2022, Vol. 43
2. 黑龙江大学生命科学学院黑龙江省寒地生态修复与资源利用重点实验室, 哈尔滨 150080;
3. 黑龙江省科学院自然与生态研究所, 哈尔滨 150040
2. Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Ecological Restoration and Resource Utilization for Cold Region, School of Life Sciences, Heilongjiang University, Harbin 150080, China;
3. Institute of Nature and Ecology, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150040, China
大气氮沉降(N deposition)是指大气中的氮元素以NHx(包括NH3、RNH2和NH4+)和NOx的形式, 降落到陆地和水体的过程[1].随着全球经济的快速发展, 以及人类对氮肥和化石燃料需求量的不断升高[2, 3], 导致全球大气氮沉降量从原来的31.6 Tg ·a-1增加到了103 Tg ·a-1, 预计全球氮沉降总量在2050年可能会达到195 Tg ·a-1的水平[4].氮沉降的急剧增加给全球生态系统造成了严重的影响, 例如温室气体排放量的增加[5]、土壤酸化[6, 7]和降低植物多样性[8, 9], 引起了全世界科学家的广泛关注[10, 11].
湿地生态系统具有陆生生态系统和湖泊生态系统的共同特征, 在控制温室气体排放及维持生物多样性等方面发挥着非常关键的作用[12~15].土壤微生物是湿地生态系统的重要组成成分, 在维持生态系统的稳定方面起着重要作用[16~19].而过量的氮沉降会增加土壤氮的有效性和土壤酸化[20, 21], 会对土壤微生物的群落结构和功能造成一定的改变, 从而影响湿地生态系统的结构和功能[22, 23].目前虽然对于湿地生态系统开展大量研究, 但是对于长期氮沉降条件下湿地土壤微生物功能的变化还显得十分缺乏.
Biolog-Eco微平板技术是通过微生物对不同碳源的利用程度来研究土壤微生物功能多样性的一种简单和快速的方法, 近年来被国内外科研工作者广泛使用[24, 25].目前国内外在氮沉降对土壤微生物结构和多样性的影响方面开展了大量研究, 结果发现长期的氮沉降会对土壤微生物的结构组成产生影响, 例如张彦东等[26]在对金沙江干热河谷退化草地土壤微生物研究中表明, 高浓度的硝酸铵氮肥的施加显著提高了土壤微生物的生物量.Frey等[27]在长期施氮对温带阔叶林和红松林的研究结果显示, 氮的添加显著降低了微生物的生物量, 即土壤真菌和细菌的生物量.此外, 有研究发现氮添加也会改变微生物对底物的利用模式, 例如DeForest等[28]在模拟大气氮沉降对密歇根州的阔叶林的研究结果表明, 硝酸氮的添加改变了异养型微生物群落对底物的利用效率.Compton等[29]在实验中发现, 在喷洒硝酸铵溶液的松林样地中的土壤微生物对含氮底物的利用强度明显低于对照处理.而Frey等[27]在研究氮沉降对森林土壤微生物的响应中发现, 微生物对底物的利用强度和硝酸铵量之间的联系不紧密, 这种差异可能是由于实验时间、实验地点和施氮浓度等的不同所引起的.有研究发现氮沉降会使微生物群落进行自我调节以适应环境变化, 如刘蔚秋等[30]研究中发现施加硝酸铵溶液后的土壤pH值下降会改变微生物群落结构.Aerts等[31]的研究表明阔叶林和松林土壤pH值和土壤微生物的活性之间都呈现正相关关系.在以上模拟氮沉降的研究中, 国内外学者利用Biolog-Eco微平板技术多集中于草地和森林生态系统中的土壤微生物功能多样性对氮添加的响应, 但对于湿地生态系统下的氮沉降对土壤微生物碳源利用能力的影响以及环境因子与湿地土壤微生物群落功能之间关系的研究则鲜有报道.因此, 加强湿地生态系统长期N输入对土壤微生物功能影响的研究, 将有助于对N循环等生态系统关键过程的调控, 以及对湿地生态系统功能动态变化的预测.
三江平原湿地是中国面积最大的淡水湿地集中分布区, 拥有着丰富的生物多样性, 其植被类型以小叶章(Calamagrostis angustifolia)群系为主[32, 33].三江平原湿地生态系统在保护区域生物资源多样性以及保持生态系统功能完整性等过程中处于不可替代的地位[33].因此, 本文利用Biolog微平板技术研究长期氮沉降对三江平原小叶章湿地土壤微生物碳源利用能力变化的规律, 同时探讨了土壤微生物碳源代谢多样性与环境因子之间的相关关系, 将有助于对三江平原小叶章湿地生态系统功能的了解, 对未来湿地生态系统的保护和利用提供基础理论支撑.
