天鹅湖国家城市湿地公园微生物生态服务功能研究

◎张晶

（三门峡职业技术学院食品园林学院，河南三门峡472000）

天鹅湖国家城市湿地公园微生物生态服务功能研究

◎张晶

（三门峡职业技术学院食品园林学院，河南三门峡472000）

本研究以天鹅湖国家城市湿地公园为研究对象，比较了白天鹅栖息地与非栖息地在微生物群落结构方面的异同，并针对天鹅主要栖息地的优势微生物类群进行生态服务功能研究，结果显示：湿地优势微生物与变形菌属、芽孢杆菌属、链霉菌属等有较高相似性，天鹅栖息地微生物多样性高于非栖息地，变形菌属和链霉菌属微生物生态服务功能值得关注。

湿地；微生物；生态服务功能

天鹅湖国家城市湿地公园位于黄河湿地国家级自然保护区三门峡段，2007年被国家建设部命名为河南省内唯一的一家国家级城市湿地公园，2011年被评为国家4A级景区，现管理面积12000余亩。其独特的生态系统吸引着数以万计的白天鹅等野生动物冬春季节在此栖息，2014年冬仅白天鹅迁徙过冬数目就达到6000余只，为三门峡赢得“天鹅之城”的美誉，已成为三门峡市的城市名片。

天鹅迁徙过冬期间对于栖息地的选择出现了分化。真正的天然湿地鸡子陵、鼎湖湾在天鹅迁徙期很少见到天鹅停留，它们停留的地方多是后地、北营等季节性湿地，天鹅迁徙期各湿地间水生动、植物差异较小，造成天鹅对于栖息地的偏好是否与湿地微生物的种类和生态服务功能相关值得关注。

目前关于湿地生态保护的研究，绝大部分关注动植物数量和种类的丰富度，对于肉眼难以辨识、直接反应湿地生态质量的微生物群落结构关注较少，更缺乏对微生物生态服务功能的综合评价。

本研究选取天鹅湖国家城市公园内青龙湖、苍龙湖、王官、后地四个天鹅主要栖息地及鸡子陵、鼎湖湾两个非栖息天然湿地作为观测点，比较白天鹅主要栖息地与非栖息地在微生物多样性方面的异同，并针对主要栖息地的特有微生物类别进行生态服务功能研究，以此，对天鹅湖国家城市湿地公园微生态结构做出综合评价，为保护以白天鹅为主的湿地水禽提供科学依据，促进湿地资源保护管理与合理利用。

一、材料及方法

（一）供试样品

供试样品选自天鹅湖国家城市湿地公园保护区内青龙湖、苍龙湖、王官和后地四个天鹅主要栖息地和鸡子陵、鼎湖湾两个非栖息天然湿地六个观测点，样品采集依照多点混匀方式进行，具体方法参照文献[1]所述进行，样品密封后置于4℃保藏。

（二）试验方法

参照文献方法[2]，对湿地样品进行群落结构分析，结合平板计数结果对各采样点优势菌分离纯化，并采用理化指标对其分类地位进行鉴定。

二、结果与分析

（一）湿地优势微生物分离及鉴定

根据平板菌落数及菌落形态特征，从天鹅湖国家城市湿地公园六个采样点共分离出19株数目优势菌，采用生理生化指标[2]对主要优势菌的生物学分类地位进行判定。

所分离的19株菌分别与变形菌属、芽孢杆菌属、链霉菌属、诺卡菌属、小单孢菌属和根霉属、毛霉属、酵母菌属有较高相似性。其中青龙湖、苍龙湖、王官和后地四个天鹅主要栖息地细菌主要为变形菌属和芽孢杆菌属；放线菌为链霉菌属和诺卡菌属；真菌为根霉属、毛霉属和酵母菌属。鸡子陵、鼎湖湾两个非栖息天然湿地细菌主要类群为芽孢杆菌属；放线菌为小单孢菌属；真菌为根霉属。天鹅栖息地微生物多样性明显高于非栖息地。

谢冰等采用PCR-SSCP技术对上海梦清园芦苇人工湿地的底泥微生物群落结构进行了研究，发现湿地中微生物优势种主要是七种芽孢杆菌[3]；刘莹等对内蒙古天然湿地微生物多样性进行了分析，结果表明，所分离微生物分属于变形菌门、厚壁菌门和放线菌门，其中变形菌门、芽孢杆菌属为优势类群[4]。与本研究结果相吻合。

（二）湿地微生物生态服务功能研究

微生物是湿地生态系统中的重要组成部分，发挥着至关重要的生态服务功能。它们参与湿地中物质循环、能量和营养交换，对维持生态系统的平衡起着不可替代的作用。同时微生物在湿地形成、发育、湿地肥力保持及高等植物生长方面也起着重要作用[5]。

