◎張晶

（三門峽職業(yè)技術(shù)學院食品園林學院，河南三門峽472000）

天鵝湖國家城市濕地公園微生物生態(tài)服務(wù)功能研究

◎張晶

（三門峽職業(yè)技術(shù)學院食品園林學院，河南三門峽472000）

本研究以天鵝湖國家城市濕地公園為研究對象，比較了白天鵝棲息地與非棲息地在微生物群落結(jié)構(gòu)方面的異同，并針對天鵝主要棲息地的優(yōu)勢微生物類群進行生態(tài)服務(wù)功能研究，結(jié)果顯示：濕地優(yōu)勢微生物與變形菌屬、芽孢桿菌屬、鏈霉菌屬等有較高相似性，天鵝棲息地微生物多樣性高于非棲息地，變形菌屬和鏈霉菌屬微生物生態(tài)服務(wù)功能值得關(guān)注。

濕地；微生物；生態(tài)服務(wù)功能

天鵝湖國家城市濕地公園位于黃河濕地國家級自然保護區(qū)三門峽段，2007年被國家建設(shè)部命名為河南省內(nèi)唯一的一家國家級城市濕地公園，2011年被評為國家4A級景區(qū)，現(xiàn)管理面積12000余畝。其獨特的生態(tài)系統(tǒng)吸引著數(shù)以萬計的白天鵝等野生動物冬春季節(jié)在此棲息，2014年冬僅白天鵝遷徙過冬數(shù)目就達到6000余只，為三門峽贏得“天鵝之城”的美譽，已成為三門峽市的城市名片。

天鵝遷徙過冬期間對于棲息地的選擇出現(xiàn)了分化。真正的天然濕地雞子陵、鼎湖灣在天鵝遷徙期很少見到天鵝停留，它們停留的地方多是后地、北營等季節(jié)性濕地，天鵝遷徙期各濕地間水生動、植物差異較小，造成天鵝對于棲息地的偏好是否與濕地微生物的種類和生態(tài)服務(wù)功能相關(guān)值得關(guān)注。

目前關(guān)于濕地生態(tài)保護的研究，絕大部分關(guān)注動植物數(shù)量和種類的豐富度，對于肉眼難以辨識、直接反應濕地生態(tài)質(zhì)量的微生物群落結(jié)構(gòu)關(guān)注較少，更缺乏對微生物生態(tài)服務(wù)功能的綜合評價。

本研究選取天鵝湖國家城市公園內(nèi)青龍湖、蒼龍湖、王官、后地四個天鵝主要棲息地及雞子陵、鼎湖灣兩個非棲息天然濕地作為觀測點，比較白天鵝主要棲息地與非棲息地在微生物多樣性方面的異同，并針對主要棲息地的特有微生物類別進行生態(tài)服務(wù)功能研究，以此，對天鵝湖國家城市濕地公園微生態(tài)結(jié)構(gòu)做出綜合評價，為保護以白天鵝為主的濕地水禽提供科學依據(jù)，促進濕地資源保護管理與合理利用。

一、材料及方法

（一）供試樣品

供試樣品選自天鵝湖國家城市濕地公園保護區(qū)內(nèi)青龍湖、蒼龍湖、王官和后地四個天鵝主要棲息地和雞子陵、鼎湖灣兩個非棲息天然濕地六個觀測點，樣品采集依照多點混勻方式進行，具體方法參照文獻[1]所述進行，樣品密封后置于4℃保藏。

（二）試驗方法

參照文獻方法[2]，對濕地樣品進行群落結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合平板計數(shù)結(jié)果對各采樣點優(yōu)勢菌分離純化，并采用理化指標對其分類地位進行鑒定。

二、結(jié)果與分析

（一）濕地優(yōu)勢微生物分離及鑒定

根據(jù)平板菌落數(shù)及菌落形態(tài)特征，從天鵝湖國家城市濕地公園六個采樣點共分離出19株數(shù)目優(yōu)勢菌，采用生理生化指標[2]對主要優(yōu)勢菌的生物學分類地位進行判定。

