互花米草入侵对我国滨海湿地固氮和脱氮过程的影响机制！华东师范大学滨海湿地碳氮循环及微生物生态研究团队刊文揭示
研究背景导读
高强度人类活动产生的大量活性氮通过水文过程和大气传输等途径输入至河口滨海湿地，引发了水体富营养化和赤潮等一系列生态环境问题。河口滨海湿地是生物地球化学循环的“热区”，其可通过微生物转化过程调节氮负荷，进而影响生态系统服务与功能。微生物氮循环中，脱氮（主要包括反硝化与厌氧氨氧化）和固氮是调节生态系统氮收支的重要过程。此外，外来植物入侵是威胁生态系统服务与功能的另一重要全球性生态环境问题。自互花米草引入我国以来，其快速扩张，不仅威胁和取代了一些本土植物，而且深刻影响了元素生物地球化学循环。然而，关于互花米草入侵对固氮和脱氮过程的影响机制还鲜见报道。
图1 研究区土著湿地生境和入侵植被湿地生境土壤固氮和脱氮速率
文章内容概要
基于以上背景，华东师范大学河口海岸学国家重点实验室滨海湿地碳氮循环及微生物生态研究团队在Eco-Environment & Health期刊发表了题为“Invasive Spartina alterniflora accelerates the increase in microbial nitrogen fixation over nitrogen removal in coastal wetlands of China”的研究论文。
该研究以闽江口湿地、乐清湾湿地、长江口湿地和盐城湿地为典型研究区（福建、浙江、上海和江苏沿岸互花米草入侵面积约占中国的94%），分别于冬夏两季采集芦苇、互花米草和裸滩湿地土壤，利用15N同位素示踪技术，量化了固氮和脱氮过程速率，并结合功能微生物丰度和理化性质，阐明影响脱氮和固氮过程速率变化的关键环境因子。结果表明，研究区土壤固氮和脱氮速率分别介于0.77 ± 0.08至16.12 ± 1.13 nmol/(g·h)和1.42 ± 0.14至16.35 ± 1.10 nmol/(g·h)，入侵种互花米草对土壤固氮和脱氮过程总体上均具有显著的促进作用（图2）。进一步根据固氮和脱氮过程速率计算净氮气通量，发现其范围为-0.39±0.14至8.24±2.23 nmol/(g·h)，互花米草湿地净氮气通量总体上低于芦苇和裸滩湿地（图2）。
图2. 闽江口（MR）、乐清湾（YQ）、长江口（YR）和盐城（YC）湿地不同生境土壤固氮和脱氮过程速率以及净氮气通量
裸滩、芦苇和互花米草湿地固氮与脱氮速率呈现显著的线性关系，其线性拟合公式斜率分别为0.23、0.62和0.90（图3），这表明从裸地、芦苇到互花米草湿地土壤固氮速率逐渐接近于脱氮速率，使得互花米草入侵引起脱氮的增加可能更多地被固氮过程所抵消。Spearman相关分析、随机森林和结构方程模型结果显示，有机碳（TOC）、氧化还原电位（Eh）和功能微生物丰度是影响氮固氮和脱氮过程以及净氮气通量的最重要环境因子。总体而言，本研究结果有助于提高对河口滨岸湿地氮收支的理解，强调了固氮过程在评估河口滨岸湿地氮收支中的重要性，为互花草入侵的生态环境效应评估提供了重要的科学依据。
图3. 裸滩、芦苇和互花米草湿地土壤固氮和脱氮速率的线性关系
该论文第一作者为华东师范大学河口海岸学国家重点实验室2023届博士研究生陈顺涛，通信作者为华东师范大学河口海岸学国家重点实验室高灯州博士和侯立军教授。该研究得到了国家自然科学基金重点项目（42030411）和国家自然科学基金青年科学基金项目（42206237）等的资助。
文章引用
Shuntao Chen, Dengzhou Gao*, Xiaofei Li, Yuhui Niu, Cheng Liu, Dongyao Sun, Yanling Zheng, Hongpo Dong, Xia Liang, Guoyu Yin, Xianbiao Lin, Min Liu, Lijun Hou*, Invasive Spartina alterniflora accelerates the increase in microbial nitrogen fixation over nitrogen removal in coastal wetlands of China, Eco-Environment & Health(Eco-Environ. Health), 2023, 2(3), 184-192
https://doi.org/10.1016/j.eehl.2023.07.007
第一作者简介
陈顺涛，华东师范大学河口海岸学国家重点实验室2023届博士研究生。主要研究方向为河口氮循环过程与生态环境效应，在Soil Biol. Biochem、CATENA和Geoderma等期刊发表多篇学术论文。
通信作者简介
高灯州，华东师范大学河口海岸学国家重点实验室博士后。主要研究方向为河口氮循环过程与生态环境效应，主持国家自然科学基金青年项目和博士后面上项目等多项科研类项目，近五年在Soil Biol. Biochem、CATENA和Sci. Total Environ等学术期刊上发表论文10余篇。
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