会仙岩溶湿地中驱动土壤有机碳变化的微生物群落研究

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湿地土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)的动态变化不仅在陆地生态系统碳循环与土壤固碳以及全球气候变化研究中成为热点问题之一,而且在陆地生态系统退化/恢复研究中亦备受关注。桂林会仙岩溶湿地是中国乃至全球目前已知的中低纬度、低海拔岩溶地区规模最大的天然湿地,近年来,因受人为活动的影响,土壤退化日益严重。弄清自然退化和人为干扰状态下岩溶湿地SOC动态变化及驱动SOC变化的微生物群落对于发展岩溶湿地生态保护策略具有重要意义。本文选取桂林会仙原生湿地、自然退化湿地和人为垦殖稻田湿地等三种状态的岩溶湿地土壤,综合利用16S/ITS2高通量测序技术和稳定同位素探针技术,比较研究了会仙原生、自然退化及人为干扰三种状态岩溶湿地土壤中微生物群落组成和丰度、土壤酶活性与土壤有机碳(SOC)及其组分的时空变化特征,剖析了与有机碳组分变化密切相关的土壤微生物类群和土壤酶,初步揭示了在会仙岩溶湿地土壤固碳中参与无机碳固定为SOC过程中可能真正发挥作用的活性微生物类群。获得的主要结果如下:(1)会仙不同状态岩溶湿地的土壤有机碳组分、相关理化性质及土壤酶活性特征受自然退化或人为干扰的影响会出现明显差异,且其特征因季节而不同。SOC、易氧化有机碳(EOC)、微生物量碳(MBC)及颗粒有机碳(POC)在秋季的含量显著高于其它三个季节(P<0.05);原生、退化和垦后三种状态岩溶湿地土壤的有机碳组分以及土壤水分含量(SWC)的垂直分布特征均为随土壤深度的增加而降低。土壤碳酸酐酶和纤维素酶活性在不同状态岩溶湿地土壤之间具有显著差异(P<0.05)。(2)不同状态会仙岩溶湿地土壤微生物群落的物种组成相似,但部分优势物种的相对丰度存在明显差异。对于原核微生物群落,脱硫杆菌门(Desulfobacterota)为垦后湿地的指示物种,在夏秋季节硝化螺旋菌属(Nitrospira)、Nitrospiraceae(科)、亚硝化单胞菌科(Nitrosomonadaceae)等硝化细菌以及Nitrosopumilaceae菌科在退化湿地土壤中相对丰度较高。对于真菌群落,粪壳菌目(Sordariales)、圆孢霉属(Staphylotrichum)为原生湿地土壤的指示物种,散囊菌目(Eurotiales)和巨座壳科(Magnaporthaceae)为垦后湿地土壤的指示物种。(3)与会仙岩溶湿地土壤有机碳组分变化密切相关的土壤原核微生物类群主要有厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)、苔藓杆菌属(Bryobacter)、黄色土源菌属(Flavisolibacter)、芽单胞菌属(Gemmatimonas)、Haliangium等;土壤真菌类群主要有Clonostachys、镰刀菌属(Fusarium)、踝节菌属(Talaromyces)、Conlarium、韦斯特壳属(Westerdykella)、粪盘菌属(Ascobolus)、毛壳菌属(Chaetomium)、Polyschema、德巴利氏酵母属(Debaryomyces)以及曲霉菌属(Aspergillus)等。与岩溶湿地土壤有机碳组分变化密切相关的土壤酶有碳酸酐酶和蔗糖酶。(4)DNA-SIP结合16S rRNA高通量测序分析结果显示,会仙岩溶湿地土壤中参与利用无机碳的活性微生物类群与PLFA-SIP的分析结果一致,主要类群有热袍菌门(Thermotogae)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、互养菌门(Synergistetes)、变形菌门(Proteobacteria)、Rokubacteria菌门、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)以及芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)。上述结果为深入研究并发掘在岩溶湿地土壤固碳中发挥重要作用的微生物资源、以用于提升岩溶湿地土壤固碳能力、修复湿地退化土壤提供了理论依据。
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