三江平原不同退化阶段小叶章湿地土壤真菌群落结构组成变化

为了了解三江平原小叶章湿地真菌群落结构及多样性变化,探讨湿地水分下降对真菌群落结构的影响.本研究采用高通量测序技术,分析和比较了黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原野外试验研究站内3个不同退化阶段小叶章生态类型湿地真菌群落结构多样性,探讨真菌群落改变的原因.结果表明,从小叶章沼泽湿地(w0)→小叶章沼泽化草甸湿地(w1)→小叶章草甸湿地(w2)的变化,土壤Shannon-Wiener指数(H)呈现出逐步上升的规律,即:w0w1w2.序列比对结果显示,不同小叶章湿地土壤真菌分别属于子囊菌(Ascomycota)、担子菌(Basidiomycota)、壶菌(Chytridiomycota)、未知菌(Fungi_unclassified)、接合菌(Zygomycota)这5个真菌类群,优势菌门为未知菌门(75.12%)、子囊菌门(56.56%)、担子菌门(72.65%).而且Heatmap分析也显示沼泽化草甸湿地和草甸湿地的真菌群落结构和组成比较接近.真菌群落结构受到了土壤养分以及植物组成等影响,其中土壤养分解释贡献率达88.62%,植物组成解释贡献率达到9.85%.三江平原小叶章湿地不同退化阶段湿地真菌群落结构存在较大差异,土壤水分因子对真菌多样性影响较大.这为研究三江平原湿地退化后的真菌结构多样性及空间异质性提供了科学依据.     

模拟氮沉降对三江平原小叶章湿地土壤微生物碳源利用能力的影响

大气氮沉降会对湿地土壤微生物的结构和功能产生显著影响,因此研究不同浓度氮沉降对三江平原小叶章湿地土壤微生物碳源利用能力的影响,对于保护和利用湿地生态系统具有重要意义.采用Biolog-Eco技术探究了连续5 a模拟氮沉降对小叶章湿地土壤微生物碳源利用能力的影响.结果表明：①长期的氮素施加会显著改变小叶章湿地土壤含水量（SMC）、pH、硝态氮（NO₃^-）、铵态氮（NH₄⁺）、溶解性有机碳（DOC）和总氮（TN）的含量（P<0.05）;②土壤微生物的平均颜色变化率（AWCD）呈现的规律为：对照（CK）>高氮（HN）>低氮（LN）.低氮处理显著降低了土壤微生物香农（Shannon）指数（P<0.05）,高氮处理显著降低了土壤微生物皮卢（Pielou）指数（P<0.05）.③不同氮浓度下土壤微生物碳源利用能力显著不同,其中低氮处理显著抑制了土壤微生物对糖类、醇类、胺类和酸类的利用强度（P<0.05）;高氮处理显著促进了微生物对酯类的利用,但高氮使土壤微生物对糖类、胺类和酸类碳源产生抑制作用（P<0.05）.④冗余分析显示,NH₄⁺、DOC和pH是影响三江平原小叶章湿地土壤微生物碳代谢能力的主要环境因子.长期氮沉降会导致土壤微生物功能多样性的降低,有关碳源底物利用的微生物活性也明显降低,并且微生物对单一碳源底物的利用能力也发生改变.     

三江平原小叶章湿地土壤微生物活性特征研究

选取三江平原河滨湿地、沼泽湿地和草甸化湿地3种类型小叶章湿地0~20cm土壤,研究了不同类型湿地土壤总有机碳(TOC)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、基础呼吸(BR)、呼吸势(PR)、微生物熵(Cmic/Corg)和代谢熵(qCO2)变化规律.结果表明,不同类型小叶章湿地土壤总有机碳、微生物生物量碳和基础呼吸分别为46.60~75.44g.kg-1、1106.86~2319.42mg.kg-1和5.72~10.10mg.kg-.1h-1.河滨湿地和沼泽湿地土壤总有机碳、微生物生物量碳、微生物生物量氮、基础呼吸、呼吸势和微生物熵均显著高于草甸化湿地(p0.01),而河滨湿地和沼泽湿地代谢熵明显低于草甸化湿地(p0.05).各土壤微生物活性指标在河滨湿地和沼泽湿地间均无明显差异.因而,相对于河滨湿地和沼泽湿地,草甸化湿地土壤微生物活性处于较低水平,土壤总有机碳和水分含量低是限制草甸化湿地土壤微生物活性的重要因素.     

