野火對森林生態(tài)系統(tǒng)具有重大且持久的影響，而火災(zāi)后的不同管理方式可以改變森林恢復(fù)方向。土壤微生物對環(huán)境變化非常敏感，可用于評估森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。然而，目前對火后不同管理方式下細(xì)菌和真菌群落特征以及二者之間的差異知之甚少。研究火燒跡地的微生物恢復(fù)特征對進(jìn)一步理解火災(zāi)生態(tài)學(xué)以及不同環(huán)境條件下微生物群落的響應(yīng)方式具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，火后土壤微生物群落的組成發(fā)生了變化，變形菌門和擔(dān)子菌門的相對豐度降低，細(xì)菌和真菌群落的多樣性增加。雖然人工恢復(fù)對微生物群落組成的影響較小，但與細(xì)菌群落相比，真菌群落在多樣性和結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)出與未火燒樣地的更大差異。土壤細(xì)菌( a )和真菌( b )群落共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與土壤性質(zhì)的關(guān)系。 野火對森林生態(tài)系統(tǒng)具有重大且持久的影響，而火災(zāi)后的不同管理方式可以改變森林恢復(fù)方向。土壤微生物對環(huán)境變化非常敏感，可用于評估森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。然而，目前對火后不同管理方式下細(xì)菌和真菌群落特征以及二者之間的差異知之甚少。研究火燒跡地的微生物恢復(fù)特征對進(jìn)一步理解火災(zāi)生態(tài)學(xué)以及不同環(huán)境條件下微生物群落的響應(yīng)方式具有重要意義。2019年12月，地質(zhì)鉆探引發(fā)廣東省高明區(qū)凌云山森林火災(zāi)，過火面積達(dá)924.63公頃。火燒后于2021年上旬進(jìn)行人工補(bǔ)種鄉(xiāng)土闊葉樹種，種植面積約720.53公頃，對研究不同恢復(fù)方式下的森林土壤微生物恢復(fù)有著重要意義。本研究以該火燒跡地為研究對象，共設(shè)置未火燒、火后自然恢復(fù)和火后種植馬占相思和火力楠的人工恢復(fù)樣地4塊，分析了火后恢復(fù)初期（<3年）森林土壤微生物群落特征。研究發(fā)現(xiàn)，火后土壤微生物群落的組成發(fā)生了變化，變形菌門和擔(dān)子菌門的相對豐度降低，細(xì)菌和真菌群落的多樣性增加。雖然人工恢復(fù)對微生物群落組成的影響較小，但與細(xì)菌群落相比，真菌群落在多樣性和結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)出與未火燒樣地的更大差異。真菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與土壤因子之間的負(fù)相關(guān)性也強(qiáng)調(diào)了火災(zāi)后恢復(fù)初期真菌受到更強(qiáng)的資源限制。相關(guān)研究成果已近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Environmental Management（《環(huán)境管理雜志》）（IF=8.7）上。中國科學(xué)院華南植物園鼎湖山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站博士生楊萌萌為論文的第一作者，李躍林研究員為論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金項目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119885圖1. 火后不同恢復(fù)方式下土壤細(xì)菌（a）和真菌（b）群落共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性分析圖2. 土壤性質(zhì)與細(xì)菌(a)和真菌(b)群落多樣性指數(shù)的關(guān)系圖3. 土壤細(xì)菌(a)和真菌(b)群落共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與土壤性質(zhì)的關(guān)系
