不同植物配置下人工湿地微生物群落特征及其影响因素

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＳｏｉｌａｎｄ　ＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　　　　ｏ．５Ｖｏｌ．２６，Ｎ

，Ｏｃｔ．２０１９

不同植物配置下人工湿地微生物群落特征及其影响因素

赖巧晖１，张浩２，刘治鹏３

（广东农工商职业技术学院，广州５１．１００７５；

）仲恺农业工程学院，广州５广州市市政工程设计研究总院有限公司，广州５２．１００７５；３．１００７５

、、摘　要：植物是湿地生态系统的重要组分，本选择茭白（鸢尾（菖蒲（Ｚｉｚａｎｉａｃａｄｕｃｉｌｏｒａ）Ｉｒｉｓｔｅｃｔｏｒｕｍ）Ａｃｏｒｕｓｃａｌａ－　　　ｆ，和芦苇（连续５年研究了不同植物配置下人工湿地微生物群落特征对环境的指示作用，ｍｕｓ）Ｐｈｒａｍｉｔｅｓａｕｓｔｒａｌｉｓ）　ｇ，，结合微生物群落冗余分析（研究了不同植物配置下人工湿地土壤环境因子及其对微生物ＲｅｄｕｎｄａｎｃａｎａｌｓｉｓＲＤＡ）ｙｙ　（）土壤有机碳、群落分布的影响。结果表明：全氮、全磷、全钾、速效磷和碱解氮呈一致的变化规律，均表现为芦苇＞１）。（菖蒲＞茭白＞鸢尾，而不同人工湿地全磷差异不显著（土壤０５２）人工湿地对土壤微生物量有较大的影响，ｐ＞０．

氮、磷呈一致的变化规律，均表现为芦苇＞菖蒲＞茭白＞鸢尾，不同人工湿地微生物量碳和氮差异均显微生物量碳、

），）。（）物种丰富度指数（、、微生物量磷差异不显著（均匀度指数（和碳源利用丰富度指数著（０５０５３Ｈ）Ｅ）ｐ＜０．ｐ＞０．

（）均表现为芦苇＞菖蒲＞茭白＞鸢尾，而优势度指数（则表现为鸢尾＞茭白＞菖蒲＞芦苇。其中不同人工湿地Ｓ）Ｄｓ），））。（）相关性差异均显著（不同人工湿地优势度指数（差异均不显著（碳源利用丰富度指数（Ｓ）０５Ｄｓ０５４ｐ＜０．ｐ＞０．分析表明不同人工湿地微生物物种丰富度指数（与Ｓ芦苇和菖蒲的相关系数高于茭白和鸢Ｈ）ＯＣ，ＴＮ呈显著正相关，说明芦苇和菖蒲人工湿地微生物群落多样性高于茭白和鸢尾；土壤环境因子具有明显的生态梯尾，ＲＤＡ分析表明，度，ＳＯＣ，ＴＮ是影响人工湿地微生物群落多样性的主要环境因子。关键词：人工湿地；微生物群落；土壤养分；环境指示

（）中图分类号：Ｘ５２４　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　文章编号：１００５３４０９２０１９０５００８９０６－－－DOI:10.13869/j.cnki.rswc.2019.05.013

ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳｏｉｌＭｉｃｒｏｂｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｔａｎｄＴｈｅｉｒＩｍａａｃｔＦａｃｔｏｒｓｉｎ　　　　　　　　ｙｐ　

ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄＷｅｔｌａｎｄｓｗｉｔｈＰｌａｎｔＣｏｍｍｕｎｉｔｉｅｓＤｉｆｆｅｒｅｎｔ　　　　　

１２３

，ＬＡＩＱｉａｏｈｕｉＺＨＡＮＧ　ＨａｏＬＩＵＺｈｉｅｎ　　，　ｐｇ

（１．ＧｕａｎｄｏｎＣｏｌｌｅｅｏＡｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｉｎｄｕｓｔｒａｎｄ　Ｃｏｍｍｅｒｃｅ，Ｇｕａｎｚｈｏｕ５１００７５，　　ｇｇ　ｇｆ　ｇｙｇ　

Ｃｈｉｎａ；２．ＺｈｏｎｋａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏＡｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄ　ＥｎｉｎｅｅｒｉｎＧｕａｎｚｈｏｕ５１００７５，Ｃｈｉｎａ；　　　ｇｙｆ　ｇｇｇ，ｇ　

，，３．Ｇｕａｎｚｈｏｕ　ＭｕｎｉｃｉａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＤｅｓｉｎ　＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．Ｌｔｄ．Ｇｕａｎｚｈｏｕ５１００７５，Ｃｈｉｎａ）　　　　ｇｐｇｇ　ｇｇ：ａｒｔｓｌａｎｔｓＡｂｓｔｒａｃｔＨｒｏｈｔｅｓａｒｅｔｈｅｉｍｏｒｔａｎｔｏｆａｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｓｔｅｍ．Ｆｏｕｒｃｏｍｍｏｎｗｅｔｌａｎｄ　　　　　　　　　　　　ｐｐｙｇｐｙｐｙ

