濱州市小開河引黃灌區(qū)植物和微生物多樣性調(diào)查研究

丁殿濱龐啟航韓小軍姜沛沛

(1.濱州市引黃灌溉服務(wù)中心，山東 濱州 256600；2.山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014)

引言

小開河引黃灌區(qū)位于山東省北部，地處黃河三角洲腹地，縱貫山東省濱州市中部，是國家大型引黃灌區(qū)。小開河引黃灌區(qū)全長91.5km，南起黃河左岸的小開河村(濱城區(qū)里則街道辦事處)，北至德惠新河(無棣縣)，包括濱州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、濱城區(qū)、沾化區(qū)、北海新區(qū)、惠民縣、陽信縣和無棣縣等7個(gè)縣區(qū)。灌區(qū)自1998年建成以來，生態(tài)環(huán)境得到顯著改善，土壤鹽堿度明顯降低，為該區(qū)生物多樣性的提高提供了重要基礎(chǔ)[1-3]。生物多樣性是指生命形式的多樣性，包括物種內(nèi)、物種間、生態(tài)系統(tǒng)以及景觀的多樣性[4,5]。生物多樣性是驅(qū)動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)過程的關(guān)鍵因子[6,7]，且由于生物多樣性的特殊性質(zhì)和重要意義，生物多樣性研究一直是生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問題[8-10]。本研究以小開河灌區(qū)植物和微生物為研究對(duì)象，對(duì)小開河流向上不同地點(diǎn)的植物和微生物多樣性進(jìn)行調(diào)查，為了解該區(qū)植物和微生物組成和分布提供理論基礎(chǔ)，為該區(qū)生物多樣性保護(hù)規(guī)劃提供基礎(chǔ)和依據(jù)，對(duì)該區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

小開河灌區(qū)地勢平坦，坡度較緩，自然地形南高北低，地貌上屬魯西北堆積平原區(qū)，海拔一般在50m以下。灌區(qū)屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，四季分明，光照充足，雨熱同期。灌區(qū)內(nèi)降雨年際變化較大，年內(nèi)分配不均，多年平均降雨量為575.2mm，多年平均氣溫12.3℃，全年無霜期平均210d，年光照時(shí)數(shù)2400～2700h。土壤多為潮土，表層土壤質(zhì)地大致分為沙土、沙壤土、粘壤土和粘土4類。

1.2 植物多樣性調(diào)查

對(duì)小開河沿岸的自然概況進(jìn)行了解并確定調(diào)查的范圍、采樣點(diǎn)，共設(shè)置了小開河引黃閘、西海水庫、徒駭河交匯處、沙河交匯處、沉砂池入口、沉砂池出口、小米河渡槽、王山水庫等8個(gè)采樣點(diǎn)，樣地經(jīng)緯度、海拔等基本信息見表1。

表1 采樣點(diǎn)基本信息表

每個(gè)調(diào)查地點(diǎn)設(shè)置3個(gè)大小為5m×5m的樣方，在每個(gè)樣地進(jìn)行采集取樣、拍照記錄。對(duì)采集到的植物依據(jù)《山東植物精要》和《中國植物志》進(jìn)行鑒定，對(duì)物種進(jìn)行整理記錄，編制物種名錄。

1.3 微生物多樣性調(diào)查

沿小開河流向，分別取小開河引黃閘、西海水庫、徒駭河交匯處、沙河交匯處、沉砂池入口、沉砂池出口、小米河渡槽、王山水庫等8處的土壤。每個(gè)樣地取樣時(shí)除去土壤表層的凋落物，每一樣地用五點(diǎn)取樣法進(jìn)行采集，然后將土壤樣品混合，裝于無菌聚乙烯自封袋中。當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，一份風(fēng)干磨碎過2mm篩用于測定土壤理化特性，一份貯藏于4℃冰箱，通過高通量測序鑒定細(xì)菌種屬。

1.4 土壤pH及含水量的測定

土壤pH值以1∶2.5土水比用復(fù)合電極測定；土壤含水量用烘干法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用Simaplot 12.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水量和pH

本研究中，小開河引黃灌區(qū)土壤含水量和pH值隨著采樣點(diǎn)的變化而變化，如圖1。從圖1可知，土壤含水量的變化無明顯變化規(guī)律，而土壤pH則從上游到下游逐漸增加。其中，小開河引黃閘的土壤pH值最小,為6.98；小開河輸水渠與小米河交匯處的土壤pH值最大，為8.45。

圖1 不同調(diào)查樣點(diǎn)土壤含水量和pH

2.2 植物多樣性調(diào)查結(jié)果

本研究發(fā)現(xiàn)小開河流域植物種類從上游到下游存在較大差異，見圖2。上游的植物多為一些中性植物，如狗尾草、羊草、馬齒莧、稗等；中游地區(qū)的植物多為中性植物與耐鹽性植物，如灰綠藜、葎草、狗尾草等；下游植物物種則多為耐鹽性植物，如堿蓬、檉柳、蘆葦、二色補(bǔ)血草等。此外，還發(fā)現(xiàn)小開河與其它河流交匯處物種多樣性顯著增加，這可能是由于其它河流沖積和引黃灌溉共同作用的結(jié)果[11]。

圖2 不同調(diào)查地點(diǎn)樣方內(nèi)物種多樣性

2.3 微生物多樣性調(diào)查結(jié)果

可培養(yǎng)微生物中，細(xì)菌最多，放線菌其次，真菌最少，見圖3。隨著土壤pH變大，堿性變強(qiáng)，微生物數(shù)量變少。高通量分析結(jié)果表明，8個(gè)土壤樣本中共檢測出41個(gè)細(xì)菌門，酸桿菌門(Acidobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、綠彎菌門(Chloroflexi)、厚壁菌門(Firmicutes)、芽單胞菌門(Gemmatimonadete)、硝化螺旋菌門(Nitrospirae)、浮霉菌門(Planctomycetes)、變形菌門(Proteobacteria)和疣微菌門(Verrucomicrobia)共10個(gè)細(xì)菌門相對(duì)豐度較大，見圖4。

圖3 不同調(diào)查樣點(diǎn)土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)目

圖4 門水平的群落分類學(xué)組成和豐度分布圖

對(duì)各樣品中主要的優(yōu)勢細(xì)菌門分析發(fā)現(xiàn)，酸堿度使土壤中細(xì)菌群落組成發(fā)生明顯變化，且上游和下游土壤中優(yōu)勢菌的組成存在差異。其中，變形菌門和擬桿菌門在上游土壤中更豐富，而酸桿菌門和硝化螺旋菌門在下游土壤中更豐富。

3 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)隨著土壤鹽堿度的增加，小開河灌區(qū)植物多樣性有下降趨勢，上游的植物多為中性植物，而下游植物物種則多為耐鹽性植物。此外，小開河與其它河流交匯處物種多樣性顯著增加，表明引黃灌溉后當(dāng)?shù)赝寥浪|(zhì)有了很大的改善，且小開河與其它河流交匯處土壤水質(zhì)改善更加明顯。同時(shí)，隨著土壤pH變大，堿性變強(qiáng)，微生物數(shù)量變少。酸堿度使土壤中細(xì)菌群落組成發(fā)生明顯變化，且上游和下游土壤中優(yōu)勢菌的組成存在差異，上游土壤中變形菌門和擬桿菌門更豐富，而下游土壤中酸桿菌門和硝化螺旋菌門更豐富。研究結(jié)果可以為更好地認(rèn)識(shí)小開河引黃灌區(qū)的植物和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，對(duì)相關(guān)研究提供理論依據(jù)，對(duì)于促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的穩(wěn)定和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。