红树林沉积物有机碳的来源及其微生物碳同化研究

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红树林是热带和亚热带地区海岸潮间带的植物群落,是生长在河口、海岸带等海陆交汇区的盐土植物,是滨海湿地典型的生态交错带,具有丰富的碳储量,又因海水的周期性浸淹导致其处于局部厌氧的环境,这种独特的环境造就了其独特而又丰富的微生物群落。本研究重点选取福建省九龙江河口红树林自然保护区作为主要研究区域,利用稳定同位素技术和分子生物学技术相结合,研究不同区域、不同树龄、不同潮间带红树林沉积物有机质的时空分布和有机碳的来源,并从微生物固碳的角度解释了红树林沉积物碳储量的来源,揭示红树林沉积物中微生物固碳在沉积物碳储量中的重要性。主要结果如下:1、九龙江河口红树林沉积物TOC和TN含量总体变化范围在0.93~3.10%。不同潮间带之间的TOC和TN含量表现为林内要高于林前光滩和无植被光滩。30年龄林地中林内靠岸侧沉积物的TOC和TN含量随深度的增加而减少,而林内靠海侧和林前光滩随深度增加而没有明显变化。天然林地中林内在0~60 cm深度范围内随深度的增加而减少,当土壤深度大于70 cm后,TOC和TN含量随深度的增加而没有明显变化。此外,不同纬度地区的红树林沉积物的TOC含量也存在一定的差异,一般热带地区的红树林沉积物TOC含量要高于亚热带地区,而且不同红树林群落之间的沉积物TOC含量也存在一定的差异。2、不同潮间带δ13C-TOC和δ15N-TN值均存在显著差异,δ13C-TOC的值表现为林前光滩>林内靠海侧>林内靠岸侧,说明林内沉积物有机质主要以红树植被以及其它一些陆地C3植物自身有机质的转化为主,而林前光滩沉积物有机质由于其更受海洋浮游植物、底栖藻类固碳和周边C4沼泽植物等来源的有机质输入的影响;在垂直分布上,δ13C-TOC值随土壤深度的增加而逐渐增大,δ15N-TN值随土壤深度的增加而没有明显差异,说明红树林不同潮间带和不同剖面深度的沉积物有机质受不同来源的影响,且各种不同来源的贡献率也存在一定的差异。3、C/N比值和稳定碳、氮同位素比值共同溯源发现,沉积物的有机质来源可能受陆源有机质和海洋有机质输入的综合影响。沉积物有机碳主要以陆源有机质的输入为主,而红树林自身植被生产有机碳转化仅在表层有机碳埋藏中所占的比重较大,随深度增加逐渐减少;同时还受周边养殖废水、湿地C4植物和海洋颗粒有机质等影响。不同沉积物深度埋藏的有机质来源比例存在一定的差异性,表层沉积物有机质受红树和周边大型植被影响较大一些,而深层的有机质的来源更多是通过红树林生态系统长期捕获的各种外源有机质的埋藏。揭示了红树植被生产并不是沉积物有机质的主要来源,可能还有存在着其它来源。4、基于高通量测序分析发现红树林沉积物中主要优势菌群为:变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿屈挠菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、浮霉菌门(Planctomycetes)、黏胶球形菌门(Lentisphaerae)、绿菌门(Chlorobi)和蓝细菌(Cyanobacteria)等,红树林林内微生物群落与其它两个光滩点位存在显著差异,研究发现Elusimicrobia、Bacteroidetes、Acidobacteria、Lentisphaerae、Spirochaetes、Deferribacteres、Thaumarchaeota、Woesearchaeota_.DHVEG-6.、Candidate_division_OP3、Latescibacteria、Fusobacteria和Hydrogenedentes等菌群均具有光合固碳能力,不仅与TOC含量呈正相关,而且这些固碳微生物在林内沉积物中的相对表达丰度要远远高于光滩。同时,研究发现固碳微生物对红树林沉积物有机碳埋藏具有相当高的贡献率,约占总碳储量20%以上,说明这些固碳微生物对红树林沉积物碳的同化和有机碳的埋藏具有重要作用,它们对有机碳的贡献将可能直接影响红树林地下部有机碳储量,也将直接影响红树林生态系统的碳收支;同时这也可能是红树林沉积物有机碳储量高于其它生态系统土壤碳储量的原因之一。
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