（Ｐｈｒａｍｉｔｅｓａｕｓｔｒａｌｉｓ，Ａｃｏｒｕｓｃａｌａｍｕｓ，ＩｒｉｓｔｅｃｔｏｒｕｍａｎｄＺｉｚａｎｉａｃａｄｕｃｉｌｏｒａ）ｉｎｎａｔｕｒａｌｗｅｔｌａｎｄｓｗｅｒｅ　　　　　　　　ｇｆｃｈｏｓｅｎ．Ｔｈｅｓｔｕｄｃｏｍａｒｅｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｏｆｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　　　　　　　　　　ｙｐｙ　　

：（ｗｅｔｌａｎｄｓｌａｎｔｅａｒｓ．Ｔｈｅｏｆｃｏｍｍｕｎｉｔｅｓｂｒｅｄｕｎｄａｎｃａｎａｌｓｉｓｄｕｒｉｎｆｉｖｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ１）ｓｏｉｌ　　　　　　　　　ｐｙｙｙｙｇ　　　，，ｏｒａｎｉｃｈｏｓｈｏｒｕｓｏｔａｓｓｉｕｍ，ｈｏｓｈｏｒｕｓｃａｒｂｏｎｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｅｎ，ｔｏｔａｌｔｏｔａｌａｖａｉｌａｂｌｅａｎｄａｌｋａｌｉｈｄｒｏ　　　　　　　－－ｇｐｐｐｐｐｇｙ

，ｗ：ｌｚｅｄｎｉｔｒｏｅｎｓｈｏｗｅｄｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｃｈａｎｅｒｕｌｅｓｈｉｃｈｆｏｌｌｏｗｔｈｅｓｅｕｅｎｃｅＰｈｒａｍｉｔｅｓａｕｓｔｒａｌｉｓ＞Ａｃｏｒｕｓ　　　　　　　　　ｙｇｇｑｇｃａｌａｍｕｓ＞Ｚｈｏｓｈｏｒｕｓｉｚａｎｉａｃａｄｕｃｉｌｏｒａ＞Ｉｒｉｓｔｅｃｔｏｒｕｍ，ｂｕｔｔｈｅｒｅｗａｓｎｏｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｏｔａｌｉｎ　　　　　　　　　　　ｐｐｇｆ；（），ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅａｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓ２ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｈａｄｉｍａｃｔｏｎｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓａｎｄｔｈｅ　　　　　　　　　　　ｇｐ，ｗｓｏｉｌｈｏｓｈｏｒｕｓｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｏｆｃａｒｂｏｎ，ｎｉｔｒｏｅｎａｎｄｓｈｏｗｅｄｔｈｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｃｈａｎｅｒｕｌｅｈｉｃｈｆｏｌｌｏｗ　　　　　　　　　　　　ｐｐｇｇ

：ｔｈｅｏｒｄｅｒＰｈｒａｍｉｔｅｓａｕｓｔｒａｌｉｓ＞Ａｃｏｒｕｓｃａｌａｍｕｓ＞Ｚｉｚａｎｉａｃａｄｕｃｉｌｏｒａ＞Ｉｒｉｓｔｅｃｔｏｒｕｍ；ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆ　　　　　　　ｇｆ，ｗｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｅｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｗｅｒｅｓｉｎｉｆｉｃａｎｔ（０５）ｈｉｌｅ　　　　　　　　　　ｇｇｐ＜０．

）；（ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｂｉｏｍａｓｓｗａｓｎｏｔｓｉｎｉｆｉｃａｎｔ（０５３）ｓｅｃｉｅｓｒｉｃｈｎｅｓｓｉｎｄｅｘｔｈｅｈｏｓｈｏｒｕｓ　　　　　　　　　　　ｇｐｐｐｐ＞０．（，，：Ｈ）ｅｖｅｎｎｅｓｓｉｎｄｅｘ（Ｅ）ａｎｄｃａｒｂｏｎｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒｉｃｈｎｅｓｓｉｎｄｅｘ（Ｓ）ｄｅｃｒｅａｓｅｄｉｎｔｈｅｏｒｄｅｒＰｈｒａ　　　　　　　　　ｇ－ｍｉｔｅｓａｕｓｔｒａｌｉｓ＞Ａｃｏｒｕｓｃａｌａｍｕｓ＞Ｉｒｉｓｔｅｃｔｏｒｕｍ＞Ｚｉｚａｎｉａｃａｄｕｃｉｌｏｒａ，ａｎｄｄｏｍｉｎａｎｃｅｉｎｄｅｘｅｓ（Ｄｓ）　　　　　　ｆ：ｄｅｃｒｅａｓｅｄｉｎｔｈｅｏｒｄｅｒＰｈｒａｍｉｔｅｓａｕｓｔｒａｌｉｓ＞Ａｃｏｒｕｓｃａｌａｍｕｓ＞Ｚｉｚａｎｉａｃａｄｕｃｉｌｏｒａ＞Ｉｒｉｓｔｅｃｔｏｒｕｍ；ｔｈｅ　　　　　　　ｇｆ２０１９０１１４２０１９０２２０　　收稿日期：－－　　　　　　　修回日期：－－（）广东省教育厅“农林类职业教育绿色技能系统开发与研究”ＧＤＪＧ２０１５１００　　资助项目：

