新疆玛纳斯湿地土壤细菌生理类群数量变化及其与土壤环境的相关分析
湿地是人类赖以生存的家园、生物超市和重要的物种基因库，是自然界赋予人类的生态景观，它具有高度的生物多样性和巨大的生态与环境功能，有着“地球之肾”的美名。湿地对污染物的自净能力很强，通过复杂的界面过程和湿地动植物、微生物的共同作用，吸附、沉降、吸收、分解水中的污染物和悬浮物，对水体起净化作本文由毕业论文网http://www.zgazxxw.com收集整理用 [1]。玛河流域湿地（简称玛河）地处我国第二大沙漠-古尔班通古特沙漠的南缘，属干旱半干旱地区，生态环境较为脆弱。玛河湿地位于绿洲经济带腹地，其生态区位极为重要，不仅改善着当地及周边区域的生态环境，还对绿洲区农业生产、社会经济发展起积极的促进作用。
土壤微生物是湿地土壤生态系统的分解者，通过不同的方式改变土壤的理化特性，是植物营养转化、有机碳代谢及污染物降解的驱动力，不仅推动了湿地生态系统的物质循环和能量流动，而且在湿地生物多样性维护、生态平衡等方面均有十分重要的作用 [2]。近年来，对于土壤微生物的研究主要集中在土壤微生物与植被的关系、土壤微生物季节动态等方面 [3-4]，而对土壤微生物生理功能群的研究相对较少。土壤微生物生理类群数量能直接反映所处生境的特征，研究湿地生态系统土壤细菌生理类群动态变化，有助于了解细菌生理类群多样性 [5]及深入探讨湿地生态系统结构和功能 [6-9]。开展退化湿地生态环境恢复重建是国家生态环境建设的重要需要，研究生态因子对微生物的影响受到广泛关注 [10]，而细菌生理类群与土壤理化因子相关性等方面的研究倍受瞩目，并取得高度进展。研究玛河不同植被类型土壤细菌生理类群随季节动态变化及与不同土壤理化因子的相关性，为合理开发利用微生物资源和保护湿地提供理论依据。
1 材料与方法
1 1 研究区概况及样点的基本特征
玛纳斯国家湿地公园位于玛纳斯县中部，位于亚洲大陆腹地 （43°03′～46°03′N，84°48′～86°42′E），是国家级湿地保护区，国家AA级景区。研究区新疆玛纳斯河国家湿地公园规划区中部有三大蓄水水库，并有小型水库、鱼塘、沼泽、芦苇滩沟通水系。其保护规划总面积47 02 km2 其中鱼塘 0 38 km2、 水库12 53 km2、河滩地8 81 km2、林地5 87 km2、居民社会用地0 26 km2。属干旱半干旱温带大陆型气候，主要特征为干旱少雨，热量丰富，日照充足，四季分明，冬季严寒，夏季酷热，降水量少，空气干燥。年均气温为6 8～7 1 ℃， 年均日照时数为2 886 h，年均降水量205 7 mm，年均蒸发量 1 648 4 mm，相当于降水量的4～11倍。海拔350～650 m，玛河湿地内土壤为灰漠土、灌淤土、潮土、草甸土和沼泽土等。湿地内有芦苇、沼泽、柽柳、草甸和各种蒿类等盐生植被。
1 2 土样采集
2013年5月、7月、9月、11月中旬以植被特征为依据，选取具有代表性蒿草、草甸、芦苇、沼泽、灌木和柽柳为样地（表1）。去除地表动植物残体，样品采集采用正方形5点取样法，垂直取0～10、10～20 cm深度的土壤，每个点取样量大体一致，将同一层的土样混合均匀后做好标记装入灭菌封口聚乙烯袋中，共采集土壤样品48个，低温保存带回试验室，4 ℃保存。
1 3 土壤功能细菌分离培养计数
