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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 16 期摇 摇 2011 年 8 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
人工和天然湿地芦苇根际土壤细菌群落结构多样性的比较 汪仲琼,王为东,祝贵兵,等 (4489)………………
不同土壤水分下山杏光合作用光响应过程及其模拟 郎摇 莹,张光灿,张征坤,等 (4499)………………………
不同颜色遮阳网遮光对丘陵茶园夏秋茶和春茶产量及主要生化成分的影响
秦志敏,付晓青,肖润林,等 (4509)
……………………………………
……………………………………………………………………………
镉胁迫对烟草叶激素水平、光合特性、荧光特性的影响 吴摇 坤,吴中红,邰付菊,等 (4517)……………………
条浒苔和缘管浒苔对镉胁迫的生理响应比较 蒋和平,郑青松,朱摇 明,等 (4525)………………………………
盐胁迫对拟南芥和盐芥莲座叶芥子油苷含量的影响 庞秋颖,陈思学,于摇 涛,等 (4534)………………………
长期双季稻绿肥轮作对水稻产量及稻田土壤有机质的影响 高菊生,曹卫东,李冬初,等 (4542)………………
基于水量平衡下灌区农田系统中氮素迁移及平衡的分析 杜摇 军,杨培岭,李云开,等 (4549)…………………
苏北海滨湿地互花米草种子特征及实生苗生长 徐伟伟,王国祥,刘金娥,等 (4560)……………………………
基于 AnnAGNPS模型的三峡库区秭归县非点源污染输出评价 田耀武,黄志霖,肖文发 (4568)………………
镉污染对不同生境拟水狼蛛氧化酶和金属硫蛋白应激的影响 张征田,庞振凌,夏摇 敏,等 (4579)……………
印度洋南赤道流区水体叶绿素 a的分布及粒级结构 周亚东,王春生,王小谷,等 (4586)………………………
长江口滩涂围垦后水鸟群落结构的变化———以南汇东滩为例 张摇 斌,袁摇 晓,裴恩乐,等 (4599)……………
应用鱼类完整性指数(FAII)评价长江口沿岸碎波带健康状况 毛成责,钟俊生,蒋日进,等 (4609)…………
基于渔业调查的南极半岛北部水域南极磷虾种群年龄结构分析 朱国平,吴摇 强,冯春雷,等 (4620)…………
水稻模型 ORYZA2000 在湖南双季稻区的验证与适应性评价 莫志鸿,冯利平,邹海平,等 (4628)……………
旱地农田不同耕作系统的能量 /碳平衡 王小彬,王摇 燕,代摇 快,等 (4638)……………………………………
宁夏黄灌区稻田冬春休闲期硝态氮淋失量 王永生,杨世琦 (4653)………………………………………………
太湖沉积物有机碳与氮的来源 倪兆奎,李跃进,王圣瑞,等 (4661)………………………………………………
日偏食对乌鲁木齐空气可培养细菌群落的影响 马摇 晶,孙摇 建,张摇 涛,等 (4671)……………………………
灰飞虱与褐飞虱种内和种间密度效应比较 吕摇 进,曹婷婷,王丽萍,等 (4680)…………………………………
圈养马来熊行为节律和时间分配的季节变化 兰存子,刘振生,王爱善,等 (4689)………………………………
塔里木荒漠河岸林干扰状况与林隙特征 韩摇 路,王海珍,陈加利,等 (4699)……………………………………
珍稀植物伯乐树一年生更新幼苗的死亡原因和保育策略 乔摇 琦,秦新生,邢福武,等 (4709)…………………
垃圾堆肥复合菌剂对干旱胁迫下草坪植物生理生态特性的影响 多立安,王晶晶,赵树兰 (4717)……………
CLM3. 0鄄DGVM中植物叶面积指数与气候因子的时空关系 邵摇 璞,曾晓东 (4725)……………………………
基于生态效率的辽宁省循环经济分析 韩瑞玲,佟连军,宋亚楠 (4732)…………………………………………
专论与综述
土壤食物网中的真菌∕细菌比率及测定方法 曹志平,李德鹏,韩雪梅 (4741)…………………………………
生态社区评价指标体系研究进展 周传斌,戴摇 欣,王如松,等 (4749)……………………………………………
问题讨论
不同胁迫条件下化感与非化感水稻 PAL多基因家族的差异表达 方长旬,王清水,余摇 彦,等 (4760)………
研究简报
钦州湾大型底栖动物生态学研究 王摇 迪,陈丕茂,马摇 媛 (4768)………………………………………………
人工恢复黄河三角洲湿地土壤碳氮含量变化特征 董凯凯,王摇 惠,杨丽原,等 (4778)………………………
基于地统计学丰林自然保护区森林生物量估测及空间格局分析 刘晓梅,布仁仓,邓华卫,等 (4783)…………
晋西黄土区辽东栎、山杨树干液流比较研究 隋旭红,张建军,文万荣 (4791)……………………………………
小兴安岭典型苔草和灌木沼泽 N2O排放及影响因子 石兰英,牟长城,田新民,等 (4799)……………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*316*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄08
封面图说: 在长白山麓低海拔地区的晚秋季节,成片的白桦林用无数根白色的树干、树枝烘托着林冠上跳动的金黄色叶片,共
生的柞木树冠用更浓重的颜色显示了它的存在,整个山梁层林尽染,秋意浓浓。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 16 期
2011 年 8 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 16
Aug. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划资助(2009CB421103);国家自然科学基金资助项目(40701086,50639070);国家水体污染控制与治理科
技重大专项课题(2008ZX07421鄄001,2008ZX07101鄄006鄄08)
收稿日期:2010鄄07鄄06; 摇 摇 修订日期:2011鄄01鄄05
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: wdwangh@ yahoo. com
汪仲琼, 王为东, 祝贵兵, 尹澄清.人工和天然湿地芦苇根际土壤细菌群落结构多样性的比较.生态学报,2011,31(16):4489鄄4498.
