量的影响,得出回归方程: y细菌=114.6865—145.1021Xs一69.4302X6 R=0.9975 (1) y放线菌=24.8188+0.1284X2—50.2705Xs R:0.9993 (2) y真 =1837.8723—26.7052X3+15.3009X4 R:0.9998 (3) Y总数=136.5006—193.7313Xs一59.5338X6 R=0.9976 (4) 式(1)一式(4)中,X J为气温,X2为降水量,X3为空 维普资讯 http://www.cqvip.com

气象与环境学报 第22卷 气相对湿度,X 为土壤平均温度,X 为土壤含水量, X6为土壤体积含水量,X7为土壤热通量。通过逐步 此湿地土壤微生物主要类群的组成和数量动态也是 表征湿地类型的重要指标。不同类型湿地在土壤水 回归分析,剔除对芦苇湿地土壤微生物影响不显著 的环境因子,建立的土壤细菌、放线菌、真菌以及微 生物总数与环境因子的回归方程表明:细菌与土壤 含水量和土壤体积含水量回归显著;放线菌与降水 分、土壤温度、氧化还原电位、有机质含量、酸碱度等 生态因子上有显著差异。由此引起不同类型湿地土 壤微生物数量和类群结构的分异。土壤微生物在土 壤形成和发育过程中具有重要意义,因其在土壤质 量演变过程中具有相对较高的转化能力,可较早地 量和土壤含水量回归显著;真菌与空气相对湿度和 土壤平均温度回归显著;而微生物总数与土壤含水 量和土壤体积含水量回归显著。 3结论与讨论 基于2005年盘锦湿地生态系统野外观测站6~ 9月芦苇群落定位观测资料,对盘锦芦苇湿地土壤微 生物数量的季节动态及其影响因子进行了分析,得 到以下结论。 (1)盘锦芦苇湿地群落的土壤细菌、放线菌以及 微生物的总数在8月均相对较少,而真菌数量在7 月相对较少。 (2)相关分析表明,芦苇湿地土壤细菌、放线菌 与微生物总数主要受水分变化的影响,而真菌则受 水分与温度的协同作用影响。 (3)细菌与土壤含水量和土壤体积含水量回归 显著;放线菌与降水量和土壤含水量回归显著;真菌 与空气相对湿度和土壤平均温度回归显著;而微生 物总数与土壤含水量和土壤体积含水量回归显著。 (4)三大类土壤微生物中的细菌数量最多,真菌 最少,放线菌居中。这与一般土壤环境的细菌、真菌 和放线菌占微生物总量的比例是一致的l_8 。 (5)目前国内湿地微生物动态研究还很少,现仅 有长白山沟谷湿地乌拉苔草沼泽湿地土壤微生物的 动态研究。该研究表明三大类土壤微生物中的细菌 数量最多,真菌其次,放线菌最少。这与一般土壤环 境的真菌和放线菌所占微生物总量的比例是不一致 的。而其微生物的季节变化是细菌在6月最低,放 线菌在7月最低,真菌一直有增加的趋势l"J。而本 实验只有真菌与其趋势一致。这可能是由于植物群 落、环境因素和土壤质地的不同等原因所导致的,有 待对湿地进一步进行研究。 (6)微生物是湿地生态系统中不可缺少的成员, 它是生态系统中的分解者。它对生态系统中物质循 环、能量流动起着重要作用,制约着湿地类型的分异 和演替。由于微生物对生态环境变化比较敏感,因 预测土壤有机质乃至土壤环境的变化过程,成为反 映土壤动态变化以及土壤复退性能的一项重要指 标20 22]。因此,湿地土壤微生物可以为预测湿地土 壤有机质和土壤环境的变化过程提供一项重要指 标,对于反映湿地在全球环境变化有着重要的指示 作用。 (致谢:感谢在实验过程中提供帮助的辽宁盘锦 鼎翔集团副总经理关恩凯,盘锦监狱第五大队副大 队长范锦军,盘锦市气象局原赵芳文和刘景涛、 张野、姜大鹏、张昆等科技人员) 参考文献 [1]蔡燕飞,廖宗文.土壤微生物生态学研究方法进展[J]. 土壤与环境,2002,11(2):167—171. [2]Craig L M,Dobbs F C,Tiedje J M.Phylongenetic diver— sity of the bacterial community from microbial mat at an active,hydrothermal vent s ̄tem,Loch Seamount, Hawaii[J].Applied Environmental Microbiology,1995, 6l:1555—1562. [3]Elroy A C,Bryan T L The Photosphere(Advancde Se— ries in ANricuhurla Sciences 15)[M].New York Tokyo: Springer—Verlag Berlin Heidelberg,1986:101—108. [4]金鉴明,王礼嫱.自然保护概论IN].北京:环境科学出 版社,1991:15—46. [5] 田昆,莫剑锋,常凤来,等.剑湖湿地保护区土壤特性 及其环境影响研究[J].西南林学院学报,2003,23(4): 2l一24.78. [6] 中国生物多样性国情研究报告编写组.国家生物多样 性研究IN].北京:环境出版社,1998:105—121. [7] 中国科学院土壤研究所微生物室.土壤微生物的研究 方法IN].北京:科学出版社,1985:54—90. [8]李志辉,李跃林,杨民胜,等.桉树人工林地土壤微生 物类群的生态分布规律[J].中南林学院学报,2000,20 (3):24—28. [9] 吕桂芬.科尔沁沙地土壤微生物区系季节动态的初步 研究[J].中国沙漠,1999,19(1):107—109. fl01罗明,邱沃.平原荒漠盐渍草地土壤微生物生态 分布的研究[J].中国草地,1995(5):29—33. 维普资讯 http://www.cqvip.com

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