将无干扰的原生沼泽作为对照, 运用比较法研究了纳帕海高原湿地不同干扰强度下形成的湿地利用类型, 即沼泽(无干扰)、沼泽化草甸(轻度干扰)、草甸(中度干扰)和垦后湿地(重度干扰) 4个湿地利用类型的碳氮含量及其分布格局, 揭示干扰对纳帕海不同湿地利用类型碳氮及土壤真菌分布的影响。研究表明: (1) 4个湿地利用类型上下层土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、碳氮比(C:N)和pH值均有显著的差异性(p < 0.01), 并且随着干扰强度的增大, SOM和TN含量逐渐减少。(2)土壤真菌经PDA培养基培养后计数, 在同一湿地类型上层的真菌数量大于下层, 随着干扰强度的增加, 真菌的数量逐渐增加。相关性分析表明: 真菌的数量与pH值、SOM和TN呈极显著负相关, 与C:N呈显著正相关。(3)系统发育研究表明: 纳帕海湿地分布有土壤真菌Ascomycota、Basidiomycota和Zygomycota, 其中Ascomycota是优势类群, 在高原湿地土壤碳氮分解等物质循环过程中Ascomycota处于主导地位。
Aims The study was undertaken to reveal the effects of disturbance on carbon, nitrogen and soil fungi distribution patterns in Napahai wetland. Methods Changes in soil carbon and nitrogen and ecological characteristics of soil fungi were studied across wetlands of varying levels of disturbance, including primitive marsh (non-disturbance), swampy meadow (low disturbance), meadow (moderate disturbance), and cultivated wetland (high disturbance). Important findings (1) In both upper and lower soil layers, soil organic matter (SOM), total nitrogen (TN), C:N and pH significantly differed (p < 0.01) among the four wetland types; SOM and TN decreased with increasing level of disturbance. (2) Following the culture on PDA medium, the abundance of soil fungi was greater in the upper layer than in the lower layer within the same type of wetland soil; with increasing level of disturbance, the abundance of fungi gradually increased, and the abundance of fungi was negatively correlated with pH value, SOM and TN, and positively correlated with C:N (2-tail test, p < 0.05). (3) Phylogenetic analysis shows that the soil fungi in Napahai wetland occur as Ascomycota, Basidiomycota, and Zygomycota, with Ascomycota being the dominant type and playing a key role in decomposition of soil carbon and nitrogen in plateau wetland.
全 文 :植物生态学报 2014, 38 (11): 1166–1173 doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00112
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2014-05-14 接受日期Accepted: 2014-09-07
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: tlkunp@126.com)
纳帕海高原湿地不同干扰强度下土壤真菌的分布
格局
曹萍麟1 陆 梅1 田 昆1,2* 吕思彤3 杨洪昇1 姚 茜1 李丽萍2 岳海涛2
1西南林业大学环境科学与工程学院, 昆明 650224; 2国家高原湿地研究中心, 昆明 650224; 3西南林业大学林学院, 昆明 650224
摘 要 将无干扰的原生沼泽作为对照, 运用比较法研究了纳帕海高原湿地不同干扰强度下形成的湿地利用类型, 即沼泽
(无干扰)、沼泽化草甸(轻度干扰)、草甸(中度干扰)和垦后湿地(重度干扰) 4个湿地利用类型的碳氮含量及其分布格局, 揭示
干扰对纳帕海不同湿地利用类型碳氮及土壤真菌分布的影响。研究表明: (1) 4个湿地利用类型上下层土壤有机质(SOM)、全
氮(TN)、碳氮比(C:N)和pH值均有显著的差异性(p < 0.01), 并且随着干扰强度的增大, SOM和TN含量逐渐减少。(2)土壤真菌
经PDA培养基培养后计数, 在同一湿地类型上层的真菌数量大于下层, 随着干扰强度的增加, 真菌的数量逐渐增加。相关性
分析表明: 真菌的数量与pH值、SOM和TN呈极显著负相关, 与C:N呈显著正相关。(3)系统发育研究表明: 纳帕海湿地分布有
土壤真菌Ascomycota、Basidiomycota和Zygomycota, 其中Ascomycota是优势类群, 在高原湿地土壤碳氮分解等物质循环过程
中Ascomycota处于主导地位。
关键词 碳, 干扰强度, 氮, 高原湿地, 土壤真菌
Soil fungi distribution patterns under different levels of disturbance in the wetland of Napahai
Plateau
CAO Ping-Lin1, LU Mei1, TIAN Kun1,2*, LÜ Si-Tong3, YANG Hong-Sheng1, YAO Xi1, LI Li-Ping2, and YUE Hai-Tao2
1Department of Environmental Science and Engineering, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China; 2National Plateau Wetlands Research Cen-
ter, Kunming 650224, China; and 3Department of Forestry, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China
Abstract
Aims The study was undertaken to reveal the effects of disturbance on carbon, nitrogen and soil fungi distribu-
tion patterns in Napahai wetland.
Methods Changes in soil carbon and nitrogen and ecological characteristics of soil fungi were studied across
wetlands of varying levels of disturbance, including primitive marsh (non-disturbance), swampy meadow (low
disturbance), meadow (moderate disturbance), and cultivated wetland (high disturbance).