三江平原小叶章湿地H2S和COS排放动态

利用静态箱/气相色谱法,观测了生长季(5～9月)三江平原小叶章沼泽化草甸H2S和COS的释放动态,结果表明,H2S、COS的排放通量具有季节和日变化规律,小叶章沼泽化草甸H2S的平均释放通量为0.34μg·(m2·h)-1,COS的平均释放通量为-0.29μg·(m2·h)-1;在生长季,小叶章沼泽化草甸表现为H2S的源,COS的汇小叶章的生长过程对H2S、COS的排放影响显著,在小叶章生长旺盛期,H2S出现排放峰值,COS出现吸收高峰,H2S和COS的释放通量呈负相关.     

不同湿地植物脱氮效果与根际土壤微生物群落功能多样性特征分析

为研究水平潜流型人工湿地中不同植物脱氮效果及对土壤微生物的影响,采集水样测定脱氮效率,采集芦苇根际土壤、香蒲根际土壤和对照土壤（不种植物）,利用Biolog技术研究不同处理土壤微生物群落代谢功能多样性特征.结果表明:①与对照相比,种植芦苇和香蒲可提高水平潜流型人工湿地7%~33%的NH₃-N去除率.②芦苇和香蒲根际土壤的碳源利用率增加,并显著高于对照土壤;香蒲根际土壤的碳源利用率高于芦苇根际土壤.芦苇和香蒲根际土壤微生物均对碳水化合物的相对利用率较高（> 48.0%）,对照土壤微生物对碳水化合物和聚合物的相对利用率均较高,分别为34.4%和32.7%.③芦苇和香蒲根际土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Shannon-Wiener均匀度指数均显著高于对照土壤.④主成分分析（principal component analysis,PCA）结果表明,芦苇和香蒲根际土壤微生物与对照土壤微生物对碳源的利用特征均存在显著差异,而不同植物对土壤微生物碳源利用多样性的影响较小.研究显示,种植植物可改善水平潜流型人工湿地的脱氮效率,增加根际土壤微生物群落功能多样性,而不同植物（芦苇和香蒲）对脱氮效率和根际土壤微生物群落组成的影响无显著差异,因此在种植植物时可根据当地条件进行选择.      

凋落物添加和去除处理对三江平原小叶章湿地生长季温室气体排放的影响

为了解三江平原小叶章湿地温室气体排放对凋落物处理的响应,利用黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原湿地生态定位研究站内的试验平台,采用静态箱-气相色谱法,分别对去除当年凋落物（NL）、去除当年凋落物和草炭层（NL+NH）、添加当年凋落物（DL）、添加当年凋落物和草炭层（DL+DH）以及空白对照（CK）等5个处理的小叶章湿地进行了生长季温室气体排放通量观测,并同步观测相关环境因子.结果表明：（DL+DH、DL）处理分别使CO₂排放通量增加了21.23%和10.86%;使生长季CH₄排放通量增加了21.37%和9.81%;使N₂O排放通量增加了29.62%和12.76%.（NL+NH、NL）处理分别使CO₂排放通量降低了16.13%和9.41%;使CH₄排放通量增加了65.67%和45.92%;使N₂O排放通量降低了14.36%和16.92%.添加和去除凋落物均未改变CO₂、CH₄和N₂O排放的季节动态.CO₂排放通量与土壤温度出现了显著正相关关系,CH₄和N₂O排放通量未与土壤温度出现显著相关关系.CO₂、CH₄和N₂O排放通量均未与土壤含水量出现显著相关关系.     

三江平原小叶章湿地H2S和COS排放动态

利用静态箱/气相色谱法,观测了生长季(5～9月)三江平原小叶章沼泽化草甸H₂S和COS的释放动态,结果表明,H₂S、COS的排放通量具有季节和日变化规律,小叶章沼泽化草甸H₂S的平均释放通量为0.34μg·(m²·h)^-1,COS的平均释放通量为-0.29μg·(m²·h)^-1;在生长季,小叶章沼泽化草甸表现为H₂S的源,COS的汇.小叶章的生长过程对H₂S、COS的排放影响显著,在小叶章生长旺盛期,H₂S出现排放峰值,COS出现吸收高峰,H₂S和COS的释放通量呈负相关.     

