田 玮，朱卫红,2，秦 雷,2，杨 亮,2，郑 燕，裴洪淑

(1.延边大学 理学院，吉林 延吉 133002；2.长白山生物资源与功能分子教育部重点实验室， 吉林 延吉 133002)



图们江下游湿地土壤微生物特征研究

田 玮1，朱卫红1,2，秦 雷1,2，杨 亮1,2，郑 燕1，裴洪淑1

(1.延边大学 理学院，吉林 延吉 133002；2.长白山生物资源与功能分子教育部重点实验室， 吉林 延吉 133002)

选取了图们江下游典型沼泽、河流与湖泊湿地，以优势植被群落下土壤为研究对象，采用磷脂脂肪酸法测定了土壤微生物群落结构。结果表明：湖泊湿地中3种植被群落下土壤革兰氏阳性菌、细菌、真菌、放线菌含量差异显著，沼泽湿地与河流湿地中土壤真菌和放线菌含量无显著差异，其他微生物类群则表现出不同的变化特征。研究区湿地土壤细菌占总PLFA含量的90%以上，而放线菌占2%～4%，真菌占1%～7%。通过对9种植被群落下土壤微生物群落进行聚类分析，距离5～10与10～15时，分别将种植被群落下土壤微生物分为4组与6组，表明同种类型湿地下的微生物群落也会出现较大差异。

湿地；植被；土壤微生物；湿地类型

1　引言

植物与土壤微生物作用是陆地生态系统中的重要组成部分，它们之间的相互作用是生态系统地上、地下结合的重要纽带[1]，所以湿地植被与土壤微生物的研究也越来越受国内外学者的重视。目前，湿地土壤微生物的研究主要集中在湿地植被与土壤微生物关系[2]、植被入侵与湿地土壤微生物的关系[3]、恢复湿地过程中湿地植被与土壤微生物特征[4]、湿地植被演替过程中湿地土壤微生物[5]等方面的研究，但是探究湿地类型与植被群落对湿地土壤微生物作用的相关研究很少。湿地类型是不同水文地貌条件综合作用形成的，水文地貌特征差异导致湿地不同的发育特征，所以不同类型湿地环境也决定着其相应的微生物群落。近些年来，由于人口增长及农业化的发展，湿地面临着严重威胁，湿地生态系统功能退化已经成为了世界范围的问题，微生物在维持湿地土壤功能方面起重要作用，所以加强湿地微生物研究，对湿地生态系统功能维持具有重要作用。研究以图们江下游湿地土壤微生物为研究对象，探讨湿地类型、植被群落与土壤微生物群落结构之间关系，为该湿地土壤微生物的深入研究提供一定研究基础。

2　材料与方法

2.1研究区

研究区位于吉林省东南部，是中国、朝鲜、俄罗斯靠近日本海的三国交界地带，行政区上，图们江下游是珲春市的范围，地理坐标为东经129°52′00″～131°18′30″、北纬42°25′20″～43°30′18″。该地区气候属于近海中温带海洋性季风气候区，由于靠近日本海，受海洋性气候的影响，与同纬度地区相比，冬暖夏凉，降水量较多，年平均降水量618.1 mm，年平均气温5.6 ℃。图们江下游湿地发达，类型多样，分布着河流型、沼泽型、湖泊型及人工湿地，具有较高的生产力和丰富的生物多样性[6]。

2.2样品采集

该研究野外调查于2014年8月，选择该地区典型的沼泽、湖泊和河流型湿地。为了探究植被群落与湿地土壤微生物关系，以单一优势湿地植被群落下的土壤微生物为研究对象，根据湿地类型植被群落分布特点，每种类型湿地中选取3种优势植被群落，每种群落范围应大于2m×10m，并对采样环境进行记录。沼泽湿地中水文过程影响均质，选取了长芒稗(Echinochloa caudata)、小叶章(Calamagrostis angustifolia)与灰脉苔草(Carex appendiculata)。湖泊湿地受季节性水文过程影响严重，沿水文梯度依次选取了长芒稗(Echinochloa caudata)、芦苇(Phragmites australis)与小叶章(Calamagrostis angustifolia)群落。河流湿地中水文过程影响均质，选取了菰(Zizania latigolia)、灰脉苔草(Carex appendiculata)与大穗苔草(Carex rhynchophysa)。

土壤样本采集：在每种植被带中随机选择3处1 m×1 m样方(间隔控制2～3 m)，并用土钻在每个样方随机采集5钻0～10 cm土层的土壤。除去土壤样品中的残根，将3处的土壤混合均匀，过2 mm筛，放入冰盒，带回实验室放入-80 ℃冰箱保存，用于土壤微生物群落测定。