Wang Z Q, Wang W D, Zhu G B, Yin C Q. A comparative study on the diversity of rhizospheric bacteria community structure in constructed wetland and
natural wetland with reed domination. Acta Ecologica Sinica,2011,31(16):4489鄄4498.
人工和天然湿地芦苇根际土壤细菌群落
结构多样性的比较
汪仲琼1,2, 王为东1,*, 祝贵兵1, 尹澄清1
(1. 中国科学院生态环境研究中心 环境水质学国家重点实验室, 北京摇 100085; 2. 中国科学院研究生院, 北京摇 100049)
摘要:为认识人工湿地运行初期根际土壤细菌群落的结构多样性,采用聚合酶链式反应鄄变性梯度凝胶电泳(PCR鄄DGGE)的方
法,比较了嘉兴石臼漾人工构筑生态湿地和白洋淀天然湿地府河河口区域芦苇根际土壤的细菌群落结构多样性。 研究结果显
示,嘉兴石臼漾湿地在运行初期(1—1. 5 a),根际土壤细菌的物种丰富度已与白洋淀湿地相近,但香农指数和均匀度指数均显
著低于白洋淀湿地;随着污染物浓度的降低,土壤细菌群落基因型多样性指数增大。
关键词:嘉兴石臼漾湿地; 白洋淀; 芦苇湿地; 多样性指数; PCR鄄DGGE
A comparative study on the diversity of rhizospheric bacteria community
structure in constructed wetland and natural wetland with reed domination
WANG Zhongqiong1,2, WANG Weidong1,*, ZHU Guibing1, YIN Chengqing1
1 State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry, Research Center for Eco鄄Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing
100085, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Shijiuyang wetland, a large scale water treatment system, has been put into operation since July 2, 2008, aiming
to improve the quality of micropolluted drinking source water in Jiaxing City. The wetland covers 110 ha and adopted an
innovative root channel purification technology promoting the rapid formation of soil macropores at its initial operation stage.
In order to evaluate the development of specific soil microbes, the rhizospheric bacterial community diversity was examined
in two zones of Shijiuyang wetland. The diversity was compared with that of a natural wetland鄄Baiyangdian Lake, which had
a similar ecological structure.
The diversity of bacterial community in soil samples was characterized and compared by denaturing gradient gel
electrophoreses (DGGE) analysis of polymerase chain reaction ( PCR)鄄amplified bacterial 16S rRNA genes. Each band
detected by Quantity One software was taken as an “operational taxonomic unit冶 (OTU). Genotypic diversity indexes based
on a comparison of combined PCR鄄DGGE fingerprint patterns were used to assess the bacterial community diversity. In
addition, soil property and water quality were analyzed in both wetlands. Multivariate statistical analyses were conducted to
compare the similarities between the bacterial communities in both wetlands and to examine the relationships between soil
characteristics and bacterial community diversity.
It was found that the rhizospheric bacterial community of Shijiuyang wetland at first one鄄year operation stage had a
close genotypic richness (S) in comparison with that of Baiyangdian Lake natural wetland. This reflected a rapid increase of
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bacteria species in Shijiuyang wetland. Nonetheless, the bacterial evenness index ( J) and Shannon index ( H忆) in
Shijiuyang wetland were significantly lower than those of natural wetland. It was suggested that Shijiuyang wetland would
take a long time to form a stable and balanced bacterial community structure pattern. One鄄way analysis of variance
(ANOVA) showed that both wetlands had significant difference in Shannon index (P = 0郾 003) and evenness index (P =
0郾 001), but not in genotypic diversity. Dendrogram was derived according to Ward忆 s hierarchical cluster analysis to
classify the sampling stations in both wetlands. The dendrogram based on soil properties indicated that the sampling stations
from the same wetland were closer to each other, and the stations from different wetlands were separated distinctly. In spite
of that, the dendrogram based on soil bacterial genotypic diversity indexes showed a different grouping pattern. Sampling
stations with relatively better water quality in Baiyangdian Lake wetland exhibited the highest level of bacterial genotypic
diversity indexes, which was separated as a single branch, then followed by the other three stations in both wetlands.
Baiyangdian Lake is severely contaminated as opposed to Shijiuyang wetland. Even so, the bacterial genotypic diversity
showed a considerable degree of spatial variation in Baiyangdian Lake. Therefore the bacterial community diversity might be
subjected to the coupled effects of pollution gradients and wetland succession period. The complex determining mechanisms
need further studies.
Finally, the relationships between soil properties and bacterial community diversities were further examined by
multivariate statistical analyses. It was suggested that the genotypic diversity indexes of rhizospheric bacteria would increase
with the decrease of pollutant concentrations in Baiyangdian Lake. Regression analyses revealed that, of all soil variables
examined, the soil bacterial diversities were significantly related to soil total nitrogen ( STN). The corresponding linear
expressions were as follows, S = 22. 98+3. 11伊STN (P = 0. 0993), J = 0. 78 +0. 066 伊STN (P = 0. 0455), H忆 = 2. 44 +
0郾 31伊STN ( P = 0郾 0334 ). However there was no clear relationship between the bacterial diversities and other soil
characteristics.
