千渭之會國家濕地公園典型植物底泥真菌群落結(jié)構(gòu)及功能研究

魏 華， 楊 金， 成軍鋒， 劉麗莉， 曹 雪， 蘇少峰， 王 璐， 王 猛

(1.寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 醫(yī)學(xué)院，陜西 寶雞 721013；2.中鐵水務(wù)集團有限公司, 陜西 西安 710061；3.寶雞千渭之會濕地公園管理處，陜西 寶雞 721004；4.西北農(nóng)林科技大學(xué) 林學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 5.中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所 中藥鑒定與安全性評估北京市重點實驗室，北京 100700；6.東北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 長白山地理過程與生態(tài)安全教育部重點實驗室，吉林 長春 130024)

人工濕地是通過基質(zhì)過濾、吸附、沉淀等實現(xiàn)污水凈化的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，其中生物(植物和微生物)起著關(guān)鍵作用[1]。濕地生態(tài)系統(tǒng)中生長的不同植物既可以直接吸收污水中的氮磷等污染物，又能向根際分泌有機物及氧氣，從而改變根際微生物群落結(jié)構(gòu)和活性[2-3]。王娜等[4]研究發(fā)現(xiàn)，三江平原濕地不同土地利用方式明顯改變了土壤細菌屬的組成。有研究發(fā)現(xiàn)，在濕地中種植蘆葦和香蒲的土壤與不種植任何植物的土壤相比，蘆葦和香蒲根際土壤的碳源利用率增加，香蒲根際土壤的碳源利用率高于蘆葦根際土壤，且種植蘆葦和香蒲增加了根際土壤微生物群落的功能多樣性[5]。高通量測序結(jié)果顯示，種植植物的人工濕地相對于未種植植物的人工濕地來說，微生物豐度及多樣性更高，同時具有脫氮除磷功能微生物的豐度更高[6]。真菌是土壤微生物的主要類群之一，可分解和利用土壤中的各種有機質(zhì)，對于維持土壤生態(tài)穩(wěn)定及生物多樣性具有重要作用[7]。當土壤的物理化學(xué)性質(zhì)、植被類型及氣候等外界環(huán)境發(fā)生變化時，真菌群落結(jié)構(gòu)和功能也會發(fā)生相應(yīng)改變[8-9]。有研究表明，土壤條件和土地利用方式已成為土壤真菌群落多樣性的重要驅(qū)動因素[10]。劉立玲等[11]研究認為土壤真菌能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)與質(zhì)地，并參與土壤營養(yǎng)元素之間的生物化學(xué)循環(huán)。卯吉華等[12]研究發(fā)現(xiàn)接種叢枝菌根真菌能夠顯著促進幼苗株高、根系的生長和生物量的積累。因此，土壤真菌群落結(jié)構(gòu)與功能的變化可作為衡量土地利用方式是否可行和生態(tài)環(huán)境健康的重要評價指標[13-14]，其評價結(jié)果能夠為受損土壤環(huán)境管理提供理論依據(jù)。季淮等[15]研究發(fā)現(xiàn)，人工植被類型土壤總有機碳含量顯著高于自然植被類型，子囊菌門(Ascomycota)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota)是土壤真菌的主要優(yōu)勢種群，人工植被類型未增加土壤微生物的多樣性。有機碳含量和含水量是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的主要因子。濕地土壤中的真菌在維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康及碳、氮、硫等元素的物質(zhì)循環(huán)中起重要作用[16-17]。真菌不僅可以加速動植物殘體的分解[18]，驅(qū)動營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和轉(zhuǎn)化[19]，推動能量流動[20]，同時也參與污染物降解和環(huán)境修復(fù)等過程[21]。真菌擁有強大的胞外酶系統(tǒng)，其有機質(zhì)分解能力極強，是土壤有機質(zhì)分解過程中的主要參與者[22]。陜西省千渭之會國家濕地公園(以下簡稱“千渭濕地”)是連通渭河與千河的生態(tài)廊道，是以河流濕地為主，集河流濕地、庫塘濕地(王家崖水庫)特征為一體的北方濕地公園，歷經(jīng)6年建設(shè)期，于2017年建成。千渭濕地對構(gòu)建和恢復(fù)濕地環(huán)境，豐富生物多樣性具有重要作用。因建成時間較短，國內(nèi)外學(xué)者對千渭濕地的研究目前多集中于其植物和動物多樣性方面[23]，而對真菌群落結(jié)構(gòu)多樣性及功能研究鮮見報道。探討千渭濕地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，對研究濕地土壤變化特征，深入探討濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能，以及為濕地恢復(fù)和合理配置提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究區(qū)概況 千渭濕地位于陜西省寶雞市東部千河與渭河交匯處(107°13′～107°20′E，34°19′～34°28′N)，屬大陸性季風(fēng)氣候類型，四季干濕分明。公園總面積1 864.0 hm2，其中濕地面積1 716.3 hm2，占總面積的92.1%。海拔540 ～ 615 m，相對高差50 ～75 m。年平均氣溫7.6 ～12.9 ℃，年日照1 860 ～2 250 h，年蒸發(fā)量1 300 ～1 800 mm。年平均相對濕度68%～72%，平均水面蒸發(fā)量約800 mm，氣候偏干旱。區(qū)域植被主要以華山松為優(yōu)勢喬木；以忍冬、繡線菊為優(yōu)勢灌木；以蘆葦(Phragmitesaustralis)、香蒲(Typhaovientalis)、白茅(Imperatacylindrica)、水蔥(Fimbristylissubbispicata)、荷花(Nelumbonucifera)等組成優(yōu)勢水生及濕生植物[23]。

