濱州市小開河引黃灌區植物和微生物多樣性調查研究

丁殿濱龐啟航韓小軍姜沛沛

(1.濱州市引黃灌溉服務中心，山東 濱州 256600；2.山東師范大學生命科學學院，山東 濟南 250014)

引言

小開河引黃灌區位于山東省北部，地處黃河三角洲腹地，縱貫山東省濱州市中部，是國家大型引黃灌區。小開河引黃灌區全長91.5km，南起黃河左岸的小開河村(濱城區里則街道辦事處)，北至德惠新河(無棣縣)，包括濱州經濟開發區、濱城區、沾化區、北海新區、惠民縣、陽信縣和無棣縣等7個縣區。灌區自1998年建成以來，生態環境得到顯著改善，土壤鹽堿度明顯降低，為該區生物多樣性的提高提供了重要基礎[1-3]。生物多樣性是指生命形式的多樣性，包括物種內、物種間、生態系統以及景觀的多樣性[4,5]。生物多樣性是驅動生態系統過程的關鍵因子[6,7]，且由于生物多樣性的特殊性質和重要意義，生物多樣性研究一直是生態學研究的熱點問題[8-10]。本研究以小開河灌區植物和微生物為研究對象，對小開河流向上不同地點的植物和微生物多樣性進行調查，為了解該區植物和微生物組成和分布提供理論基礎，為該區生物多樣性保護規劃提供基礎和依據，對該區的生態環境保護具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

小開河灌區地勢平坦，坡度較緩，自然地形南高北低，地貌上屬魯西北堆積平原區，海拔一般在50m以下。灌區屬于溫帶季風氣候區，氣候溫和，四季分明，光照充足，雨熱同期。灌區內降雨年際變化較大，年內分配不均，多年平均降雨量為575.2mm，多年平均氣溫12.3℃，全年無霜期平均210d，年光照時數2400～2700h。土壤多為潮土，表層土壤質地大致分為沙土、沙壤土、粘壤土和粘土4類。

1.2 植物多樣性調查

對小開河沿岸的自然概況進行了解并確定調查的范圍、采樣點，共設置了小開河引黃閘、西海水庫、徒駭河交匯處、沙河交匯處、沉砂池入口、沉砂池出口、小米河渡槽、王山水庫等8個采樣點，樣地經緯度、海拔等基本信息見表1。

表1 采樣點基本信息表

每個調查地點設置3個大小為5m×5m的樣方，在每個樣地進行采集取樣、拍照記錄。對采集到的植物依據《山東植物精要》和《中國植物志》進行鑒定，對物種進行整理記錄，編制物種名錄。

1.3 微生物多樣性調查

沿小開河流向，分別取小開河引黃閘、西海水庫、徒駭河交匯處、沙河交匯處、沉砂池入口、沉砂池出口、小米河渡槽、王山水庫等8處的土壤。每個樣地取樣時除去土壤表層的凋落物，每一樣地用五點取樣法進行采集，然后將土壤樣品混合，裝于無菌聚乙烯自封袋中。當天運回實驗室，一份風干磨碎過2mm篩用于測定土壤理化特性，一份貯藏于4℃冰箱，通過高通量測序鑒定細菌種屬。

1.4 土壤pH及含水量的測定

土壤pH值以1∶2.5土水比用復合電極測定；土壤含水量用烘干法測定。

1.5 數據處理

使用Excel進行數據整理，采用Simaplot 12.0作圖。

2 結果與分析

2.1 土壤含水量和pH

本研究中，小開河引黃灌區土壤含水量和pH值隨著采樣點的變化而變化，如圖1。從圖1可知，土壤含水量的變化無明顯變化規律，而土壤pH則從上游到下游逐漸增加。其中，小開河引黃閘的土壤pH值最小,為6.98；小開河輸水渠與小米河交匯處的土壤pH值最大，為8.45。

圖1 不同調查樣點土壤含水量和pH

2.2 植物多樣性調查結果

本研究發現小開河流域植物種類從上游到下游存在較大差異，見圖2。上游的植物多為一些中性植物，如狗尾草、羊草、馬齒莧、稗等；中游地區的植物多為中性植物與耐鹽性植物，如灰綠藜、葎草、狗尾草等；下游植物物種則多為耐鹽性植物，如堿蓬、檉柳、蘆葦、二色補血草等。此外，還發現小開河與其它河流交匯處物種多樣性顯著增加，這可能是由于其它河流沖積和引黃灌溉共同作用的結果[11]。

圖2 不同調查地點樣方內物種多樣性

2.3 微生物多樣性調查結果

可培養微生物中，細菌最多，放線菌其次，真菌最少，見圖3。隨著土壤pH變大，堿性變強，微生物數量變少。高通量分析結果表明，8個土壤樣本中共檢測出41個細菌門，酸桿菌門(Acidobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、綠彎菌門(Chloroflexi)、厚壁菌門(Firmicutes)、芽單胞菌門(Gemmatimonadete)、硝化螺旋菌門(Nitrospirae)、浮霉菌門(Planctomycetes)、變形菌門(Proteobacteria)和疣微菌門(Verrucomicrobia)共10個細菌門相對豐度較大，見圖4。

圖3 不同調查樣點土壤細菌、真菌和放線菌數目

圖4 門水平的群落分類學組成和豐度分布圖

對各樣品中主要的優勢細菌門分析發現，酸堿度使土壤中細菌群落組成發生明顯變化，且上游和下游土壤中優勢菌的組成存在差異。其中，變形菌門和擬桿菌門在上游土壤中更豐富，而酸桿菌門和硝化螺旋菌門在下游土壤中更豐富。

3 結論

本研究發現隨著土壤鹽堿度的增加，小開河灌區植物多樣性有下降趨勢，上游的植物多為中性植物，而下游植物物種則多為耐鹽性植物。此外，小開河與其它河流交匯處物種多樣性顯著增加，表明引黃灌溉后當地土壤水質有了很大的改善，且小開河與其它河流交匯處土壤水質改善更加明顯。同時，隨著土壤pH變大，堿性變強，微生物數量變少。酸堿度使土壤中細菌群落組成發生明顯變化，且上游和下游土壤中優勢菌的組成存在差異，上游土壤中變形菌門和擬桿菌門更豐富，而下游土壤中酸桿菌門和硝化螺旋菌門更豐富。研究結果可以為更好地認識小開河引黃灌區的植物和細菌群落結構，對相關研究提供理論依據，對于促進當地生態環境的穩定和實現農業可持續發展具有非常重要的意義。