1 材料与方法 1.1 研究区域本实验地点设置在三江平原洪河国家级自然保护区(47°42′18″~47°52′07″N, 133°34′38″~133°46′29″E), 总面积为2.18×104 hm2, 其中湿地面积约为1.1×104 hm2(图 1).该保护区属于温带湿润-半湿润季风气候, 冬季寒冷且漫长, 而春秋季节时间短.年均温度(MAT)为1.9℃, 年均蒸发量为1 166 mm, 年均降水量(MAP)为585 mm, 降水多集中在7~9月[34].土壤类型有白浆土和沼泽土, 主要植被类型为草甸和沼泽, 优势植物有小叶章、狭叶甜茅、毛果苔草和漂筏苔草等.
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图 1 三江平原洪河国家级自然保护区 Fig. 1 Honghe national nature reserve in the Sanjiang Plain |
样地设立于2016年5月, 设置了3个氮沉降处理：对照[CK: 0 kg ·(hm2 ·a)-1]、低氮[LN: 40 kg ·(hm2·a)-1]和高氮[HN: 80 kg ·(hm2 ·a)-1], 每个处理设置3次重复, 每个样地的面积为10 m×10 m.以NH4Cl为氮源, 每年5月将NH4Cl溶于水后进行均匀喷施, 对照样方喷洒等量的水.于2021年10月在每个样方内进行采样, 用直径为5 cm的土钻通过五点采样法对0~20 cm土层土壤进行取样, 清除取样土样中的植物凋落物等杂质后混合为1个土样, 然后置于4℃保温箱中低温保存运往实验室.低温保存土壤样品中的一部分用来进行Biolog-Eco微平板实验, 另一部分土壤样品自然风干后进行土壤理化性质的测定.
1.2.2 实验方法采用Biolog-Eco微孔板培养法对湿地土壤微生物群落的碳代谢能力进行检测.将一部分土样置于25℃下进行活化处理1 d, 之后取活化后的10 g鲜土置于刻度200 mL的三角瓶内, 随后向瓶中添加90 mL 0.85% 无菌NaCl溶液, 混合封口后放于摇床中振荡0.5 h, 转速为200 r·min-1.然后用移液枪吸取稀释至10-3的土壤悬浮液接种到微孔板中, 每组实验3次重复, 微孔板在25℃下连续培养168 h.在培养过程中, 每次间隔24 h需要记录在波长为590 nm下的吸光度值.
土壤含水率(SMC)采用烘干法测定[35]; 土壤pH检测的土水比为1 ∶2.5; 土壤全氮(TN)和总有机碳(TOC)采用总有机碳分析仪测定; 硝态氮(NO3-)和铵态氮(NH4+)分别采用元素分析仪进行检测; 溶解性有机碳(DOC)和土壤可溶性氮(DTN)含量的测定采用K2SO4浸提法[36, 37]; 可溶性有机氮(DON)含量为土壤可溶性氮(DTN)与NH4+-N和NO3--N的差值[38].
1.2.3 数据分析平均颜色变化率(average well color development, AWCD)的计算方法如下[39~41]：
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式中, Ci为碳源孔在590 nm下的吸光度值; R为对照孔的吸光度值; Ci-R<0的碳源孔均在计算中记作0[40].
土壤多样性指数计算.
Shannon指数[39]：
Simpson指数[39]：
Pielou指数[40]：
式中, Pi为第i碳源孔与对照孔的吸光度值之差(ni)与所有孔相对吸光度值总和的比率[36, 37].
数据分析前处理使用Excel 2010软件.SPSS 25.0软件用于进行单因素方差分析, 检验水平设定为0.05; 使用Excel 2010软件绘制带趋势线的散点图, 运用SigmaPlot 10.0绘制柱状图; 土壤微生物α多样性、冗余分析(RDA)、主成分分析(PCA)均用R语言完成, 数据包采用vegan包.