圖1 研究樣地圖Fig.1 Map of the study areas

1.1.2 底泥樣品采集 研究樣地常年處于水淹狀態(tài)，無干涸時段。以研究區(qū)域內(nèi)不同水生環(huán)境中的底泥樣品作為研究對象，于2020年7月采集分別處于中水環(huán)境(城市生活污水經(jīng)處理后排入濕地，用于水生植物的種植)中水蔥、香蒲、荷花和處于河水環(huán)境(植物生長的水來自于渭河)中白茅、香蒲、蘆葦?shù)牡啄?水面下約40 cm)。另外，分別選取位于中水排放口無植物區(qū)、河水中無植物生長區(qū)、城市污水排放口無植物生長區(qū)的底泥樣品。中水排放口無植物區(qū)、城市污水排放口無植物生長區(qū)的底泥樣品分別距離出水口約100 m。每個地區(qū)選取3塊底泥作為重復(fù)樣本，各樣本混合均勻。將所采集的底泥樣品置于便攜式保溫冰盒送至實驗室做后續(xù)處理。將采集的底泥樣品，撿去石塊、植物根系等去雜處理后，分成兩份，一份置于-80 ℃冰箱用于后期DNA提取等分子生物學(xué)試驗，另一份土樣風(fēng)干過篩后，用于理化性質(zhì)的測定。

1.1.3 主要試劑與儀器設(shè)備 土壤DNA提取試劑盒(PowerSoilTMDNA Isolaton Kit，美國MOBIO公司)；土壤酶活試劑盒(蘇州科銘生物技術(shù)有限公司)。PCR擴增儀(Biomeki7 Automated Workstation,Beckman Coulter Inc.)；凝膠成像儀(Smart GelTMimage analysis sustem，SAGE-CREATION)；-80 ℃超低溫冰箱(DW-86L228，青島海爾股份有限公司)；冰箱(HYC-326A，青島海爾特種電器有限公司)；全自動高壓蒸汽滅菌鍋(MLS-3020，日本SANYO公司)；高速低溫離心機(Allegra 64R，美國貝克曼庫爾特有限公司)；水平電泳槽及電泳儀(DYCP-31DN，北京六一儀器廠)；超純水機(MIlli-θ，美國Millipore公司)；恒溫磁力攪拌器(90-2，江蘇省金壇市梅香儀器有限公司)；電子分析天平(SPS202F，奧豪斯國際)；制冰機(SIM-FI40AY65，日本SANYO)。

1.2 方法

1.2.1 土壤理化分析 對27份底泥樣品進行理化性質(zhì)測定，每個樣品重復(fù)3次。土壤總有機碳含量采用重鉻酸鉀容量法測定[24]；采用容量法測定土壤過氧化氫酶活性[25]，采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定土壤蔗糖酶[25]，采用磷酸苯二鈉比色法測定土壤磷酸酶活性[25]，其他指標檢測均采用土壤常規(guī)分析方法[26]。

1.2.2 樣品DNA提取 使用土壤DNA提取試劑盒提取樣品總DNA，采用瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA的純度和濃度，用無菌水稀釋樣本DNA至1 ng/μL。以稀釋后的樣本總DNA為模板，使用帶Barcode的ITS5-1737F和ITS2-2043R引物擴增真菌ITS1區(qū)。用0.7%的瓊脂糖凝膠電泳檢測后，送至北京諾禾致源生物信息科技有限公司進行高通量測序。