2.3土壤PLFA测定

土壤微生物群落测定采用磷脂脂肪酸的方法[7,8]。提取步骤为:①称取4 g冻干土，分别加入8 mL氯仿，16 mL甲醇，6.4 mL柠檬酸缓冲液，避光震荡2.5 h,在25 ℃,4000 r/min离心10 min,转移上清液，再向土壤中加入相同体积的氯仿、甲醇和柠檬酸缓冲液，震荡1h,离心，合并2次上清液，氮气吹干。②采用5 mL(至少分5次)甲醇转移提取物，并过硅胶柱，洗脱液依次8 mL氯仿，16 mL丙酮，8 mL甲醇。③收集甲醇相，吹干，用1 mL甲醇，甲苯(1∶1),1 mL 0.2M KOH甲醇溶液混匀后，2 mL去离子水和0.3 mL 1M HAC,2 mL正己烷进行酯化，2500 r/min离心，转移正己烷相，重复去离子水、冰醋酸及正己烷步骤，转移全部正己烷，氮气吹干，-20 ℃避光保存。④GC分析前，加入适量(300μL)正己烷溶解，加50μL 160μg/mL 19:0 甲基酯坐内标,并取 50μL 19:0 脂肪酸甲酯+150μL 37 component FAMEs定量标准转移到GC瓶中，最终，调节色谱仪条件进行测定，检验土壤微生物物种的磷脂脂肪酸的标志物[9]。

表1　土壤微生物物种的磷脂脂肪酸标志物

2.4数据处理

采用Microsoft Excel 2007数据处理。SPSS18.0软件进行聚类分析，按照土壤微生物群落结构进行系统分类，探究微生物群落、湿地植被与湿地类型间的关系。

3　结果与分析

3.1湿地土壤微生物群落特征

如图1所示，沼泽湿地中，3种植被群落下土壤总PLFA含量在115～160 μmol/g，其中小叶章明显大于长芒稗与灰脉苔草群落。细菌含量在90～95 μmol/g，与总PLFA含量变化特征相同。革兰氏阳性菌含量在50～60 μmol/g，且无显著差异。革兰氏阴性菌含量在30～60 μmol/g，其中小叶章明显大于长芒稗与灰脉苔草群落。放线菌含量在4～5 μmol/g，且无显著差异，而真菌含量在1～5 μmol/g，其中长芒稗和小叶章群落明显大于灰脉苔草群落。

湖泊湿地中，三种植被群落下土壤总PLFA在70～190 μmol/g，其中芦苇群落最高，小叶章群落次之，长芒稗群落最低。细菌含量在90～95 μmol/g，与总PLFA量变化特征相同。革兰氏阳性菌含量在20～50 μmol/g，其中芦苇群落最高，小叶章群落次之，长芒稗群落最低，而革兰氏阴性菌含量在20～60 μmol/g，其中芦苇和小叶章群落明显高于长芒稗群落。放线菌含量在2～7 μmol/g，且在芦苇中最多，小叶章群落次之，长芒稗群落最低，真菌群落呈现相同变化特征。

河流湿地中，3种植被群落下土壤总PLFA在70～120 μmol/g，其中菰群落最高，大穗苔草次之，灰脉苔草最低。细菌含量在90～95 μmol/g，与总PLFA量变化特征相同。土壤革兰氏阳性菌含量在30～50 μmol/g，菰群落明显高于灰脉苔草和大穗苔草群落。而革兰氏阴性菌含量在20～40 μmol/g，菰群落明显高于灰脉苔草和大穗苔草群落。放线菌含量在2～4 μmol/g，且无显著差异，真菌含量在3～6 μmol/g，且无显著差异。

总体上，表现出湖泊湿地中3种植被群落下土壤革兰氏阳性菌、细菌、真菌、放线菌含量差异显著。沼泽湿地与河流湿地中，真菌和放线菌含量无显著差异。

3.2湿地土壤微生物结构特征

如图2(A)所示，沼泽湿地中，细菌占92%～96%，放线菌占3%左右，而真菌占1%～5%。湖泊湿地中，细菌占92%～95%，放线菌占2%～4%左右，而真菌占2%～4%。河流湿地中，细菌占90%～93%，放线菌占3%～4%左右，而真菌占4%～6%。

如图2(B)所示,沼泽湿地中，革兰氏阳性菌占细菌总量的40%～50%，革兰氏阴性菌占30%～40%。湖泊湿地中，革兰氏阳性菌占细菌总量的35%～45%，革兰氏阴性菌占30%～40%。河流湿地中，革兰氏阳性菌占细菌总量的45%～50%，革兰氏阴性菌占30%～40%。

注:不同字母表示同类微生物间差异性显著；ZZ，沼泽湿地：HP,湖泊湿地;HL,河流湿地;ZZ1,长芒稗群落;ZZ2,小叶章;ZZ3, 灰脉苔草群落;HP1, 长芒稗群落;HP2, 芦苇群落;HP3,小叶章群落;HL1, 菰群落; HL2, 灰脉苔草群落; HL3,大穗苔草群落

