古大湖濕地鹽堿土壤微生物群落結構及多樣性分析

于少鵬,史傳奇,胡寶忠,丁俊男,孟 博,楊春雪

哈爾濱學院黑龍江省寒區(qū)濕地生態(tài)與環(huán)境研究重點實驗室 哈爾濱濕地研究院, 哈爾濱 150086

黑龍江省濕地類型多樣,湖泊濕地面積為35.60萬hm2,占全省濕地面積的6.92%。其中永久性咸水湖是湖泊濕地主要類型之一,占全省湖泊濕地的36.94%[1]。主要分布于松嫩平原沉降盆地中心低洼處,如大慶、安達、肇源、杜爾伯特地區(qū)。萬忠娟等[2]認為鹽堿湖泊濕地是因地質地貌、氣候、水文等自然因素及修路、堤防、水庫工程等人為干擾,導致低洼地排水不暢而形成。鹽堿濕地土壤養(yǎng)分含量低,透氣性差,植物、土壤微生物多樣性均不高[3-4],尤其是原生鹽堿土壤中,微生物群落多樣性低于次生鹽堿土壤和農田土壤[3]。微生物參與土壤有機質分解、養(yǎng)分礦化及土壤團聚體形成,對土壤環(huán)境質量具有指示作用[5-6]。其多樣性易受到pH值的影響[7- 8],鹽堿程度不同是造成微生物優(yōu)勢群落差異的原因之一[9],通常pH值升高抑制微生物生長,導致其群落多樣性下降[10-11]。此外,Yan等[12]提出土壤含水量對微生物的影響也十分顯著,含水量變化可改變氧氣含量,調節(jié)微生物種類、活性及生長。植物與微生物之間存在著密切的關系[13],不同土地利用方式植被類型有所不同,進而產生微生物群落及功能多樣性差異[14-15],特別是在鹽堿土壤中,兩者協(xié)同分布,共同進化[16-17]。

古大湖濕地是松嫩平原湖泊濕地中永久性咸水湖的典型代表,周邊耕地、放養(yǎng)畜禽形成干擾,使土壤環(huán)境處于受威脅狀態(tài)。因此,本研究對4種不同生境類型條件下的鹽堿土壤進行采樣,分析土壤細菌和真菌的群落多樣性差異及其影響因素,為我國東北寒區(qū)鹽堿濕地生物多樣性現(xiàn)狀的研究提供基礎數(shù)據,并為其鹽堿濕地土壤保護與合理利用及退耕還濕工作提供參考依據和理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

古大湖國家濕地公園(以下簡稱“古大湖濕地”)位于黑龍江省安達市境內,松嫩平原中部,地理坐標為125°28′06′′—125°34′34′′ E,46°19′31′′—46°23′58′′ N,東至肇東市宣化鄉(xiāng)繁榮村行政邊界,西至青肯泡鄉(xiāng)和羊草鎮(zhèn)交匯處,北至青肯泡鄉(xiāng)東大山村,南與蓄水堤壩相鄰。東西長8.0 km,南北寬8.2 km,總面積4850.1 hm2。氣候干旱,降雨稀少。濕地以鹽堿土壤為主,屬東北地區(qū)典型的內陸平原湖泊-沼澤復合型濕地。包括古大湖大部分湖區(qū),以及草本沼澤和沼澤化草甸濕地,濕地率為99.1%。周邊分布人工林和小面積的耕地。

1.2 樣品采集

4種生境類型樣品采集于2017年9月。原生土壤(Original soil,OS)、林地土壤(Woodland soil,WS)、耕地土壤(Cultivated land soil,CS)和湖岸土壤(Lakeshore soil,LS)樣品均取自于距地表0—20 cm處,各生境類型條件下重復3次,每次取5個小樣點(2 m×2 m范圍內于4個頂點及中心點取樣),去除石塊和植物根系等雜質,每份取200 g,將5份小樣點土壤充分混勻,取5 g裝入TinyGene生物科技(上海)公司土壤樣本活菌保存液中。依次做好標記,所有土壤樣品低溫保存帶回實驗室。分別記錄樣品采集地地理坐標、海拔及主要植物種類(表1)。