所分離的19株菌分別與變形菌屬、芽孢桿菌屬、鏈霉菌屬、諾卡菌屬、小單孢菌屬和根霉屬、毛霉屬、酵母菌屬有較高相似性。其中青龍湖、蒼龍湖、王官和后地四個天鵝主要棲息地細菌主要為變形菌屬和芽孢桿菌屬；放線菌為鏈霉菌屬和諾卡菌屬；真菌為根霉屬、毛霉屬和酵母菌屬。雞子陵、鼎湖灣兩個非棲息天然濕地細菌主要類群為芽孢桿菌屬；放線菌為小單孢菌屬；真菌為根霉屬。天鵝棲息地微生物多樣性明顯高于非棲息地。

謝冰等采用PCR-SSCP技術(shù)對上海夢清園蘆葦人工濕地的底泥微生物群落結(jié)構(gòu)進行了研究，發(fā)現(xiàn)濕地中微生物優(yōu)勢種主要是七種芽孢桿菌[3]；劉瑩等對內(nèi)蒙古天然濕地微生物多樣性進行了分析，結(jié)果表明，所分離微生物分屬于變形菌門、厚壁菌門和放線菌門，其中變形菌門、芽孢桿菌屬為優(yōu)勢類群[4]。與本研究結(jié)果相吻合。

（二）濕地微生物生態(tài)服務(wù)功能研究

微生物是濕地生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，發(fā)揮著至關(guān)重要的生態(tài)服務(wù)功能。它們參與濕地中物質(zhì)循環(huán)、能量和營養(yǎng)交換，對維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡起著不可替代的作用。同時微生物在濕地形成、發(fā)育、濕地肥力保持及高等植物生長方面也起著重要作用[5]。

1.維持生態(tài)平衡，參與物質(zhì)循環(huán)

微生物參與了碳、硫、氮、磷、氧、氫和鐵等物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和循環(huán)作用。硫酸鹽還原菌在濕地硫、鐵元素的地球化學循環(huán)中作為SO42-等硫化物還原及Fe2+的氧化過程的專門承擔者；氨氧化微生物可以將氨轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，在全球氮循環(huán)中發(fā)揮重要作用；甲烷氧化細菌在好氧條件下氧化甲烷為二氧化碳；反硝化細菌將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氮氣，是去除濕地中氮的關(guān)鍵機制。

2.降解作用

微生物可將自然條件下各種生物的代謝物、死體分解為簡單無機物，供系統(tǒng)內(nèi)其他生物所用，還可以降解人工合成的各種化合物，把有機污染物徹底分解成CO2和H2O，不造成二次污染，加快系統(tǒng)元素循環(huán)與物質(zhì)轉(zhuǎn)化[6]。Xia等研究發(fā)現(xiàn)微生物在濕地基質(zhì)中凈化水質(zhì)、有效的去除生化耗氧量、苯二甲酸酯上起著至關(guān)重要的作用[7]；濕地真菌對有機磷和硫具有生物礦化作用，黃藝等研究發(fā)現(xiàn)，濕地真菌能夠降解熒蒽和蒽[7]。

3.吸附作用

微生物是重金屬污染物的良好吸附劑，可以通過多種機制對重金屬產(chǎn)生抗性，進行吸附、絡(luò)合、沉淀和化合價轉(zhuǎn)化。如曲霉屬生物體可有效地吸附Au，枯草桿菌可有效地吸附Au、Ag和As等[6]。

本研究通過對天鵝湖濕地國家城市公園六個采樣點的優(yōu)勢菌平板分離、純化及鑒定，確定了青龍湖、蒼龍湖、王官和后地四個天鵝主要棲息地及雞子陵、鼎湖灣兩個非棲息天然濕地優(yōu)勢微生物物種。

