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黄土区沟道泥沙微生物群落变化特征及其影响因素

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黄土区沟道泥沙微生物群落变化特征及其影响因素

侯芳彬1,王 蕊1,Salman Ali2,高 鑫1,郭胜利1,3*

【摘 要】摘要:在黄土高原沟壑区,通过16S rRNA基因片段和ITS高通量测序,研究沟道泥沙中细菌和真菌群落在上-中-下游的变化特征.结果表明:与沟头相比,把口站的细菌群落中拟杆菌门(Bacteroidetes)与厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度分别增加6.6%和10.5%,而变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度降低15.1%;真菌群落中担子菌门(Basidiomycota)的相对丰度增加7.7%,而子囊菌门(Ascomycota)降低30.2%;泥沙中黏粒含量与细菌丰富度(Chao1指数)和多样性(Shannon指数)之间显著负相关(P<0.05),与真菌的丰富度和多样性无显著相关性;细菌和真菌群落多样性和丰富度的空间差异与SOC、Olsen-P的变化有关(P<0.05).因此,泥沙中颗粒组成物和养分含量可能是影响沟道微生物群落变化的主要因素.

【期刊名称】《中国环境科学》 【年(卷),期】2019(039)010 【总页数】10

【关键词】沟道泥沙;空间重分布;细菌;真菌;颗粒组成

陆地表面每年有高达75Gt的土壤发生迁移和重新分布,其中70%在陆地表面或相邻流域低洼处沉积[1-3].土壤的重新分布极大地影响了陆地生态系统的净初级生产力[4-6]以及空间异质性[3,7-10].土壤中栖息的微生物是陆地表面中最丰富与活跃的一类生物[11-13],是生物地球化学循环的重要驱动力[14].地表物质的侧向移动使得地貌[15-16]、土壤结构[10]、土壤养分[17-20]、微生物特性[21]等发生变化.

黄土高原沟壑区总面积3.56万km2,水土流失面积为3.06万km2,地形支离破碎,沟壑纵横,大体分为塬面、坡地和沟道,坡面和沟道合称为沟壑,例如高原沟壑区齐家川示范区内沟壑的面积可以占到56%以上[22].沟道不仅是坡面泥沙进入河流和湖泊的主要通道,也是泥沙沉积的主要区域.黄土高原沟道系统的产沙量高达整个黄土高原总侵蚀量的80%,坡面泥沙经过运移进入沟道系统[23-24],使得沟道中泥沙含沙量大于1000kg/m3 [25].沟道不仅是坡面泥沙进入河流和湖泊的主要通道,也是泥沙沉积的主要区域.黄土高原沟道系统的产沙量高达整个黄土高原总侵蚀量的80%,坡面泥沙经过运移进入沟道系统[23-24],使得沟道中泥沙含沙量大于1000kg/m3[26].泥沙迁移过程中轻(低密度)和细(黏粒和粉粒)的颗粒优先发生运移[25,27-28],更容易迁移到更远的地方[3,29-30].同时,泥沙颗粒的迁移、分布对土壤有机碳矿化和积累具有显著影响[5-6,31-32].

微生物是影响陆地表面生物地球化学循环的重要因素,已有研究表明微生物群落在坡位间存在显著差异[21,33],这主要是与坡位间底物供应和水分条件有关[21].Mohammadi等发现下坡位较高的土壤微生物量和活性与其较高的土壤水分和碳氮底物供应有关[34].坡面侵蚀-沉积区的土壤微生物量以及酶活性对土壤有机碳含量、湿度等因素的敏感程度不同[35-36].因此,侵蚀地形对水分和底物产生的变化会对坡面土壤微生物群落产生显著影响,但是,目前对沟道重分布过程中微生物群落分布的研究不清楚.因此,本文探讨的沟道泥沙微生物群落变化及其影响因素将有助于理解沟道泥沙的迁移分布对陆地生态系统物质循环的影响. 本研究选择黄土高原沟壑区典型治理小流域,基于该流域主沟道,从王东村到把口站等间距采集泥沙样品,利用高通量测序等技术获取不同位置泥沙中微生物群落的信息,分析泥沙中细菌和真菌群落的变化特征;在此基础上探讨了沟道中微生物

群落变化的影响因素.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

位于陕甘交界处的长武县王东沟小流域 (东经107°40′30″~107°42′30″,北纬35°12′~35°16′) (图1).该流域为“陕西长武农田生态系统国家野外科学观测研究站”的所在地,是我国重点水土流失治理小流域.土地面积8.3km2,塬、坡、沟约各占土地面积的1/3(27.7% vs. 36.4% vs. 35.9%)[37],沟壑密度为2.78km/km2,属典型的黄土高原沟壑类型区.塬面海拔1220m,从塬面到沟底的最大高差为280m.属于大陆季风气候,年均气温9.1℃,310℃积温3029℃,多年平均雨量584mm,但季节性分布不均,降雨的60%以上都集中在6~9月,多以短期暴雨形式出现.该流域的主要土壤类型为黄墡土和黑垆土,母质为深厚的中壤质马兰黄土,土层深厚,土质疏松,质地均一,可蚀性高,为本实验的开展提供了条件. 1.2 沟道泥沙样品的采集

2018年5月中旬,沿王东沟流域主沟道(全长6.3km)等间距采样,间距2.1km左右(图1);选定的点依次为王东村(上游)、范家梁(中游)、杜家坪(中游)和把口站(下游).在沟道中随机采样,重复3次,共12个样品,考虑到沟道中的泥沙层较浅,每个采样点取0~10cm的泥沙样本.

各样品混合均匀后分成两份:一份在室外置于4℃的保温箱内,之后立即转移至试验室?20℃的冷藏箱保存,以用于高通量测序;另一份样品风干,用于测试土壤颗粒、养分等理化指标. 1.3 DNA提取和高通量测序

采用Fast DNA SPIN Kit for soil试剂盒和MP FastPrep-24核酸提取仪提取

黄土区沟道泥沙微生物群落变化特征及其影响因素

黄土区沟道泥沙微生物群落变化特征及其影响因素侯芳彬1,王蕊1,SalmanAli2,高鑫1,郭胜利1,3*【摘要】摘要:在黄土高原沟壑区,通过16SrRNA基因片段和ITS高通量测序,研究沟道泥沙中细菌和真菌群落在上-中-下游的变化特征.结果表明:与沟头相比,把口站的细菌群落中拟杆菌门(Bacteroidetes)与厚壁
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