1.3 實驗方法

1.3.1土壤微生物群落結構測定

采用MIO-BIO PowerSoil DNA Isolation Kit分別對12個土壤樣品進行DNA抽提。采用兩步PCR擴增方法,第一步采用50 μL反應體系：5 × Buffer 10 μL,dNTP(10 mmol/L)1 μL,Phusion超保真DNA聚合酶1 U,F/R特異引物(10 μmol/L)各1 μL(細菌16S V4-V5區(qū)片段擴增采用特異引物515F 5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA- 3′,926R 5′-CCGTCAATTCMTTTGAGTTT- 3′；真菌ITS1片段擴增采用特異引物ITS1 F 5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA- 3′,ITS1 R 5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC- 3′),DNA模板5- 50 ng,ddH2O補至50 μL。利用ABI 9700 PCR儀擴增目的片段,程序為：94℃ 2 min；94℃ 30 s,56℃(細菌)/50℃(真菌)30 s,72℃ 30 s,共25(細菌)/33(真菌)個循環(huán)；72℃ 5 min,10℃保溫。將產物進行膠回收后作為模板進行第二步PCR擴增,采用40 μL反應體系：5×Buffer 8 μL,dNTP(10 mmol/L)1 μL,Phusion超保真DNA聚合酶0.8 U,F/R特異引物(10 μmol/L)各1 μL,DNA模板5 μL,dd H2O補至40 μL。PCR擴增程序為：94℃ 2 min；94℃ 30 s,56℃ 30 s,72℃ 30 s,共8個循環(huán)；72℃ 5 min,10℃保溫。將第二步PCR產物用2%(質量體積比)的瓊脂糖凝膠進行電泳,采用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒進行回收,FTC- 3000TMreal-time PCR儀進行定量,均一化混勻后,NGS Illumina MiSeq 2×300 bp平臺高通量測序。

表1 古大湖濕地4種生境類型鹽堿土壤樣品采樣信息

1.3.2土壤理化性質測定

參考鮑士旦[18]土壤分析方法,對12個土壤樣品進行理化性質測定,每個樣品重復3次。土壤pH值采用pH儀(上海雷磁PHS- 3C)測定《NY/T1121.2—2006土壤檢測》；土壤含水量(Moisture,M)采用烘干法測定；土壤總有機碳(Total organic carbon,TOC)含量測定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法《NY/T1121.6—2006土壤檢測》；土壤全氮(Total nitrogen,TN)含量測定采用半微量凱氏定氮法《NY/T53土壤全氮法(半微量開氏法)》；土壤堿解氮(Alkali-hydrolyzable nitrogen,AN)含量測定采用堿解擴散法《堿解擴散法LY/T 1229—1999》；土壤全磷(Total phosphorous,TP)含量測定采用HClO4-H2SO4法《NY/T88 土壤全磷測定法》；土壤有效磷(Available phosphorous,AP)含量測定采用鉬銻抗比色法《HJ704—2014碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法》；土壤速效鉀(Available potassium,AK)含量測定采用火焰光度計法《NY/T 889—2004 乙酸銨提取-火焰光度法》。