：（—），，，，：。：＿女广东兴宁人硕士讲师研究方向植被生态学Ｅ－ｍ９８３ａｉｌＱｉａｏｈｕｉｌａｉ２６．ｃｏｍ　　第一作者赖巧晖１＠１：（—），，，：。：＿通信作者张浩男广东湛江人副教授研究方向环境工程１９８１Ｅ－ｍａｉｌＱｉａｏｈｕｉｌａｉ２６．ｃｏｍ　　＠１

９０

６卷　　　　　　　　　　　　　　　　　水土保持研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２

ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｃａｒｂｏｎｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒｉｃｈｎｅｓｓｉｎｄｅｘｅｓ（Ｓ）ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｗｅｒｅｓｉｎｉｆｉｃａｎｔ　　　　　　　　　　　ｇ（），）；（）０５ｗｈｉｌｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎＤｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｗｅｒｅｎｏｔｓｉｎｉｆｉｃａｎｔ（０５４ｃｏｒ　　　　　　　　　　－ｇｐ＜０．ｐ＞０．ｒｅｌａｔｉｏｎａｎａｌｓｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｓｅｃｉｅｓｒｉｃｈｎｅｓｓｉｎｄｅｘｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｗｅｒｅｓｉｎｉｆｉ　　　　　　　　　　　　　　－ｙｐｇ

ｏｓｉｔｉｖｅｌｃａｎｔｌｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈＳＯＣａｎｄＴＮ；Ｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｒｅｅｄｗｅｔｌａｎｄａｎｄｃａｌａｍｕｓｗｅｔｌａｎｄｗｅｒｅ　　　　　　　　　　　　　ｐｙｙ　　，ｈｉｈｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｗａｔｅｒｓｈｏｏｔｗｅｔｌａｎｄａｎｄｉｒｉｓｗｅｔｌａｎｄｉｎｄｉｃａｔｉｎｔｈａｔｔｈｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｄｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓｏｆｃｏｎ　　　　　　　　　　　　　　－ｇｇｙ　　

；ｓｔｒｕｃｔｅｄｒｅｅｄａｎｄｃａｌａｍｕｓｗｅｔｌａｎｄｓｏｆｗｅｒｅｈｉｈｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｗａｔｅｒｓｈｏｏｔａｎｄｉｒｉｓｗｅｔｌａｎｄｓＲＤＡａｎａｌｓｉｓｓｈｏｗｅｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｇｙ，ｓｏｉｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｏｂｖｉｏｕｓｅｃｏｌｏｉｃａｌａｎｄＳＯＣａｎｄＴＮａｒｅｔｈｅｍａｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｈａｔｒａｄｉｅｎｔｓ　　　　　　　　　　　　　　－ｇｇｔａｌｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｔｈｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｄｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓ．　　　　　　　ｇｙ　　

：；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｅｔｌａｎｄｓｏｉｌｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｓｏｉｌｎｕｔｒｉｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒ　　　　　ｙｙ人工湿地又称为芦苇床　　作为一种污水处理方式，

系统构建湿地，于２是一种按一０世纪７０年代兴起，定比例融合了砾石、土壤、炉渣等物质后，并将其放入

１］

。其作用原特定植被的一种处理污水的生态系统［

大大降低土壤板结等现象，有利于植被恢复壤活性，

］１２１３－；和土壤稳定性保持［微生物具有很强的环境敏感

性，土壤变化能够及时作用到微生物活动中，说明微

］１４１５－。作为陆地生态最活生物量具有周转快的特点［

理在于，满足四大基本要素（水体、基质、水生植被和微生物）的基础上，通过化学、物理、生物等途径去除

］２３－，特定污染物［已经被普遍运用于水环境富营养化

跃的成分之一，微生物在促进土壤养分循环方面作用显著，同时决定着矿物分解效果，其降解作用关乎整

］１６１７－。大量的研究数据发现，个生态环境的正常循环［

取得了较好的经济效益和和不同水体的水质净化中，

４］

。其主要优点为投资少、环境效益［运行费用低、能

土壤养分与微生物群落的生长发育密切相关，同时微生物群落的分布也影响到土壤中氮、磷等相关营养成分，二者存在相互影响作用。因此，本文选择茭白（、、鸢尾（菖蒲Ｚｉｚａｎｉａｃａｄｕｃｉｌｏｒａ）Ｉｒｉｓｔｅｃｔｏｒｕｍ）　　ｆ（和芦苇（Ａｃｏｒｕｓｃａｌａｍｕｓ）Ｐｈｒａｍｉｔｅｓａｕｓｔｒａｌｉｓ）４　　ｇ种人工湿地，研究不同植物配置下人工湿地微生物群落特征对环境的指示作用，其研究成果可为人工湿地的设计与生活污水的治理提供理论基础。

源消耗少、经济美观等。通常情况下，在人工湿地填充沙和砾石等材料较多，但随着基质填料研究的深入，矿石及工业副产品等性能较高的物质也逐渐被纳入基质填料范围中，而针对沸石、白云石等混合基质