2 结果与分析 2.1 三江平原小叶章湿地土壤理化性质的变化特征不同施氮水平下小叶章湿地土壤主要理化性质见表 1.土壤含水量(SMC)、pH值、硝态氮(NO3-)、铵态氮(NH4+)、溶解性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)和土壤全氮(TN)的含量在不同氮沉降条件下有显著差异(P<0.05).其中, 土壤含水量、可溶性有机氮和土壤全氮的含量随着氮沉降浓度的增加而呈现显著上升的趋势, 即：对照(CK)<低氮处理(LN)<高氮处理(HN); 土壤pH值和铵态氮含量则随着氮沉降浓度的增加而呈现显著下降的趋势, 即表现为：对照(CK)>低氮处理(LN)>高氮处理(HN); 随着氮沉降浓度的增加, 各处理土壤的硝态氮含量、溶解性有机碳和总有机碳含量呈现出先下降后升高的现象, 但总有机碳(TOC)含量的变化不显著.
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表 1 不同氮沉降条件下的三江平原小叶章湿地土壤主要理化性质1) Table 1 Major physicochemical properties of Calamagrostis angustifolia wetland soil in Sanjiang Plain under different nitrogen deposition conditions |
2.2 三江平原小叶章湿地土壤微生物α多样性
为了进一步确定不同氮浓度对土壤微生物功能多样性的影响, 选择培养了144 h的AWCD值用于α多样性分析.表 2结果表明, 与对照相比, 低氮处理(LN)均显著降低了土壤微生物Shannon、Simpson和Pielou指数; 高氮处理(HN)显著降低了土壤微生物的Pielou指数, 但对Shannon指数和Simpson指数的影响不显著.此外, 在各处理的土壤中, Shannon、Simpson和Pielou指数均随着氮沉降浓度的增加呈现先下降后上升的趋势, 其中低氮处理和高氮处理的土壤微生物的多样性指数均低于对照.
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表 2 三江平原小叶章湿地土壤微生物群落多样性指数1) Table 2 Diversity index of soil microbial community in Calamagrostis angustifolia wetland in Sanjiang Plain |
2.3 三江平原小叶章湿地土壤微生物碳源代谢活性
从图 2可以看出不同氮沉降浓度下的土壤微生物群落的AWCD值随着培养时间的延长而不断升高.其中, 培养时间在0~120 h时的AWCD值快速增长, 说明在该培养阶段的微生物的代谢活性是最旺盛的, 144 h后增长缓慢, 而后趋于平缓.比较不同氮沉降条件下的微生物群落AWCD值发现, 对碳源的利用能力大小表现为：对照(CK)>高氮(HN)>低氮(LN), 由此可知, 低氮和高氮都会抑制微生物对碳源的代谢能力.
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图 2 三江平原小叶章湿地土壤微生物群落AWCD值随培养时间变化 Fig. 2 Changes in AWCD value of soil microbial community with culture time in Calamagrostis angustifolia wetland of Sanjiang Plain |
Biolog-ECO板中含有31种碳源, 可分为六大类, 即7种糖类、6种氨基酸类、4种酯类、3种醇类、3种胺类和8种酸类碳源.实验结果见图 3, 反映了三江平原湿地土壤微生物在不同浓度的氮添加下对不同碳源的利用程度.与对照相比, 施氮下的土壤微生物对碳源的利用活性表现出较大的差异.其中, 低氮处理显著抑制了土壤微生物对糖类、醇类、胺类和酸类的利用强度(P<0.05); 高氮处理显著促进了微生物对酯类的利用, 但高氮使土壤微生物对糖类、胺类和酸类碳源产生抑制作用(P<0.05).
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不同小写字母表示不同氮处理之间差异显著(P<0.05) 图 3 三江平原小叶章湿地土壤微生物群落对不同碳源的利用程度 Fig. 3 Utilization of different carbon sources by soil microbial communities in Calamagrostis angustifolia wetland in Sanjiang Plain |
在低氮处理的土壤中(图 4), AWCD>2.0的碳源为吐温40, AWCD值为2.15.高氮处理的土壤中有6种碳源的AWCD>2.0, 分别为β-甲基-D-葡萄糖苷、D-纤维二糖、D-半乳糖酸-γ-内酯、D-甘露醇、N-乙酰-D-葡萄糖胺和D-半乳糖醛酸.其中D-甘露醇的AWCD值最高, 为2.92, 其次是D-纤维二糖和N-乙酰-D-葡萄糖胺, AWCD值分别为2.89和2.84.