1.2.3 文庫構(gòu)建和上機測序 使用TruSeq DNA PCR-Free Sample Preparation Kit建庫試劑盒構(gòu)建文庫，將構(gòu)建好的文庫用Qubit和qPCR定量，達標后利用Illumina NovaSeq平臺進行測序。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 利用FLASH、QIIME、MOTHUR等軟件獲得高質(zhì)量序列，用Uparse軟件以97%相似度劃分OTU,同時對OTUs代表序列進行物種注釋。計算Alpha多樣性指數(shù)(ACE、香農(nóng)指數(shù))，同時，進行冗余分析，分析影響群落組成的主要環(huán)境因子。選用FUNGuild軟件對樣本中的真菌群落進行功能預(yù)測分析[27]。

2 結(jié)果與分析

2.1 底泥樣品土壤理化性質(zhì)

通過對千渭濕地多點底泥土壤樣品的理化性質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，底泥蔗糖酶的活性在河水無植物區(qū)的空白處最大，排污口最小，且空白處大約是排污口的10倍之多，說明蔗糖酶在排污口與河水無植物區(qū)存在顯著差異(P<0.05)；在同樣的河水環(huán)境中，不同植物底泥蔗糖酶活性之間存在顯著差異(P<0.05)。在中水環(huán)境中，水蔥、香蒲、荷花的底泥蔗糖酶活性，同樣也存在顯著差異(P<0.05)。研究發(fā)現(xiàn)，對于同一種植物香蒲來說，在中水及河水兩種不同的環(huán)境中，后者香蒲蔗糖酶活性比前者高約2倍，底泥蔗糖酶活性同樣也存在顯著差異(P<0.05)。

過氧化氫酶活性在排污口的底泥樣品中最高，在白茅中最小。總無機碳、總碳及總有機碳三者在河水香蒲底泥中的含量均為最高，在白茅底泥中含量最小，而且均存在顯著差異(P<0.05)(表1)。

表1 千渭濕地不同采樣點土壤理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of soil at sampling site at Qianwei wetland

2.2 底泥樣品真菌群落結(jié)構(gòu)分析

使用IIlumina NovaSeq測序平臺測序，構(gòu)建PCR-free文庫，進行雙末端測序。通過對Reads拼接，平均每個樣品測得89 610條Tags，經(jīng)過質(zhì)控平均得到84 680條有效數(shù)據(jù)，質(zhì)控有效的數(shù)據(jù)量達到78 864，質(zhì)控有效率達87.88%。以97%相似度進行劃分，共得到11 778個OTUs。其中，能夠注釋到數(shù)據(jù)庫的OTUs數(shù)目為9 427(80.04%)，注釋到真菌界水平的比例為80.04%，在門、綱、目、科、屬、種水平上的比例分別為27.54%、21.40%、20.89%、17.27%、15.23%和10.05%。

對測序序列進行隨機抽樣，以抽到的序列數(shù)與它們所能代表OTU的數(shù)目繪制稀釋性曲線。曲線趨于平坦時，表明樣品的測序數(shù)據(jù)量合理，反復(fù)多次取樣，僅會出現(xiàn)少量新的OTU；反之，若繼續(xù)測序會產(chǎn)生更多新的OTU。稀釋性曲線既可以表明高通量測序結(jié)果是否合理，也可以反映被檢測樣品的取樣深度，同時能夠評價測序量是否足以覆蓋土壤中所有的真菌類群。從圖2可以看出，27個樣品的稀釋曲線隨測序深度增加，OTU的數(shù)量增加曲線已基本趨于平緩，說明樣品的OTU覆蓋度已達到飽和，此時的測序數(shù)據(jù)量較為合理。

圖2 千渭濕地不同采樣點底泥樣品的稀釋曲線Fig.2 Rarefaction curves of sediment samples from different sites of Qianwei wetland

對于真菌群落進行基于Bray-Curtis距離的非度量多維尺度分析，檢驗真菌群落在不同采樣點的差異，排序結(jié)果(圖3)顯示模型的應(yīng)力函數(shù)值為0.158，小于0.2可認為排序效果良好，相同采樣點出現(xiàn)明顯的聚集，不同采樣點表現(xiàn)出明顯的分散，說明土壤真菌群落在不同采樣點間有明顯差異。

