互花米草入侵对滨海湿地土壤铁碳关系及相关微生物群落结构的影响

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滨海湿地碳循环在全球碳循环中扮演着重要角色,而铁循环在有机碳保存中具有重要贡献,为了探究互花米草入侵对滨海湿地铁碳结合特征的影响,本研究以中国广东、福建、广西、浙江和上海五个省、市的闽江口、九龙江口、乐清湾、漳江口、湛江、北海、横沙和崇明岛8个区域,共10个采样点为研究对象,分别采集互花米草入侵前、后的秋茄湿地、白骨壤湿地和芦苇湿地0~10 cm土壤,针对互花米草入侵滨海湿地土著植物后,铁价态组成、氧化铁赋存形态、铁结合态有机碳变化、铁还原菌和铁氧化菌群落结构、分布特征等进行分析。结果如下:1.互花米草入侵滨海湿地能够改变湿地0~10 cm土壤铁的价态(Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ))。秋茄(Kandelia candel)湿地、白骨壤(Avicennia marina)湿地、芦苇(Phragmites australis)湿地和互花米草(Spartina alterniflora)入侵湿地的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)含量范围分别为1.06~1.73 mg·g-1和7.67~21.83 mg·g-1、0.71~2.49 mg·g-1和0.77~21.79 mg·g-1、2.34~2.76 mg·g-1和6.84~18.08 mg·g-1、0.96~6.31 mg·g-1和0.59~32.70 mg·g-1。总体水平上,除漳江口白骨壤湿地外,互花米草入侵秋茄湿地和白骨壤湿地后,土壤Fe(Ⅱ)含量均有所增加,尤其是闽江口和九龙江秋茄湿地Fe(Ⅱ)含量显著增加(p<0.05);除崇明岛外,互花米草入侵芦苇湿地后,Fe(Ⅱ)含量显著降低(p<0.05)。2.秋茄湿地和互花米草湿地土壤三种氧化铁(Fed、Feo、Fep)含量分别为23.94mg·g-1、6.51 mg·g-1、0.64 mg·g-1和21.75 mg·g-1、6.45 mg·g-1、0.59 mg·g-1;白骨壤和互花米草湿地土壤Fed、Feo、Fep含量分别介于15.59 mg·g-1、3.85 mg·g-1、0.78 mg·g-1和15.97 mg·g-1、3.66 mg·g-1、0.74 mg·g-1;芦苇和互花米草湿地土壤Fed、Feo、Fep含量分别介于21.35 mg·g-1、6.39 mg·g-1、0.85 mg·g-1和20.92 mg·g-1、6.96 mg·g-1、0.80 mg·g-1。总体上互花米草入侵后Fed含量和Fep均降低,但Feo含量差异不显著。3.互花米草入侵秋茄、白骨壤、芦苇湿地后土壤氧化铁结合态有机碳(Fe-OC)含量均值分别降低了22.91%、42.25%、22.53%,其中,互花米草入侵后九龙江秋茄湿地、漳江口秋茄湿地、北海白骨壤湿地、横沙芦苇湿地土壤Fe-OC占比均显著降低(p<0.05),入侵乐清湾秋茄湿地和湛江白骨壤湿地后,土壤Fe-OC占比均显著降低(p<0.05)。总体水平上,互花米草入侵滨海湿地后土壤Fe-OC降低。本次研究的10个典型滨海湿地中Fe-OC主要是通过吸附途径形成为主,而共沉淀途径相对贡献较小。此外,互花米草入侵后,土壤中Fe:OC有降低趋势,说明互花米草入侵使湿地土壤中铁氧化物对有机碳的结合途径更倾向于吸附作用。4.由α多样性指数可知,互花米草入侵使白骨壤湿地和芦苇湿地土壤铁还原菌多样性提高,使秋茄湿地铁还原菌多样性降低。互花米草入侵也使湿地土壤铁还原菌的优势菌属发生演替,秋茄湿地中优势菌属除硫单胞菌(Desulfuromonas)的丰度显著降低成为非优势菌属,而厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)铁还原菌的丰度显著提高成为第三优势菌属;白骨壤湿地中互花米草入侵后拟杆菌属(Bacteroides)的丰度显著降低成为非优势菌属。互花米草入侵白骨壤湿地后拟杆菌门(Bacteroidetes)铁还原菌的相对丰度显著降低,变形菌门(Proteobacteria)铁还原菌的相对丰富度显著提高(p<0.05)。环境因子及碳组分能够影响湿地土壤铁还原菌的相对丰度,Geobacter的相对丰度与土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤微生物量碳(MBC)和p H均呈极显著负相关(p<0.01),Halothiobacillus的相对丰度与土壤有机碳(SOC)呈显著正相关(p<0.05),与土壤微生物量碳(MBC)呈显著负相关(p<0.05)。5.滨海湿地土壤铁还原菌数量和铁氧化菌数量对互花米草入侵的响应不同,互花米草入侵闽江口秋茄湿地后,0~10 cm土壤铁还原菌数量显著增加(p<0.05),漳江口白骨壤湿地和闽江口芦苇湿地0~10 cm土壤铁还原菌数量无明显变化。入侵闽江口秋茄湿地和芦苇湿地后,土壤铁氧化菌数量均显著增加(p<0.05);入侵漳江口白骨壤湿地后土壤铁氧化菌数量显著降低(p<0.05)。6.互花米草入侵导致秋茄湿地铁氧化菌多样性降低,使芦苇湿地和白骨壤湿地土壤铁氧化菌多样性升高。入侵秋茄湿地后变形菌门(Proteobacteria)铁氧化菌的相对丰度显著提高(p<0.05),脱硫杆菌门(Desulfobacterota)铁氧化菌的相对丰度显著降低(p<0.05)。并且,互花米草入侵后,秋茄湿地中优势菌地杆菌属(Geobacter)铁氧化菌的丰度显著降低成为非优势菌属,而沙雷氏菌属(Sediminibacterium)的丰度显著提高成为第三优势菌属;入侵芦苇湿地后披毛菌属(Gallionella)的丰度显著提高成为优势菌属。环境因子及碳组分能够影响湿地土壤铁氧化菌的相对丰度,Pseudomonas的相对丰度与盐度呈极显著正相关(p<0.01),与土壤LOC呈极显著负相关(p<0.01),Acidobacterium的相对丰度与土壤DOC呈显著正相关(p<0.05),Ariprofundus的相对丰度与土壤盐度呈极显著正相关(p<0.01)与土壤有机碳和易氧化态碳呈显著负相关(p<0.05)。
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