甲烷产生过程是湿地生态系统中最活跃的生物地球化学进程之一,岩溶湿地是一类具有典型岩溶地区水文特征和重要环境影响的特殊内陆淡水湿地.为了解岩溶湿地产甲烷菌的类型及其在碳循环中的贡献,综合运用分子生物学、微生物学和地球化学的方法对桂林会仙岩溶湿地沉积物中产甲烷菌的数量、群落组成、活性以及相关的环境因子进行研究.分析15-35 cm沉积物中甲基辅酶M还原酶基因mcrA的数量、种类以及与环境因子之间的关系,发现mcrA基因的拷贝数为106-107,主要来自5类产甲烷古菌目,分别是甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)、甲烷胞菌目(Methanocellales)、甲烷杆菌目(Methanobacteriales)以及一类尚未鉴定的产甲烷古菌,这些序列中有一半的序列与已知McrA蛋白序列相似度在95％以下,并且mcrA基因的多样性和数量分布主要受到有机碳和硫酸盐含量的影响.在产甲烷活性方面,沉积物的乙酸型产甲烷速率为1 024(±447) pmol g-1 d-1,氢型产甲烷量约为650(±155)pmol g-1 d-1.上述结果表明,会仙岩溶湿地具有同普通淡水湿地类似的产甲烷菌群落组成和较高的产甲烷潜力,并且该环境中可能蕴藏着许多尚未被研究的微生物资源.

湖滨带作为湖泊与陆地之间的过渡带,是健康湖泊生态系统的重要组成部分.湖滨带景观格局的演变会对湿地水质产生重要影响,因此探究影响岩溶湿地水质变化的湖滨带关键景观因子,对深入了解景观格局对岩溶湿地水质的影响过程与机制具有重要意义.选择普者黑岩溶湖泊湿地为研究对象,以2005、2007、2009、2011年共4年的Landsat遥感影像及水质监测数据为基础,通过划定湖泊湿地湖滨带缓冲区域,运用秩相关分析和冗余分析研究湖滨带景观格局对普者黑岩溶湖泊湿地水质的影响.结果表明,湖滨带不同缓冲区内景观结构类型比例差异较大;枯水期水质与土地利用类型和景观格局指数的影响大于丰水期;景观格局在不同缓冲区尺度对岩溶湿地的水质具有不同的效应;随着监测点缓冲距离的增加,个别景观指数可较好的揭示湖滨带景观格局演变对岩溶湿地水质的影响,其中,蔓延度指数(CONTAG)、斑块结合度指数(COHSION)、均匀度指数(SHEI)对水质参数的影响较大,边界密度(ED)、聚集度(AI)对水质参数的影响随缓冲距离的增加逐渐减弱,其他景观指数对水质影响差异并不明显,最大斑块指数(LPI)在缓冲距离≤300m的区域内与水质的关系较密切,面积加权平均斑块分维数(AWMPFD)与水质参数有显著负相关性,多样性指数(SHDI)对水质的影响具有不确定性;另外,大部分水质参数与土地利用面积比例有较好的相关性,且湿地面积比例是表征岩溶湖泊湿地水环境质量的主要指标.

[背景]桂林会仙湿地位于喀斯特峰丛洼地和峰丛平原的过渡区,主要由岩溶地下河补给,水质呈现富钙偏碱特征,是一处典型的岩溶湿地环境,湿地沉积物以反氧环境为主,独特的环境特征使之成为研究新型反氧微生物的理想场所.氢型产甲烷菌和乙酸型产甲烷菌是环境中有机质反氧降解的重要参与者,但目前会仙湿地产甲烷菌生理生态功能的研究十分有限.[目的]揭示乙酸盐营养型产甲烷条件和氢气营养型产甲烷条件下岩溶湿地环境古菌群落结构的变化规律和产甲烷菌的主要类群,探讨岩溶环境古菌的功能和相互关系.[方法]以会仙岩溶湿地沉积物为研究材料,分别以乙酸盐和氢气为唯一能源物进行富集培养,结合未添加任何能源底物的对照处理,动态监测产甲烷通量,分别构建了 3个共包含 146条古菌 16S rRNA基因全长序列的文库,以及 3个共包含 138条甲基辅酶M还原酶基因 mcrA基因序列的文库,通过构建系统发育树比较分析不同产甲烷底物培养条件下典型岩溶湿地古菌群落的变化规律.[结果]从乙酸型和氢型产甲烷条件培养物顶空气中都检测到了几乎等浓度的甲坑产生,甲烷八叠球菌是 mcrA文库中主要的古菌类群,其中包含了 Methanosarcina属古菌、Zoige Cluster Ⅰ(ZC-Ⅰ)和 ANME-2d Cluster(AD)类群古菌,以及两个相对独立且不包含任何参考序列的分支KT-Ⅰ和KT-Ⅱ,可能代表产甲烷菌的新类群;经过两种产甲坑条件的富集培养后,ZC-Ⅰ 、AD和 KT-Ⅱ 类群古菌的序列数占比有较为显著的增加(45％-155％);深古菌(Bathyarchaeota)是所有古菌16S rRNA基因文库的优势类群,序列占比为 88％-100％,其中 MCG-11亚群最为丰富,占所有深古菌的 84％,并且在乙酸盐产甲烷条件下增加了 17％.[结论]会仙湿地沉积物中蕴涵着丰富的新型古菌序列,沉积物中主要的氢型产甲烷菌和乙酸型产甲烷菌都来自甲烷八叠球菌目,深古菌在岩溶环境和乙酸型产甲烷条件下可能都发挥着重要的作用.

