【摘 要】
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泥炭沼泽湿地作为全球重要的湿地生态系统,在水土保持及碳存储等方面发挥了独特的生态功能,但随着人为活动的加剧及土地利用方式的变化,泥炭藓湿地面临退化的威胁,湿地生态系统平衡遭到破坏,进一步危害物种多样性。因此,本研究选取浙江省典型泥炭沼泽湿地,国家级保护动物安吉小鲵重要栖息地之一——千亩田泥炭藓湿地作为研究对象,在对千亩田泥炭藓湿地植被进行调查的基础上,采集湿地内各退化阶段不同小生境(不同植被群落类
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(41571049); 科技部科技基础性工作专项(2015FY110200);
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泥炭沼泽湿地作为全球重要的湿地生态系统,在水土保持及碳存储等方面发挥了独特的生态功能,但随着人为活动的加剧及土地利用方式的变化,泥炭藓湿地面临退化的威胁,湿地生态系统平衡遭到破坏,进一步危害物种多样性。因此,本研究选取浙江省典型泥炭沼泽湿地,国家级保护动物安吉小鲵重要栖息地之一——千亩田泥炭藓湿地作为研究对象,在对千亩田泥炭藓湿地植被进行调查的基础上,采集湿地内各退化阶段不同小生境(不同植被群落类型)下的泥炭藓和土壤(腐殖质层和土壤层)样品,对泥炭藓及下伏土壤微生物的细菌16S r RNA中的V4-V5区和真菌ITS1区进行高通量测序,分析各退化阶段土壤和泥炭藓样品中微生物多样性和群落结构;比较不同小生境下及土壤垂直分布上微生物种群差异;结合土壤理化性质讨论驱动土壤微生物群落结构变化的环境因子,以期为千亩田泥炭藓湿地的保护提供新的数据及思路。研究结果表明:(1)泥炭藓湿地在退化过程中,土壤的pH、总碳、总氮及硝态氮含量均发生了显著变化。土壤养分含量增加促使植物群落发生演替,草本、灌木等维管植物入侵使湿地植被组成更为复杂多样,泥炭藓湿地的退化加剧,进一步改变土壤环境。但不同小生境下,土壤理化性质未出现明显变化。在土壤垂直分布上,除总碳外,各理化指标的含量变化并未出现显著差异。泥炭藓植株残体在腐殖质层积累是造成总碳在土壤垂直分布上出现显著差异的主要原因。(2)在泥炭藓湿地退化的过程中,土壤细菌群落的Chao1和Shannon-Winner指数逐渐降低,表明土壤环境对微生物数量及多样性影响显著。在物种组成方面,各退化阶段的土壤细菌群落均以Acidobacteria和Proteobacteria占优势,Nitrospirae门的相对丰度随土壤养分含量的增加而增多。在属水平则大体是以Subgroup_2和Candidatus_Koribacter属占优势。对细菌群落进行功能预测发现,功能群在不同退化阶段表现出不同的分布特征:硫化合物呼吸作用和硫酸盐呼吸作用的功能群分布在泥炭藓湿地退化初期区域;亚硝酸盐氧化和硝化作用等与氮循环有关的功能群则主要分布在退化中后期区域。对比不同小生境,土壤细菌群落在门水平的相对丰度并无明显差异。在属水平,部分细菌群落发生变化:Roseiarcus和Bathyarchaeia属在不同小生境下表现为泥炭藓群落>草本—泥炭藓群落>灌木—泥炭藓群落。土壤细菌群落的垂直分布在各退化阶段均表现出规律性变化:Acidobacteria和Proteobacteria的相对丰度在垂直方向逐渐减少;Chloroflexi的相对丰度在垂直方向逐渐增加,造成此结果的原因与土壤养分及含氧量随深度的增加而减少有关。在各退化阶段中,泥炭藓的细菌群落结构未发生明显变化,具有稳定的优势菌群,此结果表明泥炭藓的细菌群落组成受环境影响较小。(3)土壤真菌多样性(Chao1指数和Shannon-Winner指数)并未随泥炭藓湿地的退化而发生明显改变,在土壤垂直方向上,腐殖质层和土壤层间的差异ASVs(Amplicon sequence variants)的种类较少。从组成角度看,Ascomycota和Basidiomycota的相对丰度随退化发生一定程度变化,但仍占据绝对优势。在属水平上,真菌群落组成一定程度上受到环境变化的影响。对比不同小生境,在灌木—泥炭藓群落下富集的ASVs的种类相比其他两种群落类型更为丰富,各菌属的相对丰度也存在差异:Cladophialophora在草本—泥炭藓群落下的相对丰度最高;Archaeorhizomyces则在灌木—泥炭藓群落下的相对丰度最高。泥炭藓真菌群落以Ascomycota占据绝对优势,其他优势门发生小幅波动,具有较为稳定的真菌群落结构。(4)土壤微生物组成与环境因子的相关性分析结果表明,微生物群落受到环境因子的显著影响:p H是造成细菌群落结构发生改变的最主要驱动因子,可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)和硝态氮对细菌群落结构也有一定程度的影响。而驱动土壤真菌群落结构发生改变的主要因子为不同植被群落类型造成的小生境差异以及土壤含水量的变化。
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