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華南植物園揭示互花米草入侵削弱濱海濕地固碳功能的微生物機(jī)制
互花米草(Spartina alterniflora)是近幾十年來(lái)在我國(guó)濱海濕地迅速擴(kuò)張的重要外來(lái)入侵植物，其較快的生長(zhǎng)速率和有機(jī)質(zhì)輸入會(huì)深刻影響濕地土壤碳循環(huán)過(guò)程。然而，互花米草入侵是否會(huì)改變?yōu)I海濕地的甲烷排放以及其背后的微生物生態(tài)機(jī)制，仍存在認(rèn)識(shí)不足。
科研團(tuán)隊(duì)研究基于珠海淇澳紅樹(shù)林自然保護(hù)區(qū)，從光灘、互花米草入侵區(qū)與原生紅樹(shù)林區(qū)開(kāi)展了一年期原位連續(xù)監(jiān)測(cè)，并結(jié)合土壤理化性質(zhì)、溶解性有機(jī)質(zhì)分子組成(DOM)特征以及產(chǎn)甲烷菌與甲烷氧化菌群落結(jié)構(gòu)分析，系統(tǒng)揭示了互花米草入侵對(duì)土壤甲烷排放的影響機(jī)制。結(jié)果表明，與紅樹(shù)林土壤相比，互花米草入侵使土壤甲烷排放量顯著升高，其年平均甲烷排放速率約為紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)的 8.7 倍。進(jìn)一步分析顯示，互花米草入侵導(dǎo)致土壤中可降解有機(jī)質(zhì)組分(如脂類(lèi)和蛋白/脂肪族類(lèi)物質(zhì))顯著增加，而土壤硫酸鹽、土壤有機(jī)碳和總氮含量下降。這些變化不僅降低了DOM的分子穩(wěn)定性，還為產(chǎn)甲烷菌提供了更多可利用底物，從而增強(qiáng)甲烷生成過(guò)程。微生物群落分析發(fā)現(xiàn)，互花米草入侵土壤中產(chǎn)甲烷菌的豐度上升，尤其是能夠利用可降解有機(jī)基質(zhì)的Methanococcoides相對(duì)豐度增加;另一方面，甲烷氧化菌的豐度和多樣性下降，尤其是具有高甲烷親和能力的Ⅱ型甲烷氧化菌顯著減少。這種“產(chǎn)甲烷增強(qiáng)”與“甲烷氧化削弱”的協(xié)同作用，最終加劇了土壤甲烷的排放，進(jìn)而削弱了濱海濕地的碳匯功能。
相關(guān)研究以“Spartina alterniflorainvasion enhances soil methane emissions in coastal wetlands by increasing labile organic matter and restructuring methane-cycling microbial communities”為題近期發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Plant Ecology(《植物生態(tài)學(xué)報(bào)》)(IF5=3.9)上。中國(guó)科學(xué)院華南植物園小良站覃國(guó)銘博士為第一作者，王法明研究員為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院青年科學(xué)家基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、南方海洋科學(xué)與工程廣東實(shí)驗(yàn)室(珠海)等項(xiàng)目資助。
圖. 互花米草入侵驅(qū)動(dòng)紅樹(shù)林土壤甲烷排放的機(jī)制示意圖
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