Key Words: Shijiuyang constructed wetland in Jiaxing City; Baiyangdian Lake; reed鄄dominated wetlands; genotypic
diversity indexes; PCR鄄DGGE
人工湿地技术在水源地生态环境修复和水体污染控制中广泛应用[1鄄3],而微生物活性被认为是人工湿地
技术去除污染物的基石[4],为有效研究微生物在湿地物质化学循环和污染物降解过程中的作用,有必要对湿
地土壤微生物群落结构及其多样性进行比较分析。
基于聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)技术的变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel
electrophoreses, DGGE)是一种高通量考查微生物群落结构多样性的分子指纹图谱方法。 该方法的分辨率不
高,能检测出占微生物群落总数 1%以上的种[5鄄6],但其对于不同土壤细菌群落结构多样性的表征总是呈比例
变化[7鄄9],因此,DGGE分子指纹图谱可在一定程度上反映土壤细菌群落结构多样性的差异。
针对人工湿地根际土壤微生物已有相关研究[10鄄13],但对于不同湿地系统以及湿地的不同演替阶段微生
物群落结构及其多样性变化关系尚缺乏相关定论[4, 14鄄15],尤其针对大规模的城市饮用水水源地生态保护湿地
其初期演替阶段水生植物根际土壤细菌群落结构多样性的调查研究更是未见报道。 因此,本研究以嘉兴市石
臼漾水源地保护湿地(以下简称嘉兴石臼漾湿地)为例,应用 PCR鄄DGGE 分子指纹图谱比较研究了运行初期
嘉兴石臼漾湿地和天然湿地(白洋淀府河河口湿地,以下简称白洋淀湿地)芦苇根际细菌群落结构多样性和
相似性。
1摇 材料与方法
1. 1摇 研究区概况
石臼漾湿地位于嘉兴市西北角,地理位置为 N30毅46忆,E120毅41忆—120毅42忆,是为解决嘉兴市的饮用水水源
水质问题而建设的生态型水质净化湿地系统,总占地规模 108. 7 hm2,其中陆地面积 45. 4 hm2,水域面积
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63. 3 hm2。 嘉兴石臼漾湿地于 2008 年 7 月开始试运行,至 2009 年 6 月正式投入运行,目前整个湿地系统运
行良好。 湿地内水生植物多样性呈快速增加趋势,以芦苇(Phragmites australis Trin. )作为优势种或次优势种
的群丛其覆盖率占水生植物总覆盖率的 62% 。 嘉兴市地处亚热带季风区,年平均气温 15. 9 益,年平均降雨
量 1179 mm。
白洋淀地处冀中凹陷,是处于发育后期的草型高度富营养化浅水湖泊湿地。 地理位置是 N38毅43忆—
39毅02忆,E115毅38忆—116毅07忆,淀区总面积 366 km2(水面大沽高程 10. 5 m)。 在全淀范围内,以芦苇(Phragmites
australis var. baiyangdiansis)植被为景观特征的水陆交错带约占 36% 。 白洋淀处于东部季风区暖温带半干旱
区,大陆性气候特点显著,年平均气温 12. 1 益,年均降水量 522. 7 mm。
图 1摇 嘉兴石臼漾湿地平面布置和分区示意图
Fig. 1摇 Plan view and zoning diagram of Shijiuyang wetland in Jiaxing City
1. 2摇 研究方法
于 2009 年 9 月,对白洋淀湿地安新县境内的府河河口地区和嘉兴石臼漾湿地各功能区的水质进行常规
采样分析,现场测定水温( t)、溶解氧(DO)、pH等水体常规指标。 采集后的水样用野外便携保温箱临时冷藏
储存,并尽快运回实验室,在 4 益下冷藏保存,于 48 h内测定总氮(TN)、总磷(TP)。
2009 年 9 月 28 日,采集白洋淀湿地采样点编号为 S1 和 S5 的芦苇根际土壤,白洋淀位置示意图和具体采
样点编号见参考文献[16]。 2009 年 9 月 21 日,采集嘉兴石臼漾湿地北区和南区采样点编号分别为 JX1 和 JX2
的植物床上的芦苇根际土壤,嘉兴石臼漾湿地平面布置及具体分区示意图见图 1。 每个试验样方用 5 cm 直
径取土钻沿“之冶字形线等距离随机取 3 个土柱,按照表层(0—10 cm)、中层(20—30 cm)和底层(40—50 cm)
分别混合为 3 个土壤样品,将混合后的土壤样品装入封口袋内,置于冰上利用便携式保温箱运回实验室进行
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分析。 由于芦苇根状茎尤其是水平根状茎在土壤中层较为发达且分布较密,因此本文选取中层土壤样品进行
细菌群落结构多样性研究,其余土层样品用于土壤酶等其他研究。
1. 2. 1摇 基本理化指标的测定
水样常规指标采用 YSI美国维赛仪器公司出品的 YSI6600 主导型多参数水质监测仪进行现场测定。 水
体 TN、TP采用过硫酸钾氧化鄄紫外分光光度法测定;氨态氮(NH+4 鄄N)采用纳氏试剂分光光度法测定。 土壤全
碳(STC)和全氮(STN)含量由元素分析仪(德国 Elementar 公司)测定;土壤 pH 由 IQ150 土壤原位 pH 计
测得。
1. 2. 2摇 土壤 DNA提取
用 FastDNA Spin Kit for Soil试剂盒(Qbiogene, Carlsbad, CA)提取土壤中的 DNA,提取的土壤 DNA的纯
度和产量用 1%琼脂糖凝胶电泳检测。 电泳显示 DNA 片段分子量大于 20000 bp,表明已获得较大片段的土
壤微生物 DNA。
1. 2. 3摇 16S rDNA基因 V6—V8 区域的扩增
(1)细菌引物选用了 5忆端带有 40鄄bp GC 夹(GC鄄clamp)的通用引物 954f(GCA CAA GCG GTGGAG CAT
GTG G)和 1369r(GCC CGG GAA CGT ATT CAC CG),GC发卡结构为(5忆鄄CGC CCG CCG CGC GCG GCG GGC
GGG GCG GGG GCA CGG GGG G鄄3忆),其扩增产物片段长度约为 456 bp[17]。 扩增所用仪器为 Bio鄄Rad i Cycle
基因扩增仪。
(2)扩增反应体系成分(50 滋L)组成:1伊PCR 缓冲液,1. 5 mmol / L MgCl2,0. 8 mmol / L dNTPs 0. 4滋mol / L
的正反向引物,2. 5 U Taq DNA 聚合酶,1. 0 滋g / 滋L 牛血清蛋白(Bovin serum albumin,BSA),1—10 ng 土
壤 DNA。
(3)PCR反应条件:94 益预变性 5 min;10 个循环的 touchdown PCR(94 益变性 60 s,65 益到 55 益(每个
循环退火温度降低 1 益)退火 60 s,72 益延伸 3 min);15 个循环的常规 PCR(94 益变性 1 min,55 益退火 60 s,
72 益延伸 3 min);72 益延伸 10 min。 PCR反应产物的纯度和产量用 1%琼脂糖凝胶电泳检测。
1. 2. 4摇 变性梯度凝胶电泳(DGGE)