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糖类：B2表示D-木糖; H1表示α-D-乳糖; A2表示β-甲基-D-葡萄糖苷; G2表示α-D-葡萄糖-1-磷酸; E1表示α-环式糊精; F1表示肝糖; G1表示D-纤维二糖. 氨基酸类：A4表示L-精氨酸; B4表示L-天门冬酰胺; C4表示L-苯基丙酰胺; D4表示L-丝氨酸; E4表示L-苏氨酸; F4表示甘氨酰-L-谷氨酸. 酯类：B1表示丙酮酸甲酯; C1表示吐温40; D1表示吐温80; A3表示D-半乳糖酸-γ-内脂. 醇类：C2表示i-赤藓糖醇; D2表示D-甘露醇; H2表示D, L-α-磷酸甘油. 胺类：G4表示苯乙胺; H4表示腐胺; E2表示N-乙酰-D-葡萄糖胺. 酸类：B3表示D-半乳糖醛酸; F2表示D-葡萄糖胺酸; C3表示2-羟基苯甲酸; D3表示4-羟基苯甲酸; E3表示γ-羟基丁酸; F3表示衣康酸; G3表示α-丁酮酸; H3表示D-苹果酸; 下同 图 4 三江平原小叶章湿地土壤微生物群落碳生理特征代谢指纹图谱 Fig. 4 Carbon physiological spectrum and metabolic fingerprint of soil microbial community in Calamagrostis angustifolia wetland in Sanjiang Plain |
将三江平原小叶章湿地土壤微生物群落代谢活性热图的结果划分为5个类群(图 5).在Ⅰ类群中, 低氮(LN)和高氮(HN)处理土壤中的α-D-乳糖(H1)和D-苹果酸(H3)的AWCD值与对照之间的差异极其显著, AWCD值均低于对照; 在Ⅱ类群中, 高氮处理的D-半乳糖酸-γ-内酯(A3)和L-精氨酸(A4)的AWCD值均显著高于对照.低氮处理下的L-精氨酸(A4)的AWCD值显著高于对照. 4-羟基苯甲酸(D3)的AWCD值在低氮和高氮处理下均高于对照; 在Ⅲ类群中, 与对照相比, D-纤维二糖(G1)、β-甲基-D-葡萄糖苷(A2)、D-甘露醇(D2)和N-乙酰-D-葡萄糖胺(E2)的AWCD值在低氮处理下显著降低了, 而在高氮处理下没有显著变化.此外, 低氮处理中D-半乳糖醛酸AWCD值低于对照; 在Ⅳ类群中, γ-羟基丁酸(E3)、吐温40(C1)、D-葡萄糖胺酸(F2)和L-天门冬酰胺(B4)的AWCD值在各处理间没有显著差异; 在Ⅴ类群中, 低氮和高氮处理土壤中的α-D-葡萄糖-1-磷酸(G2)的AWCD值与对照之间的差异极其显著, AWCD值均低于对照.与对照相比, 低氮和高氮处理显著降低了腐胺(H4)和吐温80(D1)的AWCD值.
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*表示P<0.05水平; **表示P<0.01水平; ***表示P<0.001水平 图 5 三江平原小叶章湿地土壤微生物群落代谢活性热图 Fig. 5 Metabolic activity heat map of soil microbial community in Calamagrostis angustifolia wetland in Sanjiang Plain |
31种碳源主要成分的相关系数如表 3, 载荷因子越大说明该碳源对主成分的作用程度越强.从中可知, 构成第一主成分(PCA1)的碳源有17种, 包括5种糖类、2种氨基酸类、1种酯类、2种醇类、2种胺类和4种酸类, 其中腐胺是与PC1最相关的碳源(荷载值为0.951), 其次是α-D-乳糖(0.935)和D-苹果酸(0.926), 因此, 腐胺、α-D-乳糖和D-苹果酸对PCA1产生了主要的影响.此外, 构成第二主成分(PCA2)的碳源有14种, 包括2种糖类、4种氨基酸类、2种酯类、1种醇类、1种胺类和4种酸类, 其中D-半乳糖酸-γ-内酯是与PC2最相关的碳源(载荷值为0.900), 其次是肝糖(0.890)和α-环式糊精(0.822).因此可以得出腐胺和D-半乳糖酸-γ-内酯对三江平原小叶章湿地土壤微生物碳代谢活性具有重要影响.综合与PCA1和PCA2具有较高相关性的碳源类型, 对土壤微生物群落代谢特征起分异作用的主要碳源类型为酸类、糖类和氨基酸类, 即不同氮沉降处理湿地的差异主要体现在对酸类、糖类和氨基酸类的利用上.
