小兴安岭天然森林湿地土壤微生物群落特征及其对温室气体（CO2、CH4）排放的影响

Forested wetlands are the interface between terrestrial ecosystems and aquatic ecosystems, where have both function of the wetland and forest, and also has unique features on habitats. Xiaoxing'an mountain is the main distribution area of forested wetlands in China, playing an extremely important role in maintenance of ecosystem stability. In this study, the natural forested wetland located in Wuyiling forestry bureau of the Xiaoxing’an mountain will be selected as the research object. Based on the early researches about the succession regularity, community structure, diversity, productivity of the forested wetland and so on, soil microbial community characteristics from different types of the forested wetland will be studied using high throughout sequencing to analyze the distribution of soil bacteria and fungi at different time and soil layers. Furthermore, the community diversity and dynamical changes of the soil functional microbes in the metabolism of methane and carbon dioxide will be quantitatively analyzed to study the correlation between the functional microbial communities and greenhouse gas (CO2 and CH4) flux. To reveal the soil microbial carbon metabolism ability of different forested wetlands, combining the soil physical and chemical index determination, the spatial heterogeneity of the functional microbes will be investigated and evaluated comprehensively. The purpose is to provide technical support for the the ecological system evaluation and recovery of this region as well as the other forested wetland in the country.

森林湿地是陆地生态系统和水生生态系统之间的交界面，具有湿地和森林的功能，在生境上具有独特性。小兴安岭是我国森林湿地的主要分布区，在维系生态系统稳定性方面起到了极为重要作用。本项目是在前期有关森林湿地演替规律、群落结构、多样性、生产力等研究的基础上，以小兴安岭林区的乌伊岭林业局的天然森林湿地为研究对象，从土壤微生物群落特征研究入手，利用高通量测序技术分析不同森林湿地类型，以及不同时期、不同土层土壤细菌和真菌的分布特征。同时，探讨土壤甲烷和二氧化碳代谢功能微生物的群落多样性及动态变化，并通过对功能群落的定量分析阐明其与温室气体（CO2、CH4）释放通量之间的相关性，阐明小兴安岭天然森林湿地的土壤微生物碳代谢特征，结合土壤理化指标，综合评价甲烷和二氧化碳代谢微生物群落的空间异质性，为该地区乃至全国的森林湿地生态系统的评价及恢复提供技术支持。

环境的变化和人口增长等原因已造成了世界范围内森林湿地面积的锐减，森林湿地的改变与丧失对生境和水质产生了严重的负面影响，系统内能量和物质流动的中断或不畅，削弱了生态系统自我调控能力，降低了生态系统的稳定性和有序性。本项目以小兴安岭的乌伊岭自然保护区为研究对象，沿水环境梯度选取了四种典型的森林湿地，对不同时期土壤微生物群落结构以及养分特征等方面开展研究，阐明土壤微生物群落多样性及分布与土壤理化因子之间的相关性；通过对不同时期土壤中产甲烷菌功能群落的研究，预测森林湿地生态系统中温室气体排放的可能。研究发现：⑴不同森林湿地土壤微生物磷脂脂肪酸的种类和总量沿水环境梯度递增，细菌、真菌PLFA含量变化趋势与PLFA总量一致。土壤生境的变化引起了微生物群落结构的改变，但优势种群不变。其中，白桦-落叶松和油桦湿地土壤微生物的Shannon-Wiener指数、Simpson指数较高。⑵四种森林湿地土壤微生物碳代谢活性随季节变化基本表现为休眠期偏低，萌发期或生长期升高，凋落期有所下降。多样性指数的变化趋势与AWCD值相似。糖类、羧酸和氨基酸是森林湿地土壤微生物利用的优势碳源。⑶不同类型森林湿地共检测到3种已知纲，分别为甲烷杆菌纲、甲烷微菌纲以及热原体纲且均属于广古菌门。甲烷杆菌属（Methanobacterium）为各湿地中的优势菌属，本研究中已知的类群均为甲烷代谢相关菌群。白桦-落叶松湿地土壤中有分类地位的属所占相对丰富度在生长期低于毛赤杨和油桦湿地，而在休眠期略高于二者。⑷森林湿地土壤理化指标随季节发生明显改变。不同森林湿地间土壤理化指标差异达到显著水平，随水环境梯度具有明显的变化。土壤酶活性受季节影响较大，多酚氧化酶峰值发生在休眠期，其他土壤酶活性峰值主要发生在萌发期或生长期。以上研究成果对揭示森林湿地中功能微生物群落的结构、分布规律和功能特点，提高对该生境下土壤微生物碳代谢的认识具有理论和实际指导意义。