湖泊湿地围垦与退耕过程中土壤微生物群落结构及功能的响应——以鄱阳湖为例

Nowadays, soil variation caused by reclamation has been identified as an important factor which threats the stability and healthy development of wetland ecosystem. So fully understanding the effects of the process of reclamation/restoration on wetland ecosystem is the premise of sustainable utilization of wetland soil. In this study, the wetland of Poyang Lake facing the environmental issue of land use change (reclamation and restoration), is chosen as the research object. The study works on the process of soil evolution and the changes in soil microbial community composition and functional diversity after wetland reclamation/restoration, using environmental microbial methods and molecular ecological technology. Our aims are to (1) elucidate the changes in soil microbial community structure pattern and functional diversity, as well as their coupling relationships with soil development associated with the process of wetland reclamation and restoration; (2) reveal the response mechanisms of microbial community composition and functional diversity to the changes of wetland land use type /land cover. This study will be of great important in revealing the process and the pattern of soil development associated with wetland reclamation. It will also provide theoretical basis for government to formulate scientific strategy for wetland soil management.

围垦所致的土壤变化已经被证明是当今威胁湿地生态系统的稳定和健康发展的重要因素，充分了解围垦与退耕过程对湿地生态系统的影响是湿地土壤可持续发展及利用的前提。本研究以鄱阳湖湿地为研究对象，以近年来湿地生态环境演变（围垦及退耕）为切入点，采用微生物学和分子生态学的研究手段，开展湖泊湿地围垦与退耕后的土壤演变过程及土壤微生物群落结构与功能变化研究；揭示湖泊湿地在围垦和退耕过程中的土壤微生物群落格局和功能的变化规律，及其与土壤发育的耦合关系，进而揭示湿地微生物群落结构与功能对土地利用变化的响应过程与响应机制。研究结果对阐释湿地围垦后土壤发育过程和模式具有重要意义，还可为湿地土壤管理策略的制订提供理论依据。

土地利用/土地覆被变化已经被证明是当今威胁湿地生态系统的稳定和健康重要因素，已受到学术界的严重关注。其中微生物群落如何响应这种变化以及响应机制如何还不明朗，而其响应的生态效应是决定着湿地生态系统健康发展的关键所在。本研究选择鄱阳湖湿地这个经历了围垦、退耕还湖的典型样地开展研究工作，选择湿地围垦38年后形成的菜地、荒地、鱼塘、水稻田土壤为研究对象，天然湿地为研究对照，发现鄱阳湖湿地围垦对土壤细菌群落显著影响，水稻田和天然湿地具有相似的细菌群落组成，主要优势物种为Acidobacteriales, Holophagae, Planctomycetes和Spirochaetae，旱地（菜地和荒地）具有相似的细菌群落，Gemmatimonadates和Actinobacteri为主要优势物种。鱼塘中Chlorobi的相对丰度显著高于其他样地,细菌群落组成主要受到水文条件的影响。接着针对鄱阳湖湿地围垦种植水稻田60年，100年，120年和150年水稻田土壤、以天然湿地为对照探索了围垦年限对湿地土壤及微生物群落、功能的影响，发现围垦这一人为活动及围垦历史已经大大改变了细菌群落结构。，且来自Halomonas属、Isosphaera属和Planctomycetaceae科细菌类群随着围垦年限的延长显著改变。而真菌群落并没有随着围垦年限的延长而变化，仅表现在天然湿地和水稻田之间的变化。与自然湿地相比较，Sordariomycetes和Dothideomycetes纲显著增加，Agaricomycetes纲减少。结果提示：细菌群落比真菌群落对于湿地围垦种植水稻的历史更敏感，但细菌和真菌在土壤生态系统中都扮演着重要的角色。进一步对围垦后种植水稻60年、退耕还湖15，20，40年为研究对象，以自然湿地为对照探索退田还湖对土壤发育和性质的影响，以期评估退田还湖政策实施对于湿地恢复的实际效果。研究显示：从土壤性质、生物活性和土壤有机碳储量方面来看，退田还湖有助于湿地恢复，且土壤有机碳储量随着退耕年限的延长逐渐恢复到天然湿地水平。然真菌和细菌群落组成对于退耕响应不同，与真菌比较而言，细菌可能起着更大的作用。进一步我们发现双季水稻种植比单季种植更有利于土壤微生物活性和群落稳定，本研究可为政府制定科学的湿地土壤利用管理策略提供很好的依据。