Important findings (1) In both upper and lower soil layers, soil organic matter (SOM), total nitrogen (TN), C:N
and pH significantly differed (p < 0.01) among the four wetland types; SOM and TN decreased with increasing
level of disturbance. (2) Following the culture on PDA medium, the abundance of soil fungi was greater in the
upper layer than in the lower layer within the same type of wetland soil; with increasing level of disturbance, the
abundance of fungi gradually increased, and the abundance of fungi was negatively correlated with pH value,
SOM and TN, and positively correlated with C:N (2-tail test, p < 0.05). (3) Phylogenetic analysis shows that the
soil fungi in Napahai wetland occur as Ascomycota, Basidiomycota, and Zygomycota, with Ascomycota being the
dominant type and playing a key role in decomposition of soil carbon and nitrogen in plateau wetland.
Key words carbon, disturbance intensity, nitrogen, plateau wetland, soil fungi
微生物参与湿地土壤物质转化过程, 在土壤形
成、土壤结构改良、湿地植物养分有效化、湿地有
毒物质降解及净化等方面发挥着重要作用。真菌作
为微生物区系的主要组成成员, 在凋落物和有机碎
屑的分解转化过程中处于先锋地位, 推动着湿地土
壤物质转换、能量流动和生物转化循环(彭红艳等,
2012), 维系着土壤生态系统的稳定, 提高土壤生态
系统服务功能(张崇邦等, 2003)。真菌具有生物量大,
曹萍麟等: 纳帕海高原湿地不同干扰强度下土壤真菌的分布格局 1167
doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00112
遗传性状稳定的特点, 并且产孢真菌在自然条件下
具有较强的生存繁衍能力, 现今处理大面积有机磷
农药污染的有效方法是筛选具有广谱降解有机磷农
药特性的真菌(刘阳等, 2004)。而且土壤真菌作为检
测土壤质量变化的敏感指标, 在评价湿地生态系统
功能方面有着重要作用(唐玉姝等, 2007)。
干扰是影响土壤真菌分布的重要因素之一, 近
年来许多学者做了大量研究, 但大多集中在森林生
态系统(周正朝和上官周平, 2005)和农田生态系统
(何玉梅等, 2007; 张于光等, 2007), 关于湿地生态
系统的研究相对较少, 且主要集中在低海拔区域
(徐惠风等 , 2004; 赵先丽等 , 2006; 曾繁富等 ,
2009)。干扰对高原湿地生态系统的研究主要集中在
植物(肖德荣等, 2008)、鸟类(刘强等, 2008)、水文变
化(张昆等, 2009)和土壤养分(田昆等, 2004)等诸多
方面, 但缺乏干扰对高原沼泽湿地的土壤生物学特
征研究, 尤其缺乏干扰对土壤真菌的影响及其与土
壤养分变化关系的研究。本研究以纳帕海高原湿地
土壤为研究对象, 通过分析不同干扰强度下纳帕海
湿地土壤真菌的变化特征, 以及土壤真菌数量和土
壤养分间的关系, 掌握不同干扰下湿地土壤真菌及
其土壤养分变化规律, 以期为湿地保护和管理提供
科学依据。
1 材料和方法
1.1 研究区概况
纳帕海湿地位于云南省西北部香格里拉县境
内, 地理坐标27.82°–27.92° N, 99.62°–99.68° E, 海
拔3 260 m, 地处青藏高原与亚热带季风气候区和
中南半岛热带季风区的结合部, 具有高寒、平均气
温低、霜期长、降水量少、干湿季节分明、冬春季
干旱突出、气温年较差和日较差较大、冬季漫长而
寒冷等特点 , 年平均气温为5.4 ℃, 年降水量为
619.9 mm, 且主要集中在6–8月。在地形上, 纳帕海
南面开阔, 东、西、北面被海拔3 800–4 490 m的高
山环绕。该湿地以国家Ⅰ级保护鸟类黑颈鹤(Grus
nigricollis)和其他珍稀濒危物种如黑鹳(Ciconia ni-
gra)、白琵鹭(Platalea leucorodia)、赤麻鸭(Tadorna
ferruginea)等水禽为主要保护对象(刘强等, 2008)。
纳帕海湿地是许多植物物种的交汇区, 主要植物有
黄背栎(Quercus pannosa)、云杉(Picea asperata)、冷
杉(Abies fabri)等乔木树种, 杉叶藻(Hippuris vul-
garis)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)、水葱
(Scirpus validus)、蓖齿眼子菜(Potamogeton pecti-
natus)、茭草(Zizania latifolia)、鸭跖草(Commelina
communis)等水生植物(肖德荣等, 2008)。
纳帕海是低纬度高海拔的季节性的湖泊湿地,
储存有大量的碳氮, 它作为营养元素尤其是碳和氮
