濕地土壤微生物碳源代謝活性對不同水分條件的動態(tài)響應(yīng)①——以鄱陽湖為例

劉亞軍，蔡潤發(fā)，李赟璟，劉以珍，葛 剛，吳 蘭*

?

濕地土壤微生物碳源代謝活性對不同水分條件的動態(tài)響應(yīng)①——以鄱陽湖為例

劉亞軍1，蔡潤發(fā)1，李赟璟1，劉以珍1，葛 剛2，吳 蘭1*

(1 南昌大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，南昌 330031；2鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點實驗室，南昌 330031)

為深入了解濕地土壤微生物群落代謝特征對不同水分條件的響應(yīng)變化，本研究以鄱陽湖濕地表層土壤為研究材料，采用室內(nèi)控制試驗，運用Biolog 技術(shù)探討土壤微生物碳源代謝活性在不同水分條件(干燥、濕潤、淹水)下連續(xù)處理132 d的變化特征。結(jié)果表明：濕潤組土壤微生物代謝活性最高，其平均光密度值(AWCD)在處理的第72 天分別是淹水組和干燥組的1.34倍和3.95倍；同時土壤微生物對不同碳源類型的利用能力也發(fā)生了顯著的差異性變化，其中干燥組利用的主要碳源為多聚物類和碳水化合物類(占總碳源利用率的39.25% 和36.53%)，而淹水組對氨基酸類碳源有較高的利用能力(占總碳源利用率的36.33%)。土壤微生物碳源代謝特征在處理的第21天達到穩(wěn)定狀態(tài)，而土壤理化性質(zhì)和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)在處理的第72天發(fā)生顯著變化，同時研究發(fā)現(xiàn)淹水條件升高了土壤pH和銨態(tài)氮含量，降低了微生物群落多樣性。由此可知，水分條件不僅會影響濕地土壤微生物總體碳源代謝活性強度，還會改變對不同碳源的相對利用能力，最終導(dǎo)致土壤環(huán)境發(fā)生改變。

濕地；土壤微生物；水分條件；碳源利用；功能多樣性

濕地是位于陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡性地帶，在氣候調(diào)節(jié)、水質(zhì)凈化以及生物多樣性保護等方面發(fā)揮著重要的作用[1]。近年來由于氣候變化和人為活動的影響，造成干旱、洪水等極端天氣的頻繁發(fā)生，加速了濕地的退化[2-3]，而影響土壤水分條件的水文過程是影響濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和退化的最主要因素之一。目前圍繞水分條件對濕地生態(tài)系統(tǒng)影響的研究大多集中在植物、候鳥和土壤性質(zhì)上[4-6]。土壤微生物作為生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，參與了土壤中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動，在調(diào)控生物地化循環(huán)以及維持生態(tài)功能等方面發(fā)揮著重大作用[7]。已有的研究大多關(guān)注了濕地土壤水分條件的改變對微生物群落結(jié)構(gòu)和組成的影響[8-9]，而有關(guān)土壤微生物活性的研究卻鮮見報道。

土壤微生物活性主要通過微生物碳源利用率、微生物生物量以及土壤酶活性等來表征，其中Biolog微孔板法是通過測定微生物對單一碳源的利用率來反映微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性，該技術(shù)因具有靈敏度高和分辨力強等優(yōu)點，而廣泛用于農(nóng)田、濕地和污泥等各種土壤微生物代謝活性的研究[10-11]。為此本文選擇鄱陽湖自然濕地土壤為研究材料，模擬不同的水分條件，采用Biolog微平板法分析微生物碳源代謝活性和土壤理化性質(zhì)的變化規(guī)律，以揭示微生物群落代謝特征對水分條件變化的響應(yīng)，為自然濕地的保護提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