比較天鵝主要棲息地與非棲息地在細菌、放線菌和真菌三種微生物群落結(jié)構(gòu)上的異同發(fā)現(xiàn)：細菌差異主要表現(xiàn)在變形菌屬，四個天鵝主要棲息地中優(yōu)勢類群包括變形菌屬和芽孢桿菌屬兩種，而在雞子陵和鼎湖灣采樣點優(yōu)勢微生物類群主要為芽孢桿菌屬。本項目所選擇的兩個天鵝非棲息天然濕地中，雞子陵為草灘型濕地，鼎湖灣為蘆葦濕地，雖然雞子陵和鼎湖灣采樣點微生物的數(shù)量達到107cfu/g，但從平板菌落形態(tài)上看，微生物種類相對單一，物種豐富度低，分析可能與兩個采樣點的植被類型有關(guān)。凌云等對夢清園人工蘆葦濕地不同季節(jié)的細菌群落變化進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)蘆葦濕地處理后，細菌多樣性降低，但相似性升高，芽孢桿菌的生存力相對較強，在冬天芽孢桿菌比較適合在蘆葦濕地中生存[9]。與本研究結(jié)果一致。

芽孢桿菌屬參與到脫氮除磷、反硝化等多個元素循環(huán)中，李輝等研究發(fā)現(xiàn)：芽孢桿菌屬為濕地中氨化細菌的優(yōu)勢菌屬，對濕地有機氮的去除效果明顯[10]。陳尚智等研究表明：芽孢桿菌屬對微污染水體具有凈化作用[11]。劉瑩等發(fā)現(xiàn)：芽孢桿菌為濕地植物根際優(yōu)勢微生物，與氨氧化過程密切相關(guān)[4]。

變形菌屬為濕地常見微生物類群，其生態(tài)服務(wù)功能強大，在生態(tài)系統(tǒng)的硫循環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，林英姿等對人工濕地處理硝基苯廢水的效能進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)變形菌屬微生物對硝基苯廢水有較高的降解和耐受能力[12]。王明月等對不同農(nóng)田利用方式下的濕地多樣性進行分析，發(fā)現(xiàn)不同農(nóng)田利用方式下濕地土壤的理化性質(zhì)有差異，并影響了土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)及多樣性，但不同農(nóng)田利用方式下的優(yōu)勢種群均屬于變形菌門等[13]。本研究也發(fā)現(xiàn)，青龍湖、蒼龍湖、王官和后地四個濕地為季節(jié)性濕地或農(nóng)耕濕地，較雞子陵和鼎湖灣兩個天然草灘、蘆葦濕地，其濕地利用方式對微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了影響，形成了以變形菌屬為優(yōu)勢類群的典型細菌結(jié)構(gòu)，該類群的出現(xiàn)是否與天鵝棲息有關(guān)，仍需進一步研究考證。

比較天鵝主要棲息地與非棲息地放線菌組成的差異表明：天鵝所棲息的濕地中放線菌主要為鏈霉菌屬和諾卡菌屬，而在無天鵝棲息的濕地中，放線菌的優(yōu)勢類群為小單孢菌屬。何建清等調(diào)查了拉魯濕地自然保護區(qū)的放線菌組成，結(jié)果從濕地土壤中分離出5個放線菌屬，其中以鏈霉菌屬和小單孢菌屬為優(yōu)勢屬，并發(fā)現(xiàn)它們有較強的纖維素分解能力[14]。

鏈霉菌屬為最高等的放線菌，已知放線菌所產(chǎn)抗生素的90%由本屬產(chǎn)生，它們能利用葡萄糖，有較強的淀粉和蛋白質(zhì)分解能力，對復雜有機物的礦化發(fā)揮重要作用，王驥等研究發(fā)現(xiàn)，鏈霉菌屬微生物在N、P等富營養(yǎng)物的去除過程中發(fā)揮重要作用[15]。推測鏈霉菌屬優(yōu)勢菌的存在對于天鵝生境水質(zhì)凈化有重要作用，同時有助于天鵝對濕地營養(yǎng)物的獲取。而小單孢菌屬能夠分解一些不易分解的有機質(zhì)，如纖維素、幾丁質(zhì)、木聚糖等，與雞子陵、鼎湖灣的天然濕地類型相吻合。目前有關(guān)小單胞菌的報道主要集中在其抗菌活性及產(chǎn)抗生素能力上，其他生態(tài)服務(wù)功能仍不明確。