三江平原小叶章湿地H2S和COS排放动态

利用静态箱/气相色谱法，观测了生长季（5～9月）三江平原小叶章沼泽化草甸H₂S和COS的释放动态，结果表明，H₂S、COS的排放通量具有季节和日变化规律，小叶章沼泽化草甸H2S的平均释放通量为0.34 μg·(m²·h)^-1，COS的平均释放通量为－0.29μg·(m²·h)^-1；在生长季，小叶章沼泽化草甸表现为H₂S的源，COS的汇。小叶章的生长过程对H₂S、COS的排放影响显著，在小叶章生长旺盛期，H₂S出现排放峰值，COS出现吸收高峰，H₂S和COS的释放通量呈负相关。     

水位梯度对小叶章湿地土壤微生物活性的影响

通过3 a野外控制试验,研究了不同水位梯度(-10~30 cm)条件下,小叶章湿地植物地上生物量和0~15 cm以及15~50 cm土壤总有机碳(TOC)、微生物量碳(MBC)、基础呼吸(BR)、微生物商(Cmic/Corg)、代谢商(qCO2)的变化规律.结果表明,不同水位条件下植物地上生物量差异显著(p0.05),积水水位10 cm的植物地上生物量最高,且积水水位0~20 cm保持较高的生产力;积水水位变化对土壤TOC、MBC、BR、Cmic/Corg、qCO2影响显著(p0.05).土壤TOC和BR对积水水位变化的响应趋势一致,0~15 cm土壤TOC和BR在零积水水位最高;15~50 cm土壤TOC和BR随着积水水位的升高而降低,与土壤MBC和Cmic/Corg的变化趋势相同,其中MBC变化最为明显;而qCO2随着积水水位的增加而增大.随着积水水位的增加,土壤微生物群落发生改变和土壤微生物活性降低,其中积水水位30 cm的土壤微生物活性最低,对有机碳的累积与分解过程产生影响.     

松花江下游沿江湿地土地利用变化对土壤细菌群落多样性的影响

本研究旨在明确生境质量变化对土壤细菌群落的影响,为松花江退化湿地选择科学的修复方法提供参考依据.于2018年使用Illumina MiSeq PE300第二代高通量测序平台对松花江下游的5种土地利用类型湿地(天然湿地、稻田地、玉米田、采砂迹地及恢复湿地)土壤细菌16S rDNA进行测序,分析不同土地利用类型土壤细菌群落多样性和功能的差异.结果表明:沿江湿地开垦为玉米田造成土壤细菌的Ace、Chao1和Shannon指数显著降低(P<0.05),采砂迹地的仿湿地修复使土壤细菌的Ace、 Chao1和Shannon指数显著提高(P<0.05).天然湿地、稻田、玉米田和采砂迹地的土壤细菌群落结构差异显著(P<0.05),采砂迹地与恢复湿地的土壤细菌群落结构相似.沿江湿地土壤细菌划分为40门、 105纲、 258目、 421科、 802属和1 673种,变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门和芽单胞菌门为各样地共有的优势菌门(相对丰度>1%).相比之下,拟杆菌门偏好稻田土壤环境,变形菌门和芽单胞菌门偏好玉米田土壤环境,放线菌门偏好采砂迹地土...     

Sulfur cycle in the typical meadow Calamagrostis angustifolia wetland ecosystem in the Sanjiang Plain, Northeast China

The sulfur cycle and its compartmental distribution within an atmosphere-plant-soil system was studied using a compartment model in the typical meadow Calamagrostis angustifolia wetland in the Sanjiang Plain Northeast China. The results showed that in the typical meadow C. angustifolia wetland ecosystem, soil was the main storage compartment and current hinge of sulfur in which 98.4% sulfur was accumulated, while only 1.6% sulfur was accumulated in the plant compartment. In the plant subsystem, roots and litters were the main storage compartment of sulfur and they remained 83.5% of the total plant sulfur. The calculations of sulfur turnover through the compartments of the typical meadow C. angustifolia wetland ecosystem demonstrated that the above-ground component took up 0.99 gS/m2 from the root, of which 0.16 gS/m2 was translocated to the roots and 0.83 gS/m2 to the litter. The roots took in 1.05 gS/m2 from the soil, subsequent translocation back to the soil accounted for 1.31 gS/m2, while there was 1.84 gS/m2 in the litter and the net transfer of sulfur to the soil was more than 0.44 gS/(m2·a). The emission of H2S from the typical meadow C. angustifolia wetland ecosystem to the atmosphere was 1.83 mgS/(m2·a), while carbonyl sulfide (COS) was absorbed by the typical meadow C. angustifolia wetland ecosystem from the atmosphere at the rate of 1.76 mgS/(m2·a). The input of sulfur by the rainfall to the ecosystem was 4.85 mgS/m2 during the growing season. The difference between input and output was 4.78 mgS/m2, which indicated that sulfur was accumulated in the ecosystem and may cause wetland acidify in the future.     