供試土壤來自鄱陽湖自然保護區(qū)內(nèi)蚌湖(29°11′ ~ 29°18′ N, 115°55′ ~ 116°06′ E)的灰化苔草樣帶，土壤類型為草甸沼澤土(砂粒233 g/kg，粉粒462 g/kg，黏粒305 g/kg)，其初始基本性質(zhì)為：含水量393.1 g/kg，pH 5.07，有機碳14.12 g/kg，全氮1.39 g/kg，總磷0.19 g/kg。該植被樣帶在鄱陽湖濕地中分布最廣，是最典型的濕生植物群落，具有較長時間的洪水淹沒期(5—9月)[12]。沿植被帶設(shè)置3個相距50 m的采樣點收集0 ~ 30 cm土壤運回實驗室。

將采集的土樣過4目篩去除動植物殘體，混合均勻后分裝于9個長30 cm、寬20 cm、高20 cm的塑料盒內(nèi)，填土高度為19 cm，填土質(zhì)量約為11 kg。試驗設(shè)置3組處理分別為：①干燥組(ND)，不做任何水分處理；②濕潤組(KM)，定期澆水使土樣含水量長期保持約450 g/kg；③淹水組(FT)，將土盒放置在實驗水池中使得土樣淹沒于水下100 cm 處。每種處理設(shè)置3個平行重復(fù)。試驗土樣采集方法如下：在試驗的第1、7、21、72和132 天分別用直徑為5 cm的聚乙烯管采集0 ~ 15 cm深的樣品，每次采樣依次進行以避免采樣帶來的擾動。樣品采集后，一部分土樣自然風(fēng)干供土壤理化性質(zhì)分析；一部分保存在4℃用于土壤無機氮的測定和土壤微生物Biolog培養(yǎng)分析，一周內(nèi)進行測定。

1.2 測定方法

參照相關(guān)文獻對土壤理化性質(zhì)進行測定[13]。土壤碳源代謝特征的測定選用含有31 種碳源的生態(tài)板( Biolog-Eco)，在25℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)連續(xù)培養(yǎng)10 d，每隔12 h 在Biolog自動讀數(shù)裝置( MicroStation TM System，美國Biolog 公司)上對590 nm 處的吸光值(OD)進行讀數(shù)[14]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

對于Biolog數(shù)據(jù)，為去除本底干擾，將Eco 板上每個孔的讀數(shù)減去培養(yǎng)0 h 時的初始吸光值，并將負值全部歸0[15]；然后計算Eco 板孔中溶液吸光值平均顏色變化率(average well color development，AWCD) ，AWCD =∑(C-R)/31，式中：C為每個有菌液孔的吸光值，R為對照孔的吸光值。選用120 h(對數(shù)期)后的光密度值分析微生物群落功能多樣性，同時參照文獻[16]分別計算Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)()、Simpson指數(shù)()，并用OD590>0.15 的微孔數(shù)作為對應(yīng)樣品的細菌群落代謝豐富度()。

本研究數(shù)據(jù)差異性分析采用單因素方差分析方法和Tukey 多重比較法，利用SPSS20.0 軟件完成，主成分分析(PCA)由Canoco 5 軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤特征對水分條件變化的響應(yīng)

鄱陽湖濕地土壤在不同水分條件下其理化性質(zhì)表現(xiàn)出不同的變化趨勢(表1)。對于土壤營養(yǎng)參數(shù)而言，不同水分處理間的土壤總有機碳(TOC)、總氮(TN)、總磷(TP)的含量在處理的132 d內(nèi)未出現(xiàn)顯著的變化趨勢。然而在處理的第72 天，淹水組(FT)土壤的pH和NH4+-N含量出現(xiàn)了明顯的升高，顯著高于非淹水的干燥組(ND)和濕潤組(KM)，而KM土壤NO– 3-N含量也出現(xiàn)了明顯上升，顯著高于ND和FT組(<0.05)。

表1 不同水分條件下土壤理化因子的變化

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準誤；同列不同小寫字母表示同一時間不同處理同一指標間差異顯著(<0.05)，同行不同大寫字母表示同一處理不同時間同一指標間差異顯著(<0.05)；下同。

