论文部分内容阅读
沉积物微生物是湿地生态系统物质循环和能量流动的主要参与者,沉积物微生物养分限制性是衡量和评判湿地生态系统养分状况的重要指标,对其进行深入研究有助于更清晰地认识湿地生态系统的结构、功能及其演化过程和影响因素。在人为干扰加剧和全球变化的大背景下,这一研究更显现出重要的科学意义和应用价值。本研究主要通过分析沉积物胞外酶活性及其化学计量学特征以及它们的主控因子,来评估崇明东滩湿地沉积物微生物养分限制性。本文针对4个季度下3个潮滩水平中5种主要生境类型的不同深度沉积物,开展研究,并重点研究几种主要生境类型的沉积物理化指标以及与碳、氮、磷和硫循环有关的11种沉积物胞外酶活性及其相关的化学计量学,进而分析沉积物酶活性(EEAs)和微生物养分限制性变化的主控因素,并以此探讨不同潮滩、群落或生境条件下沉积物养分状况的变化特征,以及对湿地沉积物微生物养分限制性的影响,甄别出能够缓解养分限制性的生境类型。最后,评估不同潮滩、群落或生境的不同深度沉积物深度下的沉积物微生物养分限制性差异,以期为湿地生态系统的可持续发展以及湿地植被恢复或种植方式,提供一定的科学依据。本研究结果对于深入认识崇明东滩湿地沉积物微生物养分限制性特征具有重要意义,同时,也可为该区生态保育、恢复和经营管理实践,提供一定的技术支撑。主要结果如下:1基于多响应置换法(MRPP),对崇明东滩湿地沉积物酶活性特征及其主控因子进行综合分析,结果表明,沉积物深度对沉积物酶活性的影响不显著,而生境类型与潮滩水平对沉积物酶活性影响显著;沉积物理化性质、沉积物深度、潮滩水平和生境类型共同解释了沉积物酶活性变量的28.2%;沉积物理化性质解释了沉积物酶活性变量(EEAs)的17.5%;沉积物深度、潮滩水平和生境类型主要是通过改变沉积物的理化性质来影响沉积物酶活性的,且这三个变量解释EEAs变化的3.6%;沉积物NH4+-N、C/N和BD是影响EEAs变化的最重要因素。本研究量化了崇明东滩湿地小区域尺度生境的沉积物深度、生境类型、潮滩和沉积物理化性质对沉积物EEAs变化的影响。结果表明,该区小尺度生境的沉积物理化性质可以很好地解释沉积物酶活性变化的主要原因。2将湿地沉积物酶活性11种酶以及酶活性化学计量学5个指标整合在一起,综合分析了主控因子和变化特征,结果表明,潮滩和沉积物深度对酶活性以及化学计量性变化的影响不显著,而季节对酶活性的影响显著;潮滩、沉积物深度、生境、季节和沉积物属性共同解释了沉积物酶活性及其化学计量变化的49.6%。其中沉积物理化性质是影响酶活性变化的主要因子,解释量为32.3%;沉积物pH、总有机碳、无机氮(氨氮、硝氮)是影响沉积物酶活性及其化学计量变化的主要控制因子。研究表明在崇明东滩湿地小尺度内,沉积物酶活性主要受沉积物理化性质的影响。由于目前沉积物胞外酶活性及其化学计量学的主控因子研究还不够深入,尤其中性偏碱性区域相关研究十分缺乏,本研究为该领域的相关研究提供了新的结果。同时,本研究也首次量化了崇明区域小尺度内潮滩、沉积物深度、生境、季节和沉积物属性对沉积物酶活性及化学计量性变化的影响,对该地区沉积物酶活性及其化学计量学研究有重要的参考价值。3在对分布于高、中、低潮滩的芦苇群落和无植被生境下不同季节的沉积物进行研究时发现,低、中、高潮滩湿地沉积物养分主要受微生物碳和磷的限制,受微生物氮的限制较弱。不同潮滩水平下的无植被生境和芦苇群落,湿地沉积物微生物碳和磷限制的模式存在显著差异(P<0.05),这表明潮滩水平能够改变湿地沉积物微生物的养分资源限制模式。本结果阐明了崇明东滩芦苇群落和无植被生境沉积物微生物养分限制性随着潮滩水平变化的一般规律和相关机制,即无植被生境和芦苇群落下不同潮滩水平中沉积物钙含量的变化可能导致沉积物有效磷含量的变化,可能导致了不同生境类型和潮滩水平下的沉积物微生物磷限制的差异。不同潮滩下,12月份的沉积物碳、磷限制程度最大,6月份沉积物碳、磷限制最低,且潮滩与季度沉积物微生物养分限制的影响存在交互效应。4在对芦苇群落、海三棱藨草群落和互花米草群落沉积物进行研究时发现,不同群落类型沉积物的酶活性存在差异,且沉积物酶活性与沉积物理化性质密切相关。不同群落类型沉积物酶活性化学计量学研究结果表明,不同群落类型的沉积物微生物碳限制程度不同;芦苇和互花米草两种群落类型下沉积物微生物氮、磷限制程度更高;沉积物微生物碳限制程度与沉积物有机质含量相关,且有机质含量增加是缓解沉积物微生物碳限制的主要原因;沉积物碳/氮比值和碳/磷比值的提高是湿地沉积物微生物氮、磷限制增强的主要原因。12月份的微生物碳、磷限制程度相对较大,而3月份的微生物碳、磷限制较低。本研究结果阐明了群落类型能够改变湿地沉积物微生物养分限制性模式,也可以影响湿地沉积物微生物养分限制程度或状态。5在对不同深度沉积物进行研究时发现,不同深度沉积物受微生物氮限制较弱,不同沉积物深度均受到沉积物微生物碳和磷的共同限制。在0-30 cm沉积物深度内,15-20 cm层沉积物的微生物碳限制程度最大(P<0.05),超过20 cm深度的沉积物微生物碳限制较弱;更深层次沉积物微生物磷限制相对较低;表层沉积物微生物磷限制显著。这表明沉积物深度虽然改变了沉积物中氮的有效性,却没有改变微生物氮限制模式。本研究结果表明,沉积物深度能够改变湿地沉积物微生物养分限制状态,且微生物养分限制特征是一个很有效的沉积物的养分指标。