濕地凋落物分解過程中土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化

王建波，付曉玲，劉曉佳，倪紅偉

（1.黑龍江省科學院 自然與生態(tài)研究所，哈爾濱 150040；2.黑龍江省林業(yè)科學院，哈爾濱 150081）

0 引言

凋落物分解對生態(tài)系統(tǒng)能量流動和生物地球化學循環(huán)具有深遠的影響，是生態(tài)學領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容[1]。已有研究表明，陸地生態(tài)系統(tǒng)每年產(chǎn)生的生物量90%以凋落物形式存在[2]。近年來，由于全球氣候變化導致群落物種組成及結(jié)構(gòu)均發(fā)生顯著變化，這必然會對凋落物的質(zhì)量以及土壤微生物群落產(chǎn)生顯著影響。目前，有關(guān)凋落物分解及土壤微生物群落方面已經(jīng)取得了一定的研究成果。然而，這些研究對凋落物分解過程中不同階段土壤微生物群落變化關(guān)注較少，而且多集中在森林、草地方面[1，3-6]，對濕地凋落物分解研究的較少。

濕地生態(tài)系統(tǒng)是地球上最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，濕地面積只占陸地面積的4%～6%，但卻存儲了陸地生態(tài)圈35%的碳，在全球碳循環(huán)過程中起著舉足輕重的作用[7]。濕地的季節(jié)性積水導致凋落物分解速率降低，有機物質(zhì)積累量增加。對濕地凋落物分解過程的研究，特別是凋落物分解過程中，土壤微生物群落如何變化，能夠反映濕地凋落物分解的特定過程。本實驗采用磷脂脂肪酸法（Phospholipid Fatty Acid,PLFA）測定了凋落物分解120 d和390 d后的土壤微生物群落組成，探討濕地凋落物分解過程中微生物群落如何變化。這些結(jié)果可為揭示濕地凋落物分解的微生物作用機制提供基礎數(shù)據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

本研究地點設置在洪河國家自然保護區(qū)，地處三江平原的東北部。研究區(qū)海拔為55～65 m，該地屬于溫帶濕潤、半濕潤季風氣候，多年平均氣溫為1.9℃，平均降水量為585 mm。保護區(qū)內(nèi)主要植被類型是草甸和沼澤。本研究選擇具有典型性和代表性的小葉章濕地設立實驗樣地，其中小葉章（Calamagrostis angustifolia）為建群種，主要伴生種包括漂筏苔草（Carexpseudocuraica）、灰脈苔草（Carexappendiculata）等。

1.2 研究方法

2016年4 月末，隨機采集小葉章群落立枯體，放置在65℃烘箱中烘干至恒重作為凋落物樣品備用。凋落物分解速率的測定采用分解袋（litter bags）法。分別稱取5 g±0.05 g的烘干樣品，裝入尼龍紗布制成的分解袋（10 cm×10 cm）內(nèi)，其孔徑大小為1 mm，每個樣地共設置36個分解袋。放置凋落袋前，去除地面原有的凋落物，將分解袋平鋪于裸露的地表上，用長10 cm的鐵釘固定，使其盡可能接近自然狀態(tài)。分別在分解第120 d和390 d時進行土樣采集。采樣時按混合采樣法采集凋落袋下0～10的土壤，土壤取樣后迅速帶回實驗室，去除土樣中的雜質(zhì)，混合均勻后保存在-80℃冰箱中待測。