1.4 數(shù)據處理

測序分別得到12個土壤細菌、真菌樣品的PE reads,根據Barcode區(qū)分每個樣品后,對序列進行質控和過濾,刪去長度小于200 bp的序列。去除Barcode和引物序列,獲得土壤細菌和真菌有效序列,根據overlap關系進行序列拼接,再次將拼接后的序列進行質控和過濾,最終得到細菌、真菌優(yōu)化序列。在97%相似度水平下將優(yōu)化序列聚類為用于物種分類的操作分類單位(Operational taxonomic units,OTU),統(tǒng)計各土壤樣品中每個OTU的相對豐度信息,利用Office Excel 2010繪制門和屬水平的群落結構柱狀圖。利用Mothur v 1.39.5軟件分析各樣品微生物群落多樣性,包括Ace指數(shù)、Chao 1指數(shù)、Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù),并利用SPSS 17.0進行Duncan多重比較,分別分析4種生境類型各指數(shù)間差異顯著性。利用R軟件中vegan程序包,在OTU水平上計算12個樣品之間的Bray-cutis距離(Bray-cutis dissimilarity, dBCD),pheatmap程序包進行作圖,分析4種生境類型土壤樣品間微生物群落差異性。利用SPSS 17.0進行Duncan多重比較,分析4種生境類型各項土壤理化指標間差異顯著性。利用Canoco for Windows 4.5對12個樣品的OTU相對豐度矩陣做去趨勢對應分析(Detrended correspondence analysis,DCA),根據結果中梯度長度在第一軸上的值,選擇典范對應分析(Canonical correspondence analysis,CCA)或冗余分析(Redundancy analysis,RDA),分析土壤理化指標對細菌、真菌群落多樣性的影響,土壤理化指標解釋量顯著性檢驗利用Monte Carlo置換檢驗方法,置換次數(shù)為999。并利用CanoDraw for windows 進行作圖。

2 結果與分析

2.1 土壤微生物樣品測序結果

在97%的序列相似度水平上,通過對序列進行質控和過濾,共獲得細菌、真菌OTU數(shù)分別為2971個、934個,細菌種數(shù)大于真菌。由圖1可知,絕大多數(shù)樣品的稀疏曲線趨于平緩,如LS細菌、LS真菌、CS真菌樣品,即再增大測序深度也不會增加新的OTU數(shù)量,說明該樣品的OTU覆蓋度已達到飽和,能夠反映古大湖濕地鹽堿土壤微生物群落結構組成。而CS細菌、WS真菌樣品等的稀疏曲線仍有上升趨勢,尚未達到飽和狀態(tài),說明隨著測序深度的增加可能會發(fā)現(xiàn)新的細菌和真菌類群。同時可知,CS樣品中產生的細菌和真菌OTU數(shù)目均相對較多。

圖1 古大湖濕地鹽堿土壤細菌和真菌樣品在97%水平上的稀疏曲線Fig.1 Rarefaction curves of saline soil bacterial and fungal samples in Gudahu wetland at cutoff level of 97%OS: 原生土壤Original soil; WS: 林地土壤Woodland soil; CS: 耕地土壤Cultivated land soil; LS: 湖岸土壤Lakeshore soil; OTU: 操作分類單位Operational taxonomic units

2.2 土壤微生物群落結構組成分析

2.2.1細菌群落結構組成

依據12個土壤樣品細菌門水平分布柱狀圖(圖2),共得到17個細菌類群(不包括相對豐度小于0.5%的類群),相對豐度值最高的為變形菌門(Proteobacteria),在4種生境類型中的平均值分別為26.97%(OS)、25.66%(WS)、31.56%(CS)和59.63%(LS),其中LS3中相對豐度高達69.36%。其余前幾個細菌門的相對豐度值由高至低依次為酸桿菌門(Acidobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、綠彎菌門(Chloroflexi)等。

在細菌屬分類水平上共得到57個類群(不包括相對豐度小于0.5%的類群,圖2),變形菌門的未分類細菌屬相對豐度值最高,除LS相對較低外,其余3種生境類型條件下相對豐度值均高于70%,OS1中相對豐度值高達87.37%。LS中除變形菌門的未分類細菌屬之外,鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas)、Aliihoeflea、鹽單胞菌屬(Halomonas)和海洋桿菌屬(Pelagibacterium)分別占總量的23.15%、30.21%、15.73%和17.86%。

圖2 古大湖濕地鹽堿土壤細菌門和屬群落結構組成Fig.2 Saline soil bacterial phylum and genus community structure composition of Gudahu wetland

