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会仙岩溶湿地是我国最大的天然岩溶湿地,近年来由于受到人为活动干扰的影响,地下水氮污染及土壤退化较为严重。自养固碳微生物是湿地系统固碳过程及元素循环的主要驱动者,研究会仙岩溶湿地自养固碳微生物的群落特征对其固碳以及岩溶湿地的保护与修复具有重要意义。本研究利用qPCR和高通量测序技术比较研究了不同氮素水平下岩溶地下水中以及三种状态岩溶湿地(原生湿地、自然退化湿地和人为垦殖湿地农田)土壤中卡尔文循环功能基因cbbL、cbbM的丰度和固碳微生物群落特征,探讨氮素水平对岩溶地下水中固碳微生物群落的影响,剖析自然退化和人为干扰状态下会仙岩溶湿地固碳微生物群落特征及其与土壤有机碳组分和其它环境因子的关系。获得的主要结果如下:
(1)在会仙岩溶湿地土壤及地下水中均存在一定数量的含cbbL和cbbM基因的固碳菌群,在地下水中cbbM基因丰度高于cbbL,而在土壤中cbbL基因丰度高于cbbM;固碳菌群结构均以变形菌门中的α-、β-和γ-Proteobacteria为主,其中包含一些除利用卡尔文循环固碳外还参与湿地系统中氮硫循环的优势菌属。
(2)在会仙岩溶地下水中,cbbL和cbbM固碳基因丰度与固碳菌群丰度及多样性受到无机氮的显著影响,氮素流入造成地下水中固碳菌群数量升高但多样性降低;自养反硝化相关菌属(Nitrosospira和Thiobacillus)在高氮素水平的会仙岩溶地下水中富集,可能参与水体无机氮的去除;此外,地下水中的固碳菌群结构还受到DOC、DIC和温度等环境因子的显著影响。
(3)在会仙岩溶湿地土壤中,原生湿地、自然退化湿地和垦后湿地等三种状态湿地土壤中的固碳菌群结构基本相似,但部分优势菌属的相对丰度存在显著差异。不同状态会仙岩溶湿地土壤的理化性质差异显著改变了固碳菌群结构,土壤有机碳组分(SOC、DOC、MBC、ROC)和温度是主要影响因子。
综上所述,人为活动(如湿地开垦、氮肥施用等)造成的湿地环境因子变化显著改变了会仙岩溶湿地土壤及地下水中的自养固碳菌群特征。本文结果对于全面认识微生物在岩溶湿地固碳及元素循环中的作用具有一定的科学意义,并为岩溶湿地的保护与修复提供了科学依据。
(1)在会仙岩溶湿地土壤及地下水中均存在一定数量的含cbbL和cbbM基因的固碳菌群,在地下水中cbbM基因丰度高于cbbL,而在土壤中cbbL基因丰度高于cbbM;固碳菌群结构均以变形菌门中的α-、β-和γ-Proteobacteria为主,其中包含一些除利用卡尔文循环固碳外还参与湿地系统中氮硫循环的优势菌属。
(2)在会仙岩溶地下水中,cbbL和cbbM固碳基因丰度与固碳菌群丰度及多样性受到无机氮的显著影响,氮素流入造成地下水中固碳菌群数量升高但多样性降低;自养反硝化相关菌属(Nitrosospira和Thiobacillus)在高氮素水平的会仙岩溶地下水中富集,可能参与水体无机氮的去除;此外,地下水中的固碳菌群结构还受到DOC、DIC和温度等环境因子的显著影响。
(3)在会仙岩溶湿地土壤中,原生湿地、自然退化湿地和垦后湿地等三种状态湿地土壤中的固碳菌群结构基本相似,但部分优势菌属的相对丰度存在显著差异。不同状态会仙岩溶湿地土壤的理化性质差异显著改变了固碳菌群结构,土壤有机碳组分(SOC、DOC、MBC、ROC)和温度是主要影响因子。
综上所述,人为活动(如湿地开垦、氮肥施用等)造成的湿地环境因子变化显著改变了会仙岩溶湿地土壤及地下水中的自养固碳菌群特征。本文结果对于全面认识微生物在岩溶湿地固碳及元素循环中的作用具有一定的科学意义,并为岩溶湿地的保护与修复提供了科学依据。