圖3 不同樣品土壤真菌NMDS分析圖Fig.3 NMDS of fungal community structures in different samples

通過分析，發(fā)現(xiàn)蘆葦和香蒲根系周圍及河水無植物生長區(qū)底泥中真菌群落結(jié)構(gòu)沒有顯著差異。底泥中真菌優(yōu)勢門豐度較高的有子囊菌門(Ascomycota)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota)、羅茲菌門(Rozellomycota)、毛霉門(Mucoromycota)、被孢霉門(Mortierellomycota)、Aphelidiomycota、球囊菌門(Glomeromycota)、壺菌門(Chytridiomycota)，其中優(yōu)勢菌群為子囊菌門和擔(dān)子菌門真菌。試驗結(jié)果表明，河水無植物區(qū)底泥中子囊菌門真菌分布最高，相對豐度值為0.539 1，蘆葦中子囊菌門真菌分布最低，相對豐度值為0.047。但在蘆葦中擔(dān)子菌門相對豐度值為0.058，略高于其他底泥樣品，但不顯著(圖4)。

圖4 真菌群落在門水平的相對豐度Fig.4 The relative abundance of fungal communities at phylum level

在綱水平上占優(yōu)勢地位的真菌類群為糞殼菌綱 (Sordariomycetes)、座囊菌綱(Dothideomycetes)、傘菌綱(Agaricomycetes)。其中在無植物區(qū)底泥中以糞殼菌綱分布最高，相對豐度值為0.491 8；蘆葦中糞殼菌綱最低，相對豐度值為0.005 1。在目水平上的優(yōu)勢真菌類群為肉座菌目(Hypocreales)、糞殼菌目(Sordariales)、格孢腔菌目(Pleosporales)。在科水平上的優(yōu)勢物種為叢赤殼科(Nectriaceae)、毛球殼科(Lasiosphaeriaceae)、巨座殼科(Magnaporthaceae)。在屬水平上的優(yōu)勢物種為鐮孢菌屬(Fusarium)、Cercophora、Kohlmeyeriopsis；優(yōu)勢種為尖孢鐮孢菌(Fusariumoxysporum)、Cercophora_coprophila及Kohlmeyeriopsis_medullaris。

2.3 底泥樣品真菌群落α多樣性分析

在河水中，香蒲和白茅的底泥樣品分別與無植物區(qū)底泥樣品的真菌ACE指數(shù)之間存在顯著差異(P<0.05)。ACE數(shù)值越大，說明底泥樣品中真菌群落豐度越高，表明種植香蒲和白茅的底泥樣品中的真菌群落豐度要顯著高于無植物區(qū)底泥樣品，但香蒲與白茅底泥樣品之間的真菌群落豐度沒有顯著差異。白茅底泥樣品與排污口底泥樣品之間的真菌群落結(jié)構(gòu)豐度存在極顯著差異(P<0.01)，且白茅底泥樣品真菌群落結(jié)構(gòu)豐度顯著大于排污口底泥樣品(圖5)，說明污水排放口的污水降低了真菌群落結(jié)構(gòu)的豐度。

圖5 ACE指數(shù)的組間差異Fig.5 Diagram of differences between groups in abundance-based coverage estimators (ACE)*表示在0.05水平上差異顯著，**表示在0.01水平上差異顯著，下同* and ** indicating significant differences at 0.05 and 0.01 levels respectively,same below

在中水中，水蔥、香蒲及荷花底泥樣品之間真菌群落結(jié)構(gòu)豐度無顯著差異(P>0.05)。中水荷花與河水無植物區(qū)，兩底泥樣品中的真菌群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異，且中水荷花底泥樣品的真菌豐度顯著大于河水無植物區(qū)底泥樣品(P<0.05)。在河水與中水中，種植的同一種植物香蒲，其真菌豐度無顯著差異(P>0.05)。

通過對不同樣本間真菌物種多樣性和均一性的分析，發(fā)現(xiàn)在河水環(huán)境中白茅與蘆葦?shù)牡啄鄻悠返恼婢郝涠鄻有灾g存在極顯著差異(P<0.01)，蘆葦?shù)啄鄻悠放c河水無植物區(qū)底泥樣品真菌群落多樣性之間也存在極顯著差異(P<0.01)，且蘆葦?shù)啄嗟恼婢郝涠鄻有宰钌?。在中水環(huán)境中，各植物底泥樣品的真菌群落多樣性之間無顯著差異，與中水口底泥樣品之間也均無顯著差異(P>0.05)；對河水與中水兩種不同生活環(huán)境中的植物底泥樣品而言，僅白茅與蘆葦?shù)牡啄鄻悠分姓婢郝涠鄻有灾g存在極顯著差異(P<0.01)，而在其他植物之間均無顯著差異(P>0.05)(圖6)。

