水耕和旱耕农田退耕还湿后土壤微生物生态演变研究

土壤微生物驱动着湿地生态系统物质循环的生物地球化学过程，而微生物受到土地利用的强烈影响。研究不同利用历史的湿地土壤退耕还湿后微生物生态演变可增进对湿地生态恢复过程的认识。但目前退耕还湿土壤微生物生态研究大多集中在土壤微生物生境，而对湿地土壤微生物的研究还相对薄弱。本项目以长江中下游地区不同年限退耕还湿的历史水耕和历史旱耕湿地土壤为研究对象，分析退耕时间序列下土壤微生物生境、微生物群落结构（应用PCR-DGGE和FISH技术）和功能活性的变化，明晰退耕还湿土壤微生物生态恢复进程，并在分子生态水平上阐明土壤微生物对湿地生态恢复过程的响应，揭示湿地历史利用方式对退耕还湿后微生物生态恢复进程的影响机制，为退化淡水湿地生态系统合理恢复和湿地环境管理提供科学依据。

背景：由于人类活动强烈干扰导致长江中下游地区湿地面积减少和生态功能衰减，当前退田还湖已是该地区湿地生态恢复的重要举措。更多学者研究了退田还湖后湿地植被、土壤动物、两栖动物等变化特征，较少关注于退耕还湖后湿地土壤微生物及其生境变化。对退耕还湿土壤微生物生态演变研究能增进对退化湿地生态系统恢复过程的认识。方向：退耕还湖湿地土壤微生物生境和微生物变化。内容：水耕和旱耕农田退耕还湿后土壤微生物生境动态特征和土壤微生物动态特征；退耕后湿地土壤微生物生境差异对退耕还湿后土壤微生物特征及恢复进程的影响。方法：（1）土壤微生物生境分析：野外采样-室内实验分析方法，获得土壤理化性质数据；（2）土壤微生物研究方法：微生物活性测定采用野外采样-室内培养分析方法；微生物群落结构分析采用PCR-DGGE和PLFA方法。结果：（1）退耕还湖为自然湿地相对于水产养殖更有利于湿地土壤生态恢复，相对于历史水耕土壤，历史旱耕湿地土壤生态恢复较为缓慢；（2）湿地历史耕作方式和退耕还湖方式导致土壤有机质等养分变化是退耕后湿地土壤生物化学性质变化的主要原因，而退耕后湿地水文变化也是湿地土壤生物化学性质变化的重要原因；（3）退耕后土壤微生物生境指标（土壤颗粒组成、水分、养分等）恢复过程方式存在差异，部分指标退耕后持续上升，部分指标恢复5a左右基本稳定，而部分指标先降低后上升，表层土壤生境指标恢复19~31 a后与原始湿地持平，而亚表层土壤则需要20~51 a，退耕后植被类型和水位条件是影响退耕后微生物生境恢复的重要原因；（4）退耕还湖后随着退耕年限增加，土壤总有机碳（TOC）、颗粒态碳（POC）、矿物质结合态碳（MOC）含量均有显著增加，但以POC为代表的活性有机碳优先恢复，而以MOC为代表的稳定有机碳恢复相对滞后；（5）退耕后湿地土壤无机磷主导着全磷变化，而无机磷中Al-P、Fe-P和O-P主导着土壤磷素有效性变化，但随着退耕年限增加有机磷对土壤全磷的贡献、Ca-P对土壤无机磷的贡献显著增加，促进了退耕后湿地土壤磷库恢复；（6）退耕后3~7 a后，湿地土壤微生物量升高后，基本维持稳定状态，而土壤酶活性与土壤养分含量变化耦合。意义：初步揭示了不同历史利用方式下湿地土壤微生物生态特征恢复差异性，并初步揭示了退耕后湿地微生物生境恢复和微生物恢复机理，为退耕后湿地生态恢复和管理提供依据。