本研究中，六個采樣點中真菌數(shù)目差異不大，在群落結(jié)構(gòu)中比例相對恒定，所分離到的真菌主要包括根霉、毛霉和酵母屬，其中以根霉屬為優(yōu)勢類群。趙玉恒等認為根霉分解淀粉能力很強，能降解殼聚糖，還可以用來生產(chǎn)有機酸,轉(zhuǎn)化甾族化合物等[6]，張亞娟等研究發(fā)現(xiàn)根霉對重金屬有較強的吸附能力[16]。劉佳寧對扎龍濕地水生真菌多樣性進行了研究，結(jié)果顯示真菌多樣性隨季節(jié)的變化而變化，秋季真菌多樣性最為豐富，其次是夏季，春季真菌多樣性水平最低，季節(jié)變化對水體真菌多樣性影響很小[17]。

綜上所述，天鵝棲息地微生物多樣性高于非棲息地，本研究中兩者差異主要表現(xiàn)在細菌變形菌屬和放線菌鏈霉菌屬，真菌差異不顯著。多個研究表明變形菌屬和鏈霉菌屬微生物的存在具有提高濕地的初級生產(chǎn)力、凈化環(huán)境污染等不可替代的重要生態(tài)功能，因此，在天鵝湖國家城市濕地公園的濕地微生物資源開發(fā)和利用上，變形菌屬、鏈霉菌屬微生物的保護值得關(guān)注，同時，應對濕地保護區(qū)內(nèi)，特別是天鵝棲息核心保護區(qū)內(nèi)的農(nóng)田利用形式、水源污染物控制和作物種植類型進行科學評價，最大限度地保護濕地微生物的多樣性，發(fā)揮其最佳生態(tài)服務(wù)功能，為天鵝棲息創(chuàng)造最有利的微生物環(huán)境。

三、結(jié)論

從天鵝湖國家城市濕地公園六個觀測點分離出19株數(shù)量優(yōu)勢菌，采用理化指標對其進行分類鑒定，19株菌分別與變形菌屬、芽孢桿菌屬、鏈霉菌屬等有較高相似性，天鵝棲息地微生物多樣性高于非棲息地。

對濕地微生物生態(tài)服務(wù)功能的研究發(fā)現(xiàn)，天鵝棲息地與非棲息地優(yōu)勢微生物物種存在異同，主要差別出現(xiàn)在變形菌屬和鏈霉菌屬。多個研究表明變形菌屬和鏈霉菌屬微生物的存在具有提高濕地的初級生產(chǎn)力、凈化環(huán)境污染等不可替代的重要生態(tài)功能，因此，在天鵝湖國家城市濕地公園的濕地微生物資源開發(fā)和利用上，對變形菌屬、鏈霉菌屬微生物的保護值得關(guān)注，同時，應對濕地保護區(qū)內(nèi)，特別是天鵝棲息核心保護區(qū)內(nèi)的農(nóng)田利用形式、水源污染物控制和作物種植類型進行科學評價，最大限度地保護濕地微生物的多樣性，為天鵝棲息創(chuàng)造最有利的微生物環(huán)境。

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（責任編輯 卞建寧）

TU986

A

1671-9123（2015）02-0042-04

2015-03-17

三門峽職業(yè)技術(shù)學院課題（SZY-2014-017）

張晶（1985-），女，河南三門峽人，三門峽職業(yè)技術(shù)學院食品園林學院講師。