的源、汇和调节器, 可促进、延缓或遏制区域环境
恶化。近年来, 由于人为干扰, 纳帕海湿地面积萎
缩, 旱化程度加剧, 湿地在空间上从湖心向湖岸形
成沼泽、沼泽化草甸、草甸和垦后湿地4个湿地利用
类型(郭雪莲等, 2012)。
1.2 采样方法
通过对研究区域实地考察和对相关资料的收
集, 选择无人为干扰或干扰较少的原生沼泽土壤作
为参照, 同时按照干扰程度差异, 选取疏干垦殖的
农耕地(重度干扰), 排干后用于放牧的退化草甸(中
度干扰)以及浅水沼泽化草甸(轻度干扰)共4种不同
利用类型的湿地, 作为原生沼泽破坏后不同干扰强
度下湿地土壤性质变化研究的样地。在各类型中分
别设8–15个定位点, 以原状土柱取样器采集土样,
首先除去地表植被和枯枝落叶 , 用采土工具按
0–20和20–40 cm分层(除原生沼泽外, 因原生沼泽
常年淹水, 无明显分层)采样, 并同步采集土壤微生
物样品与土壤养分的样品。采取的土样放于牛皮纸
上, 剔除土壤中的石砾和植物残根等杂物后混匀装
袋, 并将采集好的样品放入临时冰箱中保存(大约4
)℃ , 及时带回实验室尽快做真菌分离培养。采回的
土壤养分土样在实验室内风干, 再次剔除草根和石
块, 研磨, 分别过1.0和0.25 mm筛, 装袋密封。
1.3 土壤理化性质测定
参照《土壤理化分析》(中国科学院南京土壤研
究所, 1978)、《土壤微生物研究法》(中国科学院南
京土壤研究所, 1985)和《土壤微生物分析方法册》
(许光辉和郑洪元, 1986), 分别测定有机质(重铬酸
钾法)、全氮(开氏法)和pH值(电位法), 设3个重复。
1.4 土壤真菌分离计数与纯化
称取10.0 g左右的样品放入盛有90 mL已灭菌
蒸馏水的锥形瓶(含玻璃珠)中, 180 r·min–1振荡30
min。静置使其自然沉降, 取上清液分别进行10–2和
10–3梯度稀释, 每个梯度涂布已制好的PDA培养基
上(做3个平行), 28 ℃培养。待长出明显的菌落后进
行计数, 并挑单菌落并反复划线纯化菌株。
1168 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2014, 38 (11): 1166–1173
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1.5 DNA提取及PCR扩增
将纯化得到的单菌落的真菌用植物组DNA提
取试剂盒(TIANGEN BIOTECH (BEIJING), 北京)
提取。PCR扩增采用18S rDNA通用引物EF4: 5′-GG-
AAGGGRTGTATTTATTAG-3′, Fungi5: 5′-GTAAA-
GTCCTGGTTCCCC-3′。25 µL PCR反应体系: 12.5
µL Mix, 7.5 µL ddH2O, 1 µL EF4, 1 µL Fungi5, and 3
µL DNA样品。PCR扩增条件: 94 ℃预变性10 min,
94 ℃变性1 min, 55 ℃退火1 min, 72 ℃延伸1 min,
35个循环; 最后72 ℃延伸10 min。将获得的PCR产
物送生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序,
选取长度超过750 bp的序列进行BLASTn比对, 获
得相似性大于97%的可培养真菌的同源类群序列
信息。
1.6 数据处理
DNA测得的序列用BLASTN程序搜索相似性
序列, 运用ClustalX (Version 1.8)对测得的序列和相
似序列进行比对分析, 并用DOTUR软件确定分类
单位(OTU)(Schloss & Handelsman, 2005), 最后挑取
所需序列运用MEGA4软件构建系统发育树(Kumar
et al., 2004)。多样性指数Shannon-Winer指数(H)、
Chao1 index、ACE和Simpson指数先用DNAStar, 然
后用DOTUR软件计算得到。本研究还运用Excel和
SPSS 20.0对数据进行处理。
2 结果和分析
2.1 不同干扰强度下土壤理化性质变化特征
由表1可知, 0–20和20–40 cm土层全氮(TN)和土
壤有机质(SOM)的含量有以下变化规律: 原生沼泽
>沼泽化草甸>草甸>垦后湿地; 而0–20 cm土层C:N
的变化规律是原生沼泽<沼泽化草甸<草甸<垦后湿
地, 20–40 cm土层C:N的变化规律是草甸<沼泽化草
甸<原生沼泽<垦后湿地。0–20 cm土层pH值变化规
律是原生沼泽>沼泽化草甸>垦后湿地>草甸; 20–40
cm土层pH值变化规律与SOM含量的变化规律相一
致。不同干扰强度下, 纳帕海高原湿地原生沼泽(无
干扰)、沼泽化草甸(轻度干扰)、草甸(中度干扰)和
垦后湿地(重度干扰)的SOM、TN、C:N和pH值均有
显著的差异性(p < 0.01)。并且, 随着干扰强度的增
加, 土壤碳氮的释放逐渐增加。在0–20 cm土层, 沼
泽化草甸(轻度干扰)、草甸(中度干扰)和垦后湿地
(重度干扰)的碳含量分别比原生沼泽减少6.6%、
20.3%和 29.0%; 氮含量分别比原生沼泽减少
41.8%、54.2%和70.5%。在20–40 cm土层, 沼泽化草
甸(轻度干扰)、草甸(中度干扰)和垦后湿地(重度干
扰)的碳含量分别比原生沼泽减少5.3%、20.0%和
35.4%; 氮含量分别减少26.7%、56.9%和66.2%, 可
见, 干扰强度的变化必然引起土壤碳氮的差异。
2.2 不同干扰强度下真菌数量的变化
将土壤样品用无菌水稀释100倍和1 000倍进行
涂布, 结果真菌数量在(1.00 ± 0.08) × 103到(23.30 ±
0.63) × 103之间, 且0–20 cm土层的真菌数量明显大
于20–40 cm土层, 呈现垦后湿地>草甸>沼泽化草甸
>原生沼泽的变化规律(表2)。可见, 随着干扰强度的
增大, 真菌的数量增多。并且土壤养分与真菌之间
呈现如下的相关性: 真菌数量与pH值、SOM和TN
