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土壤微生物作为分解者,是任何一个生态系统的重要组分。在湿地生态系统,土壤微生物在元素循环、物质转化、能量流动及生态修复等生态过程中,发挥着不可替代的作用。目前,土壤微生物的研究方法多样,主要有传统技术方法和其他领域引进的先进技术特别是分子技术。传统土壤微生物研究方法只能针对可培养微生物,分子技术可以对土壤总微生物进行研究,其技术的引进将土壤微生物研究提升到一个新的高度。土壤微生物对环境的变化相当敏感,所以土壤微生物的群落结构和功能多样性变化可以灵敏反映土壤健康状况及营养状况。
本研究以洞庭湖三种典型植被为对象,对典型湿地植被(虉草、苔草和芦苇)群落特征、土壤理化性质和微生物特征进行了研究。结果表明:芦苇群落生物量,Menhinick丰富度指数、Simpson丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数均显著大于虉草和苔草群落。土壤理化性质分析结果表明植被类型不同,土壤理化性质也呈现显著差异。土壤容重、粉粒百分比以芦苇群落最高,苔草群落次之,虉草群落最低。土壤含水量、粘粒、总氮、总磷和有机质具有相反的变化趋势,以虉草群落最高,苔草群落次之,芦苇群落最低。土壤总钾含量与砂粒百分比在各个植被群落土壤中不具有显著差异性。植被类型对土壤理化性质的影响可能主要是由于以下两个方面造成的。一方面是由于植被分布的地理条件不同导致的,如植被所处海拔高度不同,导致淹水时间不同,进而对土壤理化性质产生影响;另一方面可能是由植被本身特点所影响的,如由于芦苇凋落物成分较虉草和苔草群落难分解,同时作为经济作物被收割利用等因素,造成土壤理化性质间的差异。
对三种典型植被(虉草、苔草和芦苇)群落的土壤微生物数量、微生物生物量和微生物呼吸作用等的分析发现:不同植被类型土壤微生物特征具有显著性差异。随着植被分布高程的增加(依次为虉草、苔草和芦苇群落),细菌、真菌、放线菌和土壤总微生物数目呈显著增加的趋势,且三大类微生物比例存在不同变化,具体表现为细菌百分比显著减少,放线菌百分比显著增加,真菌无显著变化。微生物生物量碳、氮和微生物呼吸作用以虉草群落最高,苔草群落次之,芦苇群落最低;微生物碳熵变化趋势为,虉草群落(0.65%)>苔草群落(0.44%)>芦苇群落(0.34%);微生物呼吸熵具有与微生物碳熵相反的变化趋势,表现为芦苇群落(34.75 mg·g-1·h-1)>苔草群落(27.04 mg·g-1·h1)>虉草群落(25.10 mg·g-1·h-1)。相关分析得知土壤含水量、容重和有机质是影响土壤微生物生物量、呼吸作用等变化的重要环境因子,同时,土壤pH和土壤总氮与土壤微生物量碳、土壤微生物量氮、微生物呼吸等也有较强的关联性。可见,微生物特征是多种土壤因子综合作用的结果,其中尤以含水量、容重及有机质影响显著。
运用Biolog技术分析了三种植被类型土壤微生物功能多样性的变化特点。结果表明:开始的24 h内,三种植被群落土壤的平均颜色变化率(AWCD)无明显变化,24 h后,虉草群落土壤微生物的AWCD值显著高于苔草和芦苇群落,可见,三种植被群落中,以虉草群落土壤微生物碳源代谢能力最强,即微生物活性最高,而苔草和芦苇群落土壤微生物的AWCD值无显著差异。以培养96 h得到的AWCD值,对表征土壤微生物功能多样性的McIntosh指数、Simpson指数、Shannon丰富度指数和Shannon均匀度指数分别进行了计算,结果发现不同植被类型土壤微生物功能多样性差异显著,虉草群落土壤微生物功能多样性最高,且其丰富度和优势度指数均显著高于苔草和芦苇群落。回归分析发现,土壤总氮、粉粒、粘粒、含水量和总磷是影响微生物功能多样性的重要因子,即土壤质地结构、营养条件及水分含量均对微生物功能多样性有显著影响。