采用磷脂脂肪酸法進行土壤微生物群落的測定。具體方法為應用Agilent 6850氣象色譜儀測定，Sherlock MIS 4.5系統(tǒng)分析土壤樣品中的磷脂脂肪酸成分，依據(jù)相關(guān)文獻對所得PLFA表征分類[6，8-9]。通常n14:0～n20:0為 普 通 直 鏈 脂 肪 酸（Universal）；14:0 anteiso、15:0 anteiso、16:0 anteiso、17:0 anteiso、14:0 iso、15:0 iso、16:0 iso、17:0 iso表征革蘭氏陽性菌（Gp）；14:1 ω9c、14:1ω8c、14:1ω5c、15:1ω8c、15:1ω6c、16:1ω9c、16:1ω7c、17:1ω8c、18:1ω9c、18:1ω7c、18:1ω5c表 征革蘭氏陰性菌（Gn）；16:0 10-methyl、17:0 10-methyl、18:0 10-methyl表征放線菌（Actinobacteria）；18:1ω6c、18:3 ω6c、18:2ω6c表征真菌（Fungi）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，繪圖采用SigmaPlot軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤微生物群落磷脂脂肪酸含量

在凋落物分解過程中，與分解120 d相比，凋落物分解390 d時，土壤中細菌磷脂脂肪酸含量和磷脂脂肪酸總量顯著升高（P＜0.05），而真菌磷脂脂肪酸含量呈現(xiàn)升高的趨勢，但未達到統(tǒng)計學顯著水平（圖1）。

圖1 凋落物分解過程中土壤細菌、真菌、放線菌磷脂脂肪酸含量及總量

2.2 土壤微生物群落磷脂脂肪酸結(jié)構(gòu)

在凋落物分解120～390 d的過程中，直鏈脂肪酸14:00、16:00含量降低，而20:00含量升高；細菌特征脂肪酸17:1 isoω9c、17:0 anteiso、17:1 anteisoω7c、22:0 iso、19:0 cycloω7c含量升高、而19:0 cycloω9c、18:1 ω7c含量降低；真菌特征脂肪酸18:1ω9c含量升高；放線菌特征脂肪酸16:0 10-methyl降低（圖2）。

圖2 磷脂脂肪酸在凋落物分解120～390 d的變化

2.3 土壤微生物群落磷脂脂肪酸比值

與凋落物分解120 d時的土壤微生物群落相比，390 d時的土壤微生物群落的革蘭氏陽性菌/革蘭氏陰性菌顯著降低了23.4%；而19:0 cyclo ω7c/18:1ω7c的比值卻增加了152.8%（P＜0.05）；真菌/細菌的比值變化不大。

3 討論

土壤微生物作為凋落物的主要分解者，其群落結(jié)構(gòu)必然受凋落物分解過程的影響。本研究中，隨著凋落物的分解進程，土壤微生物群落有著顯著的差異，其中19:0 cycloω7c/18:1ω7c比值顯著升高，而G+/G-比值顯著下降（圖3），這與張圣喜[10]對有關(guān)亞熱帶闊葉樹種凋落物分解的部分研究結(jié)果一致。研究發(fā)現(xiàn)19:0 cycloω7c/18:1ω7c的比值與養(yǎng)分可利用性具有一定的相關(guān)性，即隨著凋落物分解的進程，可利用養(yǎng)分逐漸減少，因此導致19:0 cycloω7c/18:1ω7c的比值升高[11]；隨著分解時間進程，難分解的有機物質(zhì)增加，G+利用難分解有機物質(zhì)的能力較G-更強，必然會增加G+/G-比值[12]。真菌/細菌比是表征微生物群落變化的指標之一，李珊珊[6]和Chapman[13]的研究結(jié)果均表明，隨著凋落物分解進程，真菌/細菌比均下降，這可能是由于隨著凋落物分解，凋落物養(yǎng)分降低，真菌不如細菌對不利環(huán)境的耐受性，因此真菌生物量會降低，而導致真菌/細菌比降低[14]。值得一提的是，本研究中土壤G+/G-降低，真菌/細菌比值變化不大，這與前人的研究結(jié)果有所不同，這可能是生態(tài)系統(tǒng)類型差異導致的。此外，本研究是野外原位實驗，影響因素較多，時間較短，有關(guān)凋落物分解過程中土壤微生物的變化還有待于進一步研究。

圖3 土壤微生物群落磷脂脂肪酸比值