2.2 土壤微生物對碳源利用的動力學(xué)特征

AWCD反映了土壤微生物群落對碳源利用的總體情況，在功能代謝的水平上揭示微生物群落的多樣性。由圖1可知，隨著培養(yǎng)時間的延長，不同水分條件處理下的濕地土壤微生物AWCD值逐漸增大，表明不同水分條件及各處理時間下濕地土壤微生物均保持代謝活性；在培養(yǎng)36 h時，3組處理的AWCD值均小于0.2，土壤微生物對碳源的利用較低，培養(yǎng)36 ~ 120 h AWCD值迅速增大，微生物進入指數(shù)生長期，碳源被大量利用，120 h以后緩慢步入穩(wěn)定期，240 h時達到平衡。因此，下文有關(guān)微生物碳源利用的進一步分析，均選用微生物代謝活性旺盛的120 h時的 AWCD值計算獲得。

(圖例中ND-1d、KM-1d、FT-1d分別表示干燥組、濕潤組、淹水組處理第1天的土樣，其余以此類推；下同)

通過比較AWCD 值發(fā)現(xiàn)，對于維持濕潤的KM組，在整個處理過程中碳源代謝能力未發(fā)生顯著變化。對于ND和FT組，在處理的第7天，AWCD值均出現(xiàn)了顯著的降低(<0.05)，其中以干燥的ND組最為明顯，降幅達到了67.85%。且在處理第21天時，3組處理的AWCD 值出現(xiàn)了顯著差異(<0.05)，具體表現(xiàn)為KM>FT>ND；到處理的第72天時，濕潤KM組的AWCD值分別是ND和FT組的1.34倍和3.95倍。

2.3 不同水分條件下土壤微生物碳代謝圖譜主成分分析

對31種碳源的光吸收值進行主成分分析。由圖2可知，前兩個主成分的方差貢獻率達到了81.90%，解釋了土壤微生物功能代謝差異性的絕大部分。從圖2可以看出，濕地土壤在不同水分條件下處理的前7 d，碳源利用能力發(fā)生了顯著的分異變化。在處理的后期(21 ~ 132 d)，不同處理聚為3簇，其中ND組顯著不同于KM和FT組，位于PC1 軸正向的第一、四象限內(nèi)，KM組和FT組分別位于PC1 軸負向的第二和第三象限內(nèi)。

圖2 土壤微生物群落功能的主成分分析

初始載荷值反映了主成分與碳源利用的相關(guān)系數(shù)，載荷因子的高低能夠表征碳源對主成分貢獻的大小[17]。31種碳源在2個主成分上的載荷值見表2，從表2可以看出，與第一主成分PC1相關(guān)性較高(載荷絕對值>1)的碳源有9種，其中多聚物類1種、碳水化合物類2種、酚酸類1種、羧酸類2種、氨基酸類4種；而與PC2相關(guān)性較高的碳源僅有3種，其中氨基酸類2種、胺類1種。綜合與前兩個主成分相關(guān)性較高的碳源類型發(fā)現(xiàn)，使土壤微生物群落代謝特征產(chǎn)生分異的主要碳源是酚酸類、羧酸類、氨基酸類和胺類。

表2 31 種碳源的主成分載荷因子

2.4 不同水分條件下土壤微生物生理碳代謝圖譜

濕地土壤碳源代謝特征在處理的第72天達到了相對穩(wěn)定狀態(tài)，為進一步分析在不同水分條件下，31種碳源代謝能力的分異變化，選擇處理第72 天的AWCD值計算獲得Biolog 代謝指紋圖譜(圖3)。從圖3可以看出，KM組土壤代謝指紋圖譜中AWCD/3≥0.7的碳源有15種(聚合物類2種，碳水化合物類2種，酚酸類1種，羧酸類3種，氨基酸類4種，胺類1種)，占其總碳源利用的75.28%；FT組有12種(聚合物類2種，碳水化合物類2種，羧酸類3種，氨基酸類4種，胺類1種)，占其總碳源利用的84.98%；而ND組沒有任何一種碳源的AWCD/3≥0.7。值得注意的是，淹水的FT組相比于KM組，利用能力顯著降低的碳源有D3(4-羥基苯甲酸)、F3(衣康酸)。進一步分析表明，ND組利用的碳源以聚合物類和碳水化合物類為主，分別占總碳源利用率的39.25% 和36.53%；淹水FT組對氨基酸類碳源代謝能力相對較強，占其總碳源利用率的36.33%；而濕潤環(huán)境下的KM組對6類碳源均有較高的代謝能力。

