三峡库区童庄河消落带沿水淹梯度土壤微生物群落结构和代谢多样性特征

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三峡大坝水位调控导致其周围土地周期性淹水-落干,形成的消落带成为库区生物地球化学循环的热域。由于水位波动引起的重力侵蚀、水浪及其雨水的冲刷,使得消落带区域的土壤理化性质发生重大变化,可能影响土壤微生物群落结构和功能。土壤生态系统中微生物是生物地球化学循环的关键驱动者,在维护土壤生态系统中物质转化和能量循环中发挥着不可替代的作用,然而,三峡库区消落带不同水淹梯度土壤微生物群落结构和功能多样性的变化切鲜有报道。研究三峡库区消落带土壤微生物群落结构及功能对不同水位梯度如何响应,揭示土壤微生物群落结构和功能是否随着不同水淹梯度而发生变化,对于指示土壤环境质量的变化具有重要意义。因而,本研究选取了三峡库区消落带重要支流——童庄河消落带0-20 cm的土壤为研究对象。根据不同水淹梯度选择水淹持续时间较长的145-155 m(LI)、水淹持续时间中等的155-165 m(MI)、水淹持续时间较短的165-175 m(SI)为试验区和海拔175 m以上(NI)的一个相邻的从未被淹没的土壤作为对照。通过磷脂脂肪酸(PLFA)技术,研究了不同样地土壤微生物群落结构的变化;应用Biolog微平板技术,研究不同水淹梯度下土壤微生物群落功能多样性的差异,采用冗余分析研究土壤微生物群落结构和功能多样性与土壤理化性质之间的关系,揭示童庄河消落带土壤微生物群落结构和功能多样性变化的关键驱动因子。结果如下:1、水淹持续时间中等和水淹持续时间较短区域土壤微生物群落丰富,对碳源利用较强。2、库区消落带水淹持续时间较短区域土壤微生物活性较高,消落带区域土壤微生物活性随水淹时间的延长而呈现下降的趋势。3、库区消落带土壤微生物群落以细菌为优势种,总体表现为细菌>放线菌>真菌>原生生物;土壤微生物群落总PFLA含量、放线菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和总细菌生物量的变化为MI>NI>SI>LI;土壤优势PLFA有6:0 10-methy、18:0 10-methyl、16:1ω7、18:1ω7c、15:0 iso、15:0 anteiso、16:0 iso、18:1ω9c和16:1ω5c。4、库区消落带土壤微生物主要利用碳源为糖类(D-半乳糖酸-γ-内酯、D-木糖、i-赤藻糖醇、D-甘露醇、N-乙酰基-D-葡萄胺、D-葡萄胺酸、D-纤维二糖、葡萄糖-1-磷酸盐、α-D-乳糖)。5、水淹梯度、有机碳、全氮、全磷和含水量与革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌、原生生物、放线菌呈正相关性,而p H值与这些土壤微生物呈现负相关性。土壤有机碳和p H值可能是三峡库区消落带影响土壤微生物群落结构的驱动因子。土壤水淹持续时间和p H值可能是三峡库区消落带影响土壤微生物群落功能多样性的驱动因子。6、土壤有机碳与糖类碳源显著正相关,土壤p H值与糖类碳源、羧酸类碳源、氨基酸类碳源、酚酸类碳源均呈负相关关系,糖类和羧酸类均与革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、总细菌、真菌、原生生物和AM真菌均存在正相关,胺类和聚合物类均与7种土壤微生物群落结构呈正相关,而酚酸类与7种土壤微生物群落结构无相关性。终上所述,土壤水淹持续时间的长短改变了土壤理化环境、微生物群落结构和组成,消落带水淹持续时间中等和较短区域的土壤有利于微生物生长代谢,土壤水淹时间越长显著降低了碳源代谢能力。揭示消落带水位变化对土壤微生物群落结构和代谢多样性的影响机理以期为三峡库区消落带的保护与改善提供科学的理论依据。
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