论文部分内容阅读
围垦是导致湿地土壤资源减少的主要原因之一，直接影响着湿地的土壤质量和微生物多样性。团聚体是土壤结构的基本组成单位，可以用来表征土壤稳定性与肥力的好坏，是导致土壤中微生物生存环境不同的直接原因，进而影响土壤中发生的养分循环与能量流动。但目前对于湿地围垦后土壤团聚体中微生物群落结构和功能的研究还比较缺乏。因此，我们选取了鄱阳湖湿地围垦种植单季水稻60年、100年、125年以及150年的水稻田为研究对象，以未受干扰的自然湿地为对照，探讨土壤不同团聚体(＞5mm、2-5mm、0.25-2mm和＜0.25mm)和散土(bulk soil)中微生物群落结构和功能的演变规律。并且比较了湿地围垦60年区域内单季/双季两种水稻种植模式下微生物群落结构和功能的变化特征。我们的研究可以为鄱阳湖湿地土壤的合理开发和利用提供科学依据。主要结果如下：
(一)微生物群落结构和功能对湿地长期围垦种植年限的响应
(1)围垦显著改变了湿地土壤团聚体的稳定性和结构，随着围垦后水稻种植年限的延长，土壤团聚体稳定性下降。土壤结构随着长期围垦会出现土壤颗粒细化的现象，表现为＞5mm粒径团聚体含量的降低以及＜0.25mm粒径团聚体含量在种植水稻100年后的显著提高。土壤有机碳、总氮等有机胶结剂物质含量的变化是导致土壤团聚体稳定性改变的主要原因。
(2)团聚体及散土中的细菌群落结构和组成受到围垦及种植年限的不同影响，其中＞5mm粒径团聚体中细菌群落结构不受围垦影响，而＜5mm的三种粒径团聚体和散土中的细菌群落结构随种植年限延长显著改变。导致的差异细菌主要属于Proteobacteria、Chloroflexi、Acidobacteria和Nitrospirae门。且＞5mm粒径团聚体中差异细菌数目明显小于＜5mm的3个粒径团聚体中的。不同粒径团聚体和散土中的真菌群落结构对围垦及种植年限的响应一致，表现为水稻田显著不同于湿地，而随着水稻种植年限的延长无明显变化，造成水稻田和自然湿地真菌群落结构不同的物种主要属于Ascomycota门。此外＞5mm和2-5mm粒径团聚体中的差异真菌数量显著低于0.25-2mm和＜0.25mm粒径团聚体。
(3)土壤不同粒径团聚体和散土中微生物功能活性随着长期围垦发生了改变。当受到长期围垦的作用时，土壤＜0.25mm和0.25-2mm粒径团聚体中微生物功能的变化主要是细菌群落在发挥作用，而＞5mm和2-5mm粒径团聚体中微生物功能活性主要受到真菌群落的显著影响。
(二)微生物群落结构和功能对单季/双季水稻种植模式的响应
(1)不同种植模式显著改变了土壤团聚体的稳定性和结构，双季水稻土壤团聚体稳定性显著高于单季水稻。与单季水稻种植相比，双季水稻种植显著提高了土壤中＞5mm粒径团聚体的含量，但降低了2-5mm和＜0.25mm粒径团聚体的含量。表明双季水稻种植模式下土壤的团聚作用要强于单季水稻种植模式。
(2)土壤团聚体及散土中细菌和真菌群落的alpha多样性对不同水稻种植模式的响应一致，表现为在双季种植显著高于单季种植。此外在不同粒径团聚体和散土中，细菌和真菌群落结构和组成都受到水稻种植模式的显著影响，而且细菌群落结构对种植模式的变化更敏感。不论是团聚体还是散土中，双季种植模式中Alphaproteobacteria纲的相对丰度显著高于单季种植；而受种植模式影响的真菌在不同粒径团聚体中表现不一，＞5mm粒径团聚体中差异真菌主要属于Basidiomycota门，而＜5mm粒径三种团聚体和散土中的差异真菌主要属于Glomeromycota和Ascomycota门。此外在两种模式下，＞5mm粒径团聚体中的差异细菌和真菌数量明显少于＜5mm粒径团聚体以及散土，说明＜5mm粒径团聚体中的微生物群落对种植模式的改变更敏感，土壤中微生物的改变可能主要与＜5mm粒径团聚体有关。
(3)双季种植模式下土壤团聚体和散土中微生物生物量碳和氮含量、有关碳氮磷循环酶的活性、土壤潜在硝化势与有机碳矿化速率整体上要高于单季水稻种植模式。当水稻种植模式发生改变时，土壤不同粒径团聚体中微生物功能的变化对细菌和真菌群落的响应不同，＞5mm和2-5mm粒径团聚体中微生物功能的改变主要受到真菌群落的显著影响，而0.25-2mm和＜0.25mm粒径团聚体中则主要是细菌群落起到了调节微生物功能的作用。