2.5 土壤微生物群落多樣性指數(shù)變化

群落多樣性指數(shù)能夠反映土壤微生物群落碳源代謝情況，表征微生物群落物種組成和數(shù)量分布。多樣性指數(shù)分析表明(表3)，在處理的132 d內(nèi)，非淹水的ND組和KM組的Shannon-Wiener指數(shù)()和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)()均未發(fā)生顯著變化；而FT組的Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)在處理的第72 天均出現(xiàn)了顯著的下降(<0.05)，表明淹水條件顯著降低了濕地土壤微生物的多樣性。

(C1 ~ F1：聚合物類；G1 ~ A3：碳水化合物類；C3 ~ D3：酚酸類；B1 ~ H3：羧酸類；A4 ~ F4：氨基酸類；G1 ~ H4：胺類；AWCD值為ECO 板上3 次重復(fù)的平均值A(chǔ)WCD/3)

表3 土壤微生物群落多樣性指數(shù)

3 討論

水分條件是濕地生態(tài)系統(tǒng)中重要的生態(tài)因子，影響著濕地的物化環(huán)境和生態(tài)學(xué)功能，同時對濕地土壤微生物活性有較大的影響。本研究表明，濕地土壤在3個顯著不同的水分條件下，對底物碳源的利用強度差異顯著(圖1、圖2)，其中濕潤KM組最高，淹水的FT組次之，干燥ND組最低。牛佳等[18]在對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)特征的研究中發(fā)現(xiàn)，常年淹水土壤環(huán)境下的細菌磷脂脂肪酸比值顯著低于濕潤土壤。同時研究也發(fā)現(xiàn)土壤含水量的降低不僅會抑制土壤微生物的呼吸強度和脫氫酶活性，還會使得有關(guān)還原酶的基因豐度會顯著下降，對土壤活性產(chǎn)生不利影響[19-21]。本研究進一步表明濕潤的土壤環(huán)境更有利于保持濕地土壤微生物的活性，而干燥和淹水的土壤環(huán)境均在一定程度上抑制了土壤微生物的碳源代謝能力，且干燥比淹水更不利于微生物利用碳源物質(zhì)進行生長，表明維持一定的洲灘濕地尤為重要，而持續(xù)干旱對濕地保護威脅最為嚴重。

本研究中，土壤微生物在不同水分條件下利用的碳源類型出現(xiàn)了顯著的分異，其中酚酸類(4-羥基苯甲酸)、羧酸類(D-葡萄糖胺酸)、氨基酸類(D-半乳糖醛酸、L-天門冬酰胺、L-苯基丙氨酸、L-絲氨酸)和胺類(苯乙胺)碳源對水分條件的變化最為敏感，王苑[22]在對農(nóng)田的研究中也發(fā)現(xiàn)，環(huán)境的變化會顯著影響土壤微生物對這4類碳源的利用能力。而對于濕潤環(huán)境下的KM組，土壤微生物對6大類碳源均有較高的代謝活性，同時保持適當?shù)乃汁h(huán)境能夠顯著增加土壤凈硝化率，而土壤含水量過低以及淹水條件均不利于硝化作用發(fā)生[23]，最終使得濕潤環(huán)境下的KM組的土壤NO– 3-N含量顯著高于ND和FT組。