］５６－。除此之外，还开展了针的研究也在不断进行中［

对湿地植物的研究，发现灯心草、美人蕉、香蒲等植物都具备较强的净化污水的效果，都可以作为理想的湿地植物采用，而这些植物又具备较强的适应性和实用

７］

。性，不仅生存较易，而且还具有相当程度的美感［

１　材料与方法

１．１　人工湿地设计与流程

试验区选择华南农业大学的人工湿地系统，该系统将底部结构设置为集水区，并在上边放置尼龙网，其作用为防止填料下漏。将每个人工湿地划分为４个重复单元，总共１６个人工湿地单元。湿地底部被划分为１６个体积为长×宽×深＝２０ｍ×５．０ｍ×１．０ｍ的人工湿地结构单元，再用０每．５ｍ宽的土埂将每个单元隔开，个单元所填充的基质大致可分为三层，底层使用粒径为２设置的厚度为２０—３０ｍｍ的大粒径砾石，５ｃｍ；

中层使用粒径１设置的５—２５ｍｍ的当地中号炉渣，厚度为２上层使用粒径为１５ｃｍ；０—１５ｍｍ的当地小号炉渣和泥沙，厚度也为２５ｃｍ。在各湿地单元、内，分别种植湿地植被鸢尾（茭草Ｉｒｉｓｔｅｃｔｏｒｕｍ）　（、眼子菜（Ｚｉｚａｎｉａｃａｄｕｃｉｌｏｒａ）Ｐｏｔａｍｏｅｔｏｎｅｃｔｉ　　－ｆｇｐ，和菖蒲（一般保持３～７ｎａｔｕｓ）Ａｃｏｒｕｓｃａｌａｍｕｓ）　棵／还要将直径ｍ２的种植密度。在每个湿地单元中，为１以确保循环水从０ｍｍ的ＰＶＣ管呈对角线埋入，人工湿地中流入Ｐ方便采集试验样品。ＶＣ管，

综合以上研究，作为一种高效环保的污水处理技术和生态化处理手段，人工湿地具有广阔的应用前景与空间。国外学界针对人工湿地的研究，大多集中在废水及污水处理方面，而我国学界对该方面研究并不深

］８９－。尤其是运用于环境污染等领域，入［因此研究人

工湿地在污水废水净化方面的作用和意义，对于人类的生存和发展具有重要作用。

土壤不仅是人类活动的载体，更是植物生长的载体，土壤微生物和活性直接影响作物的生长，进而对人类活动形成制约，土壤质量的重要标志就是肥力和活性，这也是近年来土壤研究的主要领域之一，其关乎植物生长的全过程，对生态环境起着不可忽视的制

１０］

，约作用［是整个生态系统的重要组成部分，直接决１１］

。此外，定着生态系统生产力［土壤微生物的影响

因素是多种多样的，其中微生物降解作用是不可忽视的，微生物一方面对地表腐殖质等进行降解使之成为土壤养分，另一方面自身的新陈代谢活动能够提升土

第５期不同植物配置下人工湿地微生物群落特征及其影响因素　　　　　　赖巧晖等：

９１

１．２　样品采集

２０１３年５月，

先将４种植被放置于微污染水中，驯化１个月后，开始净化试验。将鸢尾、茭草、眼子菜和菖蒲４种湿地植被进行株型和生物量趋同的选择后，栽种于用炉渣做基质的人工湿地上，添加自来水至基质饱和，

再进行１个月的地下水培养，使其保持２～３ｃｍ的薄水层，稳定２０ｄ，中间换水３～５次。７月２０日，经配水池向人工湿地缓慢注入生活污水，生活污水通过水管匀速流入，会通过布水管缓慢渗入，放水１２ｈ后，停止注水，保持水力负荷控制在０．８１ｍ３

／

（ｍ２

·ｄ）。生活污水在人工湿地中停留大概４８～６０ｈ，水经过处理后从底部ＰＶＣ管排出，

再经过１ａ的生长以后，

测定各项指标。当人工湿地稳定１ａ后，２０１４年５月２０日，在每个单元分别采集鸢尾、

茭草、眼子菜和菖蒲人工湿地５株根区土壤（保留１ｋｇ左右），土壤样品数量总计９０个，将表层的枯落物层去除，将土壤混合均匀后放入实验室进行分析和测定，之后在经过自然风干（２０ｄ）、去除碎片和部分根后、过８０目筛等流程，测定土壤养分，另一份要在室温４℃条件下保存，用以测定微生物群落多样性和微生物量，２０１４—２０１８年，

选取５ａ共计４５０个土壤样品，

重复上述试验。待人工湿地稳定１ａ后，２０１４年５月２０日分别采集茭草、鸢尾、菖蒲和眼子菜人工湿地根区土壤，每个单元采集５株根区土壤（保留１ｋｇ左右），共计９０个土壤样品，除去表层的枯落物层，充分混匀后迅速带回实验室内分析测定，自然风干（２０ｄ）去除碎片和部分根后过８０目筛后测定土壤养分，另一份４℃保存测定土壤微生物群落多样性和微生物量，２０１４—２０１８年重复上述试验，５ａ共计４５０个土壤样品。１．２．１　土壤样品的测定　土壤的微生物量碳、氮、磷等成分测定将借助于氯仿熏蒸—Ｋ２ＳＯ４提取法，具体参考学者吴金水等