圖6 Shannon指數(shù)的組間差異Fig.6 Diagram of differences between groups in Shannon index

2.4 底泥樣品真菌群落與環(huán)境相關(guān)性

相關(guān)性分析可以用來反映群落與環(huán)境因子之間的關(guān)系。從圖7的RDA分析可以看出，橫縱坐標分別為第一和第二主成分，百分比表示主成分對樣品差異的解釋率。圖中的每個點表示一個樣品，同一個組的樣品使用同一種顏色表示。用箭頭表示環(huán)境因子，其長度代表某個環(huán)境因子與群落分布之間相關(guān)程度，箭頭越長，說明相關(guān)性越大，箭頭越短相關(guān)性越小。箭頭連線和排序軸的夾角表示某個環(huán)境因子與排序軸的相關(guān)性大小，夾角越小相關(guān)性越高。環(huán)境因子之間的夾角為銳角時，表明兩個環(huán)境因子之間呈正相關(guān)關(guān)系，鈍角時呈負相關(guān)關(guān)系。試驗所測的6個土壤理化因子包括蔗糖酶、磷酸酶、過氧化氫酶、有機質(zhì)、總碳、無機碳。由圖7可知，RDA1軸(橫軸)主要與蔗糖酶、磷酸酶以及過氧化氫酶有關(guān)；RDA2軸(縱軸)與總碳、有機質(zhì)有顯著關(guān)系；第1排序軸(RDA1)對真菌群落貢獻率最大，達到45.77%；第2排序軸(RDA2)僅貢獻了真菌群落的23.75%。RDA1和RDA2這兩個主成分對真菌群落貢獻率為69.52%(圖7)。

圖7 真菌門水平的群落組成與環(huán)境因子之間的冗余分析Fig.7 Redundancy analysis (RDA) of fungal community composition at fungal phylum level and environmental parameters

通過將真菌門分類水平上的豐度與環(huán)境因子間的相關(guān)性分析，明確環(huán)境因子與土壤真菌群落間的關(guān)系(圖8)。在試驗調(diào)查樣地，子囊菌門與蔗糖酶、磷酸酶呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；擔(dān)子菌門與總碳、總有機碳呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與蔗糖酶顯著正相關(guān)(P<0.05)；羅茲菌門與蔗糖酶、過氧化氫酶呈負相關(guān)但不顯著(P>0.05)。豐度較小的Aphelidimocota與總有機碳呈顯著負相關(guān)(P<0.05)；總碳、總有機碳與Zoopagomycota、Olpidiomycota呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，而與Blastocladiomycota呈極顯著負相關(guān)(P<0.01)(圖8)。

圖8 真菌門水平的相對豐度與環(huán)境因子之間的相關(guān)性分析Fig.8 Correlation analysis between relative abundance of fungal phyla and environmental parameters

2.5 底泥樣品真菌FunGuild功能預(yù)測

基于ITS的擴增子分析，可以獲得環(huán)境中的真菌物種信息，可了解其在環(huán)境生態(tài)中扮演的角色。FunGuild能夠基于真菌物種分類，相應(yīng)獲得真菌的生態(tài)功能。以真菌物種分類為基礎(chǔ)，通過FunGuild數(shù)據(jù)庫對比，預(yù)測千渭濕地底泥樣品真菌群落的營養(yǎng)型。如圖9所示，千渭濕地底泥真菌群落主要包括3類營養(yǎng)型和6類復(fù)合營養(yǎng)型功能菌群，分別是共生營養(yǎng)型(Symbiotroph)、病理營養(yǎng)型(Pathotroph)、腐生營養(yǎng)型(Saprotroph)、病原-腐生-共生營養(yǎng)型(Pathogen-saprotroph-symbiotroph)、病理-腐生營養(yǎng)型(Pathotroph-saprotroph)、病理-共生營養(yǎng)型(Pathotroph-symbiotroph)、病理-腐生-共生營養(yǎng)型(Pathogen-saprotroph-symbiotroph)、腐生-共生營養(yǎng)型(Saprotroph-symbiotroph)及腐生-病理-共生營養(yǎng)型(Saprotroph-pathotroph-symbiotroph)，其余的是未定義的營養(yǎng)型，其中以病理-腐生營養(yǎng)型和腐生營養(yǎng)型為主。在河水的無植物區(qū)，經(jīng)過比對的病理-腐生營養(yǎng)型、腐生營養(yǎng)型、病理營養(yǎng)型三者之和在所有的樣本中最高，可以達到50%以上，而其他樣本的營養(yǎng)型占比均較低。在所有樣本中，對植物有害的病理營養(yǎng)型平均相對豐度較低，均小于10%。