综上所述，鄱阳湖湿地围垦后长期种植水稻、以及单季/双季种植模式均显著改变了土壤团聚体结构和稳定性，且不同粒径团聚体中的细菌和真菌群落结构发生了相应的变化，进而影响了与养分循环和能量流动相关的微生物功能。本研究从不同层面(土壤团聚体/散土)、微生物的不同属性(群落结构/功能)来阐述湿地围垦农业应用后土壤的变化情况，加深了对土壤生态系统的认识，为鄱阳湖湿地的可持续发展提供了科学依据。
(一)微生物群落结构和功能对湿地长期围垦种植年限的响应
(1)围垦显著改变了湿地土壤团聚体的稳定性和结构，随着围垦后水稻种植年限的延长，土壤团聚体稳定性下降。土壤结构随着长期围垦会出现土壤颗粒细化的现象，表现为＞5mm粒径团聚体含量的降低以及＜0.25mm粒径团聚体含量在种植水稻100年后的显著提高。土壤有机碳、总氮等有机胶结剂物质含量的变化是导致土壤团聚体稳定性改变的主要原因。
(2)团聚体及散土中的细菌群落结构和组成受到围垦及种植年限的不同影响，其中＞5mm粒径团聚体中细菌群落结构不受围垦影响，而＜5mm的三种粒径团聚体和散土中的细菌群落结构随种植年限延长显著改变。导致的差异细菌主要属于Proteobacteria、Chloroflexi、Acidobacteria和Nitrospirae门。且＞5mm粒径团聚体中差异细菌数目明显小于＜5mm的3个粒径团聚体中的。不同粒径团聚体和散土中的真菌群落结构对围垦及种植年限的响应一致，表现为水稻田显著不同于湿地，而随着水稻种植年限的延长无明显变化，造成水稻田和自然湿地真菌群落结构不同的物种主要属于Ascomycota门。此外＞5mm和2-5mm粒径团聚体中的差异真菌数量显著低于0.25-2mm和＜0.25mm粒径团聚体。
(3)土壤不同粒径团聚体和散土中微生物功能活性随着长期围垦发生了改变。当受到长期围垦的作用时，土壤＜0.25mm和0.25-2mm粒径团聚体中微生物功能的变化主要是细菌群落在发挥作用，而＞5mm和2-5mm粒径团聚体中微生物功能活性主要受到真菌群落的显著影响。
(二)微生物群落结构和功能对单季/双季水稻种植模式的响应
(1)不同种植模式显著改变了土壤团聚体的稳定性和结构，双季水稻土壤团聚体稳定性显著高于单季水稻。与单季水稻种植相比，双季水稻种植显著提高了土壤中＞5mm粒径团聚体的含量，但降低了2-5mm和＜0.25mm粒径团聚体的含量。表明双季水稻种植模式下土壤的团聚作用要强于单季水稻种植模式。
(2)土壤团聚体及散土中细菌和真菌群落的alpha多样性对不同水稻种植模式的响应一致，表现为在双季种植显著高于单季种植。此外在不同粒径团聚体和散土中，细菌和真菌群落结构和组成都受到水稻种植模式的显著影响，而且细菌群落结构对种植模式的变化更敏感。不论是团聚体还是散土中，双季种植模式中Alphaproteobacteria纲的相对丰度显著高于单季种植；而受种植模式影响的真菌在不同粒径团聚体中表现不一，＞5mm粒径团聚体中差异真菌主要属于Basidiomycota门，而＜5mm粒径三种团聚体和散土中的差异真菌主要属于Glomeromycota和Ascomycota门。此外在两种模式下，＞5mm粒径团聚体中的差异细菌和真菌数量明显少于＜5mm粒径团聚体以及散土，说明＜5mm粒径团聚体中的微生物群落对种植模式的改变更敏感，土壤中微生物的改变可能主要与＜5mm粒径团聚体有关。
(3)双季种植模式下土壤团聚体和散土中微生物生物量碳和氮含量、有关碳氮磷循环酶的活性、土壤潜在硝化势与有机碳矿化速率整体上要高于单季水稻种植模式。当水稻种植模式发生改变时，土壤不同粒径团聚体中微生物功能的变化对细菌和真菌群落的响应不同，＞5mm和2-5mm粒径团聚体中微生物功能的改变主要受到真菌群落的显著影响，而0.25-2mm和＜0.25mm粒径团聚体中则主要是细菌群落起到了调节微生物功能的作用。
综上所述，鄱阳湖湿地围垦后长期种植水稻、以及单季/双季种植模式均显著改变了土壤团聚体结构和稳定性，且不同粒径团聚体中的细菌和真菌群落结构发生了相应的变化，进而影响了与养分循环和能量流动相关的微生物功能。本研究从不同层面(土壤团聚体/散土)、微生物的不同属性(群落结构/功能)来阐述湿地围垦农业应用后土壤的变化情况，加深了对土壤生态系统的认识，为鄱阳湖湿地的可持续发展提供了科学依据。