［１５］

的测量步骤，碳、氮含量的测

定分别借助于ＴＯＣ２５００碳分析仪、流动注射仪；磷的测量利用比色法；元素分析仪的使用能够测定全氮、全碳含量；速效磷、氮分别使用比色法、ＮａＯＨ—

Ｈ３ＢＯ３法；

钾的测定利用光度计法［１８］

。１．２．２　土壤微生物群落功能多样性　本研究采用Ｓｈａｎｎｏｎ，ＭｃＩｎｔｏｓｈ，Ｓｉｍｐｓｏｎ指数来衡量微生物群落特征；其对单一碳源的利用通过平均每孔颜色变化率ＡＷＣＤ来表示，该值较大的情况下说明微生物能够较大程度地利用碳含量，另一方面也说明微生物的

丰度较明显，具体计算公式如下［

１５］：　　　ＡＷＣ

Ｄ＝∑（Ｃｉ－Ｒｉ）／ｎ　　　Ｐｉ＝（

Ｃｉ－Ｒｉ）／∑（Ｃｉ－Ｒｉ）其中，培养基孔吸光值用Ｃｉ表示，对照孔吸光值为

Ｒｉ；Ｐｉ为吸光的比值；ｎ代表的是基孔数。

　　　Ｈ＝－∑Ｐｉ（ｌｎＰｉ）　　　Ｄｓ＝１－∑Ｐｉ１．３　数据分析

Ｅｘｃｅｌ　２０１０．０和ＳＰＳＳ　２１．０进行数据统计和方差检验，所有数据为５ａ的平均值，其中以平均值±标准误差表示（Ｍｅａｎ±ＳＥ），单因素方差分析（Ｏｎｅ－ｗａｙＡＮＯＶＡ）

，所有原始数据进行对数转换；变量的显著性经过的蒙特卡洛（Ｍｏｎｔｅ　Ｃａｒｌｏ）检验（４９９次），ＣＡＮＯＣＯ　

４．５软件进行排序分析。　结果与分析

２．１　不同配置人工湿地土壤养分特征

由表１可知，土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、速效磷和碱解氮呈一致的变化规律，均表现为芦苇＞菖蒲＞茭白＞鸢尾。其中有机碳变化范围为９５．８～１５２．３ｇ／ｋｇ，均值为１２５．３ｇ／ｋｇ，芦苇和菖蒲差异不显著（ｐ＞０．０５），二者显著高于鸢尾和茭白（ｐ＜０．０５）；全氮变化范围１０．１～１４．５ｇ／ｋｇ，均值为１．２６ｇ／ｋｇ，不同人工湿地差异均显著（ｐ＜

０．０５）；全磷变化范围０．９２～０．９８ｇ／ｋｇ，均值为０．９７ｇ／ｋｇ，不同人工湿地差异均不显著（ｐ＞０．０５），全钾变化范围１６．５８～２３．０６ｇ／ｋｇ，均值为２１．２５ｇ／ｋｇ，茭白和鸢尾差异不显著（ｐ＞

００．５）；速效磷和碱解氮变化范围分别为２５１．７～３２６．９，１３１．１～１９５．７ｍｇ／ｋｇ，其中芦苇和菖蒲显著高于茭白和鸢尾（ｐ＜

００．５）。２．２　不同配置人工湿地土壤微生物生物量

由表２可知，人工湿地对土壤微生物量有较大的影响，土壤微生物量碳、氮、磷呈一致的变化规律，均表现为芦苇＞菖蒲＞茭白＞鸢尾。其中微生物量碳变化范围为３２１．４７～４２３．０３ｍｇ／ｋｇ，均值为３７７．８１ｍｇ／ｋｇ，不同人工湿地微生物量碳差异均显著（ｐ＜

０．０５）；微生物量氮变化范围为７５．３６～１２３．５９ｍｇ／ｋｇ，均值为１００．６７ｍｇ／ｋｇ

，不同人工湿地微生物量氮差异均显著（ｐ＜０．０５）；微生物量磷变化范围为１３．２５～１９．０３ｍｇ／ｋｇ，均值为１５．９２ｍｇ／ｋｇ，茭白和鸢尾差异不显著（ｐ＞００．５），二者显著低于芦苇和菖蒲（ｐ＜００．５）；ＳＭＢＣ／ＳＭＢＮ大致表现为鸢尾＞菖蒲＞茭白＞