表1 纳帕海湿地4种不同利用类型土壤主要理化指标(平均值±标准误差)
Table 1 Values of soil physicochemical variables for the four wetland types in Napahai (mean ± SE)
土壤理化指标
Soil physicochemical variable
土层
Soil layer
(cm)
垦后湿地(重度干扰)
Cultivated wetland
(high disturbance)
草甸(中度干扰)
Meadow
(moderate disturbance)
沼泽化草甸(轻度干扰)
Swampy meadow
(low disturbance)
原生沼泽(无干扰)
Marsh
(non-disturbance)
0–20 64.60 ± 6.38a 72.52 ± 2.73b 85.01 ± 2.06c 90.98 ± 3.99d 有机质
Organic matter (g·kg–1) 20–40 59.48 ± 2.82a 73.74 ± 2.54b 87.23 ± 0.85c 92.12 ± 3.02d
0–20 0.74 ± 0.01a 1.15 ± 0.03b 1.46 ± 0.02c 2.51 ± 0.13d 全氮
Total nitrogen (g·kg–1) 20–40 0.66 ± 0.03a 0.84 ± 0.22a 1.43 ± 0.09b 1.95 ± 0.08c
0–20 87.44 ± 8.70a 62.87 ± 2.60b 58.26 ± 2.11b 36.26 ± 3.12b 碳氮比
C:N 20–40 90.76 ± 7.43a 29.77 ± 6.95b 40.09 ± 2.13c 47.31 ± 2.91d
0–20 7.61 ± 0.29a 5.65 ± 0.12b 7.82 ± 0.16a 7.84 ± 0.07a pH值
pH value 20–40 7.50 ± 0.20a 6.97 ± 0.51b 7.87 ± 0.23c 7.91 ± 0.07c
同行中不同字母表示在不同干扰强度下差异显著(p < 0.05)。
Different letters in the same row indicate significant differences among different levels of disturbance (p < 0.05).
曹萍麟等: 纳帕海高原湿地不同干扰强度下土壤真菌的分布格局 1169
doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00112
表2 不同干扰强度下纳帕海湿地土壤的菌落单元总量
Table 2 Total quantity of colony-forming units in Napahai wetland under different levels of disturbance
湿地类型
Wetland type
土层
Soil layer (cm)
平板菌落
No. of plate culture count
菌落单元数(CFU·g–1)(平均值±标准误差)
Numbers of colony-forming units (mean ± SE)
0–20 23.30 (23.30 ± 0.63) × 103a 垦后湿地(重度干扰)
Cultivated wetland (high disturbance) 20–40 15.35 (15.35 ± 0.20) × 103a
0–20 15.98 (15.98 ± 0.14) × 103b 草甸(中度干扰)
Meadow (moderate disturbance) 20–40 12.44 (12.44 ± 0.21) × 103b
0–20 5.06 (5.06 ± 0.11) × 103c 沼泽化草甸(轻度干扰)
Swampy meadow (low disturbance) 20–40 2.72 (2.72 ± 0.10) × 103c
0–20 1.79 (1.79 ± 0.06) × 103d 原生沼泽(无干扰)
Marsh (non-disturbance) 20–40 1.00 (1.00 ± 0.08) × 103d
同一土层不同字母表示差异显著(p < 0.05)。CFU, 菌落形成单位。
Different letters indicate significant differences among wetland types (p < 0.05). CFU, colony formation unit.
表3 不同干扰强度下纳帕海湿地0–20 cm土层土壤理化指标与真菌数量相关系数矩阵
Table 3 Matrix of correlation coefficients among soil physicochemical variables and fungal number in the 0–20 cm soil layer of
Napahai wetland
全氮
Total nitrogen
有机质
Organic matter
碳氮比
C:N
真菌数量
No. of fungi
pH
全氮 Total nitrogen 1
有机质 Organic matter 0.852** 1
碳氮比 C:N –0.932** –0.772** 1
真菌数量 No. of fungi –0.887** –0.936* 0.893** 1
pH 0.344* 0.358* –0.150 –0.382* 1
*表示两指标之间差异显著(p < 0.05), **表示两指标之间差异极显著(p < 0.01)。
* and ** indicate significant differences between variables at p < 0.05 and p < 0.01, respectively.