近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所海洋生物多樣性演化與分子生態(tài)學(xué)學(xué)科組聚焦珊瑚礁關(guān)鍵生物類群的多樣性形成與演化問題，將物種分布模型與物種相互作用進(jìn)行耦合解析，創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)珊瑚礁物種的生物地理分布演化規(guī)律及其對未來氣候變化響應(yīng)的模式，相關(guān)研究成果“Considering biotic interactions exacerbates the predicted impacts of climate change on coral-dwelling species”發(fā)表于生物地理學(xué)著名旗艦期刊Journal of Biogeography上。中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員張志新、博士生馬少博為論文共同第一作者，研究員林強(qiáng)為論文通訊作者。全球變化下的珊瑚礁生物多樣性形成與演化問題是當(dāng)前海洋科學(xué)研究領(lǐng)域的前沿問題。在海洋領(lǐng)域內(nèi)，傳統(tǒng)的研究通常基于物種分布信息和環(huán)境信息進(jìn)行物種分布模型構(gòu)建，而忽略了物種之間相互作用帶來的影響，最終的模型預(yù)測結(jié)果往往難以準(zhǔn)確評價物種的地理分布格局特征，從而導(dǎo)致在對海洋關(guān)鍵生物類群進(jìn)行科學(xué)保護(hù)過程中造成信息偏移或錯誤。眾所周知，海洋珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中蘊(yùn)藏著豐富而微妙的生物共生、共棲等過程，這些種間關(guān)系構(gòu)成了一個錯綜復(fù)雜的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，從而有效維持了珊瑚礁生物多樣性的穩(wěn)定性。本研究以6種造礁石珊瑚及其9種共棲梯形蟹（亦稱珊瑚蟹）為代表性物種，圍繞物種間互作關(guān)系如何影響物種分布規(guī)律這一熱點問題，結(jié)合多次南海航次調(diào)查及文獻(xiàn)資料分析結(jié)果，率先明確了梯形蟹與石珊瑚之間的共棲選擇與物種互作關(guān)系（圖1）；基于12萬余條物種分布信息和6個環(huán)境變量參數(shù)構(gòu)建模型，創(chuàng)新性量化了石珊瑚對梯形蟹地理分布格局的影響特征；與傳統(tǒng)模型相比，在模型中納入珊瑚礁物種的種間關(guān)系后，梯形蟹物種多樣性預(yù)測結(jié)果在超過50%以上的分布區(qū)域發(fā)生了顯著變化（圖2），證實石珊瑚對梯形蟹地理分布格局具有重要影響。同步研究表明，在未來氣候變化下，6種宿主珊瑚適宜生境（棲息地）約將喪失1/6。考慮宿主珊瑚的影響后，珊瑚共棲梯形蟹在未來全球變化中將喪失更多的適宜生境，據(jù)此，本研究特別強(qiáng)調(diào)了保護(hù)珊瑚礁棲息地是海洋生物多樣性保護(hù)的重要基礎(chǔ)。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院南海海洋研究所自主項目等聯(lián)合資助。文章鏈接：https://doi.org/10.1111/jbi.14789圖1印-太海域礁棲梯形蟹分布規(guī)律及其與石珊瑚共棲特征圖2梯形蟹物種多樣性預(yù)測結(jié)果。（a）和（b）傳統(tǒng)物種分布模型預(yù)測的梯形蟹物種多樣性；（c）和（d）納入種間關(guān)系預(yù)測的梯形蟹物種多樣性特征；（e）和（f）兩種模型預(yù)測結(jié)果的差異。
近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗黃小平團(tuán)隊在熱帶海草床的碳匯過程與機(jī)制研究獲得新認(rèn)知。相關(guān)成果“Nitrogen enrichment decreases seagrass contributions to refractory organic matter pools”發(fā)表在Limnology & Oceanography上（博士生羅紅雪為第一作者，研究員黃小平和副研究員劉松林為共同通訊作者），以及“Temporal and spatial variations of air-sea CO2 fluxes and their key influence factors in seagrass meadows of Hainan Island, South China Sea”和“Changes in surface sediment carbon compositions in response to tropical seagrass meadow restoration”發(fā)表在Science of the Total Environment上（副研究員劉松林為論文第一作者，研究員黃小平為通訊作者）。海草床是重要的藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)，盡管其分布面積小于海洋面積的0.2%，但其對海洋有機(jī)碳埋藏的貢獻(xiàn)卻超過10%，具有巨大的碳匯潛力，對調(diào)節(jié)全球氣候變化具有重要作用。海草床存儲的碳主要分為內(nèi)源碳和外源碳，且受到富營養(yǎng)化等人類活動的影響，但目前對于海草床的碳匯過程與機(jī)制，仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)知。