变性梯度凝胶电泳所用仪器为 DCode Universal Mutation Detection System(Bio鄄Rad,Hercules,USA),所用
聚丙烯酰胺胶(丙烯酰胺:甲叉双丙烯 37. 5 颐1)的浓度为 6% (上海生工生物工程技术服务有限公司),变性梯
度范围为 35%—60% (100%的变性剂中含有 40%的去离子甲酰胺和 7 mol / L 的尿素),上样量为 PCR 产物
200 ng。 DGGE运行条件为:在 1伊TAE 缓冲液中,60 益条件下,100 V 运行 8 h。 电泳完成后,用 1 颐10000 的
SYBR Green Nucleic Acid Gel Stain ( Invitrogen, Eugene, USA) 染色 30 min,用 Gel Documentation System
(Syngene, Frederick, USA)观测电泳结果并照像。
1. 3摇 数据处理和统计分析
文中数据统计分析采用 SPSS 16. 0 和 SAS 9. x进行。 方差分析采用广义线性模型(GLM)的 ANOVA和新
复极差法多重比较(Duncan法)。 除非特别说明,所有统计学显著水平指 琢 = 0. 05。 基因型多样性指数[18]根
据 DGGE分子指纹图谱,由 Quantity One(Bio鄄Rad, Hercules, USA)软件比较电泳条带的迁移率、灰度及条带
数量得到。 具体为:淤基因型丰富度(genotypic richness, S)是每个样品条带类型(OTU)的数目;于香农多样
性指数(Shannon index, H忆):H忆= -移pi ln(pi),其中 pi是由 Quantity One 软件测得的条带相对亮度;盂均匀度
指数(evenness index, J):J=H忆 / Hmax,其中 Hmax = lnS。 细菌群落结构的聚类分析采用 The complete linkage 算
法,由 Quantity One软件实现。 基于土壤理化指标和细菌群落多样性指数的分层聚类采用离差平方和法
(Ward法)得到。
2摇 结果与分析
2. 1摇 基本理化性质
2. 1. 1摇 湿地地表水环境质量
摇 摇 表 1 以 2 个采样点理化数据的均值代表湿地水体的理化环境。 地处南方的嘉兴石臼漾湿地其水温高出
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地处北方的白洋淀湿地约 2 益(P=0. 0005)。 白洋淀湿地水体 pH 值较嘉兴石臼漾湿地高出 0. 6—0. 8 个单
位(P<0. 0001)。 根据《地表水环境质量评价有关问题的技术规定(暂行)》 (总站综字[2004]72 号)中的规
定,白洋淀湿地府河河口地区属于重度污染地区,即地表水环境质量标准(GB 3838—2002)中的劣 V类水质,
其水体 TN、TP、NH+4 鄄N浓度显著高于嘉兴石臼漾湿地微污染源水的相应浓度(平均为 IV 类水质),前者分别
是后者的 6. 5 倍、5. 1 倍和 19. 4 倍左右。 但是白洋淀湿地水体的 DO浓度较高,最小值为 4. 92 mg / L,高于嘉
兴石臼漾湿地的最大水平(4. 70 mg / L),平均值为 9. 12 mg / L(饱和度 121% ),最大值达到 14. 83 mg / L(饱和
度 197% ),而嘉兴石臼漾湿地的 DO 水平较低,其最低浓度为 1. 80 mg / L,平均浓度为 3. 45 mg / L(饱和度
47郾 3% )。 综合比较两个湿地水体中 DO和 pH值的差异,这可能与白洋淀湿地水体中含有大量沉水植物、浮
游植物有关,这些植物的光合作用产氧是白洋淀湿地水体 DO 浓度较高的基本原因。 根据王为东等人[16]的
研究,采样点 S1 距离白洋淀湿地府河入淀口最近,处于污染较重的河口区域,S5 点位于中间过渡缓冲区域,
经过淀区内大量分布的芦苇型水陆交错带的截留和净化,采样点 S5 的水质状况明显优于 S1。 嘉兴石臼漾湿
地北区和南区 2 个采样点 JX1 和 JX2 间空间跨度相对较小(1 km),且湿地过水属微污染源水,因此,2 个采样
点的整体水质条件差别不大。
表 1摇 研究区域主要水质指标
Table 1摇 Properties of water samples from study sites
研究区域
Study sites
统计值
Statistics value
水温
t / 益 pH
溶解氧
DO / (mg / L)
总氮
TN / (mg / L)
总磷
TP / (mg / L)
氨态氮
NH+4 鄄N / (mg / L)
白洋淀湿地 平均值 Mean 30. 13b 7. 96a 9. 12a 12. 31a 0. 81a 5. 64a
Baiyangdian wetland 极小值 Minimum 30. 00 7. 62 4. 92 9. 03 0. 54 2. 29
(n=4) 极大值 Maximum 30. 30 8. 33 14. 83 15. 02 1. 07 9. 07
嘉兴石臼漾湿地 平均值 32. 35a 7. 31b 3. 45b 1. 89b 0. 16b 0. 29b
Shijiuyang wetland in 极小值 31. 50 7. 00 1. 80 1. 64 0. 12 0. 17
Jiaxing City(n=51) 极大值 33. 40 7. 50 4. 70 2. 34 0. 18 0. 48
摇 摇 同一列中平均值右上角具有相同字母表示差异不显著
2. 1. 2摇 湿地土壤性质
白洋淀湿地和嘉兴石臼漾湿地中层土壤理化性质有较大差异。 白洋淀淀区土壤以沼泽土为主,成土母质
为湖相沉积物,属偏碱性土,pH值在 8. 1 左右,高于嘉兴石臼漾湿地。 白洋淀土壤肥沃,土质黏重,土壤中有
机质含量较高,表 2 显示 S1、S5 2 个采样点土壤全氮、全碳含量明显高于嘉兴石臼漾湿地,这也与水质规律相
一致。 值得注意的是,白洋淀湿地土壤不仅其氮和碳的绝对含量高于嘉兴石臼漾湿地,而且其 C / N比也要高
出石臼漾湿地不少,特别是在更靠近污染较重的府河河口地区的 S1 点,相对于氮素而言,土壤有机质(碳素)
在湿地中发生了明显的累积。
表 2摇 研究区域中层土壤(20—30 cm)基本理化性质
Table 2摇 Properties of soil samples in the top 20 cm to 30 cm layer of study sites
样地编号 Plot pH 全碳 STC / (g / kg) 全氮 STN / (g / kg) C / N
S1 8. 16 20. 95 1. 06 19. 67
S5 8. 09 18. 55 1. 45 12. 83
JX1 7. 68 8. 85 0. 71 12. 39
JX2 7. 69 3. 24 0. 50 6. 53
2. 2摇 细菌群落结构多样性比较
白洋淀湿地和嘉兴石臼漾湿地芦苇根际土壤细菌群落的 DGGE分子指纹图谱如图 2 所示,每个采样点设
2 个平行。 采用凝胶图像分析系统对 DGGE分子指纹图谱进行分析,4 个土壤样品共有 31 种不同的 OTU(条
带类型),表明细菌的种类较为丰富;各采样点泳道中条带数目变化幅度不大,其中大部分条带在所有样品中