表4 不同干扰强度下纳帕海湿地20–40 cm土层土壤理化指标与真菌数量相关系数矩阵
Table 4 Matrix of correlation coefficients among soil physicochemical variables and fungal number in the 20–40 cm soil layer of
Napahai
全氮
Total nitrogen
有机质
Organic matter
碳氮比
C:N
真菌数量
No. of fungi
pH
全氮 Total nitrogen 1
有机质 Organic matter 0.721** 1
碳氮比 C:N –0.426** 0.301 1
真菌数量 No. of fungi –0.940** –0.631** 0.484** 1
pH 0.669** 0.693** 0.074 –0.620** 1
*表示两指标之间差异显著(p < 0.05), **表示两指标之间差异极显著(p < 0.01)。
* and ** indicate significant difference between variables at p < 0.05 and p < 0.01, respectively.
呈显著负相关, 与C:N呈极显著的正相关(表3, 表4)。
2.3 不同干扰强度下湿地多样性指标特征
纳帕海高原湿地土壤真菌Chao1和ACE丰富度
指数及Shannon-Weaver多样性指数及Simpson优势
度指数呈现垦后湿地>草甸>沼泽化草甸>原生沼泽
的变化规律(表5)。Simpson优势度指数变化规律为:
上层(0–20 cm土层)垦后湿地<草甸=原生沼泽<沼泽
化草甸; 下层(20–40 cm土层)草甸<沼泽化草甸<垦
后湿地=原生沼泽。
Shannon-Weaver多样性指数是反映菌种多样性
的常见指数。干扰下纳帕海湿地土壤真菌的
Shannon-Weaver指数发生了显著的变化, 表明干扰
在一定程度上影响了土壤真菌的多样性。Simpson
指数反映最常见菌种的优势度。分析计算结果表明,
纳帕海土壤真菌的Simpson指数在干扰下同样发生
了显著的变化, 说明干扰可显著影响土壤中常见物
种种类, 增加土壤微生物的丰富度和多样性, 造成
常见菌种优势度的下降。其可能原因是干扰改变了
1170 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2014, 38 (11): 1166–1173
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表5 不同干扰强度纳帕海湿地土壤真菌的多样性指数
Table 5 Fungal diversity index under different levels of disturbance in Napahai wetland
多样性指标
Diversity
index
公式
Fomula
土层
Soil layer
(cm)
垦后湿地(重度干扰)
Cultivated wetland
(high disturbance)
草甸(中度干扰)
Meadow
(moderate disturbance)
沼泽化草甸(轻度干扰)
Swampy meadow
(low-disturbance)
原生沼泽(无干扰)
Marsh
(non-disturbance)
0–20 34.14 23.20 10.00 8.00 Chao 1 Schloss & Handels-
man, 2005 20–40 23.60 16.00 8.50 8.50
0–20 34.89 24.88 10.85 12.00 ACE Schloss & Handels-
man, 2005 20–40 27.43 17.47 8.91 8.85
0–20 3.10 2.67 2.03 1.73 Shannon (H′)
20–40 2.44 2.23 1.84 1.94
0–20 0.05 0.07 0.11 0.07 Simpson
(D) ∑= −
−−=
S
i
ii
NN
nnD
1 )1(
)1(1
20–40 0.12 0.08 0.11 0.12
N, 样品中克隆子的总数; ni, 一个操作分类单位(OTU)中包含克隆子的数量; Pi, i个物种中克隆子数占总克隆数的比例; S, 样品中OTUs的数量。
N, number of total clones; ni, number of clones of one operational taxonomic unit (OTU); Pi, proportion between number of clones of i species and
total clones number; S, number of OTUs of sample.
纳帕海高原湿地的水文条件、 通气性和土壤理化性
质等生境。
2.4 土壤真菌系统发育分析
将公司测得的318条真菌18S rDNA序列提交到
BLASTn程序(www. ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)搜索
相似性序列, 获取纯培养真菌18S rDNA的序列同
源性菌株, 运用DOTUR软件将序列确定分类单位
(OTU)。当进化距离为0.03时, 共得到27个OTU。通
过MEGA 4.0构建湿地土壤纯培养的真菌18S rDNA
系统发育树(图1)。结果表明, 高原湿地土壤中包含
子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)
和接合菌门(Zygomycota)三大门的真菌, 其中子囊
菌门是最优势的菌种 , 占94.65%, 包含座囊菌纲
(Dothideomycetes)、锤舌菌纲(Leotiomycetes)和粪壳
菌纲(Sordariomycetes) 3个纲的真菌种类, 相对较少
的接合菌门占3.14%, 担子菌门占2.2%。这一结果表
明: 在干扰条件下纳帕海高原湿地生态系统起主导
分解作用的土壤真菌是子囊菌门。
3 讨论
纳帕海地理环境相对封闭, 生态系统脆弱。近
年来, 人口膨胀和经济快速发展的刺激, 导致对资
源的过度需求, 为获得牧草地和耕地而将水排干,
