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湿地作为地球上重要的生态系统之一,兼具陆生和水生生态系统特点,生境复杂。位于我国青藏高原的若尔盖高寒湿地具有高海拔(平均海拔3,400 m)、低温(年均温1℃)的特点,局部土壤长期处于低温、厌氧环境下,形成了独有的湿地生境,也为特殊的土壤微生物群落发育提供了条件。对若尔盖湿地不同生境下微生物群落结构和功能多样性进行更全面的研究,并与其它低温湿地进行比较,有助于丰富若尔盖高寒湿地土壤微生物群落结构与多样性信息,并为研究湿地生态过程,评价人类活动对湿地生态系统的影响提供参考依据。
本论文以若尔盖高寒湿地为主要研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)非培养方法和培养方法,对比研究了不同水分条件(淹水、非淹水),不同植物群落(刚毛荸荠群落、木里苔草群落),不同人类干扰程度(旅游、放牧等扰动与否)下土壤微生物群落生物量、群落结构,并与低海拔的寒温带沼泽湿地(三江平原)土壤微生物生物量和群落结构进行比较并探讨影响微生物群落的主要因素。得到的结果如下:
(1)若尔盖高寒湿地常年淹水土壤的微生物总生物量、总细菌生物量、革兰氏阳性细菌(G+)及革兰氏阴性细菌(G-)生物量均显著高于无淹水土壤,且冷季(4月)高于暖季(8月);真菌、放线菌的生物量表现为无淹水土壤显著高于常年淹水土壤;反映群落组成的真菌/细菌PLFA比值也表现为无淹水土壤显著高于常年淹水土壤。磷脂脂肪酸的主成分分析表明,水分条件不同的两种土壤中微生物群落结构显著不同,而季节变化并未引起土壤微生物群落结构改变。
(2)对若尔盖高寒湿地主要植物群落覆盖下的土壤微生物群落比较发现,木里苔草群落土壤的微生物总生物量、总细菌生物量、革兰氏阳性细菌生物量、革兰氏阴性细菌生物量、丛枝菌根真菌(AM真菌)生物量、均显著高于刚毛荸荠群落土壤,表明木里苔草群落的根系分泌物在促进微生物生长上更加有效,并且更有利于AM真菌的定植,进而形成良好的土壤环境。真菌生物量以及真菌/细菌PLFA比值则表现为刚毛荸荠群落土壤高于木里苔草群落土壤,说明刚毛荸荠植物根系分泌物适于真菌生长。主成分分析结果表明,尽管若尔盖湿地两种植物群落在空间上呈小尺度相间分布格局,但二者的微生物群落结构差异显著。
(3)与人类扰动较少的湖边相比,人类活动频繁的花湖台地土壤有机质、土壤pH及总氮含量较高,且微生物总生物量、总细菌生物量显著升高,但真菌/细菌PLFA比值显著下降。表征土壤是否受到环境胁迫的反式脂肪酸/顺式脂肪酸(Trans/Cis)比值、单不饱和脂肪脂肪酸/饱和脂肪酸(MUFA/SATFA)比值以及环丙烷脂肪酸/前体(cyc/prec)比值在台地土壤显著高于湖边土壤,其中MUFA/SATFA在花湖台地为1.65(大于1)而湖边为0.85(小于1),表明花湖台地有更广泛的生物可利用底物及更多的有机质输入;cyc/prec比值在花湖台地为0.45(大于0.1)而湖边为0.05(小于0.1),表明花湖台地土壤微生物可能受到由于牲畜啃食或踩踏造成的环境胁迫。比较土壤微生物群落结构表明,花湖台地土壤微生物群落结构与湖边差异显著,同时季节的差异也引起了土壤微生物群落结构的改变。
(4)比较若尔盖湿地与低海拔的三江平原寒温带沼泽湿地土壤微生物群落结构表明,若尔盖湿地比三江平原湿地有更高的土壤微生物生物量。若尔盖湿地较高的G-/G+PLFA比值,表明若尔盖湿地有更丰富的微生物可利用碳源,三江平原湿地较高的放线菌生物量进一步说明三江平原土壤养分低于若尔盖湿地。主成分分析结果表明地理分异是两个低温湿地土壤微生物群落结构特征差异显著的主要原因。