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表 3 31种碳源主要成分的相关系数1) Table 3 Correlation coefficients of major components in 31 carbon sources |
对不同氮浓度处理条件下培养了144 h的三江平原湿地土壤微生物群落的AWCD值进行冗余分析(RDA).前两个RDA轴分别解释了方差的44.4%和26.05% (图 6), 可看出氮沉降处理湿地土壤微生物群落在碳源利用上出现明显的空间分异, 可见外源氮的添加对湿地土壤微生物碳源利用类型和能力产生了影响.高氮处理和低氮处理与对照的距离较远, 因此可以得出低氮处理和高氮处理显著改变了土壤微生物对碳源的利用能力.另外, 从RDA分析中可看出NH4+、DOC和pH是土壤微生物群落中影响最大的土壤环境因子.对照(CK)的土壤碳代谢能力分别与NH4+、DOC和pH呈正相关, 而受DON、SMC、TN和NO3-的抑制; 低氮(LN)和高氮(HN)条件下的土壤碳代谢能力均与DON、SMC、TN和NO3-呈正相关, 受到NH4+、DOC和pH的抑制.
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图 6 不同氮沉降条件下三江平原小叶章湿地土壤微生物群落功能和环境因子的冗余分析 Fig. 6 Redundancy analysis of soil microbial community function and environmental factors in Calamagrostis angustifolia wetland in Sanjiang Plain under different nitrogen deposition conditions |
三江平原小叶章湿地土壤微生物功能多样性指数与土壤理化性质之间的关系如表 4.环境因子pH、NH4+、DOC和TOC均与AWCD、Shannon指数、Simpson指数和Pielou指数呈正相关; 而DON、TN和SMC均与AWCD、Shannon指数、Simpson指数和Pielou指数呈负相关; NO3-与AWCD、Shannon指数和Simpson指数呈正相关, 而与Pielou指数呈负相关.此外, 相较于其他的环境因子, NH4+与Pielou指数呈现显著正相关, 而其它土壤微生物功能多样性指数与土壤理化因子并无显著相关性.
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表 4 不同氮沉降条件下三江平原小叶章湿地土壤环境因子与土壤微生物功能多样性的相关性1) Table 4 Redundancy analysis of soil microbial community function and environmental factors in Calamagrostis angustifolia wetland in Sanjiang Plain under different nitrogen deposition conditions |
3 讨论
长期的氮输入会影响湿地土壤养分的有效性, 引起微生物对碳源利用能力的改变, 最终改变土壤微生物群落的结构和功能[42].因此开展长期氮沉降对土壤微生物群落碳代谢活性的研究, 对于了解湿地生态系统功能的变化有重要的意义.在本研究实验中, 湿地土壤微生物群落的AWCD值随着培养时间的延长而呈现上升的趋势, 各个处理中的AWCD值的具体表现为：对照(CK)>高氮(HN)>低氮(LN)(图 2), 这表明长期施氮降低了土壤微生物的AWCD值, 即抑制了微生物群落的碳源代谢活性.而隋心等[43]和郁培义等[44]的研究中发现AWCD值是随着氮浓度的增加而上升的, 即高氮(HN)＞低氮(LN)＞对照(CK), 这表明在该研究区域中氮素的输入对土壤微生物的代谢活性起到了促进的效果, 从而提高了微生物群落的代谢活性.而在本研究中, 施氮处理明显降低了土壤的pH值(表 1), 即导致了土壤的酸化, 因此抑制了微生物的活性, 这与齐莎等[45]在内蒙古草原样地研究连续施氮5 a对土壤微生物的影响结果一致.这说明土壤微生物AWCD值在不同季节和不同氮素形态和浓度条件下, 其规律并不一致, 可看出土壤微生物群落的碳源代谢活性受到多因素影响.
Shannon多样性指数、Simpson指数和Pielou指数常用来反映微生物物种丰富度和均匀度.本研究发现低氮处理显著降低了土壤微生物α功能多样性, 高氮显著降低了Pielou指数(见表 2), 3种处理呈现的规律为：对照(CK)>高氮(HN)>低氮(LN), 即施氮处理降低了土壤微生物α功能多样性.这与刁婵等[46]对亚热带森林土壤微生物碳源代谢多样性的研究结果一致.其原因可能是由于氮添加改变了土壤微生物的微环境, 从而影响微生物对碳源的利用模式, 进而对微生物多样性指数产生一定影响.