氨化细菌采用蛋白胨液体培养基，固氮菌用改良瓦克斯曼77号培养基，硝化细菌采用改良的斯蒂芬逊培养基，反硝化细菌采用改良的阿须贝无氮培养基。芽孢杆菌、固氮细菌采用稀释平板混菌法，即取0 1 mL适宜浓度土壤稀释液加入空培养皿中，待培养基冷却到50 ℃左右，倒入培养皿与稀释液混合，每处理3个重复，固氮细菌置于28 ℃条件下培养 7 d；氨化细菌、亚硝酸细菌、硝酸细菌和反硝化细菌计数采用最大或然数（MPN）法计数，即吸取1 mL不同浓度的土壤稀释液加入到已制备好的各种液体培养基中，每处理5个重复，置于28 ℃条件下培养7～14 d后观测结果。
[JZ]1 g干土中菌数=（菌落平均数×稀释倍数）/干土质量。
1 4 土壤理化性状分析
土壤含水量的测定采用烘干法，pH值测定采用pH计（上海精科，pH S-3C），电导率采用电导仪（上海精科，DJ-320），有机质含量的测定用重铬酸钾容量法-外加热法，全氮含量的测定采用凯氏法，全磷含量的测定采用氢氧化钠消煮-钼锑抗比色法，全钾含量的测定采用NaOH熔融-火焰光度计法 [11-12]。
1 5 数据统计分析
试验相关数据均采用 Origin 8 0和SPSS 17 0软件进行统计分析。
2 结果与分析
2 1 不同季节不同土层细菌生理类群数量动态分析
2 1 1 土壤氨化细菌的数量变化
从图1、图2可以看出，氨化细菌的数量最大达到1 73亿CFU/g，0～10 cm土层中除了灌木湿地氨化细菌数量5月到7月下降，9月又有所回 升，11月达到最大，即11月>9月>5月>7月。 柽柳湿地（0～10 cm土层）氨化细菌数量5月到7月下降，9月上升11月又开始减少外，即9月>11月>5月>7月，其他样地均表现为前3个月逐渐上升，11月开始下降，呈倒“V”字形，即9月>7月>5月>11月，表明在水分适宜、通气良好的土壤中，氨化细菌数量随温度的升高而增加。
2 1 2 土壤固氮菌的数量变化
从图3、图4可以看出，固氮菌的数量最高达到17 4万CFU/g，固氮菌的数量随季节变化而变化，各样地之间除了芦苇湿地和沼泽湿地，7月数量达到最大之后又呈下降趋势外，即7月>5月>9月>11月，其他样地均是9月固氮菌数量达到最大，11月又开始下降，即9月>7月>5月>11月。
2 1 3 土壤亚硝酸细菌的数量变化
由图5、图6可以看出，亚硝酸细菌是数量最高达到17 6万CFU/g，土壤亚硝酸细菌数量随季节变化而变化，除了灌木样地亚硝酸细菌数量7月达到最大，9月又开始下降外，其他样地均是5月亚硝酸细菌数量达到最大，7月下降，9月又随之上升，即5月>9月>7月>11月。
2 1 4 土壤硝酸细菌的数量变化
如图7、图8所示，硝酸细菌的数量最高达到1 51万CFU/g，与亚硝酸细菌数量的季节动态分布趋势相同，除了灌木样地硝酸细菌数量7月达到最大，9月又开始下降外，其他样地均是5月硝酸细菌数量达到最大，7月下降，9月又随之上升，即5月>9月>7月>11月。
2 1 5 反硝化细菌的数量变化
由图9、图10可以看出，反硝[CM（25]化细菌的数量最高达到988万CFU/g，反硝化细菌数量随季节变化而变化，除了灌木样地7月达到最大，5月最小外，其他样地均表现为5月最大、11月最小。
2 2 湿地类型与与细菌生理类群分析