值得注意的是，土壤微生物在干燥或者淹水條件下，利用的主要碳源類型顯著不同。對于干燥缺水的土壤(ND組)來說，雖然總體的碳源代謝活性很低，但對聚合物類和碳水化合物類碳源依然保持有較高的利用能力。Sardans等[24]研究也發(fā)現(xiàn)，土壤在干燥的水分條件下，參與降解碳水化合物和多聚物類碳源的β-葡萄糖苷酶活性較高，而參與氮轉(zhuǎn)化的土壤蛋白酶活性較低。本研究中同時發(fā)現(xiàn)，ND組的礦態(tài)氮含量顯著低于保持濕潤的KM組和淹水的FT組，進一步表明干燥的土壤環(huán)境會抑制氮的轉(zhuǎn)化。

而對于淹水的FT組，土壤微生物對氨基酸類碳源表現(xiàn)出較高的利用能力，這可能是由于淹水形成的厭氧環(huán)境中使得土壤pH升高，從而增強了土壤微生物對氨基酸類碳源的利用能力[25]。同時蔡元鋒等[26]在對稻田土壤的研究中也發(fā)現(xiàn)，淹水環(huán)境下土壤微生物最為突出的代謝活動與蛋白的轉(zhuǎn)化有關(guān)。而淹水處理(FT)形成了較強的還原條件會抑制硝化微生物的活性，這可能是導(dǎo)致淹水條件下NH4+-N含量濃度不斷增加的原因[27]。值得注意的是，淹水處理下的FT組對部分單一碳源(4-羥基苯甲酸、衣康酸)的利用能力出現(xiàn)了顯著的降低，這為進一步研究碳源代謝的機理提供了參考依據(jù)。

水分條件的改變會顯著影響土壤物化循環(huán)和微生物活性[28-29]。本研究進一步研究發(fā)現(xiàn)，土壤碳源代謝活性在不同水分條件處理的第21天逐漸趨于穩(wěn)定，而土壤pH、NO– 3-N和NH4+-N在處理的第72天發(fā)生了顯著變化。表明土壤微生物碳源代謝特征先于土壤理化環(huán)境達到穩(wěn)定狀態(tài)。而在對土壤微生物功能多樣性的研究中卻發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)T組微生物群落多樣性指數(shù)降低發(fā)生在處理的第72天。表明土壤微生物能夠?qū)λ謼l件的改變迅速做出反應(yīng)，并會進一步對土壤物化反應(yīng)產(chǎn)生持續(xù)的影響[30]。反過來，土壤理化環(huán)境的改變又會進一步影響微生物群落結(jié)構(gòu)[31-32]。

本研究結(jié)果提示，濕地土壤所處的水分條件不僅會影響土壤微生物的總體碳源代謝活性，還會改變對不同碳源的利用能力，進而影響濕地生態(tài)系統(tǒng)的物化過程，改變土壤環(huán)境。

4 結(jié)論

1)水分條件的改變顯著影響濕地土壤微生物的碳源代謝能力，其中，濕潤條件下土壤微生物的碳源代謝能力最高，淹水條件次之，干燥條件下土壤微生物的碳源代謝能力最低。

2)土壤微生物的碳源代謝類型在不同水分條件下發(fā)生了顯著變化，在干燥的土壤環(huán)境中利用的主要碳源為多聚物和碳水化合物；在淹水條件下利用的主要碳源是氨基酸類，同時相對于濕潤的土壤環(huán)境，淹水條件下對部分碳源(4-羥基苯甲酸、衣康酸)的利用能力出現(xiàn)了急劇降低。

3)土壤環(huán)境與土壤微生物代謝活性相互影響。土壤微生物對不同碳源的利用能力在處理的第21天趨于穩(wěn)定，而土壤環(huán)境和微生物群落結(jié)構(gòu)在處理的第72天又發(fā)生顯著變化，最終使得在濕潤土壤環(huán)境下的NO– 3-N含量升高，淹水土壤環(huán)境下pH和NH4+-N含量出現(xiàn)顯著的升高。

[1] Costanza R, d′Arge R, De Groot R, et al. The value of the world's ecosystem services and natural capital[J]. Nature, 1997, 387(6630): 253–260

[2] 侯鵬, 申文明, 王橋, 等. 基于水文平衡的濕地退化驅(qū)動因子定量研究[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2014, 34(3): 660–666