造成湖泊面积变小, 引起土壤水分、pH值、颗粒组
成及土地利用方式的变化, 直接或间接影响土壤碳
氮含量。宋长春等(2004)的研究表明: 湿地垦殖引起
土壤温度增高及氧化-还原条件改变, 促进土壤碳
氮分解, 造成土壤碳氮含量大幅度减少。乔有明等
(2009)也认为, 放牧和开垦造成固定碳氮的能力下
降, 使土壤碳氮含量明显减少。由此可见, 干扰显著
改变湿地土壤碳氮的含量。
真菌参与土壤有机质的分解, 直接影响土壤有
机质的含量, 反之, 土壤有机质的增减也能改变土
壤真菌的数量和组成(Billings & Ziegler, 2005)。本研
究表明: 除垦后湿地之外, 原生沼泽、沼泽化草甸、
草甸下层(0–20 cm土层) SOM含量高于上层(20–40
cm土层), 这可能是因为真菌主要在土壤表层起分
解作用, 而菌根菌或其他与植物根系共生的真菌在
土壤深处固碳(Treseder & Holden, 2013)。相关分析
表明, 真菌数量与SOM含量呈极显著负相关关系,
这与Bazzaz和Williams (1991)的研究结果一致, 他
们认为微生物种群受到土壤中易分解有机质的影
响, 当土壤中的有机质含量和微生物活性增加时,
其土壤中腐殖质分解速率就会显著增加。真菌的数
量与全氮呈极显著负相关关系, 这与王笛等(2012)
的研究结果一致, 可能原因是高浓度的氮对真菌生
长起抑制作用。
比较原生沼泽、沼泽化草甸、草甸和垦后湿地
土壤真菌多样性指数可知, 重度干扰的垦后湿地土
壤真菌群落多样性指数最高。因为其土壤含水量较
少, 与空气热交换快, 土壤热量状况比其他湿地利
用类型好, 同时, 人为翻耕、扰动和施肥(江长胜等,
2010)使土壤通气性得到大幅度的改善, 利于微生
物生长繁殖; 无干扰或干扰较小的原生沼泽淹水层
较深, 土壤的通气状况不好等生境条件下, 真菌多
样性最少; 轻度干扰的沼泽化草甸季节性淹水, 生
境季节性交替变化, 不利于真菌的生长繁殖; 中度
干扰的草甸土壤含水量也较小, 但践踏造成土壤紧
曹萍麟等: 纳帕海高原湿地不同干扰强度下土壤真菌的分布格局 1171
doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00112
图1 根据真菌18S rDNA基因序列构建的系统发育树。
Fig. 1 Phylogenetic tree of fungi according to 18S rDNA gene sequences.
实, 通气性变差, 对真菌产生负面影响, 导致土壤
真菌多样性指数略低于垦后湿地, 徐惠风等(2004)
的研究也表明退化程度较高的湿地土壤真菌群落的
多样性指数最高。土壤pH值也是影响真菌多样性的
一个重要因素, 它通过影响酶蛋白(微生物的代谢
酶活性)及真菌细胞膜上的蛋白质分子(细胞膜的稳
定性)(Steenwerth et al., 2002; Anderson et al., 2003;
Pan et al., 2008), 来影响酶活性中心上必须基团的
解离程度, 同时也影响底物和辅酶的解离程度, 从
而影响酶分子对底物分子(有机质、全氮)的结合和
催化, 进而影响真菌对底物的分解效率, 进一步影
响菌丝体对环境中营养物质的吸收, 最终影响土壤
1172 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2014, 38 (11): 1166–1173
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真菌的群落结构和生态特征。
基金项目 云南省应用基础研究面上项目 (2013-
FB053)、国家自然科学基金(40971285、31370497
和41001332)、国家重点基础研究发展计划(973计划)
前期研究专项(2012CB426509)、云南省科技计划
(2010CA010和2008CA006)、云南省科技创新人才计
划(2012HC007)和云南省生态学优势特色重点学科
(群)建设项目共同资助。
致谢 感谢西南林业大学环境科学与工程学院的陆
梅老师在实验过程中给予的指导和帮助, 感谢国家
高原湿地研究中心田昆教授的耐心的指导, 并感谢
西南林业大学多样性研究院李伟老师对本文摘要的
润色以及许多同学的帮助。
参考文献
Anderson IC, Campbell CD, Prosser JI (2003). Potential bias of
fungal 18S rDNA and internal transcribed spacer poly-
merase chain reaction primers for estimating fungal biodi-
versity in soil. Environmental Microbiology, 5, 36–47.
Bazzaz FA, Williams WE (1991). Atmospheric CO2 concentra-
tions within a mixed forest: implications for seedling
growth. Ecology, 72, 12–16.
Billings SA, Ziegler SE (2005). Linking microbial activity and
soil organic matter transformations in forest soils under
elevated CO2. Global Change Biology, 11, 203–212.
Guo XL, Tian K, Ge XX, Lai JD (2012). Distribution of or-
ganic carbon density and carbon storage in plateau wetland
soils in Napahai. Journal of Soil and Water Conservation,
26(4), 159–162. (in Chinese with English abstract) [郭雪
莲, 田昆, 葛潇霄, 赖建东 (2012). 纳帕海高原湿地土
壤有机碳密度及碳储量特征 . 水土保持学报 , 26(4),
159–162.]