5月0～10 cm土层的土壤中氨化细菌数量从大到小依次为高山蒿草湿地>柽柳湿地>灌木湿地>草甸湿地>沼泽湿[CM（25]地>芦苇湿地；固氮菌数量从大到小依次为芦苇湿地>柽柳湿地>沼泽湿地>高山蒿草湿地>草甸湿地>灌木湿地。数量柽柳湿地>高山蒿草湿地 >草甸湿地>灌木湿地>芦苇湿地>沼泽湿地；硝酸细菌数量从大到小依次为柽柳湿地>高山蒿草湿地>芦苇湿地>灌木湿地>沼泽湿地>草甸湿地；反硝化细菌数量从大到小依次为柽柳湿地>高山蒿草湿地>草甸湿地>芦苇湿地>沼泽湿地>灌木湿地。土壤微生物生理功能类群数量总体表现为高山蒿草数量最多，柽柳湿地次之，其后灌木、草甸，芦苇和沼泽最少。
2 3 不同湿地土壤理化因子方差分析
玛河湿地不同植被类型土壤pH值、电导率、含水量、有机质含量、全氮含量、全磷含量、全钾含量分别为7 61～903、0 16～6 53 mS/cm、6 17%～35 64%、19 22～43 09 g/kg、0 90～215 g/kg、0 79～2 24 g/kg、5 87～15 27 g/kg，除含水量和全钾含量外，高山蒿草样地最高，芦苇和沼泽样地较低（表2）。pH值的变化趋势（除芦苇和沼泽样地外）为：9月达到最高，5月和11月pH值最小，且差异均不显著；含水量的变化趋势为：7月达到最大随后逐渐降低，沼泽样地季节间差异极显著，灌木样地除11月外，其他季节间差异显著；电导率的变化趋势（除芦苇和草甸样地外）为：5月最大、11月最小，柽柳样地季节间（除9月）差异显著；有机质的变化趋势为（除芦苇样地外）：5月最大，随后呈逐渐降低的趋势，柽柳样地季节间差异极显著；全氮含量（除草甸样地）随季节变化均呈逐渐降低的趋势，5月最大、11月最小，高山蒿草样地季节间（除7月）差异显著；各样地的全磷含量均随季节变化呈下降的趋势，高山蒿草样地季节间（除7月）差异极显著；各样地的全钾含量均随季节变化呈下降的趋势且季节间差异不显著。
2 4 湿地土壤微生物生理功能群与土壤环境因子之间的Pearson相关性
氨化细菌与pH值、全氮含量、全钾含量呈显著正相关；亚硝酸细菌、硝酸细菌与土壤有机质含量、全氮含量、全磷含量和全钾含量呈极显著正相关，亚硝酸细菌与含水量呈极显著负相关，与pH值呈显著正相关；反硝化细菌与pH值、有机质含量、全氮含量、全磷含量、全钾含量呈极显著正相关；固氮细菌与各种理化因子相关性不显著（表3）。
3 结论与讨论
3 1 不同植被细菌生理功能群数量差异
不同植被类型下土壤细菌生理群的数量分布存在一定的差异，可能是由于不同植被类型的植被结构组成和种类不同，植被盖度和根系的发达程度不同，生长环境也不尽相同，使好氧菌和厌氧菌在数量上存在差异。Salkum等在研究人工湿地植物根系对微生物代谢多样性的影响时发现，表层土壤受植物根系及植被凋落物的影响，有机物种类多、含量丰富，微生物代谢多样性也较高 [13]。Davit等比较了新泽西州生长芦苇和互花米草（SpartEine grandiflorae）不受人类活动干扰的自然湿地与一处受人类活动干扰的湿地中微生物群落多样性，发现种植芦苇和互花米草的自然湿地生态系统中微生物群落结构不同 [14]。因此，自然湿地生态系统中，微生物的群落组成直接受植被类型的影响。正如本试验结果所示，虽然芦苇有发达的通气组织，在某种程度上增加了土壤的通气量，但常年积水使土壤含水量过高，导致容重增加、孔隙度减少，从而降低了土壤的透气性，导致土壤的含氧量降低。大多数土壤微生物是异养型好氧微生物，通过有氧呼吸分解有机物产能，土壤含氧量是限制芦苇和沼泽土壤微生物生长的主要原因。
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