图1土壤微生物群落特征

图2　土壤微生物结构特征

总体上，细菌占总PLFA含量的90%以上，而放线菌占%2～4%，真菌占1%～7%，而革兰氏阳性菌占细菌总量的35%～50%，革兰氏阴性菌占30%～50%。

3.3湿地土壤微生物群落、湿地植被与湿地类型关系

基于3种类型湿地中9种植被群落下土壤微生物的标志物脂肪进行系统聚类分析，结果如图3所示：总体上，距离越小，微生物群落间差异性越明显。距离10～15之间，将9种植被群落下的土壤微生物分为4组，表明沼泽湿地不同植被群落下土壤微生物群落相似度高(ZZ1、ZZ2与ZZ3一组)，而河流与湖泊湿地中不同植被土壤微群落具有一定的差异性(HP1、HP2与HL1;HL2、HL3与HP3)。距离5～10之间，将9种植被群落下土壤微生物分为6组，即使在同种湿地类型下的微生物群落，也会表现出较大差异。不同类型湿地中的同种植被群落土壤微生物结构具有一定差异性，如ZZ2(小叶章群落)与HP3(小叶章群落)，ZZ1(长芒稗群落)与HP1(长芒稗群落)。

注:不同字母表示同类微生物间差异性显著；ZZ，沼泽湿地：HP,湖泊湿地;HL,河流湿地;ZZ1,长芒稗群落;ZZ2,小叶章;ZZ3, 灰脉苔草群落;HP1, 长芒稗群落;HP2, 芦苇群落;HP3,小叶章群落;HL1, 菰群落; HL2, 灰脉苔草群落; HL3,大穗苔草群落

图3微生物群落结构聚类分析

4　结论与讨论

研究发现，湖泊湿地中3种植被群落下土壤革兰氏阳性菌、细菌、真菌、放线菌含量差异显著，而在湖泊与沼泽湿地中的3种群落植被下，土壤真菌和放线菌含量无显著差异，而其他微生物类群表现出不同的变化特征。研究的3种类型湿地，沼泽湿地与河流湿地中的植被群落区水文过程的影响比较均质，而湖泊湿地中植被群落区受季节水文过程干扰明显，所以湖泊湿地呈现出的微生物群落特征与季节性的水文过程干扰密切相关，同时也可能是湿地植被差异引起的微生物群落特征变化，Mitchell (2012)基于土壤化学性质探究植被群落组成和对土壤微生物群落结构的影响，表明化学性质可以解释古细菌，细菌，真菌结构[10]，所以很有可能是植物与水文过程作用于土壤理化性质，从而影响微生物群落结构。

如图3所示，即使在同种湿地类型下的微生物群落，也会表现出较大差异。可能是由于湿地水文过程差异引起的，因为湿地是水文过程和地貌条件长期综合作用的结果[11]，水分输入与输出的动态平衡为湿地创造了有别于陆地和水体生态系统的独特物理化学条件[12]，表现为湿地周期性淹水后，土壤氧化还原电位下降、土壤氧含量下降。同时，水位波动通过改变土壤通气性,影响土壤呼吸[13]，不同类型湿地土壤性质具有一定的差异性，并且不是均质的，所以同种类型湿地中土壤微生物群落也存在异质性。虽然有研究表明优势植被是影响土壤微生物的主要因素，在湿地中，植被并不是唯一影响因素，Yang(2010)在研究芦苇群落中水位对微生物活性的影响中发现，水位是影响微生物活性的主要因素[14]。

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[15]Massaccesi LAffiliated withDepartment of Agricultural, Food and Environmental Science, University of Perugia Email author, Bardgett R D, Agnelli A, et al., 2015. Impact of plant species evenness, dominant species identity and spatial arrangement on the structure and functioning of soil microbial communities in a model grassland[J]. Oecologia, 177(3): 747～759.

Research on Wetland Soil Microbial Characteristic in Downtream of Tumen River

Tian Wei,Zhu Weihong, Qin Lei, Yang Liang, Zheng Yan, Pei Hongshu

(1.GeographyDepartmentofSciences,YanbianUniversity,Yanji,Jinlin133002,China；2.KeyLaboratoryofNaturalResourcesofChangbaiMountain&FunctionalMolecules,YanbianUniversity,Yanji,Jinlin133002,China)

Based on the method of phospholipid fatty acid, we measured the soil microbial community structure under dominant vegetation community of typical marsh, riverine and lacustrine in the downstream of the Tumen River .The results showed that the contents of soil gram positive bacteria, bacteria, fungi and actinomycetes were significantly different in three plant communities of lacustrine, and the contents of soil fungi and actinomycetes were no significant difference in the marsh and riverine wetlands, the other microbial taxa showed different characteristics. The soil bacteria accounted for more than 90% of total PLFA content in this area, while actinomycetes accounted for 2～4%, fungi accounted for 1～7%. By the method of cluster analysis of soil microbial communities in nine plant communities, when the distance is between 5 and 10,they were divided into six groups, and when the distance is between 10 and 15, they were divided into four groups, so it showed that the microbial community was different in the same type of wetland.

wetland; vegetation; soil microorganism; Wetland types

2016-07-01

国家自然科学基金(编号：41361015)；延边大学自然科学基金项目(编号：2001319)

田玮(1990—)，女，延边大学理学院硕士研究生。

裴洪淑(1978—)，女，讲师，博士，主要从事湿地生态与生物多样性相关的科研与教学工作。

S153.6

A

1674-9944(2016)16-0169-02