鄱阳湖湿地土壤微生物群落结构、功能及对湖泊水位变化的响应

Soil microorganisms play important roles in the maintenance aspects of structural and functional integrity and the stability of wetland ecosystem, which have strong anti- interference ability. Research on the microbial composition and function and response to the soil environmental variance in the wetland has been the concern of wetland science. Facing the environmental issue of water-level fluctuation in the Poyang Lake, wetland of Poyang Lake becomes the research object. In this work, we want to reveal the response process of soil microbial community and function to the water-level fluctuation in the Poyang Lake wetland, through carrying on the investigation of microbial distribution and functional changes along water level gradient in situ monitoring and laboratory simulation studies using the methods of microbial ecology and molecular biology. Futhermore, we want to explore the mechanisms of microbial function response to the water -level changes through focusing on the microbial function groups to the nitrogen cycle. Our research work can enrich the study of microbial ecology of wetlands; Besides, can provide basic data to predict the water level changes under the conditions of the wetland ecosystem health trend.

微生物在维持湿地生态系统结构和功能完整性、系统稳定性和抗干扰能力上发挥着不可替代的重要作用，其对环境变化的响应过程和响应机制一直受到湿地科学研究的关注。本研究以鄱阳湖湿地为研究对象，以近年来所面临的水位变化的环境问题为切入点，在鄱阳湖三种不同土壤沉积类型区内沿水位梯度选取样带，运用微生物生态学和分子生物学的方法，开展土壤微生物群落沿水位梯度的分布及其对不同水位条件的响应的原位监测和实验室模拟研究，阐明湿地土壤微生物群落结构和功能对水位变化的响应过程，并以氮循环相关微生物功能群为重点探讨土壤微生物功能对水位变化的响应机制。一方面可丰富有关湿地微生物生态学的研究；另一方面，可以为预测水位变化条件下湿地生态系统的健康走向提供基础数据。

在全球气候及环境改变加剧的大背景下，水循环的变化对土壤微生物介导的生物化学过程具有重要影响，水情的改变可能会影响到湿地生态系统的群落结构与功能，然而目前国内外对淡水湖泊湿地土壤微生物对水文情势的研究知之甚少。为揭示季节性、年际间水位极度变化下鄱阳湖湿地土壤性质和微生物群落结构、功能的响应策略，评估水文情势对湿地土壤及微生物系统的影响。本研究以鄱阳湖湿地为研究对象，以近年来所面临的水位极度变化的环境问题为切入点，在鄱阳湖不同土壤沉积类型区内沿水位梯度设置样带，对表层和深层（0-100cm）土壤进行研究，同时在沿水位梯度明显分布的典型植被带狗牙根Cynodon dactylon (Linn.) Pers、南荻Triarrhena lutarioriparia L. Liou、苔草Carex cinerascens Kukenth进行表层土壤为期三年的连续研究（按一年四个季节采集表层样品）、同时采用室内（微宇宙）实验摸索水位变化（干旱、维持湿润、淹水）、淹水深度等环境因素的改变如何影响湿地土壤微生物群落结构和功能变化等，最后通过与氮循环相关的AOA和AOB在湿地中的作用和分布，阐述鄱阳湖湿地土壤微生物参与的氮循环如何响应水情变化，及其在氮循环中的作用。得到了以下重要结论：（1）鄱阳湖湿地土壤微生物群落结构和功能均显著受到水位梯度变化的影响，与微生物群落相比，微生物碳源代谢活性相对受土壤环境变化较小，发现了确定性过程在微生物群落结构和功能组合中的促进作用。（2）通过三年的调查研究发现，微生物群落结构显著受到地上植被影响明显分为三簇，而地上植被的带状分布是水位高程分布所致，且沿着海拔高程的降低，样地OTU数呈现出逐渐增多的趋势；此外，细菌的多样性指数均随着高程的降低而增大。（3）鄱阳湖湿地土壤细菌群落结构、细菌丰富度和功能特性均随着深度表现出显著的差异。与深层土壤（20-100cm）相比，尽管表层土壤（0-20cm）微生物的功能更为活跃，细菌丰度高，但是深层土壤（甚至到100cm深度）仍然具有复杂的细菌群落组成和较高的代谢功能活性。我们的工作一方面可丰富有关湿地微生物生态学的研究；另一方面，可以为预测水位变化条件下湿地生态系统的健康走向提供基础数据。