均有出现,但不同湿地的样品之间也存在一些差异,嘉兴石臼漾湿地 JX1 和 JX2 2 个采样点的条带主要分布
3944摇 16 期 摇 摇 摇 汪仲琼摇 等:人工和天然湿地芦苇根际土壤细菌群落结构多样性的比较 摇
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在低变性浓度范围内,且优势条带明显,而白洋淀湿地采样点 S1 和 S5 的条带相对均匀分布于整个变性浓度
范围。
12
345
6
78910111213141516171819202122
232425262728293031
12
345
6
78910111213141516171819202122
232425262728293031
S1 S5 JX1 JX2 S1 S5 JX1 JX2
图 2摇 白洋淀湿地和嘉兴石臼漾湿地土壤细菌群落的 DGGE分子指纹图谱
Fig. 2摇 DGGE banding patterns of PCR-amplified bacterial 16S rRNA gene fragment in Baiyangdian wetland and Shijiuyang wetland in
Jiaxing City
土壤细菌群落的基因型丰富度、香农多样性指数和均匀度指数的 ANOVA 分析结果见表 3。 嘉兴石臼漾
湿地北区和南区 2 个样点的芦苇根际土壤细菌群落基因型丰富度、香农多样性指数和均匀度指数之间均无显
著差异,而在白洋淀湿地 2 个采样点之间,除均匀度指数外,其余 2 个指数均存在显著差异。 S5 点根际土壤
细菌群落基因型丰富度、香农多样性指数和均匀度指数均最高,并显著高于其余 3 个位点。 除基因型丰富度
外,白洋淀湿地和嘉兴石臼漾湿地芦苇根际土壤细菌群落多样性指数之间存在显著差异。
表 3摇 白洋淀湿地和嘉兴石臼漾湿地土壤细菌群落的基因型多样性
Table 3摇 Genotypic diversity indexes based on DGGE banding patterns in Baiyangdian wetland and Shijiuyang wetland in Jiaxing City
样点编号
Plot
基因型丰富度
Genotypic richness
香农指数
Shannon index
均匀度指数
Evenness index
S1 25. 5依0. 7 a 2. 768依0. 024 b 0. 855依0. 000 b
S5 28. 0依0. 0 b 2. 908依0. 038 c 0. 873依0. 011 b
JX1 25. 0依0. 0 a 2. 621依0. 025 a 0. 814依0. 008 a
JX2 25. 0依0. 0 a 2. 634依0. 044 a 0. 818依0. 014 a
摇 摇 平均值依标准差;不同字母表示处理间差异显著(P<0. 05)
对每个样品的图谱进行细菌群落结构的聚类分析结果如图 3。 嘉兴石臼漾湿地 2 个采样点的细菌群落
结构之间的相似度为 52% ,白洋淀湿地 2 个采样点细菌群落的相似度为 57% 。
3摇 讨论
3. 1摇 人工湿地构建初期和天然湿地土壤细菌群落结构多样性比较
嘉兴石臼漾湿地运行初期(1—1. 5 a)芦苇根际土壤细菌种类已经较为丰富,多样性指数相对较高。 通过
聚类分析发现,与白洋淀湿地这类经过长时间自然演化的天然湿地相比,二者土壤细菌群落多样性相似度达
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图中数字表示相似度 Figures denote similarity
0.43 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
0.43
0.52
0.57
0.77
0.83
0.82
0.80 JX2-2JX2-1
JX1-2
JX1-1
S1-2
S1-1
S5-2
S5-1
摇 图 3摇 白洋淀湿地和嘉兴石臼漾湿地土壤细菌群落结构聚类分析
系统树状图
Fig. 3摇 Dendrogram of soil bacterial DGGE banding patterns in
Baiyangdian wetland and Shijiuyang wetland in Jiaxing City
43% (图 3)。 不同地域、不同类型的湿地其动植物和微
生物的物种丰富度是不同的,一般说来,环境条件越优
越,物种丰富度也越大。 Fierer 和 Jackson 的研究表明,
土壤细菌多样性与采样点温度、纬度以及其他预测植物
和动物多样性的典型因子并无直接相关关系,而随生态
系统类型的不同而差异,且这种差异很大程度上可由土
壤 pH值来解释,当土壤 pH 值在 7 左右时香农指数达
到最大[19]。 本研究中白洋淀湿地土壤 pH 值较嘉兴石
臼漾湿地高出 0. 4—0. 5 个单位(表 2),综合分析 2 个
湿地,基因型丰富度(S)、香农指数(H忆)和均匀度指数
(J)大致上表现在 pH值为 8. 09 时达到最大(表 2 和表
3),由于数据较少,无法得出更加确定的规律。
除了 S外,土壤基本理化指标和细菌多样性指数均
呈正态分布,因此采用 Pearson 相关系数来反映指标间
的相关关系。 结果表明,湿地土壤细菌群落多样性指数
(S、H忆和 J)与土壤全碳(STC)、土壤碳氮比(C / N)之间
未发现统计学上的显著相关关系,而与土壤全氮(STN)
呈现显著相关关系(S、H忆和 J与 STN相关性的 p 值分别为 0. 0993,0. 0334,0. 0455)。 采用 STN 线性拟合 S、
H忆和 J的关系式分别为:S=22. 98+3郾 11伊STN,H忆=2. 44+0. 31伊STN,J= 0. 78+0. 066伊STN。 Hartman 等人发现
细菌群落结构多样性与土壤修复程度、土壤利用方式强烈相关[20]。 白洋淀属于一个萎缩的晚期湖泊,其沼泽
化和富营养化现象明显,湿地土壤中 C / N比和 STC含量均要高于嘉兴石臼漾湿地(表 2),白洋淀湿地土壤碳
发生了明显的蓄积。 前期研究表明,白洋淀湿地芦苇型水陆交错带具有较强的净化能力,其土壤中能够进行
旺盛的分解作用,因为碳储量相对丰富,异养细菌较为活跃,繁殖很快,而且产生了大量的 CO2,水陆交错带潜
水中较低浓度的 O2和较高浓度的 CO2都能够说明这一点[21鄄22]。 在这种情况下,微生物迫切需要氮素以建造
自己的躯体。 从而,氮素成为了湿地土壤微生物生长繁殖的限制因素。
嘉兴石臼漾湿地工程通过人为填埋植物秸秆的方式模拟白洋淀湿地天然的芦苇根孔系统,在埋植秸秆的
湿地床上种植能形成自然根孔的水生和 /或湿生植物,有效改变了湿地构建初期土壤亚表层的孔隙结构。 模
拟研究表明,植物秸秆在填埋满 8 个月后会有明显的腐烂迹象[23],可在土壤中形成较明显的孔洞。 在嘉兴石
臼漾湿地实际运行过程中,通过人为的水力调控使得湿地水位日波动 30—40 cm,这进一步加速了植物秸秆
的腐烂。 目前,整个湿地运行良好。 对运行初期(1—1. 5 a)湿地内水生植物进行调查的结果表明,石臼漾湿
地现存水生维管束植物共计 25 科 41 属 49 种,远超过人工栽植的 13 种。 人工湿地构筑时所造就的较优环境
条件有利于微生物群落多样性的提升。 但是,DGGE 分子指纹图谱(图 2)显示:相较于白洋淀湿地两个采样
