泉州湾红树林人工种植过程根际微生物群落结构演变特征_许敬华.pdf

第 19 卷 第 1 期湿地科学与管理 Vol.19No.1 2023 年 2 月WETLAND sCiENCE&MANAGEMENT Feb.2023红树林是指生长在热带亚热带海岸潮间带上部，受周期性潮汐影响的红树植物群落。红树林与其伴生植物及潮间带泥质海滩构成红树林生态系统，对脆弱的海岸带生态环境保护起着重要的支撑作用，特别对河口海岸带生物多样性维持具有非常重要的意义（王文卿等,2007）。近 50 年来，受红树林砍伐、大范围的围填海、互花米草入侵、陆源污染物胁迫等因素影响（徐耀文等,2020），红树林生态系统退化明显（李丽凤等，2018），成为最脆弱的生态系统之一，导致海岸带生物多样性锐减等生态环境恶化趋势，严重制约海岸带经济与环境的可持续发展（乐通潮,2014），因此，海岸带红树林资泉州湾红树林人工种植过程根际微生物群落结构演变特征许敬华1,2,3李意敏4丁思龙4张秋芳5陈永山1*(1泉州师范学院资源与环境科学学院，福建泉州362000；2福建师范大学地理科学学院，福建福州350007；3湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地，福建福州350007；4泉州湾河口湿地省级自然保护区管理处，福建泉州362000；5泉州师范学院海洋与食品学院，福建泉州362000）摘 要 探究红树林人工种植过程中根际微生物群落的结构演变特征对厘清红树林生态功能服务具有重要意义。以泉州湾不同种植年限和品种的红树林为研究对象，通过采集根际沉积物和 Biolog-ECO分析技术，研究红树林根际微生物群落结构多样性及代谢功能的演变特征。结果表明：不同种植年限的红树林根际微生物群落的碳源利用能力存在显著差异，原生林的颜色变化率最高，不同种植年限的红树林呈逐步向原生林演变的趋势。根际微生物群落的香农指数（H）和辛普森指数（D）随种植年限的增长而增加，原生林根际微生物群落的香农指数和辛普森指数最高。此外，秋茄（Kandeliacandel）的根际微生物碳源代谢能力向原生林发展的趋同效应低于桐花树（Aegicerascorniculata）。人工种植红树林根际微生物的群落结构及其生理代谢能力表现出“适应-发展-稳定”的原生林趋同效应，桐花树在泉州湾河口湿地的生存竞争力高于秋茄。关键词 根际微生物；功能多样性；Biolog-ECO；红树林中图分类号：S714.5文献标识码：A文章编号：1673-3290(2023)01-0009-06Characteristics of Rhizosphere Microbial Community structure Evolution During Mangrove PlantationXu Jing-hua1,2,3 Li Yi-min4 DiNG si-long4 ZHANG Qiu-fang5 CHEN Yong-shan1*(1 College of Resources and Environmental science,Quanzhou Normal university,Quanzhou 362000,Fujian,China;2 College of Geographical science,Fujian Normal university,Fuzhou 350007,Fujian,China;3 Cultivation Base of state Key Laboratory of Humid subtropical Mountain Ecology,Fuzhou 350007,Fujian,China;4 Administrative Office of Quanzhou Bay Estuary Wetland Reserve,Quanzhou 362000,Fujian,China;5.College of Oceanology and Food science,Quanzhou Normal university,Quanzhou 362000,Fujian,China)Abstract it is important for the ecological function services of mangrove forest to characterize the structural evolution of rhizosphere microbial communities in the process of growing mangrove plantation.structural diversity and the metabolic function evolution of the rhizosphere microbial communities of different planting years and different species in Quanzhou Bay were studied through collecting rhizosphere sediments and Biolog-ECO analysis techniques.The results showed that there were significant differences in the carbon utilization capacity of the mangrove rhizosphere microbial communities among different planting years,the AWCD value was the highest in the primary forest,and the mangroves planted in different years gradually evolved into primary forest.The Shannon