2.2.2真菌群落結構組成

根據真菌門水平分布柱狀圖(圖3),共得到8個真菌類群(不包括相對豐度小于0.5%的類群),其中子囊菌門(Ascomycota)相對豐度值最高,在OS1、OS2、CS和LS中相對豐度值均高于45%,LS3中達到76.42%。其次為擔子菌門(Basidiomycota),OS3和WS中的相對豐度值均大于85%,WS2中高達92.88%。其余真菌類群相對豐度值較低,同時具有未分類真菌門存在。

在真菌屬水平柱狀圖上可以看出(圖3),共得到85個真菌類群(不包括相對豐度小于0.5%的類群),以子囊菌門的未分類真菌屬相對豐度值最高,集中表現(xiàn)在OS1、CS和LS中,其值均接近50%。WS2和WS3中相對豐度值較高的是擔子菌門的滑銹傘屬(Hebeloma),其值分別為91.53%、82.78%,同門的絲膜菌屬(Cortinarius)在WS1中相對豐度值為85.97%,OS3中同門的鬼傘屬(Coprinopsis)相對豐度值達81.17%,但這3個屬在其余樣品中比例均極低。

2.3 土壤微生物群落多樣性指數(shù)分析

由表2可知,土壤細菌豐富度與多樣性指數(shù)均與OTU數(shù)目變化一致,其中CS細菌群落的平均Chao 1指數(shù)(1858.438)、平均Ace指數(shù)(1824.495)、平均Shannon指數(shù)(6.372)及平均Simpson指數(shù)(0.9957)數(shù)值相對最高。方差分析結果表明,平均Chao 1指數(shù)和平均Ace指數(shù)中,CS與WS的差異不顯著,但與OS差異達到極顯著,且OS與LS差異同樣達到極顯著,說明其CS與WS豐富度接近,大于OS和LS,而LS最低。平均Shannon指數(shù)中,CS與WS差異不顯著,與OS差異顯著,只與LS達到差異極顯著,CS與LS平均Simpson指數(shù)差異達到顯著,說明LS的多樣性最低。

土壤真菌豐富度及多樣性比較結果可知(表2),CS樣品的平均Chao 1指數(shù)(317.963)、平均Ace指數(shù)(319.676)、平均Shannon指數(shù)(4.324)及平均Simpson指數(shù)(0.9737)的值最高。方差分析結果表明,CS平均Chao 1指數(shù)與其他3種生境類型達到顯著差異,與WS達到極顯著差異；CS平均Ace指數(shù)與其余3種生境類型的差異達到極顯著,而3者的兩個平均指數(shù)差異不顯著,說明CS豐富度最高。CS平均Shannon指數(shù)與LS接近,與OS、WS差異極顯著,而WS顯著低于OS。平均Simpson指數(shù)中,WS最低,與OS差異顯著,而與CS、LS達到極顯著差異。說明CS與LS真菌群落多樣性接近,且相對較高,其次為OS,而WS真菌多樣性最低。

圖3 古大湖濕地鹽堿土壤真菌門和屬群落結構組成Fig.3 Saline soil fungal phylum and genus community structure composition of Gudahu wetland

表2 古大湖濕地12個鹽堿土壤樣品微生物豐富度和群落多樣性指數(shù)

2.4 土壤微生物群落多樣性差異分析

基于Bray-cutis距離(表3),在OTU水平上利用物種有無及其相對豐度信息進行4種生境類型土壤樣品微生物群落多樣性相似性分析,藍色越深代表差異性越小,相似性越大,而紅色越深表示差異性越大,相似性越小。如圖4中,OS與其余3種生境類型的土壤細菌群落多樣性具有差異(dBCD> 0.7),甚至OS1與LS幾乎沒有相似性(dBCD> 0.9),而相比之下,CS與WS最近(dBCD< 0.6)?？梢钥闯?不同生境類型土壤細菌群落多樣性具有一定的差異。在同一生境類型條件下,不同采樣點間具有相似性,特別是在WS中較為顯著(dBCD< 0.25)。

