紅樹林生態(tài)系統(tǒng)年均CO2凈吸收速率是內(nèi)陸森林的15倍以上，而且紅樹林濕地內(nèi)獨特的潮汐環(huán)境導致其土壤內(nèi)部的碳分解速率非常緩慢，使得其成為重要的海岸帶“藍碳”生態(tài)系統(tǒng)，在全球碳循環(huán)中扮演著重要角色。然而，自20世紀50年代以來，紅樹林一直受到人為活動的不利影響。在中國，紅樹林面積從20世紀50年代的50,000公頃減少到1990年的15,000公頃。植樹造林是減緩紅樹林損失及增強其生態(tài)系統(tǒng)服務的有效途徑。然而，在造林過程，紅樹林土壤微生物如何驅(qū)動地上葉片碳向地下土壤層的轉(zhuǎn)移機制尚不清楚。
中國科學院華南植物園海岸帶生態(tài)系統(tǒng)過程與環(huán)境健康研究組通過在小良熱帶海岸帶生態(tài)系統(tǒng)研究站的野外試驗回答了這一科學問題。他們首先使用先進的FT-ICR-MS技術(shù)解析紅樹林葉片碳組分特征，通過闡述土壤微生物生物量和同化碳的分配模式，對比了外來樹種無瓣海桑（Sonneratia apetala）和本土樹種秋茄（Kandelia obovata）來源凋落物碳在紅樹林沉積物表面的降解潛力。
其研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無瓣海桑S. apetala和秋茄K. obovata采用完全不同的生物地球化學循環(huán)途徑：秋茄K. obovata的土壤有機碳庫更大且植物源碳對其的貢獻更高，其微生物群落（K-策略者占優(yōu)）將同化碳分配給淀粉及蔗糖合成途徑；相反，無瓣海桑S. apetala的土壤微生物群落以r-策略者主導，將同化碳主要分配至蛋白質(zhì)及核苷酸合成途徑（圖1）。這些不同的生物化學循環(huán)途徑可歸因為兩個樹種的葉片碳特征。與秋茄K. obovata葉片相比，無瓣海桑S. apetala的葉片分子量、碳氮比及木質(zhì)素含量相對較低（圖2）。另外，研究還發(fā)現(xiàn)無瓣海桑的種植年齡不影響土壤對植物源碳的總體降解能力，但是顯著影響木質(zhì)素的厭氧降解過程。綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)外來物種無瓣海桑新鮮葉片凋落后迅速被微生物降解，釋放出大量有利于r-策略者增殖的營養(yǎng)豐富的有機物（碳氮比較低），r-策略者消耗同化的碳以支持自身的快速增殖，進而提高了微生物殘體碳對土壤有機碳庫的貢獻。相比之下，葉片富含木質(zhì)素的秋茄使得土壤微生物群落以K-策略者占優(yōu)，它們生長較為緩慢且主要將同化的碳儲存于細胞中，最終促進植物碳對土壤有機碳庫的貢獻。本研究為紅樹林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)修復期間微生物群落驅(qū)動的土壤有機碳庫形成的分子機制提供了新的見解。
相關(guān)研究成果已近期在線發(fā)表在國際生態(tài)學專業(yè)期刊Global Change Biology（《全球變化生物學》）上。華南植物園盧哲副研究員為論文第一作者，王法明研究員為論文通訊作者。該項研究得到國家自然科學基金、廣東省重點研發(fā)計劃、廣東省基礎與應用基礎研究基金、中國科學院基礎研究青年團隊和青年創(chuàng)新促進會等項目的共同資助。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.17007
圖1. 土壤PLFA生物量及微生物群落對植物源碳的分配。
（A） PLFA含量的變化；（B）SA和KO土壤中微生物群落對植物源碳的分配。CK、SA和KO分別代表灘涂、無瓣海桑和秋茄土壤。
圖2. 基于FT-ICR-MS技術(shù)解析無瓣海桑和秋茄葉片DOM的特征。葉片DOM的分子大小分布（A）和性狀特征（B）
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