滨州市小开河引黄灌区植物和微生物多样性调查研究

丁殿滨庞启航韩小军姜沛沛

(1.滨州市引黄灌溉服务中心，山东 滨州 256600；2.山东师范大学生命科学学院，山东 济南 250014)

引言

小开河引黄灌区位于山东省北部，地处黄河三角洲腹地，纵贯山东省滨州市中部，是国家大型引黄灌区。小开河引黄灌区全长91.5km，南起黄河左岸的小开河村(滨城区里则街道办事处)，北至德惠新河(无棣县)，包括滨州经济开发区、滨城区、沾化区、北海新区、惠民县、阳信县和无棣县等7个县区。灌区自1998年建成以来，生态环境得到显著改善，土壤盐碱度明显降低，为该区生物多样性的提高提供了重要基础[1-3]。生物多样性是指生命形式的多样性，包括物种内、物种间、生态系统以及景观的多样性[4,5]。生物多样性是驱动生态系统过程的关键因子[6,7]，且由于生物多样性的特殊性质和重要意义，生物多样性研究一直是生态学研究的热点问题[8-10]。本研究以小开河灌区植物和微生物为研究对象，对小开河流向上不同地点的植物和微生物多样性进行调查，为了解该区植物和微生物组成和分布提供理论基础，为该区生物多样性保护规划提供基础和依据，对该区的生态环境保护具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

小开河灌区地势平坦，坡度较缓，自然地形南高北低，地貌上属鲁西北堆积平原区，海拔一般在50m以下。灌区属于温带季风气候区，气候温和，四季分明，光照充足，雨热同期。灌区内降雨年际变化较大，年内分配不均，多年平均降雨量为575.2mm，多年平均气温12.3℃，全年无霜期平均210d，年光照时数2400～2700h。土壤多为潮土，表层土壤质地大致分为沙土、沙壤土、粘壤土和粘土4类。

1.2 植物多样性调查

对小开河沿岸的自然概况进行了解并确定调查的范围、采样点，共设置了小开河引黄闸、西海水库、徒骇河交汇处、沙河交汇处、沉砂池入口、沉砂池出口、小米河渡槽、王山水库等8个采样点，样地经纬度、海拔等基本信息见表1。

表1 采样点基本信息表

每个调查地点设置3个大小为5m×5m的样方，在每个样地进行采集取样、拍照记录。对采集到的植物依据《山东植物精要》和《中国植物志》进行鉴定，对物种进行整理记录，编制物种名录。

1.3 微生物多样性调查

沿小开河流向，分别取小开河引黄闸、西海水库、徒骇河交汇处、沙河交汇处、沉砂池入口、沉砂池出口、小米河渡槽、王山水库等8处的土壤。每个样地取样时除去土壤表层的凋落物，每一样地用五点取样法进行采集，然后将土壤样品混合，装于无菌聚乙烯自封袋中。当天运回实验室，一份风干磨碎过2mm筛用于测定土壤理化特性，一份贮藏于4℃冰箱，通过高通量测序鉴定细菌种属。

1.4 土壤pH及含水量的测定

土壤pH值以1∶2.5土水比用复合电极测定；土壤含水量用烘干法测定。

1.5 数据处理

使用Excel进行数据整理，采用Simaplot 12.0作图。

2 结果与分析

2.1 土壤含水量和pH

本研究中，小开河引黄灌区土壤含水量和pH值随着采样点的变化而变化，如图1。从图1可知，土壤含水量的变化无明显变化规律，而土壤pH则从上游到下游逐渐增加。其中，小开河引黄闸的土壤pH值最小,为6.98；小开河输水渠与小米河交汇处的土壤pH值最大，为8.45。

图1 不同调查样点土壤含水量和pH

2.2 植物多样性调查结果

本研究发现小开河流域植物种类从上游到下游存在较大差异，见图2。上游的植物多为一些中性植物，如狗尾草、羊草、马齿苋、稗等；中游地区的植物多为中性植物与耐盐性植物，如灰绿藜、葎草、狗尾草等；下游植物物种则多为耐盐性植物，如碱蓬、柽柳、芦苇、二色补血草等。此外，还发现小开河与其它河流交汇处物种多样性显著增加，这可能是由于其它河流冲积和引黄灌溉共同作用的结果[11]。

图2 不同调查地点样方内物种多样性

2.3 微生物多样性调查结果

可培养微生物中，细菌最多，放线菌其次，真菌最少，见图3。随着土壤pH变大，碱性变强，微生物数量变少。高通量分析结果表明，8个土壤样本中共检测出41个细菌门，酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadete)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、浮霉菌门(Planctomycetes)、变形菌门(Proteobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)共10个细菌门相对丰度较大，见图4。

图3 不同调查样点土壤细菌、真菌和放线菌数目

图4 门水平的群落分类学组成和丰度分布图

对各样品中主要的优势细菌门分析发现，酸碱度使土壤中细菌群落组成发生明显变化，且上游和下游土壤中优势菌的组成存在差异。其中，变形菌门和拟杆菌门在上游土壤中更丰富，而酸杆菌门和硝化螺旋菌门在下游土壤中更丰富。

3 结论

本研究发现随着土壤盐碱度的增加，小开河灌区植物多样性有下降趋势，上游的植物多为中性植物，而下游植物物种则多为耐盐性植物。此外，小开河与其它河流交汇处物种多样性显著增加，表明引黄灌溉后当地土壤水质有了很大的改善，且小开河与其它河流交汇处土壤水质改善更加明显。同时，随着土壤pH变大，碱性变强，微生物数量变少。酸碱度使土壤中细菌群落组成发生明显变化，且上游和下游土壤中优势菌的组成存在差异，上游土壤中变形菌门和拟杆菌门更丰富，而下游土壤中酸杆菌门和硝化螺旋菌门更丰富。研究结果可以为更好地认识小开河引黄灌区的植物和细菌群落结构，对相关研究提供理论依据，对于促进当地生态环境的稳定和实现农业可持续发展具有非常重要的意义。