表3 古大湖濕地12個鹽堿土壤樣品微生物OTU水平Bray-cutis距離矩陣

如圖4,各生境類型間土壤真菌群落多樣性的相似性均較小,同一生境類型條件下不同采樣點間也存在一定的差異。WS2與WS3具有較高的相似性(dBCD= 0.162),最先被分出,說明兩者在物種組成及相對豐度上與其余生境類型間存在較大差異。WS1與WS2、WS3具有差異性(dBCD> 0.95),處于不同分支。相比之下,CS與LS關系最近,但兩者相似度并不高(dBCD接近0.8)。因此,生境類型和采樣點差異對真菌群落多樣性均具有較大的影響。

圖4 古大湖濕地鹽堿土壤細菌與真菌群落多樣性差異分析熱圖Fig.4 Difference analysis heatmap of saline soil bacteria and fungi community diversity of Gudahu wetland

2.5 土壤環(huán)境因子及其對微生物群落多樣性的影響分析

2.5.1土壤理化指標測定結果

古大湖濕地以鹽堿土壤為主,4種生境類型條件下(表4),OS的pH值最高,與其余3種生境類型土壤達到極顯著差異。OS與CS含水量接近,均低于LS,而相比之下,WS在秋季含水量最低。CS的土壤養(yǎng)分含量中,除AN與OS、TP與WS的接近之外(差異不顯著),TOC((32.97±3.03) g/kg)、TN((4.06±0.24) g/kg)、AP((80.39±1.68) mg/kg)及AK((333.32±27.26) mg/kg)含量均最高,具有極顯著差異,而LS中的6項土壤養(yǎng)分含量均處于較低水平。

表4 古大湖濕地4種生境類型土壤樣品理化指標

2.5.2土壤理化指標與微生物群落多樣性關系分析

依據細菌、真菌樣品OTU相對豐度矩陣,得到DCA結果中梯度長度在第一軸上的值分別為3.858和6.798,本研究中均選擇CCA。圖5中土壤細菌群落多樣性與8項理化指標相關性分析,第一、二排序軸分別解釋總物種變量的28.1%、21.6%,pH值(P< 0.01)與第一排序軸成正相關,相關系數(shù)為0.7518,解釋總理化指標的27.93%,對OS細菌群落多樣性的影響程度最高。M(P< 0.01)與第二排序軸相關系數(shù)為0.7977,LS細菌群落多樣性受M的影響程度最大。其余6個理化指標主要影響CS、WS細菌群落多樣性,而兩者樣品分布集中,即受各理化指標影響程度相當。各土壤理化指標的影響程度均達到極顯著水平(P< 0.01),表明古大湖濕地鹽堿土壤細菌多樣性對土壤環(huán)境因子敏感。

圖5 古大湖濕地鹽堿土壤理化指標和細菌與真菌群落多樣性的典范對應分析Fig.5 CCA between saline soil physicochemical indexes and bacterial/fungal community diversity of Gudahu wetland

圖5中土壤真菌群落多樣性與理化指標的相關性分析,第一、二排序軸的解釋量均較低,僅占總物種變量的15.4%、13.8%。同一生境類型的不同樣品在第一排序軸上分布接近,但第二排序軸上分布散亂,在一定程度上反映出古大湖鹽堿土壤真菌群落多樣性在不同采樣點間差異較大。8個土壤理化指標中,pH值(P< 0.01)、M(P< 0.05)分別可以解釋總環(huán)境變量的18.07%和17.97%,與第一排序軸均成負相關,相關系數(shù)分別為-0.5487和-0.5320。pH值對OS真菌群落多樣性影響最大,而M對LS、CS及OS真菌群落多樣性均有影響,影響程度大于WS。其余理化指標對真菌群落多樣性的影響不顯著(P> 0.05),說明古大湖鹽堿土壤真菌群落多樣性對土壤環(huán)境因子敏感程度低。

