祝辉,四川农业大学湿地使者联盟
摘要:利用传统的稀释平板法对海子山高山湿地微生物各类群数量进行了初步分类计数,并结合沼泽微生物的特点,讨论了沼泽微生物的生态功能及其作为一种宝贵资源的应用价值,最后从微生物的角度,对沼泽保护提出了一些建议。
关键词:沼泽 微生物 生态功能 生物资源 保护
海子山高山湿地沼泽属于典型的泥炭藓沼泽,在沼泽中存在着大量的微生物。沼泽微生物可分为细菌、真菌和放线菌三大种类。利用传统的稀释平板法对海子山高山湿地沼泽微生物(细菌、真菌、放线菌)数量进行分类计数:细菌数量约为1.67 *108 CFU/g dry soil,即每克干土样中约有1.67 *108 个细菌(沼泽土样的含水量在80%左右);真菌数量为约 8.3*104 CFU/g dry soil;放线菌数量约为1.5*107 CFU/g dry soil。但由于土壤微生物种群和生活习性的多样性,只有很少一部分微生物能够在培养基上生长,所以实际的沼泽微生物的种类数量远远高于这个数值。如此数量巨大的微生物类群,一方面在沼泽生态系统中承担着重要的湿地生态功能,另一方面也是一个难得的巨大生物资源宝库。
1.沼泽微生物的生态功能
1.1沼泽微生物的生理类群分类
沼泽微生物生理类群指的是相同或不同形态执行着同一种功能的沼泽微生物。不同的微生物生理类群,承担着对不同有机物质的转化作用。因此,分析沼泽微生物的主要生理类群,对于弄清各物质在沼泽中的转化情况,了解沼泽生态功能具有重要意义。
沼泽微生物生理类群生理类群主要有硝化细菌、氨化细菌、反硝化细菌、好氧固氮菌、嫌气固氮菌、好氧纤解菌、嫌气纤解菌,亚硝酸细菌这样一些类群。各类群间相互配合共同促进这沼泽生态系统的物质能量循环的顺利进行。
1.2沼泽微生物在碳循环中的作用
沼泽的碳循环,首先是植物进行光合作用,固定大气中的二氧化碳,合成碳水化合物。一部分碳水化合物,又被植物呼吸作用消耗,产生二氧化碳,返回土壤和大气中,完成碳的简单循环过程。
另外就是在植物残体通过泥炭化过
程形成泥炭,在需氧性细菌作用下,泥炭中有机物质被分解,释放出的二氧化碳参加生态系统碳素循环。在泥炭的有机物质中含有纤维素和半纤维素等。多糖类物质,在细菌、真菌和少数放线菌所分泌的水解酶的作用下,分解为单糖,如葡萄糖等。葡萄糖在不同条件和不同微生物作用下的分解产物有很大差异。沼泽地表有常年积水和季节性积水两种情况,这两种不同情况下二氧化碳的释放过程不同。季节性积水沼泽在干季时,葡萄糖经需氧性的细菌和真菌的分解,最后产生二氧化碳、水和能量,二氧化碳返回土壤和大气中。常年积水沼泽或季节性积水沼泽在雨季时,葡萄糖经厌氧性细菌分解,首先形成有机酸和二氧化碳,最后释放出甲烷和氢气。二氧化碳为中间产物,部分返回大气中。海子山高山湿地沼泽大部分区域二氧化碳释放的主要方式就是后一种方式。
1.3沼泽微生物在氮循环中的作用
氮循环过程比碳循环复杂。沼泽生态系统中氮素的来源有大气中的游离态氮、降水携带的少量硝态氮和铵态氮,还有泥炭中的含氮有机物质,如蛋白质、腐植酸、生物
大气中的游离态氮,不能被植物直接吸收,要经过沼泽表层固氮细菌的固氮作用,才能被植物吸收。
沼泽中氮的循环主要是泥炭中的含氮有机物质在微生物的作用下,经过复杂的生物化学过程释放出氮,但是在需氧条件下与厌氧条件下的含氮有机物质分解过程不同。
需氧性细菌分解发生在泥炭的表层,泥炭中含氮有机物在微生物的作用下,转化为氨。其中一部分氨返回土壤被植物利用;还有一部分又可在亚硝化细菌和硝化细菌的作用下,氧化为亚硝酸及硝酸盐类,被植物吸收。
在沼泽泥炭深层或地表常年积水的情况下,以厌氧性细菌活动为主,兼有需氧性细菌活动。氮的转化以反硝化过程为主。反硝化细菌以亚硝酸及硝酸盐作为氧的来源,将化合态氮转化为游离态氮返回大气中,实现了氮的循环。