1.维持生态平衡，参与物质循环

微生物参与了碳、硫、氮、磷、氧、氢和铁等物质的转化和循环作用。硫酸盐还原菌在湿地硫、铁元素的地球化学循环中作为SO42-等硫化物还原及Fe2+的氧化过程的专门承担者；氨氧化微生物可以将氨转化成亚硝酸盐和硝酸盐，在全球氮循环中发挥重要作用；甲烷氧化细菌在好氧条件下氧化甲烷为二氧化碳；反硝化细菌将硝态氮转化成氮气，是去除湿地中氮的关键机制。

2.降解作用

微生物可将自然条件下各种生物的代谢物、死体分解为简单无机物，供系统内其他生物所用，还可以降解人工合成的各种化合物，把有机污染物彻底分解成CO2和H2O，不造成二次污染，加快系统元素循环与物质转化[6]。Xia等研究发现微生物在湿地基质中净化水质、有效的去除生化耗氧量、苯二甲酸酯上起着至关重要的作用[7]；湿地真菌对有机磷和硫具有生物矿化作用，黄艺等研究发现，湿地真菌能够降解荧蒽和蒽[7]。

3.吸附作用

微生物是重金属污染物的良好吸附剂，可以通过多种机制对重金属产生抗性，进行吸附、络合、沉淀和化合价转化。如曲霉属生物体可有效地吸附Au，枯草杆菌可有效地吸附Au、Ag和As等[6]。

本研究通过对天鹅湖湿地国家城市公园六个采样点的优势菌平板分离、纯化及鉴定，确定了青龙湖、苍龙湖、王官和后地四个天鹅主要栖息地及鸡子陵、鼎湖湾两个非栖息天然湿地优势微生物物种。

比较天鹅主要栖息地与非栖息地在细菌、放线菌和真菌三种微生物群落结构上的异同发现：细菌差异主要表现在变形菌属，四个天鹅主要栖息地中优势类群包括变形菌属和芽孢杆菌属两种，而在鸡子陵和鼎湖湾采样点优势微生物类群主要为芽孢杆菌属。本项目所选择的两个天鹅非栖息天然湿地中，鸡子陵为草滩型湿地，鼎湖湾为芦苇湿地，虽然鸡子陵和鼎湖湾采样点微生物的数量达到107cfu/g，但从平板菌落形态上看，微生物种类相对单一，物种丰富度低，分析可能与两个采样点的植被类型有关。凌云等对梦清园人工芦苇湿地不同季节的细菌群落变化进行了研究，结果发现经芦苇湿地处理后，细菌多样性降低，但相似性升高，芽孢杆菌的生存力相对较强，在冬天芽孢杆菌比较适合在芦苇湿地中生存[9]。与本研究结果一致。

芽孢杆菌属参与到脱氮除磷、反硝化等多个元素循环中，李辉等研究发现：芽孢杆菌属为湿地中氨化细菌的优势菌属，对湿地有机氮的去除效果明显[10]。陈尚智等研究表明：芽孢杆菌属对微污染水体具有净化作用[11]。刘莹等发现：芽孢杆菌为湿地植物根际优势微生物，与氨氧化过程密切相关[4]。

变形菌属为湿地常见微生物类群，其生态服务功能强大，在生态系统的硫循环中发挥关键作用，林英姿等对人工湿地处理硝基苯废水的效能进行了研究，结果发现变形菌属微生物对硝基苯废水有较高的降解和耐受能力[12]。王明月等对不同农田利用方式下的湿地多样性进行分析，发现不同农田利用方式下湿地土壤的理化性质有差异，并影响了土壤微生物的群落结构及多样性，但不同农田利用方式下的优势种群均属于变形菌门等[13]。本研究也发现，青龙湖、苍龙湖、王官和后地四个湿地为季节性湿地或农耕湿地，较鸡子陵和鼎湖湾两个天然草滩、芦苇湿地，其湿地利用方式对微生物群落结构产生了影响，形成了以变形菌属为优势类群的典型细菌结构，该类群的出现是否与天鹅栖息有关，仍需进一步研究考证。

比较天鹅主要栖息地与非栖息地放线菌组成的差异表明：天鹅所栖息的湿地中放线菌主要为链霉菌属和诺卡菌属，而在无天鹅栖息的湿地中，放线菌的优势类群为小单孢菌属。何建清等调查了拉鲁湿地自然保护区的放线菌组成，结果从湿地土壤中分离出5个放线菌属，其中以链霉菌属和小单孢菌属为优势属，并发现它们有较强的纤维素分解能力[14]。

链霉菌属为最高等的放线菌，已知放线菌所产抗生素的90%由本属产生，它们能利用葡萄糖，有较强的淀粉和蛋白质分解能力，对复杂有机物的矿化发挥重要作用，王骥等研究发现，链霉菌属微生物在N、P等富营养物的去除过程中发挥重要作用[15]。推测链霉菌属优势菌的存在对于天鹅生境水质净化有重要作用，同时有助于天鹅对湿地营养物的获取。而小单孢菌属能够分解一些不易分解的有机质，如纤维素、几丁质、木聚糖等，与鸡子陵、鼎湖湾的天然湿地类型相吻合。目前有关小单胞菌的报道主要集中在其抗菌活性及产抗生素能力上，其他生态服务功能仍不明确。