芦苇，鸢尾显著高于其他植物（ｐ＜００．５）；ＳＭＢＣ／ＳＭＢＰ大致表现为茭白＞菖蒲＞芦苇＞鸢尾，

其中芦苇和鸢尾差异不显著（ｐ＞００．５）；ＳＭＢＮ／ＳＭＢＰ大致表现为茭白＞芦苇＞菖蒲＞鸢尾，茭白显著高于其他植物（ｐ＜００．

５）。２９２

６卷　　　　　　　　　　　　　　　　　水土保持研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２

表１　不同配置人工湿地土壤养分含量

人工湿地芦苇鸢尾茭白菖蒲平均值

有机碳／

－１

（·ｋｇｇ）

全氮／

－１

（·ｋｇｇ）

全磷／

－１

（·ｋｇｇ）

全钾／

－１

（·ｋｇｇ）

速效磷／

－１

（·ｋｍｇｇ）

碱解氮／

－１

（·ｋｍｇｇ）

１５．２３±３．０２ａ９．５８±２．１９ｃ１１．２６±２．４４ｂ１４．０６±２．０１ａ

１２．５３　２０３．５６　０５＜０．

１．４５±０．２６ａ１．０１±０．３５ｄ１．１４±０．２７ｃ１．２６±０．１５ｂ

１．２２　１８９．７４　０５＜０．

０．９８±０．０６ａ０．９２±０．０５ａ０．９３±０．０７ａ０．９７±０．０９ａ

０．９５　５３．１２　０５＞０．

２３．０６±３．２６ａ１６．５８±２．１５ｃ１７．２６±２．４７ｃ２１．１５±２．９８ｂ

１９．５１　１５７．３６　０５＜０．

３２．６９±３．５９ａ２５．１７±３．２４ｂ２６．５８±２．０１ｂ３０．２５±２．７８ａ

２８．６７　１８９．２４　０５＜０．

１９．５７±２．２３ａ１３．１１±２．０１ｂ１４．０２±２．５９ｂ１７．２６±１．５８ａ

１５．９９１８３．０２０５＜０．

Ｆｐ）。注：相同小写字母表示差异不显著（０５ｐ＜０．

表２　不同配置人工湿地土壤微生物量

人工湿地芦苇鸢尾茭白菖蒲平均值

／微生物量氮Ｓ／微生物量磷Ｓ／微生物量碳ＳＭＢＣＭＢＮＭＢＰ

－１

·ｋ（ｍｇｇ）

－１

·ｋ（ｍｇｇ）

－１

·ｋ（ｍｇｇ）

／ＳＭＢＣＳＭＢＮ３．４２±０．２３ｃ４．２７±０．５２ａ３．７２±０．３２ｂ３．８０±０．４３ｂ

３．８０　１０３．５７　０５＜０．

／ＳＭＢＣＳＭＢＰ２２．２３±２．１６ｃ２１．７７±１．５９ｃ２７．５８±２．０４ａ２４．１３±１．８７ｂ

２３．９３　１１４．５８　０５＜０．

／ＳＭＢＮＳＭＢＰ６．４９±０．６９ｂ５．１０±０．５３ｃ７．４１±０．４２ａ６．３４±０．６５ｂ

６．３４１２９．７２０５＜０．

４２３．０３±２３．６５ａ３２１．４７±２９．５８ｄ３６５．４７±３４．０１ｃ４０１．２６±３２．４８ｂ

３７７．８１　１９８．３６　０５＜０．

１２３．５９±２５．４１ａ７５．３６±９．２５ｄ９８．２４±８．１４ｃ１０５．４７±１３．０２ｂ

１００．６７　１８５．７２　０５＜０．

１９．０３±３．０２ａ１４．７７±２．５４ｃ１３．２５±１．５７ｃ１６．６３±３．０２ｂ

１５．９２　８２．４６　０５＞０．

Ｆ　ｐ２．３　不同配置人工湿地土壤微生物群落多样性

、物种丰富度指数（均匀度指数Ｈ）　　如图１所示，

（、和碳源利用丰富度指数（均表现为芦苇＞菖蒲＞Ｅ）Ｓ）

）茭白＞鸢尾，而优势度指数（则表现为鸢尾＞茭白＞Ｄｓ菖蒲＞芦苇。其中不同人工湿地碳源利用丰富度指

，差异均显著（不同人工湿地优势度数（Ｓ）０５）ｐ＜０．）；指数（差异均不显著（对于物种丰富度Ｄｓ０５）ｐ＞０．，指数（和均匀度指数（芦苇和菖蒲差异不显著Ｈ）Ｅ）（），）。二者显著高于鸢尾和茭白（０５０５ｐ＞０．ｐ＜０．

图１　不同配置人工湿地土壤微生物群落多样性

２．４　不同配置人工湿地土壤养分与微生物多样性的

相关性

对不同配置人工湿地土壤养分和微生物多样性

，表３）对于芦苇湿地，物种丰进行相关性分析可知（

富度指数（Ｈ）与ＳＯＣ，ＴＮ，ＴＫ，ＡＮ，ＳＭＢＣ和

，与ＴＳＭＢＮ呈极显著的正相关（０１）Ｐ和ＡＰｐ＜０．

第５期不同植物配置下人工湿地微生物群落特征及其影响因素　　　　　　赖巧晖等：

９３

）；，呈显著的正相关（均匀度指数（与Ｓ０．０５Ｅ）ＯＣＴＮｐ＜，呈极显著的正相关（与Ｔ．０１）Ｋ，ＡＮ，ＳＭＢＣ和ｐ＜０

；碳源利用丰富度ＳＭＢＮ呈显著的正相关（．０５）ｐ＜０，，指数（与ＳＳ）ＯＣＴＮ，ＡＰＳＭＢＣ呈显著的正相关（ｐ＜

）。，对于鸢尾湿地，物种丰富度指数（与Ｓ００．５Ｈ）ＯＣＴＮ，），与ＳＴＫ，ＡＮ，ＳＭＢＣ呈极显著的正相关（０．０１ＭＢＮｐ＜

）；，呈显著的正相关（均匀度指数（与Ｓ０．０５Ｅ）ＯＣＴＮｐ＜）；呈显著的正相关（碳源利用丰富度指数（与００．５Ｓ）ｐ＜。ＴＫ，ＳＭＢＣ和ＳＭＢＮ呈显著的正相关（０５）ｐ＜０．