在中水荷花中，腐生營養(yǎng)型和病理-腐生-共生營養(yǎng)型真菌豐度顯著高于其他組(圖9)，蘆葦中的共生營養(yǎng)型真菌顯著高于其他組。在河水中，病理營養(yǎng)型、病原-腐生-共生營養(yǎng)型、病理-腐生-共生營養(yǎng)型真菌豐度顯著高于其他組。在排污口泥中，病理-共生營養(yǎng)型真菌為主要營養(yǎng)型。

圖9 基于FunGuild預(yù)測的功能相對豐度Fig.9 The relative abundance of predicted functions based on FunGuild

對各樣品進行詳細的物種生態(tài)功能預(yù)測，其分類結(jié)果見聚類熱圖(圖10)。從圖10可以看出，中水荷花與排污口底泥真菌群落組成最先聚為一類，說明兩組之間土壤真菌的功能菌群結(jié)構(gòu)相似度最高。河水無植物區(qū)底泥真菌群落組成最后與其他組聚為一個大類，說明河水無植物區(qū)底泥真菌的功能菌群結(jié)構(gòu)與其他組存在較大差異。

圖10 FunGuild功能預(yù)測聚類熱圖Fig.10 Cluster heatmap of predicted function based on FunGuild

3 討 論

3.1 真菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性

本研究通過IIlumina NovaSeq測序平臺對千渭濕地中蘆葦、香蒲、白茅、水蔥、荷花、中水排放口、污水排放口、河水、濕地?zé)o植物區(qū)的底泥真菌ITS1區(qū)進行了測序。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所測樣品真菌在門水平上的豐度及多樣性均較低?？赡茉蛴袃煞矫?，一方面與采樣季節(jié)有關(guān)，夏季植物生長旺盛，而秋季落葉使水中和底泥中的營養(yǎng)豐富。楊雪[28]研究發(fā)現(xiàn)，7月在濕地檢測出的真菌類群數(shù)量較少，顯著低于10月份，本研究的取樣時間在夏季，檢測出的真菌群落結(jié)果與楊雪報道相一致；另一方面，與采樣地是否淹水或干涸有關(guān)。陸梅等[29]研究發(fā)現(xiàn)，濕地積水條件變化和干濕季節(jié)變化均使?jié)竦赝寥勒婢S度和多樣性存在差異。同時，積水狀態(tài)和干濕交替導(dǎo)致的理化性質(zhì)變化也是影響真菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)的重要因素。李海云等[30]發(fā)現(xiàn)，土壤淹水會改變土壤透氣性，引起土壤厭氧/好氧狀態(tài)發(fā)生變化，進而影響真菌的生存。本研究所采集的標本為水面下40 cm處的植物底泥，處于厭氧狀態(tài)，其含有的真菌豐度及多樣性較低，可能是因為長期淹水導(dǎo)致土壤通氣性差，氧氣可利用度降低，不利于好氣性真菌的生長繁殖。

本研究發(fā)現(xiàn)，千渭濕地蘆葦?shù)啄嘀袚?dān)子菌門豐度最高，且不含毛霉門真菌，而其他樣品中豐度最高的均為子囊菌門。子囊菌門與擔(dān)子菌門，依然是千渭濕地的優(yōu)勢菌群。有研究報道，子囊菌門真菌在堿蓬濕地、秋茄濕地、桐花濕地、木欖濕地中均是優(yōu)勢度最高的物種[29，31]，這與本研究的結(jié)果一致。在檢測的各種底泥理化指標中，蘆葦?shù)啄喔髦笜说暮烤^低，這可能說明蘆葦?shù)母捣置谖锔m合擔(dān)子菌門真菌的生長，不適合毛霉門真菌，其他植物根系分泌物更適合子囊菌門真菌的生長。