海子山高山湿地沼泽的反硝化细菌数量很高,达到了106 CFU/g dry soil 以上,远高于其他一般泥土中反硝化细菌的含量,我们将山上池塘边普通泥土作为对照组,也进行了反硝化细菌测定,其数量在105 CFU/g dry soil左右,这说明海子山高山湿地沼泽具有更强的反硝化作用。而反硝化作用可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-减少,消除因硝酸积累对生物的毒害作用。对于控制水体富营养化和净化水域有着极大的作用。
海子山泥炭土中经培养长出的放线菌
海子山泥炭土中经培养长出的细菌
众所周知,沼泽净化环境的功能十分强大,因而有“地球之肾”的美誉。其实从本质上讲,沼泽的这一功能很大程度上都是由微生物承担的,之所以有了这些微生物,海子山高山湿地高山湿地湿地的水才如此清洌,环境才如此清幽,整个生态系统才生机勃勃地有序运转。
2.沼泽微生物资源
沼泽微生物除了在保持生态平衡方面有着重要作用,其本身也是一种宝贵的生物资源。尤其海子山高山湿地沼泽属高山湿地,紫外线较强,昼夜温差大,为微生物变异进化,提供了良好的条件,其中不乏一些性状优良的原始菌种,以应用于农业、工业、能源和环境保护等方面。
除了之前提到的反硝化细菌对于控制水体富营养化和净化水域有着极大的作用,可应用于工业废水或污染河流、池塘的水处理,降低水中的有害含氮物质,改善水质。
沼泽水体中的光合细菌也是极具应用价值的一类细菌。光合细菌是一类能进行不放氧光合成作用的细菌总称,是水体兼性厌氧层中主要的初级生产者,并在自然界的碳素、氮素、硫素转化循环中起重要作用。沼泽红假单胞菌属于真细菌纲红螺菌目红螺菌科,是光合细菌中最具应用前景的一种细菌。沼泽红假单胞菌在高浓度有机废水处理及资源化利用、自然水体的水质调控以及农业生产中作为高效活性菌肥等方面都发挥着积极作用。我国农业部公布了允许使用的12种饲料级微生物,沼泽红假单胞菌就位列其中。
此外,海子山高山湿地沼泽中纤维素分解菌的数量也十分巨大,估计与沼泽表面覆盖的茂密的泥炭藓有关,因为这种藓类纤维素含量非常高,大量的泥炭藓残体中的纤维素需要微生物分解。这些纤维素分解菌在环境、能源、农业和轻化工有着广阔的应用前景。
3.沼泽微生物的保护
提到沼泽生态保护,我们首先想到的是动物、植物的保护及空气、水体污染的防治,微生物的保护却往往被忽略。因为动植物及环境的改变往往是直观的,而微生物在绝大多数情况是不可见的。
而沼泽微生物确实又在沼泽生态系统中承担着极其重要的功能,又是宝贵的生物资源,十分需要我们进行保护。
同时沼泽微生物又是十分敏感的,温度、PH、湿度、含氧量及人类的活动尤其生活、生产污水的排放都会对沼泽微生物产生不可预知的影响。虽然很多微生物有很强的适应能力,甚至能分解有机废水甚至某些有毒有害物质,但微生物种类组成及数量或许已经产生了不可逆的改变,伴随的是某些特定生态功能的丧失。
所以希望雅安市相关部门开发海子山高山沼泽湿地时必须十分小心,防止因开发而破坏地区的生态平衡。一切大规模的开发利用,必须经过充分的论证才能进行,要充分考虑到可能发生的生态后果。并且开发要有限度,在开发时要采取保护生态平衡的补充措施。尤其不能把所有沼泽都作为开发对象,它们中的一部分应得到绝对保护。
就是在利用沼泽微生物时,也必须按照科学的方法,比如原来直接采挖泥炭制作土壤改良剂、营养土、营养钵等应用于农业,虽然本质上也是在利用沼泽微生物对土壤的改良作用,效果也较好,但对沼泽的破坏确是巨大的。如果采用分离优良原始菌种,再生产出生物肥料、土壤改良剂、活性污泥、环保菌剂、微生态制剂等工业菌种,同样能起到良好的效果,还保护了沼泽。
只有意识到沼泽微生物的重要性,很好的做到了对沼泽微生物的保护与合理开发,我们才能全方面地保护好海子山高山沼泽湿地,才能长久地体验它的生态之美、自然之美,才能让沼泽这份大自然的恩赐更好地造福人类!