艾比湖湿地微生物多样性和群落结构动态演替及其对环境响应的研究

湿地是人类赖以生存和发展的自然资源宝库与生存环境，是地球上最重要的生命支持系统。湿地微生物群落在湿地生态系统的生态过程、温室气体产生、生物地球化学循环等方面扮演重要角色。新疆地域广阔、气候干旱、荒漠化严重，新疆的湿地资源极为宝贵。本研究立足于国内最具代表性的温带干旱地荒漠生态系统- - 我国沙尘暴和盐尘暴发源地之一的新疆艾比湖湿地的微生物资源优势，选取湿地底泥、土壤作为研究介质，陆向、垂直及分季节采样，将可培养与免培养微生物研究方法相结合，研究湿地微生物群落结构和多样性的动态分布特点，同步检测湿地研究区样地的生物及理化学因子特性，在国内首次开展荒漠干旱区盐化湿地的微生物群落结构和多样性与环境的相关性研究。旨在揭示盐化湿地的微生物群落在绿洲与荒漠化共轭演进过程中的生态作用，探讨温带干旱区荒漠化盐化湿地在生态功能恢复过程中微生物群落的潜在力量，为艾比湖湿地保护和生态功能的永续提供理论依据和科学支撑

艾比湖湿地作为温带干旱区荒漠化盐化湿地的极端环境典型代表，在维持生态功能平衡方面功不可没。研究湿地生态环境微生物群落是探讨生态功能的一个重要领域。本研究选择艾比湖湿地湖泊型、河流型和沼泽型3种类型湿地，盐节木、柽柳和芦苇植物为主的3种植被覆盖区环境，以及盐节木、芦苇和盐角草3种植物根际作为研究样点，从可培养和免培养微生物、原核和真核微生物、氨氧化细菌和固氮菌等方面展开，与多种环境因子做关联分析，较全面研究艾比湖湿地微生物多样性特点、群落结构动态演替及其对环境的响应。重要结果：1.艾比湖湿地盐渍化类型以硫酸盐-氯化物型和氯化物-硫酸盐型为主，表聚现象明显；pH 8.0以上；有机质和碱解氮处于较低水平，且与土层深度呈显著负相关；环境质量表现为博乐河区域好于精河区域。土壤酶活性随土层深度增加呈递减趋势。微生物生物量C在土层和季节上差异不显著；微生物生物量N在季节间差异显著。2.原核微生物的变形菌门和拟杆菌门为3种类型湿地绝对优势类群，3种类型湿地细菌群落相似性指数低且自成体系；变形菌门亚群中的ε-变形菌门和β-变形菌门均与锌呈显著正相关；拟杆菌门与速效钾和铬呈显著正相关。3.真核微生物群落组成在3种类型湿地中，藻类（39.47%）为第一优势类群，其次是后生动物（36.84%），样地间存在差异；精河区域两样点类群组成较相似，其多样性高于博乐河区域，与样地间环境因子差异一致。4.氨氧化细菌多样性在夏季和秋季最高点和最低点均出现在盐节木区，其种类以亚硝化螺菌属为主（85%），有少量亚硝化单胞菌属存在，其数量、种群结构及多样性与土壤有机质、电导率、全磷和硝态氮呈显著正相关；在3种植物根际环境中，氨氧化细菌多样性芦苇>盐节木>盐角草，全部序列属于β-变形菌门中的亚硝化单胞菌属及类亚硝化单胞菌属，未发现亚硝化螺菌属；影响植物根际氨氧化细菌群落结构的主要环境因子是有机质、电导率和速效钾；不同类群间相互制约协同完成生理功能。5. 固氮菌群落在样地间春季波动较大，夏秋季不明显；固氮菌多样性夏季高于秋季；归类的5簇固氮菌有4簇属于固氮菌属，1簇为根瘤菌属；固氮菌种群多样性与有机质、全氮及生物量氮呈显著正相关，与硝态氮呈显著负相关。6. 9个样品中均存在红球菌属、芽球菌属和未知的酸微菌亚目的放线菌类群，尚有放线菌亚目、微球菌亚目等。这些微生物很可能是重要生态功能的“执行者”。