Nitrogen cycling of atmosphere-plant-soft system in the typical Calamagrostis angustifolia wetland in the Sanjiang Plain,Northeast China

The nitrogen(N)distribution and cycling of atmosphere-plant-soil system in the typical meadow Calamagrostis angustifolia wetland (TMCW)and marsh meadow Calamagrostis angustifolia wetland(MMCW)in the Sanjiang plain were studied by a compartment model.The results showed that the N wet deposition amount was 0.757 gN/(m~2.a),and total inorganic N(TIN)was the main body (0.640 gN/(m~2.a)).The ammonia volatilization amounts of TMCW and MMCW soils in growing season were 0.635 and 0.687 gN/m~2, and the denitrification gaseous lost amounts were 0.617 and 0.405 gN/m~2,respectively.In plant subsystem,the N was mainly stored in root and litter.Soil organic N was the main N storage of the two plant-soil systems and the proportions of it were 93.98% and 92.16%, respectively.The calculation results of N turnovers among compartments of TMCW and MMCW showed that the uptake amounts of root were 23.02 and 28.18 gN/(m~2.a)and the values of aboveground were 11.31 and 6.08 gN/(m~2.a),the re-translocation amounts from aboveground to root were 5.96 and 2.70 gN/(m~2.a),the translocation amounts from aboveground living body to litter were 5.35 and 3.38 gN/(m~2.a),the translocation amounts from litter to soil were larger than 1.55 and 3.01 gN/(m~2.a),the translocation amounts from root to soil were 14.90 and 13.17 gN/(m~2.a),and the soil(0-15 cm)N net mineralization amounts were 1.94 and 0.55 gN/(m~2.a), respectively.The study of N balance indicated that the two plant-soil systems might be situated in the status of lacking N,and the status might induce the degradation of C.angustifolia wetland.     

Nitrogen cycling of atmosphere-plant-soil system in the typical Calamagrostis angustifolia wetland in the Sanjiang Plain, Northeast China

The nitrogen (N) distribution and cycling of atmosphere-plant-soil system in the typical meadow Calamagrostis angustifolia wetland (TMCW) and marsh meadow Calamagrostis angustifolia wetland (MMCW) in the Sanjiang plain were studied by a compartment model. The results showed that the N wet deposition amount was 0.757 gN/(m2·a), and total inorganic N (TIN) was the main body (0.640 gN/(m2·a)). The ammonia volatilization amounts of TMCW and MMCW soils in growing season were 0.635 and 0.687 gN/m2, and the denitrification gaseous lost amounts were 0.617 and 0.405 gN/m2, respectively. In plant subsystem, the N was mainly stored in root and litter. Soil organic N was the main N storage of the two plant-soil systems and the proportions of it were 93.98% and 92.16%, respectively. The calculation results of N turnovers among compartments of TMCW and MMCW showed that the uptake amounts of root were 23.02 and 28.18 gN/(m2·a) and the values of aboveground were 11.31 and 6.08 gN/(m2·a), the re-translocation amounts from aboveground to root were 5.96 and 2.70 gN/(m2·a), the translocation amounts from aboveground living body to litter were 5.35 and 3.38 gN/(m2·a), the translocation amounts from litter to soil were larger than 1.55 and 3.01 gN/(m2·a), the translocation amounts from root to soil were 14.90 and 13.17 gN/(m2·a), and the soil (0-15cm) N net mineralization amounts were 1.94 and 0.55 gN/(m2·a), respectively. The study of N balance indicated that the two plant-soil systems might be situated in the status of lacking N, and the status might induce the degradation of C. angustifolia wetland.     

应用PCR-DGGE分析三江湿地土壤真菌群落结构的多样性

采用PCR-DGGE技术,研究毛苔草湿地土壤、小叶章湿地土壤(氮肥施用量分别为0、20、40和60 kg/hm2)和岛状林湿地土壤在生长期(2010年7月和2011年6月)和凋落期(2010年10月)的真菌群落结构变化规律. 结果表明:湿地植物生长期和凋落期真菌群落结构差异显著;退化程度较高的岛状林湿地土壤真菌群落的多样性指数最高,2010年7月、10月和2011年6月多样性指数分别为3.22、3.25和3.21;在小叶章湿地土壤中添加氮肥20～40 kg/hm2,2010年7月、10月和2011年6月湿地土壤真菌群落的多样性指数分别升至0.27、0.15和0.05. 对湿地土壤真菌18S rDNA基因测序分析可知,三江湿地土壤真菌类群主要包括外囊菌纲(Taphrinomycetes)、座囊菌纲(Dothideomycetes)和锤舌菌纲(Leotiomycetes),其中锤舌菌纲是该湿地主要的土壤真菌类群.      

