模拟水淹胁迫下灰化薹草和虉草分解过程及细菌群落动态研究

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植物的枯落物分解是湿地生态系统物质循环和能量流动的重要环节。由于鄱阳湖独特的水文特征,使其湿地植物的死亡分解过程具有不同与一般湿地的特征。为了揭示鄱阳湖湿地活体植物和自然枯落物在水淹胁迫下分解过程的差异,本文以鄱阳湖湿地优势植被物种灰化薹草(Carex cinerascens)和虉草(Phalaris arundinacea)为研究对象,采用分解袋法开展室内模拟实验。植物样品分别设置了新鲜植物和风干植物两种处理,分别模拟活体植物和自然枯落物的分解过程。实验过程中监测了植物分解速率以及养分的释放动态,同时采用16S rRNA基因高通量测序、q-PCR等方法,对植物分解过程中细菌群落结构的动态变化进行了分析。本研究旨在阐明水淹胁迫下灰化薹草和虉草分解过程及分解微生物群落动态。本研究获得的初步结果如下:(1)在180d的淹水实验中,灰化薹草和虉草活体植物以及枯落物的分解规律基本相似,都具有明显的阶段性,前期分解较快,后期分解较慢。由于湿地植物种类差异和耐水淹能力不同,水淹胁迫下两种活体植物和枯落物的分解速率并不一致,虉草活体分解速率大于其枯落物分解速率,灰化薹草则反之。(2)在植物前期(30d)分解过程中,两种活体植物的4种水解酶(Bglu、Bxyl、NAG和Phos)活性显著高于2种枯落物的酶活性,说明活体植物中充足的水分利于微生物的生长和繁殖,酶活性也较高。分解第60d,可利用的能源物质不能满足微生物的生长,微生物丰度降低,酶活性显著降低。(3)在植物分解前期,细菌丰度显著高于其他分解时间。细菌群落多样性指数先增高后降低,在分解中期(第90d)时达到最高值。细菌群落组成中最主要的门类有7个(占比>1%),分别是变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、螺旋菌门(Spirochaetae)。其中变形菌门(66.28%)是主要优势菌群。(4)水淹胁迫下,植物分解向环境中释放大量营养盐,水中TOC、TN、TP含量的动态变化规律基本一致,呈现先增高后降低的趋势,在第30d时营养盐浓度最高,后期各营养盐浓度缓慢降低趋于稳定。水中的pH逐渐升高,是影响细菌群落结构的主要因子。实验结束时,底泥中的TOC、TN、TP含量并没有显著变化,并且底泥中的营养元素含量的变化对细菌群落结构影响不明显。因此植物分解过程中释放的营养元素可能被微生物利用或者以气体形式进入大气。综上所述,水淹胁迫下湿地活体植物和枯落物在分解过程中的理化性质、胞外酶活性、细菌丰度和细菌群落结构都表现出显著的差异。在前期分解过程中植物分解速率较快,植物的碳、氮、磷营养元素大量释放,上覆水中的营养盐含量快速升高,微生物丰度较高,胞外酶活性较高。分解后期,植物分解速率较慢,无法提供微生物生长所需能源物质,微生物丰度显著降低。细菌群落多样性指数均呈现先增高后降低的趋势,随着分解过程的进行,物种丰富度逐渐增加,分解中期微生物群落结构趋于复杂。分解实验结束时,土壤中的碳、氮、磷没有显著升高,说明植物分解所释放的营养元素一部分被微生物吸收利用,一部分或以气体形式释放到大气中。
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