本研究中，六个采样点中真菌数目差异不大，在群落结构中比例相对恒定，所分离到的真菌主要包括根霉、毛霉和酵母属，其中以根霉属为优势类群。赵玉恒等认为根霉分解淀粉能力很强，能降解壳聚糖，还可以用来生产有机酸,转化甾族化合物等[6]，张亚娟等研究发现根霉对重金属有较强的吸附能力[16]。刘佳宁对扎龙湿地水生真菌多样性进行了研究，结果显示真菌多样性随季节的变化而变化，秋季真菌多样性最为丰富，其次是夏季，春季真菌多样性水平最低，季节变化对水体真菌多样性影响很小[17]。

综上所述，天鹅栖息地微生物多样性高于非栖息地，本研究中两者差异主要表现在细菌变形菌属和放线菌链霉菌属，真菌差异不显著。多个研究表明变形菌属和链霉菌属微生物的存在具有提高湿地的初级生产力、净化环境污染等不可替代的重要生态功能，因此，在天鹅湖国家城市湿地公园的湿地微生物资源开发和利用上，变形菌属、链霉菌属微生物的保护值得关注，同时，应对湿地保护区内，特别是天鹅栖息核心保护区内的农田利用形式、水源污染物控制和作物种植类型进行科学评价，最大限度地保护湿地微生物的多样性，发挥其最佳生态服务功能，为天鹅栖息创造最有利的微生物环境。

三、结论

从天鹅湖国家城市湿地公园六个观测点分离出19株数量优势菌，采用理化指标对其进行分类鉴定，19株菌分别与变形菌属、芽孢杆菌属、链霉菌属等有较高相似性，天鹅栖息地微生物多样性高于非栖息地。

对湿地微生物生态服务功能的研究发现，天鹅栖息地与非栖息地优势微生物物种存在异同，主要差别出现在变形菌属和链霉菌属。多个研究表明变形菌属和链霉菌属微生物的存在具有提高湿地的初级生产力、净化环境污染等不可替代的重要生态功能，因此，在天鹅湖国家城市湿地公园的湿地微生物资源开发和利用上，对变形菌属、链霉菌属微生物的保护值得关注，同时，应对湿地保护区内，特别是天鹅栖息核心保护区内的农田利用形式、水源污染物控制和作物种植类型进行科学评价，最大限度地保护湿地微生物的多样性，为天鹅栖息创造最有利的微生物环境。

[1]张晶,陈玮.黄河三门峡湿地水体微生物群落结构分析[J].三门峡职业技术学院学报,2011(3):106-108.

[2]沈萍.微生物学实验（第三版）[M].北京:高等教育出版社,1999:49.

[3]谢冰,董亮.芦苇人工湿地底泥微生物群落结构的PCR-SSCP技术研究[J].农业系统科学与综合研究, 2007(2):205-211.

[4]刘莹.内蒙古湿地植物根际细菌及氨氧化功能菌群的多样性[D].河北大学,2012.

[5]董慧明,张颖,张德民，等.DNA指纹图谱技术在土壤微生物多样性研究中的应用[J].微生物学杂志，2007(1):45-49.

[6]赵玉恒,刘新宇.浅谈淡水湿地微生物主要类群及其作用[J].防护林科技,2006（6）:75-77.

[7]Xia N,Liu H H,Guo R M,etal.Research on Nitrogen Removal and Microorganism in a Subsurface Flow Constructed Wetland System in Sihong County[J].Journal of China University of Mining and Technology,2006(16):505-508.

[8]黄艺,姜学艳.菌根真菌对土壤有机污染物的生物降解[J].土壤与环境,2002(3):221-226.

[9]凌云,林静.景观人工湿地微生物群落结构的季节变化[J].城市环境与城市生态,2009(4):8-10.

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[12]林英姿.复合ABR-人工湿地处理硝基苯废水的效能及微生物群落研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2010.

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[14]何建清,张格杰.拉鲁湿地自然保护区放线菌组成分析及生物活性测定[J].微生物学杂志,2009（4）:6-10.

[15]王骥.生物湿地床处理富营养化水体的试验研究[D].长春吉林大学,2012.

[16]张亚娟.黑根霉菌对重金属废水的生物吸附及其固定化技术的研究[D].赣州：江西理工大学,2008.

[17]刘佳宁.扎龙湿地水生真菌多样性的研究[D].哈尔滨：东北林业大学,2008.

（责任编辑 卞建宁）

TU986

A

1671-9123（2015）02-0042-04

2015-03-17

三门峡职业技术学院课题（SZY-2014-017）

张晶（1985-），女，河南三门峡人，三门峡职业技术学院食品园林学院讲师。