He YM, Zhang RS, Zhang LH, Xie KZ (2007). Effects of dif-
ferent tillage practices on fungi community structure and
ecologic characteristics in loess soils. Acta Ecologica
Sinica, 27, 113–119. (in Chinese with English abstract)
[何玉梅, 张仁陟, 张丽华, 解开治 (2007). 不同耕作措
施对土壤真菌群落结构与生态特征的影响. 生态学报,
27, 113–119.]
Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences (1978).
The Soil Physical and Chemical Analysis Manual. Shang-
hai Science and Technology Press, Shanghai. 62–140.
(in Chinese) [中国科学院南京土壤研究所 (1978). 土壤
理化分析手册. 上海科学技术出版社, 上海. 62–140.]
Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences (1985).
The Soil Microbial Research. Science Press, Beijing. 40–
50. (in Chinese) [中国科学院南京土壤研究所 (1985).
土壤微生物研究法. 科学出版社, 北京. 40–50.]
Jiang CS, Hao QJ, Song CC, Hu BQ (2010). Effects of marsh
reclamation on soil respiration in the Sanjiang plain. Acta
Ecologica Sinica, 30, 4539–4548. (in Chinese with Eng-
lish abstract) [江长胜, 郝庆菊, 宋长春, 胡必琴 (2010).
垦殖对沼泽湿地土壤呼吸速率的影响. 生态学报, 30,
4539–4548.]
Kumar S, Tamura K, Nei M (2004). MEGA3: integrated soft-
ware for molecular evolutionary genetics analysis and se-
quence alignment. Briefings in Bioinformatics, 5, 150–
163.
Liu Q, Yang XJ, Zhu JG, Zhao JL, Yu HZ (2008). Flock of
black-necked crane wintering at Napahai Nature Reserve,
China. Zoological Research, 29, 553–560. (in Chinese
with English abstract) [刘强, 杨晓君, 朱建国, 赵健林,
余红忠 (2008). 云南省纳帕海自然保护区越冬黑颈鹤
的集群特征. 动物学研究, 29, 553–560.]
Liu Y, Liu YH, Li F, Chen ZS, Lian J, Luo WJ, Huang X,
Zhong YC (2004). A broad-spectrum organophosphorus
hydrolase from Fungus. Acta Scientiarum Naturalium
Universitatis Sunyatseni, 43(2), 76–80. (in Chinese with
English abstract) [刘阳, 刘玉焕, 李方, 陈志仕, 廉婕,
罗维佳, 黄晓, 钟英长 (2004). 广谱降解有机磷农药的
真菌酶解研究 . 中山大学学报 (自然科学版 ), 43(2),
76–80.]
Pan H, Yu JF, Wu YM, Zhang TY, Wang HF (2008). Diversity
analysis of soil dematiaceous Hyphomycetes from the
Yellow river source area: I. Journal of Zhejiang University
Science B, 9, 829–834.
Peng HY, Xu J, Wang Y, Yu L (2012). Advances in the diver-
sity of marine fungi in Mangrove Wetlands. Journal of
Fungal Research, 10, 266–270. (in Chinese with English
abstract) [彭红艳, 徐婧, 王燕, 于莉 (2012). 红树林湿
地海洋真菌多样性研究进展. 菌物研究, 10, 266–270.]
Qiao YM, Wang ZQ, Duan ZH (2009). Effects of different
land-use types on soil carbon and nitrogen contents in the
northern region of Qinghai Lake. Acta Prataculturae
Sinica, 18(6), 105–112. (in Chinese with English abstract)
[乔有明, 王振群, 段中华 (2009). 青海湖北岸土地利
用方式对土壤碳氮含量的影响 . 草业学报 , 18(6),
105–112.]
Schloss PD, Handelsman J (2005). Introducing DOTUR, a
computer program for defining operational taxonomic
units and estimating species richness. Applied and Envi-
ronmental Microbiology, 71, 1501–1506.
Song CC, Wang YY, Yan BX, Lou YJ, Zhao ZC (2004). The
changes of the soil hydrothermal condition and the dy-
namics of C, N after the Mire Tillage. Environmental Sci-
ence, 25(3), 150–154. (in Chinese with English abstract)
[宋长春, 王毅勇, 阎百兴, 娄彦景, 赵志春 (2004). 沼
泽湿地开垦后土壤水热条件变化与碳、氮动态. 环境科
学, 25(3), 150–154.]
Steenwerth KL, Jackson LE, Calderón FJ, Stromberg MR,
曹萍麟等: 纳帕海高原湿地不同干扰强度下土壤真菌的分布格局 1173
doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00112
Scow KM (2002). Soil microbial community composition
and land use history in cultivated and grassland ecosys-
tems of coastal California. Soil Biology and Biochemistry,
34, 1599–1611.
Tang YS, Wei CF, Yan TM, Yang LZ, Ci E (2007). Biological
indicator of soil quality: a review. Soils, 39, 157–163. (in
Chinese) [唐玉姝 , 魏朝富 , 颜廷梅 , 杨林章 , 慈恩
(2007). 土壤质量生物学指标研究进展. 土壤, 39, 157–
163.]