index(H)and simpson index(D)showed an increasing tendency with the age of planting years and the highest value was in the primary forest.In addition,the convergence effect of Kandelia candel species based on microbial carbon source metabolism(towards primary forest)was lower than that of Aegiceras corniculata species.it indicates that the structure and physiological metabolic capacity of the rhizosphere microbial communities of mangrove forest displayed a convergence trend of adaptation-development-stabilization towards that of the primary forest,but the survival competitiveness of K.candel was higher than that of A.corniculata in the wetlands of Quanzhou Bay estuary.Key words Rhizosphere microbial;Functional diversity;Biolog-ECO;Mangrove forest收稿日期：2022-10-26基金项目：国家自然科学基金项目（41977358）；福建省教育厅中青年教师教育科研项目（JT180362）作者简介：许敬华（1990），博士研究生，主要从事湿地生态学研究。E-mail:*通讯作者：陈永山（1980），教授，从事森林环境管理研究。E-mail:DOi:10.3969/j.issn.1673-3290.2023.01.0210湿地科学与管理 第 19 卷源的恢复与发展，成为海岸带生态环境保护的重要内容之一。人工种植红树林是红树林生态系统恢复和重建的重要举措（李海生等,2020），在国内外众多地区已得到证实和发展（卢元平,2018）。系统恢复和重建红树林生态系统是克服红树林生态系统脆弱性的必由之路（Leeetal.,2019）。红树林根际环境是红树根系、分泌物、微生物及土壤环境因子共同构成的相互作用体系，在能量流动、物质循环及促进植物生长等方面扮演重要的角色，为红树植物及其他生物提供适宜的生态位和营养来源，其中根际微生物与红树林之间的相互作用关系是该生态区域的主要驱动力。红树林通过根系分泌物为根际微生物提供物质和能量来源，根际微生物亦可通过代谢活动为根系提供营养物质和生长因子（殷萌清等,2017）。张攀等（2022）研究发现红树林沉积物中土壤微生物丰度和多样性随土壤深度增加呈减小的趋势；赵华显等（2020）对红树林根际微生物研究发现，门分类水平上变形菌门（Proteobacteria）是最丰富的类别；也有研究比较了不同月份、季节等对红树林根际微生物功能多样性变化特征的影响（Kamaletal.,2022;姚琦等,2017）；Li 等（2022）探讨了红树林微生物与土壤理化性质的相互作用关系。目前主要从微生物分类等方面探究微生物的群落结构以及季节等时间尺度对微生物群落的影响，而从微生物群落功能方面探究不同种植年限及品种的红树林根际微生物群落结构特征的研究较少。Biolog 微孔板分析技术为代表的底物诱导下的代谢响应模式测算微生物群落代谢功能强弱方法则更为简单和快速，广泛应用于土壤微生物功能多样性的研究中（李庆赟等,2016;李建鹃等,2020）。因此，本研究选取不同种植年限及品种的红树林，采用 Biolog 微孔板分析技术，研究人工种植红树林过程中，其根际微生物群落结构和功能多样性的演变特征，以期揭示人工种植红树林过程中植物与根际微生物的相互作用关系，为河口海岸带红树林生态系统恢复和保育提供理论依据。1 研究区概况与研究方法1.1研究区概况与样品采集红树林群落采样区位于泉州湾河口湿地省级 自 然 保 护 区（244722245950N，11837431184245E）。保护区总面积7 065.31 hm2，其中红树林沼泽面积 305.89 hm2。保护区属亚热带海洋性季风气候区，多年平均气温20.4，多年平均降水量 1 095.4 mm，年平均相对湿度 78%。泉州湾属河口基岩港湾，潮汐以半日潮为主。采样区域位于保护区 3 大核心区之一洛阳红树林功能区，该区土壤以海滨盐土的海泥沙土为主，红树林群落主要有秋茄林群落、桐花树林群落、秋茄+桐花树林群落、白骨壤群落等。本研究选取秋茄（Kandelia candel）和桐花树（Aegiceras corniculata）两种真红树植物。于2019 年分别选取桐花树和秋茄的原生林（25 年以上）以及种植年限为 3 年、11 年和 17 年的群落地块各 1个，在每个地块的相对中心区域（表 1），按“S”型随机选取 5 点，采集 0 20 cm 深度的沉积物样品，混合均匀并去除根系及杂物，装入无菌自封袋，放入恒温采样箱内，在 4冰箱中稳定 12 h 后进行样品处理及 Biolog 分析。1.2 Biolog-ECO 实验取 5 g 鲜土放入 100 mL 的 0.85 mol/L NaCl 无菌水溶液，120 r/min 震荡 30 min，冰浴静置 2 min，取 5 mL 上清液于无菌三角瓶中，再加入 45 mL 无菌水，按上述过程再重复 2 次，最终稀释比为 1:1 000。用八通道移液器吸取 150 L 提取液加至提前预热到25的 Biolog-ECo 微孔板（Biolog,Hayward,USA）中，在 28下恒温