因此，研究人類活動影響背景下，熱帶海草床的海-氣碳交換過程，富營養(yǎng)化對海草床碳存儲穩(wěn)定的影響機(jī)制，以及海草床碳增匯過程與機(jī)理，有助于深入認(rèn)知海草床的碳匯過程與機(jī)制，可為海草床碳的長期儲存及增匯途徑提供科學(xué)依據(jù)。以熱帶海草床為研究對象，利用CO2分壓差法對其海-氣CO2通量進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)夏季為大氣CO2的源，其他季節(jié)熱帶海草床均呈現(xiàn)CO2凈吸收。除溫度、風(fēng)速的影響，人類活動引起的富營養(yǎng)化導(dǎo)致海草生物量的降低，顯著降低了海草床對大氣CO2的吸收能力（圖1）。該研究闡釋了熱帶海草床是大氣CO2的重要的匯，海草生物量是控制其海-氣CO2通量的關(guān)鍵。以典型熱帶海草泰來草（Thalassia hemprichii）為研究對象，探索其植株有機(jī)碳組分對富營養(yǎng)化的響應(yīng)規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，富營養(yǎng)化通過影響海草植株的碳分配過程，降低海草植株中活性有機(jī)碳，以及纖維素與木質(zhì)素等惰性有機(jī)碳的含量。葉片氮含量（富營養(yǎng)化的指示）為2.2%時，海草植株惰性有機(jī)碳含量達(dá)到峰值，并隨著氮含量的上升迅速下降（圖2）。通過估算，富營養(yǎng)化可導(dǎo)致熱帶海草植株惰性有機(jī)質(zhì)的含量下降309-645 kg/ha。該研究首次揭示了富營養(yǎng)化會降低海草植株的惰性碳含量，從而減少其植株對海草床長期碳存儲的貢獻(xiàn)。利用典型的熱帶海草泰來草和海菖蒲（Enhalus acoroides）探索海草床沉積物的碳增匯過程。研究發(fā)現(xiàn)，短期的海草移植修復(fù)（2年），通過減緩水流及提供藻類棲息環(huán)境，增加了懸浮顆粒有機(jī)質(zhì)、附生藻類和大型藻類向沉積物的輸入，快速提高表層沉積物有機(jī)碳含量。由于海菖蒲比泰來草具有更高和更復(fù)雜的冠層結(jié)構(gòu)，海菖蒲移植區(qū)域所提升的碳儲量顯著高于泰來草移植區(qū)域（圖3）。該研究對海草床沉積物碳儲量的提升機(jī)制形成了新的認(rèn)知，并為未來開展大規(guī)模熱帶海草床的碳增匯提供了重要的科技支撐。該研究主要得到了國家自然科學(xué)基金項目（U1901221）和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會項目（2023359）等的資助。圖1 熱帶海草床對大氣CO2的吸收能力的概念圖圖2 富營養(yǎng)化對海草植株有機(jī)碳組分影響的概念圖圖3 熱帶海草移植對于碳匯能力提升的影響過程概念圖相關(guān)論文信息：Hongxue Luo, Songlin Liu*, Stacey M. Trevathan-Tackett, Yuzheng Ren, Jiening Liang, Jinlong Li, Zhijian Jiang, Yunchao Wu, Xiaoping Huang*. Nitrogen enrichment decreases seagrass contributions to refractory organic matter pools. Limnology and Oceanography, 2024. 9999, 1-13.https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lno.12490Songlin Liu, Jiening Liang, Zhijian Jiang, Jinlong Li, Yunchao Wu, Yang Fang, Yuzheng Ren, Xia Zhang, Xiaoping Huang*, Peter I. Macreadie. Temporal and spatial variations of air-sea CO2 fluxes and their key influence factors in seagrass meadows of Hainan Island, South China Sea. Science of the Total Environment, 2024, 910, 168684.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723073126?via%3DihubSonglin Liu+, Yuzheng Ren+, Zhijian Jiang, Hongxue Luo, Xia Zhang, Yunchao Wu, Jiening Liang, Xiaoping Huang*, Peter I. Macreadie. Changes in surface sediment carbon compositions in response to tropical seagrass meadow restoration. Science of the Total Environment, 2023, 903, 166565.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723051902?via%3Dihub