对于茭白湿地，物种丰富度指数（与ＳＨ）ＯＣ，ＴＮ，，与ＴＫ，ＳＭＢＣ呈极显著的正相关（０１）ＡＮ，ｐ＜０．

项目物种丰富度指数（Ｈ）芦苇均匀度指数（Ｅ））优势度指数（Ｄｓ碳源利用丰富度指数（Ｓ）物种丰富度指数（Ｈ）鸢尾均匀度指数（Ｅ））优势度指数（Ｄｓ碳源利用丰富度指数（Ｓ）物种丰富度指数（Ｈ）茭白均匀度指数（Ｅ））优势度指数（Ｄｓ碳源利用丰富度指数（Ｓ）物种丰富度指数（Ｈ）菖蒲均匀度指数（Ｅ））优势度指数（Ｄｓ碳源利用丰富度指数（Ｓ）ＳＯＣ　０．７８６＊＊０．７２３＊＊０．３２１　０．５０３＊０．７２１＊＊０．５３６＊０．１０６　０．４１２　０．７０６＊＊０．５１６＊０．３０２　０．１０５　０．７５６＊＊０．６２３＊＊０．０８９　０．５３６＊

ＴＮ　０．７１２＊＊０．６２１＊＊０．２０４　０．５０１＊０．６２１＊＊０．５０３＊０．１０６　０．２０３　０．７４２＊＊０．５１４＊０．１５６　０．５６７＊０．７５６＊＊０．６２７＊＊０．３０４　０．５６６＊

ＴＰ　０．５６９＊０．１０３　０．０５８　０．１４７　０．０６５　０．０８７　０．１５６　０．２４７　０．２５６　０．２３１　０．２４７　０．１５９　０．５３６＊０．２０５　０．１３６　０．１４７　；均匀度指数（ＳＭＢＮ呈显著的正相关（０５）Ｅ）ｐ＜０．

）；与Ｓ碳源利用丰ＯＣ，ＴＮ呈显著的正相关（０５ｐ＜０．富度指数（与ＴＮ，Ｓ）ＴＫ，ＡＮ，ＳＭＢＣ呈显著的正相）。关（０５ｐ＜０．

，对于菖蒲湿地，物种丰富度指数（与ＳＨ）ＯＣＴＮ，），ＴＫ，ＡＮ，ＳＭＢＣ和ＳＭＢＮ呈极显著的正相关（００．１ｐ＜）；与Ｔ均匀度指数Ｐ和ＳＭＢＰ呈显著的正相关（０．０５ｐ＜（，），与Ｓ与Ｅ）ＯＣＴＮ，ＳＭＢＣ呈极显著的正相关（００．１ｐ＜）；碳源利用丰ＴＫ和ＳＭＢＮ呈显著的正相关（．０５ｐ＜０富度指数（与ＳＳ）ＯＣ，ＴＮ，ＡＰ，ＡＮ，ＳＭＢＣ和ＳＭＢＮ

）。呈显著的正相关（０５ｐ＜０．

ＴＫ　０．６２３＊＊０．５１２＊０．０３２　０．２４５　０．６３５＊＊０．２０５　０．１４４　０．５２３＊０．５１３＊０．１５６　０．２４５　０．５０９＊０．６９８＊＊０．５３５＊０．２０１　０．２４７　ＡＰ　０．５６３＊０．２０３　０．１４７　０．５１２＊０．２５９　０．１０３　０．２４１　０．１８９　０．２５６　０．２４７　０．２０６　０．３０５　０．２４７　０．１０５　０．３０６　０．５４９＊

ＡＮ　０．６９８＊＊０．５２３＊０．２１４　０．２７５　０．６５９＊＊０．２５６　０．１０８　０．４５６　０．５６９＊０．２０６　０．３７７　０．５０１＊０．６８８＊＊０．３０２　０．２１４　０．５１４＊

ＳＭＢＣ　０．７６２＊＊０．５３６＊０．３０１　０．５２８＊０．６２３＊＊０．２４８　０．１０５　０．５２３＊０．６３８＊＊０．４２１　０．２０５　０．５１１＊０．７７９＊＊０．６５８＊＊０．１０６　０．５６７＊

ＳＭＢＮ　０．６２３＊＊０．５１６＊０．１８０　０．２５８　０．５８７＊０．１２３　０．２５６　０．５０３＊０．５４７＊０．１０２　０．３２６　０．２４８　０．６６９＊＊０．５３１＊０．２５０　０．５１４＊

ＳＭＢＰ０．２０３０．１６５０．０９８０．１４７０．２０６０．３５２０．１５９０．２４７０．１５６０．２５８０．０３６０．１２６０．５９８＊０．２１４０．０２５０．３０５）表３　各土壤环境因子之间的相关关系（ｎ＝４５０

＊＊相关性在＊相关性在；。注：双尾）双尾）０．０１水平上显著（０．０５水平上显著（

２．５　不同配置人工湿地土壤微生物群落多样性排序

分析

本研究通过ＲＤＡ排序分析来对群落多样性及环境因子之间的关系开展相应分析，这种分析方法可以同时对多个环境影响因子开展研究，毕竟影响微生物群落分布的环境因素存在多样性，通过这种分析能够对其与环境因子之间的关系开展多方面研究。本研究过程中的群落样方有限，因此将与前四轴无关的环境因子去除，之后再开展相应的分析研究。从表４可，知，第一个排序轴的特征值根为０与环境因子在．６１６；相关系数达到０第二００．１的检验水平下达到显著，．９４６