[3] 章光新, 尹雄銳, 馮夏清. 濕地水文研究的若干熱點問題[J]. 濕地科學(xué), 2008, 6(2): 105–115

[4] 章光新. 水文情勢與鹽分變化對濕地植被的影響研究綜述[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2012, 32(13): 4254–4260

[5] 邵明勤, 蔣劍虹, 戴年華. 鄱陽湖非繁殖期水鳥的微生境利用及對水位的響應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2016, 35(10): 2759–2767

[6] 康義, 郭泉水, 程瑞梅, 等. 三峽庫區(qū)消落帶土壤物理性質(zhì)變化[J]. 林業(yè)科學(xué), 2010, 46(6): 1–5

[7] Fierer N, Jackson R B. The diversity and biogeography of soil bacterial communities[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2006, 103(3): 626–631

[8] Wu H, Zeng G, Liang J, et al. Effect of early dry season induced by the Three Gorges Dam on the soil microbial biomass and bacterial community structure in the Dongting Lake wetland[J]. Ecological Indicators, 2015, 53: 129–136

[9] Hollister E B, Engledow A S, Hammett A J M, et al. Shifts in microbial community structure along an ecological gradient of hypersaline soils and sediments[J]. The ISME Journal, 2010, 4(6): 829–838

[10] 鄭華, 歐陽志云, 方治國, 等. BIOLOG 在土壤微生物群落功能多樣性研究中的應(yīng)用[J]. 土壤學(xué)報, 2004, 41(3): 456–461

[11] 田雅楠, 王紅旗. Biolog 法在環(huán)境微生物功能多樣性研究中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2011, 34(3): 50–57

[12] 張全軍, 于秀波, 錢建鑫, 等. 鄱陽湖南磯濕地優(yōu)勢植物群落及土壤有機質(zhì)和營養(yǎng)元素分布特征[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2012, 32(12): 3656-3669

[13] 陳熙, 劉以珍, 李金前, 等. 稀土尾礦土壤細菌群落結(jié)構(gòu)對植被修復(fù)的響應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2016, 36(13): 3943– 3950

[14] 張杰, 胡維, 劉以珍, 等. 鄱陽湖濕地不同土地利用方式下土壤微生物群落功能多樣性[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2015, 35(4): 965–971

[15] Garau G, Castaldi P, Santona L, et al. Influence of red mud, zeolite and lime on heavy metal immobilization, culturable heterotrophic microbial populations and enzyme activities in a contaminated soil[J]. Geoderma, 2007, 142(1): 47–57

[16] Schutter M, Dick R. Shifts in substrate utilization potential and structure of soil microbial communities in response to carbon substrates[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2001, 33(11): 1481–1491

[17] 劉秉儒, 張秀珍, 胡天華, 等. 賀蘭山不同海拔典型植被帶土壤微生物多樣性[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2013, 33(22): 7211–7220

[18] 牛佳, 周小奇, 蔣娜, 等. 若爾蓋高寒濕地干濕土壤條件下微生物群落結(jié)構(gòu)特征[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2011, 31(2): 474–482

[19] 王金爽, 胡泓, 李甜甜, 等. 環(huán)境因素對濕地土壤微生物群落影響研究進展[J]. 濕地科學(xué)與管理, 2015(4): 63–66

[20] Xiang S R, Doyle A, Holden P A, et al. Drying and rewetting effects on C and N mineralization and microbial activity in surface and subsurface California grassland soils[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2008, 40(9): 2281–2289

[21] Kim S Y, Lee S H, Freeman C, et al. Comparative analysis of soil microbial communities and their responses to the short-term drought in bog, fen, and riparian wetlands[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2008, 40(11): 2874–2880

[22] 王苑. 氣候變化背景下土壤微生物群落對干旱和大氣 CO2倍增的響應(yīng)[D]. 上海: 東華大學(xué), 2014

[23] 栗方亮, 李忠佩, 劉明, 等. 氮素濃度和水分對水稻土硝化作用和微生物特性的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2012, 20(9): 1113–1118