不同氮处理下的微生物群落对碳源的利用程度不同, 本研究中的低氮(LN)和高氮(HN)处理均抑制了土壤微生物对糖类、胺类、酸类碳源的利用活性, 高氮处理促进了微生物对酯类碳源的利用(图 3).说明外源氮的输入改变了土壤微生物对碳源的利用能力, 可能是由于微生物群落为适应环境变化所作出的反应.而吴松芹等[47]在研究氮沉降对滨海湿地土壤微生物的影响结果中显示, 低氮和高氮处理均抑制了微生物对酸类碳源的利用活性, 高氮处理提高了微生物群落对胺类碳源的利用能力; 王晶晶等[48]在探讨外源氮磷的输入对常绿阔叶林表层土壤微生物的影响实验中表明, 氮输入提高了土壤微生物对酚类和氨基酸类碳源的利用能力, 与本研究结果存在差异的原因可能是由于不同样地土壤中微生物的种类和数量等不同所导致的.代谢指纹图谱(图 4)和热图(图 5)中结果进一步表明, 低氮和高氮处理均显著降低了微生物群落对糖类中α-D-乳糖(H1)、α-D-葡萄糖-1-磷酸(G2)和胺类中腐胺(H4)的利用能力, 高氮处理显著提高了土壤微生物对酯类中D-半乳糖酸-γ-内酯(A3)的代谢活性.对应了碳源主要成分的相关系数出现的结果(表 3), 即腐胺和α-D-乳糖均与PC1最相关, D-半乳糖酸-γ-内酯与PC2最相关, 更好地说明了腐胺、α-D-乳糖和D-半乳糖酸-γ-内酯在氮沉降对小叶章湿地微生物碳代谢活性的影响中产生重要作用.隋心等[43]对小叶章湿地中土壤微生物对模拟大气氮沉降的响应结果中显示, 与PC1最相关的碳源为L-精氨酸和D-半乳糖酸-γ-内酯, 与PC2最相关的碳源为L-天门冬酰胺.与本研究的结果不一致, 出现这种差异可能是由于氮沉降会改变土壤微生物中的优势种群, 对不同的种群起到了不同的作用效果, 从而抑制或促进了它们的代谢活性[49].
由冗余分析可看出, 施氮处理的湿地土壤微生物在不同碳源的利用上出现明显差异, 可见外源氮的添加改变了湿地土壤微生物群落对碳源的代谢能力(见图 6), 出现这种现象可能是因为大量氮素的输入, 使土壤的pH值和土壤碳氮比等理化性质发生了变化.另外, RDA分析也显示NH4+、DOC和pH是土壤微生物群落功能中影响最大的土壤环境因子.Blagodatskaya等[50]在研究中发现土壤pH值是使土壤微生物对碳源的摄入活性发生改变的重要因素.王杰等[51]在研究贝加尔针茅草原土壤微生物中表明, 土壤pH值与氮浓度呈负相关关系.NH4+与微生物代谢活性和多样性指数相关性紧密(表 4), 氮沉降以NH4+的形式输入土壤中, NH4+在氧化后释放出大量的H+, 在改变土壤的碳氮比的同时, 也降低了土壤的pH值[52].除此之外, 从冗余分析中可得知3个处理间的湿地土壤微生物群落功能结构组成有显著的差异, 由此也可看出氮素的输入会对小叶章湿地土壤微生物多样性以及碳代谢能力产生重要影响.
综上, 模拟氮沉降对三江平原小叶章湿地土壤微生物群落代谢特征具有明显的差异, 氮素的增加会改变环境的理化性质, 使微生物群落对碳源的利用模式发生变化, 从而影响土壤微生物的代谢活性.但Biolog-Eco分析法只能从代谢特性方面来分析微生物功能多样性, 因此未来还需结合高通量测序技术、宏基因组技术和磷脂脂肪酸技术等多技术手段来探讨微生物群落功能多样性的变化规律.
4 结论在不同氮沉降条件下, 三江平原小叶章湿地土壤微生物碳代谢活性发生了显著改变, 施氮处理的土壤微生物Shannon、Simpson和Pielou多样性指数均低于对照; 从热图和冗余分析来看, 不同氮沉降处理的土壤微生物对碳源的利用差异显著; NH4+、DOC和pH是影响三江平原小叶章湿地土壤微生物群落功能多样性的主要环境因子.可以预见, 未来大气氮沉降量的持续增加, 势必会对三江平原小叶章湿地生态系统的功能造成严重影响.
致谢: 感谢洪河国家级自然保护区于广辉局长和朱宝光科长在野外实验工作中的帮助和支持, 同时也感谢东北林业大学刘明慧博士在实验和数据分析中给予的帮助和指导.
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