自20世紀(jì)末21世紀(jì)初以來，大規(guī)模的生態(tài)恢復(fù)工程使得西南地區(qū)成為全球植被變綠的熱點區(qū)，該區(qū)植被覆蓋度、葉面積指數(shù)和生物量等顯著增加。然而，喀斯特地區(qū)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，土層淺薄，持水能力弱，形成了有別于干旱和半干旱地區(qū)的巖溶干旱，嚴(yán)重制約了植被的可持續(xù)性恢復(fù)。目前關(guān)于植被恢復(fù)潛力的研究大多集中在干旱和半干旱地區(qū)，研究表明植被恢復(fù)引起徑流量減少和土壤干層。在喀斯特地區(qū)，團(tuán)隊前期評估了植被恢復(fù)工程的有效性，并識別了恢復(fù)工程有效性區(qū)域和低效性區(qū)域 （Tong et al., 2017），這為評估植被恢復(fù)潛力奠定了基礎(chǔ)。但在全球氣候變化背景下，植被是否長期且可持續(xù)恢復(fù)，以及在喀斯特和非喀斯特地區(qū)有何差異尚不清楚。自20世紀(jì)末21世紀(jì)初以來，大規(guī)模的生態(tài)恢復(fù)工程使得西南地區(qū)成為全球植被變綠的熱點區(qū)，該區(qū)植被覆蓋度、葉面積指數(shù)和生物量等顯著增加。然而，喀斯特地區(qū)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，土層淺薄，持水能力弱，形成了有別于干旱和半干旱地區(qū)的巖溶干旱，嚴(yán)重制約了植被的可持續(xù)性恢復(fù)。目前關(guān)于植被恢復(fù)潛力的研究大多集中在干旱和半干旱地區(qū)，研究表明植被恢復(fù)引起徑流量減少和土壤干層。在喀斯特地區(qū)，團(tuán)隊前期評估了植被恢復(fù)工程的有效性，并識別了恢復(fù)工程有效性區(qū)域和低效性區(qū)域 （Tong et al., 2017），這為評估植被恢復(fù)潛力奠定了基礎(chǔ)。但在全球氣候變化背景下，植被是否長期且可持續(xù)恢復(fù)，以及在喀斯特和非喀斯特地區(qū)有何差異尚不清楚。針對以上問題，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所陳洪松課題組基于表征西南三省西江流域異質(zhì)性景觀的多驅(qū)動因素構(gòu)建了隨機(jī)森林模型，預(yù)測和量化了2001–2018年該地區(qū)植被恢復(fù)承載力（NPPcap）和未來恢復(fù)潛力（NPPpot），并對比分析了喀斯特和非喀斯特地區(qū)以及自然林和人工林恢復(fù)潛力的差異。研究結(jié)果表明，3.50%的區(qū)域NPP已超過植被恢復(fù)承載力，表明在這些地區(qū)繼續(xù)造林可能會導(dǎo)致土壤水分虧缺。排除農(nóng)業(yè)、城市用地和水體區(qū)后，仍有22.85%的NPP可用于未來植被恢復(fù)。2010年之前，自然林和人工林恢復(fù)潛力變化幅度較為明顯，而2010年后波動較小且逐漸趨同，表明在經(jīng)過二十年的植被恢復(fù)后，兩種林地類型均已接近成熟。通過對比喀斯特和非喀斯特地區(qū)，我們發(fā)現(xiàn)喀斯特地區(qū)恢復(fù)潛力下降趨勢比非喀斯特地區(qū)更為明顯，表明喀斯特景觀限制了植被恢復(fù)的可持續(xù)性。此外，基于喀斯特和非喀斯特恢復(fù)潛力差異，我們劃分了四個恢復(fù)分區(qū)并提出了針對性的恢復(fù)策略，以為未來植被恢復(fù)和生態(tài)可持續(xù)性空間規(guī)劃提供重要參考。我們發(fā)現(xiàn)云貴高原與峰叢洼地過渡區(qū)為未來植被恢復(fù)潛力區(qū)，該區(qū)地勢起伏大，自然林廣泛分布，應(yīng)優(yōu)先考慮圈地保護(hù)和減少人為干擾，實施植被過濾帶和斜坡穩(wěn)定等措施預(yù)防水土流失。該研究結(jié)果以Assessment of the restoration potential for ecological sustainability in the Xijiang River basin, Southwest China: A comparative analysis of karst and non-karst areas為題，發(fā)表在SCI一區(qū)TOP期刊Science of the Total Environment。研究得到國家自然科學(xué)基金重點項目（41930866）和面上項目（42171048）的資助。論文鏈接圖1 喀斯特和非喀斯特區(qū)以及自然林和人工林區(qū)NPP潛力年際變化圖2 西南三省西江流域植被分區(qū)恢復(fù)策略