三江平原湿地开垦对土壤微生物群落结构的影响

过度开垦会导致湿地生态系统的快速退化,湿地土壤微生物能够敏感地反映湿地土壤质量及湿地生态系统功能的演变.为研究土地利用变化对湿地微生物群落结构的影响,以黑龙江抚远三江湿地保护区为研究对象,采集其中的原始泥炭湿地、开垦后改种豆科植物及水稻的3种湿地土壤.采用基于细菌16S rRNA基因的高通量测序技术研究上述土壤细菌的群落结构,并探讨其与土壤环境因子间的关系.结果表明,不同土地利用方式湿地土壤中的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)及酸杆菌门(Acidobacteria),但土地利用方式明显改变了湿地土壤细菌属的组成.改种豆科植物土壤中Blastocatella、Coxiella、Rickettsia丰度较高,水稻田土中Massilia、Nitrosomonas、Bradyrhizobium聚集较多,而泥炭湿地中含较高丰度的Rhizomicrobium、Arthrobacter、Bacillus.结合Chao值与Shannon指数,水稻田土微生物多样性高于改种豆科植物土壤及泥炭湿地土壤,而后两种土壤细菌群落多样性则未见明显差异.相关性分析表明,土壤p H及含水率是影响微生物群落组成的重要驱动因子,说明湿地土壤开垦后改变了土壤p H、含水率及土壤养分,从而对微生物群落结构产生影响.     

鄱阳湖湿地细菌群落多样性和可培养细菌功能基因丰度

鄱阳湖湿地中蕴含着丰富的微生物资源,参与并维持着湿地生态系统的物质循环和稳定.为探明鄱阳湖湿地土壤细菌分布规律,分析可培养细菌群落结构和功能特征,采用Illumina MiSeq高通量测序技术分析了鄱阳湖湿地土壤全部细菌（AW）和湿地外围周边土壤全部细菌（AS）群落结构多样性特征;又结合可培养方法和qPCR功能基因芯片技术,分析了湿地可培养细菌（CW）和湿地外围周边土壤可培养细菌（CS）功能基因丰度差异.研究发现鄱阳湖湿地土壤细菌多样性低于湿地外围周边土壤细菌,变形菌门和酸杆菌门是两种土壤环境中共有的细菌优势菌门,放线菌门、厚壁菌门、绿弯菌门和热脱硫杆菌门也是存在于两种土壤中的主要菌门,但相对丰度均差异显著;网络分析显示湿地土壤较周边土壤细菌网络结构更简单.采用可培养方法获得的不同采样点土壤细菌群落多样性差异不明显.但湿地土壤可培养细菌功能基因的拷贝数高于周边土壤,其中参与氮循环的UreC基因和参与碳固定的acsE基因在两种土壤可培养细菌中相对丰度较高.研究结果可为深入挖掘调控、维持湿地土壤养分循环和促进鄱阳湖湿地生态系统功能稳定性的潜在有益微生物提供理论依据.     

三江平原湿地的生态保护与修复

三江平原是中国最大的平原沼泽分布区,从二十世纪七十年代中后期国家开始对三江平原进行多次大规模的开垦,这些开垦基本上是天然湿地,从而导致了土地退化和生态环境恶化,使湿地的面积不但减少,其功能不断退化,引起一系列生态环境问题。因此,积极采取措施保护现有的湿地,开展受损湿地的生态恢复,战缓和消除导致温地退化因素的影响,实现三江平原湿地资源的可持续利用、人与自然和谐相处,是湿地生态保护和修复的目标。     

三江平原保护区社区居民对湿地生态系统服务功能的贡献意愿

为了解社区对维持保护区湿地生态系统服务功能的贡献意愿,研究选取三江平原5个湿地自然保护区及其社区,依据条件价值评估法设计双边界二分式问卷,进行实地走访调查,从居民社会经济背景等方面探讨影响贡献意愿的因素、居民支付意愿（WTP）和劳动意愿（WTW）的差异。结果表明：1）居民对湿地生态系统服务的劳动意愿（73.57%）高于支付意愿（55.65%）,居民的抗议支付率随WTP和WTW投标值增加呈上升趋势,人均WTP为387.25±7.08元/a,WTW为31.40±0.39 h/月;2）月收入水平较高及对支付金钱有较高接受程度的受访居民,其WTP相对较高;加入环保类协会、对付出劳动的接受程度较高、受教育程度较高及男性的受访居民,则有较高的WTW;3）49.46%的居民愿意同时贡献金钱与劳动,远高于其他贡献意愿类型。建议在保护区的资源保护与管理实践中鼓励社区参与,充分发挥社区居民乐于提供志愿服务时间的贡献意愿。