，排序轴的特征值根达到０物种与环境因子显著正．１２６相关，且相关系数达到了０．前两个排序轴的累积５６８，解释度达到了９这说明排序是准确的，分析方２．７％，法是正确的，则排序效果是满意的。

微生物群落分布受到多方面环境因子的制约，二者之间存在复杂的相互影响关系，具有很强的相关本研究过程中通过冗余分析来探究二者之间复杂性，

关系。环境因子是微生物活动的影响载体，不同环境因子的综合作用会对微生物产生明显不同的影响，冗余分析方法正是基于多个影响因子下的关系分析，这种分析方法建立在多因素作用的基础上，将微生物群落分布作为响应变量，而养分、微生物量等作为解释变量，通过该分析方法找寻影响较大的环境因子。通过Ｒ第一、二排序轴的解ＤＡ排序分析不难看出，释度分别达到了５并在０．６．３％，３２．１％，０５的检验水平下达到显著；通过试验分析得知，土壤养分能够显著正相关作用于微生物生长及其新陈代谢活动，微生物活动离不开必要的养分支撑，能够促进其生长发育等活动；从第一排序轴可以发现，有机碳及全氮显

９４

６卷　　　　　　　　　　　　　　　　　水土保持研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２

著影响微生物活动，成为影响其群落分布的最主要环境因子之一。

表４　典范对应排序轴特征值及解释比例排序轴１　２　３　４特征根值０．６１６　０．１２６　０．０３２　０．０００物种数据累积百分比４５．１７　２３．１５　１２．５７　５．１９物种与环境排序轴的相关系数０．９４６　０．５６８　０．１２６　０．０１５物种与环境因子关系累积百分比７６．０３　９２．７８　９７．４９　１００．００图２　湿地植被与环境因子的ＲＤＡ二维排序图

　讨论与结论

在自然情况下，因为生长环境的不同，湿地植物会形成不同生活型的群落。在净化污水过程中，植物群落种间会相互影响和作用，

产生积极或消极的影响。不同植物群落类群由于自身种类和生长状态方面存在的差异性，形成不同的土壤微生物群落。而土壤微生物驱动和维持了人工湿地中的能量交换与物质循环，对生态系统的稳定性具有一定的促进作

用［２０］

。本研究发现，在不同的空间配置前提下，４种

湿地植物群落土壤有机碳、全磷、全钾、全氮、碱解氮和速效磷的变化规律一致，表现为鸢尾＜茭白＜菖蒲＜芦苇。这说明菖蒲和芦苇具有极强的净化水质的作用，因为菖蒲和芦苇的根系比较发达，群落构成比较复杂，能够有效促进微生物的生长发育。而在不同的湿地中，

植物自身的生长能力、提供氧气的能力、对污染物的吸收转化能力等都存在较大的差异性。不论是同一物种，还是不同物种，在不同的湿地中，往往

表现出不同的净化功能［２１－２２］。所以，将湿地植物进行

多种选择与搭配，不仅能够使植物之间产生优势互补的效果，还能保持对营养及有机物较好且更稳定的净化效果，

从而保证湿地系统发挥稳定的生态功能。综上所述，与鸢尾和茭白群落相比，菖蒲和芦苇群落的生物多样性更高，净化效果更好，生态系统更加稳定，这说明科学合理的植物配置对环境的净化效果与系

统生物多样性具有促进和提高作用［

２３－２４］。土壤质量不仅能够直接用土壤肥力、活性等指标进行衡量，同时也能根据微生物量来衡量，微生物量碳、

氮、磷是重要的肥力指标反映之一［２５

］，这些成分能够被

植被作为养分加以吸收利用，利于土壤肥力改善。从另一个方面来说，微生物量也是土壤质量动态变化的反映指标之一；微生物活性及结构受到多种环境因子的制约，单纯依靠微生物量难以充分反映其活性、功能等特性，但其绝对量也是重要的反映指标之一，且不同微生物成分的比例也是重要的影响因素；本研究中芦苇和菖蒲微生物量含量更高，进而促进物质代谢活动。相关性分析表明不同湿地微生物物种丰富度指数（Ｈ）与ＳＯＣ，ＴＮ密切相关，通过ＲＤＡ分析得知，

该地区微生物群落分布具有一定的多样性，主要的影响因子不仅包括ＯＣ，ＴＮ，还包括ＳＭＢＣ和ＳＭＢＮ，这些环境因子能够反映微生物群落分布，也能够对该地区生态动态变化予以反映，但群落分布与影响因子之间的作用机理有待于进一步深入探讨。

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Ｓ３第５期毛乌素沙地樟子松林恢复过程的土壤有机质含量变化特征　　　　　　张宁宁等：

９９

ｃｈａｎｅｏｎｓｏｉｌｏｒａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｎｉｔｒｏｅｎｉｎｄｅｎｓｉｔ　　　　　　　　ｇｇｇｙ

１３１５　　

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