近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LMB）董俊德研究團(tuán)隊(duì)在紅樹(shù)林修復(fù)過(guò)程中的碳、氮、硫等重要生源要素的動(dòng)態(tài)變化及其與固氮微生物的耦合機(jī)制研究上取得進(jìn)展，相關(guān)成果相繼發(fā)表在Applied Soil Ecology（《應(yīng)用土壤生態(tài)學(xué)》）和Ecological Indicators（《生態(tài)指標(biāo)》）。2020級(jí)博士研究生黃小芳為論文第一作者，董俊德研究員和凌娟研究員為論文的通訊作者。 

　　由于全球氣候變化和外來(lái)植物入侵等諸多因素，紅樹(shù)林遭受了嚴(yán)重的破壞，退化嚴(yán)重，開(kāi)展對(duì)受損濱海濕地的生態(tài)修復(fù)工作已成為我國(guó)海岸帶自然資源管理和生態(tài)健康維持的重要任務(wù)。微生物作為紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的組成部分，是紅樹(shù)林碳、氮、硫等生源要素生物地球化學(xué)循環(huán)的重要驅(qū)動(dòng)力。但關(guān)于紅樹(shù)林生態(tài)修復(fù)過(guò)程中微生物驅(qū)動(dòng)的碳氮硫循環(huán)及其耦合機(jī)制尚缺乏系統(tǒng)和深入的研究。 

　　研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)不同修復(fù)年限（3年修復(fù)、10年修復(fù)）和30年成熟林的秋茄（Kandelia obovata）紅樹(shù)林修復(fù)樣地進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)紅樹(shù)林生態(tài)修復(fù)能夠有效地提高沉積物的碳、氮含量，且重塑固氮微生物群落結(jié)構(gòu)。隨紅樹(shù)林生態(tài)修復(fù)年限的推移，固氮微生物的多樣性和沉積物的碳、氮和硫含量等都呈現(xiàn)有序變化（orderly succession）。該研究揭示了固氮微生物群落與沉積物碳、氮、硫等生源要素的動(dòng)態(tài)耦合關(guān)系（圖1），其中固氮菌群有兩大類：一類的群落結(jié)構(gòu)與總碳（TC）和總氮（TN）含量顯著相關(guān)；另一類的群落結(jié)構(gòu)與總硫（TS）含量顯著相關(guān)，這些類群的共存符合“生態(tài)位”理論。沉積物中的碳氮含量及固氮微生物多樣性隨著修復(fù)年限的推移逐漸恢復(fù)保持穩(wěn)定。該研究證明，利用本地紅樹(shù)植物秋茄能夠?qū)θ肭值幕セ撞葸M(jìn)行生態(tài)替代是一種有效的紅樹(shù)林生態(tài)修復(fù)方法。研究結(jié)果發(fā)表在Applied Soil Ecology（2022, 177: 104519）。  

圖1 紅樹(shù)林修復(fù)過(guò)程中沉積物碳氮硫與固氮微生物的動(dòng)態(tài)耦合機(jī)制 

　　此外，研究團(tuán)隊(duì)還分析了利用外來(lái)種無(wú)瓣海桑（Sonneratia apetala）進(jìn)行紅樹(shù)林生態(tài)修復(fù)時(shí)固氮微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的變化以評(píng)估引種無(wú)瓣海桑的生態(tài)效應(yīng)。研究表明，外來(lái)種無(wú)瓣海桑的引種能夠顯著提高沉積物的碳、氮、硫等重要生源要素含量（主要是TC、TN和TS），并改變紅樹(shù)林環(huán)境的生物地球化學(xué)特征，相關(guān)變化會(huì)繼而影響固氮微生物群落的結(jié)構(gòu)和組成，進(jìn)一步提高了無(wú)瓣海桑修復(fù)林沉積物的固氮速率，從而形成緊密的“紅樹(shù)植物-沉積物-微生物”互作關(guān)系（圖2），因此固氮微生物能夠?yàn)橥鈦?lái)種無(wú)瓣海桑的快速生長(zhǎng)提供持續(xù)的氮素營(yíng)養(yǎng)供給。該研究結(jié)果為紅樹(shù)林生態(tài)修復(fù)和樹(shù)種選擇提供了重要參考和科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果發(fā)表在Ecological Indicators（2022, 142: 109179）。  

圖2 無(wú)瓣海桑引種背景下的“紅樹(shù)植物-沉積物-微生物”互作關(guān)系 

　　相關(guān)論文信息： 

　　Huang, X., Feng, J., Dong, J., Zhang, J., Yang, Q., Yu, C., Wu, M., Zhang, W., Ling, J., 2022. Spartina alterniflora invasion and mangrove restoration alter diversity and composition of sediment diazotrophic community. Appl. Soil Ecol. 177, 104519. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2022.104519. 

　　Huang, X., Yang, Q., Feng, J., Yang, Z., Yu, C., Zhang, J., Ling, J., Dong, J., 2022. Introduction of exotic species Sonneratia apetala alters diazotrophic community and stimulates nitrogen fixation in mangrove sediments. Ecol. Indic. 142, 109179. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.109179.