3 討論

3.1 古大湖濕地鹽堿土壤微生物群落結構特征

鹽堿土壤微生物中細菌的種類及數(shù)量上常處于絕對優(yōu)勢[19],且細菌的生長和繁殖能力常優(yōu)于真菌[20]。同樣,在古大湖濕地鹽堿土壤中細菌種數(shù)大于真菌。古大湖濕地鹽堿土壤細菌組成包括變形菌門、酸桿菌門、放線菌門等,原生土壤中芽單胞菌門占有一定的比例,但與其他濕地土壤常見細菌門水平組成的報道[3, 21-23]差異不大,說明古大湖濕地土壤細菌特有性程度低。變形菌門在不同環(huán)境中廣泛分布,適應能力強[24-25],同樣廣泛存在于以鹽堿土壤為主的古大湖濕地中。該門的鞘氨醇單胞菌屬具有去除難降解污染物的能力[26],Aliihoeflea可去除水體砷污染[27],鹽單胞菌屬和海洋桿菌屬同樣見于水體中,均具有重要的生態(tài)功能[28-29],在古大湖湖岸土壤中多見,具有深入研究的必要。酸桿菌門在自然環(huán)境中同樣十分常見,但多難以培養(yǎng),可以降解植物纖維素等大分子聚合物[30]。本研究發(fā)現(xiàn)酸桿菌門主要存在于林地土壤中,可能與木本植物落葉中含大量纖維素有關。

鹽堿土壤條件不利于真菌生長[10],相比于前人報道[20, 31-32]的非鹽堿土壤真菌種類數(shù)量,本研究原生土壤中從總體上偏低。古大湖濕地鹽堿土壤真菌門水平種類組成與其他鹽堿濕地[33-34]相近,特有性程度低。真菌可參與分解纖維素、樹膠、木質素及多糖和蛋白質等有機物,在腐殖質的形成過程中發(fā)揮重要的作用[35],提高鹽堿土壤的質量[36]。絕大多數(shù)已知真菌屬于子囊菌門與擔子菌門,兩者關系密切,前者中未分類物種數(shù)量非常多[37]。在本研究中,土壤真菌在屬水平上存在未分類類群,絕大多數(shù)屬于子囊菌門,說明古大湖濕地鹽堿土壤中具有發(fā)掘真菌新種的潛力。擔子菌門的鬼傘屬為大型真菌,多數(shù)種具有食用、藥用價值[38],偶見于古大湖濕地原生土壤中,而滑銹傘屬、絲膜菌屬多出現(xiàn)在林地土壤中,可與木本植物形成共生菌根,增強木本植物抗性[39-40]。紀垚等[41]研究表明不同植被恢復方式和同一恢復方式條件下土壤真菌種類差異不大,但數(shù)量上具有差異性。本研究結果同樣表明,在考慮相對豐度時,真菌群落多樣性在不同生境類型及同一生境不同采樣點間均具有差異,在一定程度上反映出土壤真菌種類集中于幾個大類群,但相對豐度上受生境類型的影響較大。

3.2 古大湖濕地鹽堿土壤微生物群落多樣性

土壤微生物群落多樣性常受季節(jié)變化的影響[22, 24],季節(jié)變化引起土壤鹽分及水質改變,進而影響到微生物活性,使其群落多樣性發(fā)生動態(tài)變化[42]。張巍和馮玉杰[10]認為松嫩平原土壤微生物群落多樣性一般在8月達到最大值。邵璐和姜華[33]提出秋季溫度、水分等良好的氣候條件下適宜真菌的生長發(fā)育,但在不同季節(jié)優(yōu)勢群落一般是穩(wěn)定的。本實驗對秋季土壤微生物群落結構及多樣性進行了分析,對于不同時期的比較還有待于進一步研究。