点 S1 和 S5 其条带相对均匀分布于整个变性浓度范围,嘉兴石臼漾湿地 2 个采样点 JX1 和 JX2 的条带主要分
布在泳道的中上段,且优势条带明显;细菌群落基因型多样性指数 ANOVA分析也显示,嘉兴石臼漾湿地采样
点 JX1 和 JX2 的香农指数和均匀度指数显著低于白洋淀湿地。 Allison和 Martiny通过模型对环境扰动与细菌
群落结构变化间的关系进行分析,结果显示:细菌群落结构对环境扰动敏感,但经过足够长的时间,细菌群落
结构组成可以恢复到扰动前的水平[24]。 嘉兴石臼漾湿地修建前以农田荒地为主,在当地没有成熟的芦苇湿
地作为参照,因此选取白洋淀湿地作为参照以期对嘉兴石臼漾湿地的健康状况进行初步评价。 本研究表明,
嘉兴石臼漾湿地在运行初期其芦苇根际土壤细菌种类迅速增加,已接近天然湿地的 60%—70% ,但嘉兴石臼
漾湿地要发展成一个以某些优势种群为主的相对稳定的顶级微生物群落结构格局需要更长时间的系统研究
来揭示。
5944摇 16 期 摇 摇 摇 汪仲琼摇 等:人工和天然湿地芦苇根际土壤细菌群落结构多样性的比较 摇
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S H J
TN TC pH C/N
S1S5JX1JX2
S1JX1JX2S5
摇 图 4摇 湿地采样点按土壤理化指标和细菌群落多样性指数聚类分
析结果
Fig. 4 摇 Dendrogram of sampling sites in wetlands according to
soil properties and soil bacterial genotypic diversity indexes
采用离差平方和法(即 Ward 法),根据湿地土壤理
化指标、细菌群落基因型多样性指数分别对 2 个湿地的
采样点进行分层聚类,其树状图如图 4 所示。 结果表
明,按土壤理化指标测定结果进行划分,白洋淀天然湿
地和嘉兴石臼漾人工构筑生态湿地明显地被分为了 2
类;按湿地土壤细菌群落基因型多样性指数进行划分,
嘉兴石臼漾湿地的 2 个采样点和白洋淀湿地的 S1 点被
分为一类,而白洋淀湿地的 S5 点被单独分成了一类。
这表明,就土壤理化指标而言,新构筑的嘉兴石臼漾湿
地和较成熟的白洋淀湿地具有显著差异;就土壤细菌群
落基因型多样性指数而言,嘉兴石臼漾湿地的 2 个采样
点和白洋淀湿地中的 S1 采样点之间聚类距离较近,即
嘉兴石臼漾湿地土壤的细菌群落基因型多样性指数与
白洋淀湿地更靠近重污染河流———府河入淀口的地区
已较为接近,而与白洋淀湿地中经过芦苇型水陆交错带
净化之后水质相对较好的区域(S5 点)存在较大差别。
3. 2摇 水质状况对湿地土壤细菌群落结构的影响
白洋淀湿地是重度污染和高度富营养型浅水湖泊湿地,在府河河口区域,随水体污染程度的降低,根际土
壤细菌种类从 25 种增加到 28 种,香农指数和均匀度指数也呈增大趋势。 一些研究结果[25鄄27]也表明微生物群
落多样性呈现出与水环境质量协同变化的特征。 根据以往研究,由水体盐度、总溶解性固体、TP 及 DO 等指
标进行聚类分析的结果表明,本研究中的采样点 S1 和 S5 在空间梯度上分别处于玉区(污染较重河口区域)
和域区(中间过渡缓冲区域) [16]。 与水化学指标的空间梯度相对应,芦苇根际土壤细菌群落基因型多样性指
数在 2 个采样点之间表现出了差异。 随着污染梯度的降低,湿地土壤细菌群落结构朝着优化的方向发展。
与白洋淀湿地相比,嘉兴石臼漾湿地 2 个采样点根际土壤细菌种类数相差不大,JX2 采样点其基因型多
样性指数较之 JX1 虽整体变化趋势不显著但也有所增加。
白洋淀湿地 2 个采样点(S1,S5)之间的空间跨度约为 2 km,嘉兴石臼漾湿地 2 个采样点(JX1,JX2)之间
的空间跨度约为 1 km。 虽然白洋淀湿地采样点之间的空间跨度较大,但由于其芦苇型水陆交错带相对较为
成熟,两点之间由一条蜿蜒曲折的主河道相通连,空间上的水力联系较为紧密,水位年际波动幅度大(近年来
的水位年际波动范围在 0. 5—1. 5 m)且频繁(日波动约为 10 cm),造成芦苇湿地根际土壤细菌对污染梯度和
水文波动的适应性较强,再加上长期历史进化的原因,在空间梯度上其细菌群落结构较为相似,细菌群落结构
的聚类分析结果显示,采样点 S1 和 S5 的细菌群落结构相似度为 57% 。
嘉兴石臼漾湿地两个采样点(JX1,JX2)之间的空间跨度较白洋淀湿地要小(为白洋淀湿地的 1 / 2),其主
要水质指标的空间差别也较小,但由于湿地构建时间较短,湿地根际土壤细菌结构的空间趋同效应尚不明显,
受局部小尺度因子影响较大,因此采样点 JX1 和 JX2 的细菌群落结构相似度为 52% ,略低于白洋淀湿地。
嘉兴石臼漾湿地在构建和运行维护过程中采取了一系列优化调控措施,如依靠人工填埋秸秆的腐烂形成
根孔和多项水力调控措施来加强湿地的边缘水交换过程和截留净化功能,同时秸秆腐烂还可为湿地构建初期
水生植物生长提供良好的根际生物性基质。 这些措施为湿地演替初期根际微生物的发育提供了有利条件。
鉴于嘉兴石臼漾湿地还较年轻,其根际土壤细菌群落基因型多样性与较成熟的白洋淀天然湿地相比,已经相
当可观了。
4摇 结论
(1)在同一区域内,随着污染物质浓度的降低,芦苇湿地根际土壤细菌群落基因型多样性呈增大趋势;
6944 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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(2)人工构筑的嘉兴石臼漾湿地运行 1—1. 5 a,湿地北区和南区芦苇根际土壤细菌群落多样性快速
增加。
致谢:本研究得到了中国科学院生态环境研究中心刘俊新研究员、贺纪正研究员、高敏和陈新博士的大力支
持,特此致谢。
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8944 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 16 August,2011(Semimonthly)
CONTENTS
A comparative study on the diversity of rhizospheric bacteria community structure in constructed wetland and natural wetland
with reed domination WANG Zhongqiong, WANG Weidong, ZHU Guibing, et al (4489)………………………………………
Light response of photosynthesisand its simulation in leaves of Prunus sibirica L. under different soil water conditions
LANG Ying, ZHANG Guangcan,ZHANG Zhengkun,et al (4499)
………………
…………………………………………………………………
Effects of colour shading on the yield and main biochemical components of summer鄄autumn tea and spring tea in a hilly tea field