程躍揚等[32]認為，不同植物根際效應(yīng)的差異會造成真菌群落豐度和多樣性發(fā)生變化。植物能改變土壤條件和小氣候等，從而對微生物活動產(chǎn)生間接影響。此外，植物根系與微生物之間有爭奪土壤養(yǎng)分的競爭關(guān)系，這與本研究結(jié)果相一致。本研究結(jié)果表明，在千渭濕地，蘆葦與其他植物底泥真菌的群落結(jié)構(gòu)及豐度存在明顯差異，顯然與蘆葦根系分泌物的化學(xué)組成等存在密切關(guān)系。植物種類不同，其根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和活性均存在差異，進一步驗證植物類型影響土壤微生物群落的組成[33]。

千渭濕地因長期淹水，導(dǎo)致水面以上的枯枝落葉難以直接進入到土壤補充養(yǎng)分，這就使得底泥有機質(zhì)含量相對較少，進而影響其中微生物的數(shù)量和活性。不同濕地類型對土壤微生物數(shù)量的影響存在差異，這與植物凋落物的種類和數(shù)量存在一定關(guān)系[34]。在千渭濕地，香蒲、白茅及荷花三種植物底泥真菌群落的豐富度顯著高于無植物區(qū)底泥樣品中的真菌群落，表明在千渭濕地種植植物，尤其是種植香蒲、白茅和荷花三種植物可以提高底泥中真菌群落豐富度。排污口底泥的ACE指數(shù)比其他樣品低，同時排污口底泥的香農(nóng)指數(shù)也比其他樣品低(除蘆葦外)，這與秦文韜等[35]關(guān)于污水處理系統(tǒng)內(nèi)的真菌群落物種豐富度和多樣性較低的研究結(jié)論相一致。由于蘆葦?shù)啄鄻悠分姓婢鄻有缘陀谄渌参锏牡啄?，因此，在基于真菌多樣性?yōu)化植物配置時，可以優(yōu)先選擇其他濕生植物。

3.2 真菌群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子之間的關(guān)系

有研究表明，土壤含水量、pH、硝態(tài)氮、有機碳、溶解氧、土壤質(zhì)地等理化性質(zhì)是影響真菌群落多樣性和驅(qū)動真菌群落分布的重要因子[30，36-37]。在本研究中，千渭濕地排污口處底泥中過氧化氫酶活性較高，真菌多樣性較低，可能因為過氧化氫酶過高不利于真菌的生長。其他采樣點，因為有植物的存在，過氧化氫酶活性相對較低，可以初步推斷植物可有效防止土壤中過氧化氫對真菌的毒害，起到保護土壤真菌多樣性的目的。過氧化氫酶活性過高不適合真菌生長和繁殖，這也就能夠解釋在濕地公園中栽種植物的重要性和必要性。在蘆葦濕地，底泥過氧化氫酶活性與有機質(zhì)呈極顯著正相關(guān)，表明土壤有機質(zhì)既是底泥養(yǎng)分的重要來源和儲藏場所，還是過氧化氫酶的來源和儲藏地[38]。相比于其他樣品，在蘆葦濕地，底泥過氧化氫酶活性和有機質(zhì)含量均處于中間位置，至于其與真菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性是否有關(guān)還有待進一步研究。

張淑香等[39]研究發(fā)現(xiàn)，底泥含水量高可以抑制土壤有機碳的礦化，抑制土壤酶的分解作用。蔗糖酶是一種可以把土壤中的蔗糖分解為葡萄糖和果糖的水解酶。經(jīng)蔗糖酶水解的小分子量的葡萄糖和果糖容易被植物和土壤真菌吸收利用，進而為土壤真菌生長和繁殖提供營養(yǎng)和能量。本研究檢測發(fā)現(xiàn)，在排污口處底泥蔗糖酶活性最低，說明排污口處底泥肥力低，顯然也說明排入濕地的城市污水經(jīng)過處理后顯著降低了污水中有機質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的積累。有機質(zhì)既可以為土壤酶提供底物，還可以為微生物的生長提供碳源，因而，土壤有機質(zhì)的含量對微生物的生長和酶活性均有影響[40]。

蘆葦和白茅為多年生根莖禾草，繁殖能力強，對貧瘠、干旱及中輕度鹽漬化土壤均有較強的適應(yīng)性。二者分別為C3和C4植物[41]，具有不同的光合作用途徑，其根系分泌物存在差異，可能是二者底泥真菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性差異的主要原因。