植物與土壤環(huán)境因子相互作用,影響土壤微生物群落多樣性[14, 35],其中pH值對土壤微生物種類及數(shù)量影響程度最為顯著[3-4,17],具有最佳的指示作用[8, 43],在以鹽堿土壤為主的古大湖濕地4種生境類型中表現(xiàn)更為明顯。原生土壤pH值高于其他3種生境類型,達到極顯著水平,主要分布堿蓬、堿蒿、堿地膚等耐鹽堿植物,伴生物種稀少,細菌群落相對獨立,多樣性偏低。除原生土壤外,其他3種生境類型土壤均在不同時期、不同程度上受到人為干擾。耕地土壤受耕種、施肥等影響,pH值、含水量及土壤養(yǎng)分含量均適宜作物生長,同時微生物群落豐富度及多樣性隨之增高。古大湖湖岸利用湖底泥沙修筑堤壩,導致湖岸土壤呈砂質,植被種類較單一,細菌豐富度及多樣性均最低。此外,土壤含水量過高或過低均不利用細菌生長[12, 44],湖岸土壤受季節(jié)性的水位變化影響,導致細菌多樣性進一步降低。古大湖濕地土壤細菌對土壤理化指標敏感,湖岸土壤養(yǎng)分含量低,不利于細菌生存,而林地土壤理化指標與耕地土壤的接近,兩者細菌群落多樣性差異不顯著。

真菌和細菌代謝底物有所不同,真菌抵抗環(huán)境脅迫的能力比細菌更強[45]。本研究中發(fā)現(xiàn)土壤真菌多樣性只受到pH值和含水量的顯著影響,且含水量對湖岸土壤真菌群落多樣性影響最大,適宜的土壤含水量有利于提高真菌群落多樣性,過高或過低的含水量均會影響真菌的生存和繁殖[46-47]。因此,在土壤養(yǎng)分含量對真菌群落多樣性影響不顯著的情況下,相比于原生土壤過高的pH值和林地土壤秋季過低的含水量,湖岸土壤真菌群落多樣性較高。此外,林地土壤真菌群落組成過于單一,均勻度差導致其真菌群落多樣性低于原生土壤。

3.3 古大湖濕地退耕還濕植被修復

鹽堿土壤處于脆弱的生態(tài)狀況下,極易進一步退化[10]。植被恢復既可改良鹽堿土壤[48],也可改善已退化濕地的土壤環(huán)境,提高植物和土壤微生物的多樣性[23]。在古大湖國家濕地公園周邊耕地實施退耕還濕過程中,既要考慮土壤理化性質,同時也要參考土壤微生物群落結構差異,這對于選用何種植被進行退耕還濕工作具有重要的指導意義。通過對4種生境類型土壤微生物群落結構及多樣性的研究可知,耕地土壤與林地土壤的細菌群落相近,與湖岸土壤的真菌群落相近,但與原生土壤細菌及真菌群落均有差異。林地植被能夠提高微生物多樣性和土壤肥力[8, 49-50],恢復土壤生態(tài)。因此在保護古大湖濕地生物多樣性的前提下,且考慮湖岸植被對水需求量大的限制因素,建議優(yōu)先增加林地面積,以防止退耕后的土壤逐漸退化。

4 結論

黑龍江省古大湖濕地原生土壤、林地土壤、耕地土壤及湖岸土壤中,細菌群落包括變形菌門、酸桿菌門、放線菌門等,真菌群落由子囊菌門、擔子菌門等組成。耕地土壤與林地土壤中細菌群落多樣性較高,其次為原生土壤,湖岸土壤的最低。耕地土壤與湖岸土壤真菌群落多樣性較高,原生土壤的偏低,林地土壤中的最低。同一生境類型條件下細菌群落多樣性具有相似性,而真菌存在一定的差異；不同生境類型條件下細菌、真菌的相似性均較低。其中原生土壤細菌群落多樣性與其余3種生境類型的差異較大,而林地土壤真菌群落多樣性具有一定的特殊性。耕地土壤細菌群落多樣性和林地土壤的接近,但其真菌的與湖岸土壤更相近。pH值、含水量對土壤細菌、真菌均有顯著的影響,土壤細菌群落多樣性對土壤環(huán)境因子非常敏感,而真菌對土壤環(huán)境因子敏感程度低。本文揭示了古大湖濕地鹽堿土壤微生物群落結構及多樣性在不同生境類型條件下的差異,為古大湖濕地鹽堿土壤保護與合理利用提供參考依據,并為其退耕還濕工作提供理論指導。