为揭示贵州草海岩溶湿地水体中不同形态氮时空分布特征及其变化规律,通过网格布点法采集了该湿地丰、枯水期表层水,并对其不同形态溶解性氮含量进行了测定,运用ArcGIS统计模块分析了草海不同形态氮的时空分布特征,并分析了各形态氮与环境因子之间的相关性.结果表明:草海水体丰、枯水期TN的平均含量分别为(0.96±0.52)、(0.90±0.71)mg·L-1,总体表现呈丰水期高于枯水期;丰水期氮形态以无机氮为主,NH4+-N与NO3--N之和占比总氮的54％,二者平均含量分别为(0.14±0.08)、(0.38±0.56)mg·L-1,这两种形态氮的高值区均分布在西侧区域,主要受外源输入影响;而枯水期氮形态以有机氮为主,DON占比TN的49％,平均含量为(0.44±0.26)mg·L-1,高值区出现在南侧区域,枯水期草海补给水量减少,加之水生生物的衰亡以及沉积物中氮的释放,使得该时期水体氮素主要通过湖泊内源进行释放转化.草海水体氮形态分布的季节性差异主要受水环境变化、外源氮输入以及内源氮释放的共同影响,丰水期应加强草海西部地区3条入湖河流的污染控制,而枯水期应主要控制湖内沉积物氮素的释放,进而有效降低草海水体中氮含量.

研究湿地系统中的稻田被撂荒以后土壤酶活性和微生物生物量的变化可以为湿地的保护提供参考依据.以桂林会仙岩溶湿地为研究样地,采集芦苇湿地、华科拉莎草湿地、稻田撂荒地(以双穗雀稗和莲子草为优势植被)和稻田的耕层土壤样品,采用比色法和氯仿熏蒸法分别检测土壤酶活性和微生物生物量.结果 表明,稻田撂荒地的土壤微生物生物量碳(MBC)为(345.20± 30.06) mg/kg,显著低于其它三种覆被下的土壤;微生物生物量氮(MBN)、微生物DNA、蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性分别为(48.03±18.48) mg/kg、(5.65± 1.48) μg/kg、(19.16±1.43) mg g-1(24h)-1和(2.20±0.94) mg g-1(24h)-1,均显著低于稻田,而与两种天然湿地没有显著差异.主成分分析表明,稻田撂荒地能与稻田明显分开,而与其它两种覆被土壤有所交叉.统计分析表明,MBC和碱性磷酸酶活性均与pH呈显著正相关关系(P＜0.05);MBN、蔗糖酶活性和碱性磷酸酶活性均与土壤总有机碳(SOC)呈显著的正相关关系(JP＜0.05);土壤微生物DNA与SOC、总氮(TN)和碱解氮(AN)均呈显著正相关关系(P＜0.01),与Mg2+呈显著正相关关系(P＜0.05).以上研究结果表明,会仙湿地中的稻田在撂荒以后,土壤微生物生物量和两种土壤酶活性显著降低,影响微生物生物量和土壤酶活性变化的主要因素是pH、SOC、TN、AN和Mg2+.因此,建议在稻田撂荒地上重新种植水稻,以加快会仙岩溶湿地的恢复过程.