[24] Sardans J, Pe?uelas J, Estiarte M. Changes in soil enzymes related to C and N cycle and in soil C and N content under prolonged warming and drought in a Mediterranean shrubland[J]. Applied Soil Ecology, 2008, 39(2): 223–235

[25] Grayston S J, Campbell C D, Bardgett R D, et al. Assessing shifts in microbial community structure across a range of grasslands of differing management intensity using CLPP, PLFA and community DNA techniques[J]. Applied Soil Ecology, 2004, 25(1): 63–84

[26] 蔡元鋒, 吳宇澄, 王書偉, 等. 典型淹水稻田土壤微生物群落的基因轉(zhuǎn)錄活性及其主要生理代謝過程[J]. 微生物學(xué)報, 2014, 54(9): 1033–1044

[27] 劉若萱, 賀紀正, 張麗梅. 稻田土壤不同水分條件下硝化/反硝化作用及其功能微生物的變化特征[J]. 環(huán)境科學(xué), 2014, 35(11): 4275–4283

[28] 劉若萱, 張麗梅, 白刃, 等. 模擬條件下土壤硝化作用及硝化微生物對不同水分梯度的響應(yīng)[J]. 土壤學(xué)報, 2015, 52(2): 415–422

[29] 唐江, 丁長歡, 樊晶晶, 等. 水熱對三峽水庫消落帶退耕稻田土壤有機碳礦化的影響[J]. 土壤, 2016, 48(6): 1202–1208

[30] Lemke M J, Brown B J, Leff L G. The response of three bacterial populations to pollution in a stream[J]. Microbial Ecology, 1997, 34(3): 224–231

[31] 裴希超, 許艷麗, 魏巍. 濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物研究進展[J]. 濕地科學(xué), 2009, 7(2): 181–186

[32] 田小明, 李俊華, 王成, 等. 連續(xù) 3 年施用生物有機肥對土壤養(yǎng)分, 微生物生物量及酶活性的影響[J]. 土壤, 2014, 46(3): 481–488

Functional Response of Wetland Soil Microbial Carbon Source Metabolic Activity to Different Water Conditions —A Case of Lake Poyang

LIU Yajun1, CAI Runfa1, LI Yunjing1, LIU Yizhen1, GE Gang2, WU Lan1*

(1 School of Life Sciences of Nanchang University, Nanchang 330031, China; 2 Key Laboratory of Environment and Resource Utilization of Poyang Lake, Ministry of Education, Nanchang 330031, China)

In order to understand the changes in metabolic characteristics of wetland soil microbial community under different water status, soil was collected from Poyang Lake wetland and was used for a 132 d greenhouse experiment, and Biolog was used to understand metabolic activity of soil microbial carbon source under three water conditions (drought, wetting and flooding). The results showed that soil microbial metabolic activity was the highest in wetting condition, the average well color development (AWCD) was 1.34 and 3.95 times (120 h) of those in drought and flooding conditions on the 72nddays, respectively. Meanwhile, the abilities of soil microbial utilizing different type carbon sources also were significantly changed under different treatments, polymers and carbohydrates were mainly used under drought condition (39.25% and 36.53%, respectively), while amino acids mainly used (36.33%) under flooding condition. Metabolic characteristics of soil microbial carbon source reached a stable state on the 21stday, while soil physiochemical properties and soil microbial community structure were changed significantly on the 72ndday. At the same time, it was found that soil pH and ammonium nitrogen content were increased and microbial community diversity was decreased under flooding condition. The results suggest that water status not only affects metabolic activity of total carbon source, but also changes the relative utilization ability of different carbon sources, and then changes soil environment in wetland soil.

Wetland; Soil microbe; Water condition; Carbon source utilization; Functional diversity

國家自然科學(xué)基金項目(31360127；31260110；31660149)資助。

(wl690902@hotmail.com)

劉亞軍(1989—)，男，河南商丘人，碩士研究生，主要從事環(huán)境微生物研究。E-mail: ncusk724@hotmail.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.04.008

S154.36

A