QIN Zhimin, FU Xiaoqing, XIAO Runlin, et al (4509)
……
……………………………………………………………………………
Effects of cadmium on the contents of phytohormones, photosynthetic performance and fluorescent characteristics in tobacco leaves
WU Kun, WU Zhonghong, TAI Fuju, et al (4517)
…
…………………………………………………………………………………
Comparative physiological responses of cadmium stress on Enteromorpha clathrata and Enteromorpha linza
JIANG Heping, ZHENG Qingsong, ZHU Ming, et al (4525)
……………………………
………………………………………………………………………
Effects of salt stress onglucosinolate contents in Arabidopsis thaliana and Thellungiella halophila rosette leaves
PANG Qiuying, CHEN Sixue, YU Tao, et al (4534)
………………………
………………………………………………………………………………
Effects of long鄄term double鄄rice and green manure rotation on rice yield and soil organic matter in paddy field
GAO Jusheng, CAO Weidong, LI Dongchu, et al (4542)
………………………
…………………………………………………………………………
Nitrogen balance in the farmland system based on water balance in Hetao irrigation district,Inner Mongolia
DU Jun,YANG Peiling,LI Yunkai,et al (4549)
…………………………
……………………………………………………………………………………
Seed characteristics and seedling growth of Spartina alterniflora on coastal wetland of North Jiangsu
XU Weiwei,WANG Guoxiang,LIU Jin忆e,et al (4560)
…………………………………
………………………………………………………………………………
Assessment of non鄄point source pollution export from Zigui county in the Three Gorges Reservoir area using the AnnAGNPS model
TIAN Yaowu, HUANG Zhilin, XIAO Wenfa (4568)
……
………………………………………………………………………………
Effects of Cadmium pollution on oxidative stress and metallothionein content in Pirata subpiraticus (Araneae: Lycosidae) in
different habitats ZHANG Zhengtian,PANG Zhenling,XIA Min,et al (4579)……………………………………………………
The distribution of size鄄fractionated chlorophyll a in the Indian Ocean South Equatorial Current
ZHOU Yadong, WANG Chunsheng, WANG Xiaogu, et al (4586)
………………………………………
…………………………………………………………………
Change of waterbird community structure after the intertidal mudflat reclamation in theYangtze River Mouth: a case study of
NanHui Dongtan area ZHANG Bin, YUAN Xiao, PEI Enle, et al (4599)………………………………………………………
Application of fish assemblage integrity index(FAII)in the environment quality assessment of surf zone of Yangtze River estuary
MAO Chengze, ZHONG Junsheng, JIANG Rijin, et al (4609)
……
……………………………………………………………………
Population age structure of Antarctic krill Euphausia superba off the northern Antarctic Peninsula based on fishery survey
ZHU Guoping, WU Qiang, FENG Chunlei, et al (4620)
……………
…………………………………………………………………………
Validation and adaptability evaluation of rice growth model ORYZA2000 in double cropping rice area of Hunan Province
MO Zhihong, FENG Liping, ZOU Haiping, et al (4628)
……………
…………………………………………………………………………
Coupled energy and carbon balance analysis under dryland tillage systems
WANG Xiaobin, WANG Yan, DAI Kuai, et al (4638)
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
The nitrate鄄nitrogen leachingamount in paddy winter鄄spring fallow period WANG Yongsheng, YANG Shiqi (4653)…………………
The sources of organic carbon and nitrogen in sediment of Taihu Lake NI Zhaokui, LI Yuejin, WANG Shengrui, et al (4661)……