Tian K, Chang FL, Lu M, Mo JF, Yang YX (2004). Impacts of
human disturbances on organic carbon and nitrogen in
Napahai wetlands, Northwest Yunnan. Acta Pedologica
Sinica, 41, 686–698. (in Chinese with English abstract) [田
昆, 常凤来, 陆梅, 莫剑锋, 杨永兴 (2004). 人为活动
对云南纳帕海湿地土壤碳氮变化的影响. 土壤学报, 41,
681–686.]
Treseder KK, Holden SR (2013). Fungal carbon sequestration.
Science, 339, 1528–1529.
Wang D, Ma FY, Yao XF, Xin H, Song X, Zhang ZX (2012).
Properties of soil microbes, nutrients and soil enzyme ac-
tivities and their relationship in a degraded wetland of
Yellow River Delta. Science of Soil and Water Conserva-
tion, 10(5), 94–98. (in Chinese with English abstract) [王
笛, 马风云, 姚秀粉, 辛贺, 宋雪, 张钟心 (2012). 黄河
三角洲退化湿地土壤养分, 微生物与土壤酶特性及其
关系分析. 中国水土保持科学, 10(5), 94–98.]
Xiao DR, Tian K, Zhang LQ (2008). Relationship between
plant diversity and soil fertility in Napahai wetland of
Northwestern Yunnan plateau. Acta Ecologica Sinica, 28,
3116–3124. (in Chinese with English abstract) [肖德荣,
田昆, 张利权 (2008). 滇西北高原纳帕海湿地植物多样
性与土壤肥力的关系. 生态学报, 28, 3116–3124.]
Xu GH, Zheng HY (1986). Soil Microbial Analysis Method
Manual. China Agriculture Press. Beijing. 1–70. (in Chi-
nese) [许光辉, 郑洪元 (1986). 土壤微生物分析方法手
册. 中国农业出版社, 北京. 1–70.]
Xu HF, Liu XT, Bai JH (2004). Dynamic change and environ-
mental effects of soil microorganism in marsh soils from
Carex Meyeriana wetlands in Changbai mountain. Journal
of Soil and Water Conservation, 18(3), 115–117. (in Chi-
nese with English abstract) [徐惠风, 刘兴土, 白军红
(2004). 长白山沟谷湿地乌拉苔草沼泽湿地土壤微生物
动态及环境效应研究. 水土保持学报, 18(3), 115–117.]
Zeng FF, Zhang TQ, Xu HS, Tai C, Xing ML, Zhao MJ (2009).
Number of microbes and its biodiversity in soil of Riparian
wetland. Environmental Science & Technology, 32(10),
13–18. (in Chinese with English abstract) [曾繁富, 赵同
谦, 徐华山, 邰超, 邢梦林, 赵明杰 (2009). 滨河湿地
土壤微生物数量及多样性研究 . 环境科学与技术 ,
32(10), 13–18.]
Zhang CB, Jin ZX, Shi SD (2003). Microflora and microbial
quotient (qMB, qCO2) values of soils in different forest
types on Tiantai mountain in Zhejiang. Chinese Journal of
Ecology, 22(2), 28–31. (in Chinese with English abstract)
[张崇邦, 金则新, 施时迪 (2003). 天台山不同林型土
壤微生物区系及其商值 (qMB, qCO2). 生态学杂志 ,
22(2), 28–31.]
Zhang K, Tian K, Lü XG, Luo S, Li JY, Li NY (2009). Impacts
of tourism on water storage and regulation of meadow soil
in Napahai lakeshore wetlands. Advances in Water Sci-
ence, 20, 800–805. (in Chinese with English abstract) [张
昆, 田昆, 吕宪国, 罗姗, 李吉玉, 李宁云 (2009). 旅游
干扰对纳帕海湖滨草甸湿地土壤水文调蓄功能的影响.
水科学进展, 20, 800–805.]
Zhang YG, Zhang XQ, Qu LJ, Xiao Y (2007). The impact of
land use changes on soil fungal community structure. Acta
Ecologica Sinica, 27, 4325–4332. (in Chinese with Eng-
lish abstract) [张于光, 张小全, 曲良建, 肖烨 (2007).
土地利用变化对土壤真菌群落结构的影响. 生态学报,
27, 4325–4332.]
Zhao XL, Zhou GS, Zhou L, Lü GH, Jia QY, Xie YB (2006).
The characteristics of soil microbe in Panjin reed wetland.
Journal of Meteorology and Environment, 22(4), 64–67.
(in Chinese with English abstract) [赵先丽, 周广胜, 周
莉, 吕国红, 贾庆宇, 谢艳兵 (2006). 盘锦芦苇湿地土
壤微生物特征分析. 气象与环境学报, 22(4), 64–67.]
Zhou ZC, Shangguan ZP (2005). Dynamic changes of soil eco-
logical factors in Ziwuling secondary forest area under
human disturbance. Chinese Journal of Applied Ecology,
16, 1586–1590. (in Chinese with English abstract) [周正
朝, 上官周平 (2005). 人为干扰下子午岭次生林土壤生
态因子动态变化. 应用生态学报, 16, 1586–1590.]
责任编委: 黄建辉 责任编辑: 王 葳