3.3 真菌群落結(jié)構(gòu)和潛在功能

真菌是土壤微生物的重要組成部分，其中絕大多數(shù)營腐生生活。這些腐生真菌參與有機質(zhì)分解，轉(zhuǎn)化土壤腐殖質(zhì)供給植物吸收[42]。土壤中也存在大量的植物病原菌，可引起根腐、莖腐和枝枯等病害[43]。真菌是重要的有機物分解者，在物質(zhì)循環(huán)中起著重要作用[44]。相比其他類群的真菌，擔(dān)子菌分解木質(zhì)素和纖維素的能力更強[45]。鐮孢菌屬為土壤習(xí)居菌，有些種類是重要的植物病原菌，有些種類具有較強的生物轉(zhuǎn)化能力，在環(huán)境污染有機物降解方面展現(xiàn)出較強的能力。白腐真菌在有機污染土壤的原位修復(fù)方面顯示了優(yōu)越的處理性能，例如，美國農(nóng)業(yè)部利用白腐真菌使污染土壤中五氯苯酚減少了98%；Biotal公司采用白腐真菌對污染土壤進行處理后，PCBs的濃度下降了200倍[46]。有一些真菌類群為石油降解菌，在其自身代謝過程中可以利用土壤中的電子受體，將石油烴等污染物氧化降解，從而緩解石油對植物生長的毒害[47]。

在千渭濕地底泥土壤中的真菌以共生營養(yǎng)型、病理營養(yǎng)型、腐生營養(yǎng)型、病原-腐生-共生營養(yǎng)型、病理-腐生營養(yǎng)型、病理-共生營養(yǎng)型、病理-腐生-共生營養(yǎng)型、腐生-共生營養(yǎng)型及腐生-病理-共生營養(yǎng)型為主要功能營養(yǎng)型，與劉會會等[48]的研究結(jié)果一致，符合濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能特點。FunGuild功能預(yù)測結(jié)果顯示，真菌采取更為復(fù)雜的“生存策略”，在功能上采用多種兼有型的營養(yǎng)方式，聚焦于營養(yǎng)偏好，增加代謝功能多樣性，以適應(yīng)生存環(huán)境的變化。

千渭濕地長期處于水淹狀態(tài)，枯落物的有機質(zhì)分解緩慢，刺激腐生真菌大量生長，產(chǎn)生一系列的水解和氧化酶，從而完成有機質(zhì)的分解[49]。河水的無植物區(qū)樣本與病理營養(yǎng)型、病原-腐生-共生營養(yǎng)型、腐生-病理-共生營養(yǎng)型這幾種營養(yǎng)型呈正相關(guān)，而其他采樣區(qū)無明顯關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，千渭濕地不同植物底泥真菌群落中病理-腐生營養(yǎng)型和腐生營養(yǎng)型相對豐度較高，占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢，包括在排污口泥樣本中，也以這兩種營養(yǎng)型為主，其真菌群落結(jié)構(gòu)、多樣性及功能與其他樣本沒有顯著差異。說明千渭濕地底泥真菌群落結(jié)構(gòu)組成比較健康，排入千渭濕地的污水都經(jīng)過了相應(yīng)的物理、化學(xué)或生物學(xué)處理，達到排放標準。

此外，本研究所檢測的千渭濕地所有底泥樣本的營養(yǎng)類型結(jié)構(gòu)高度相似。采用高通量測序并結(jié)合FunGuild功能預(yù)測，研究濕地土壤真菌群落結(jié)構(gòu)和功能，所得結(jié)果與其他學(xué)者研究結(jié)果相一致[48]。有研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)生真菌與寄主植物形成共生關(guān)系，植物可以為內(nèi)生真菌的生長提供營養(yǎng)，內(nèi)生真菌調(diào)節(jié)寄主體內(nèi)植物激素水平，從而調(diào)節(jié)植物生長，幫助寄主植物抵御惡劣環(huán)境[50]，從而淘汰抗性差的植物物種，保留下來的濕地植物對植物病原菌具有較高的抗性。這也說明，在濕地生態(tài)系統(tǒng)中，真菌功能類群不僅主要受水分條件的影響，濕地中的植被條件也對真菌功能類群產(chǎn)生一定的影響。

本研究對夏季千渭濕地土壤真菌群落結(jié)構(gòu)以及土壤酶對其多樣性的影響，以及其潛在功能差異進行了分析，以期為篩選人工濕地植物和有效利用濕地資源和生態(tài)修復(fù)提供參考。關(guān)于其他季節(jié)濕地土壤真菌的群落結(jié)構(gòu)組成和多樣性變化還有待于進一步研究。

致謝感謝寶雞市千渭之會國家濕地公園管理處的大力支持與幫助。