Effect of partial solar eclipse on airborneculturable bacterial community in Urumqi
MA Jing, SUN Jian, ZHANG Tao, et al (4671)
……………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Comparative study on density related intra鄄 and inter鄄specific effects in Laodelphax striatellus (Fallen) and Nilaparvata lugens
(St覽l) L譈 Jin, CAO Tingting, WANG Liping, et al (4680)………………………………………………………………………
Behavior rhythm and seasonal variation of time budget of sun bear (Helarctos malayanus) in captivity
LAN Cunzi, LIU Zhensheng, WANG Aishan, et al (4689)
………………………………
…………………………………………………………………………
Disturbance regimes and gaps characteristics of the desert riparian forest at the middle reaches of Tarim River
HAN Lu, WANG Haizhen, CHEN Jiali, et al (4699)
………………………
………………………………………………………………………………
Death causes and conservation strategies of the annual regenerated seedlings of rare plant, Bretschneidera sinensis
QIAO Qi, QIN Xinsheng, XING Fuwu, et al (4709)
……………………
………………………………………………………………………………
Effects of municipal compost extracted complex microbial communities on physio鄄ecological characteristics of turfgrass under
drought stress DUO Lian,WANG Jingjing, ZHAO Shulan (4717)…………………………………………………………………
Spatiotemporal relationship of leaf area index simulated by CLM3. 0鄄DGVM and climatic factors
SHAO Pu, ZENG Xiaodong (4725)
………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Analysis of circular economy of Liaoning Province based on eco鄄efficiency HAN Ruiling, TONG Lianjun, SONG Yanan (4732)……
Review and Monograph
The fungal to bacterial ratio in soil food webs, and its measurement CAO Zhiping, LI Depeng, HAN Xuemei (4741)………………
Indicators for evaluating sustainable communities: a review ZHOU Chuanbin, DAI Xin, WANG Rusong, et al (4749)………………
Discussion
Differential expression of PAL multigene family in allelopathic rice and its counterpart exposed to stressful conditions
FANG Changxun, WANG Qingshui, YU Yan, et al (4760)
………………
………………………………………………………………………
Scientific Note
Ecology study on the benthic animals of QinZhou Bay WANG Di,CHEN Pimao,MA Yuan (4768)……………………………………
Change characteristics of soil carbon and nitrogen contents in the Yellow River Delta soil after artificial restoration
DONG Kaikai, WANG Hui,YANG Liyuan, et al (4778)
…………………
…………………………………………………………………………
Estimation and spatial pattern analysis of forest biomass in Fenglin Nature Reserve based on Geostatistics
LIU Xiaomei, BU Rencang,DENG Huawei,et al (4783)
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Study on sap flow in forest of Quercus liaotungensis and Populus davidiana by using the TDP method
SUI Xuhong,ZHANG Jianjun,WEN Wanrong (4791)
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N2O Emission and its driving factors from typical marsh and shrub swamp in Xiaoxing忆an Mountains, Northeast China
SHI Lanying, MU Changcheng, TIAN Xinmin, et al (4799)
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2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 16 期摇 (2011 年 8 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 16摇 2011
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