華南植物園魯顯楷研究員團(tuán)隊(duì)在Land Degradation & Development期刊發(fā)表最新研究成果，首次從微生物代謝養(yǎng)分限制的視角揭示了島礁生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中植被種植模式的優(yōu)化策略，為生態(tài)工程實(shí)踐提供了科學(xué)依據(jù)。在生態(tài)系統(tǒng)演替初期，因土壤養(yǎng)分貧乏，宜優(yōu)先采用單一物種種植模式以快速形成基礎(chǔ)生產(chǎn)力；待養(yǎng)分積累達(dá)到微生物代謝需求閾值后，逐步引入混交模式，通過物種互補(bǔ)效應(yīng)提升生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性及穩(wěn)定性。
土壤微生物在陸地系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)中扮演著關(guān)鍵調(diào)控作用。微生物代謝限制特征反映了其資源需求與營養(yǎng)物質(zhì)供給之間的平衡,對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)敏感。熱帶島礁生態(tài)系統(tǒng)通常具有高鹽、高堿、貧瘠、持水能力差等特點(diǎn)，這些嚴(yán)重阻礙了支撐植被生長的微生物學(xué)過程，導(dǎo)致植被恢復(fù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，如何選擇適宜的恢復(fù)模式已成為亟需解決的科學(xué)問題。該研究針對(duì)熱帶珊瑚島脆弱生態(tài)系統(tǒng)，聚焦在微生物養(yǎng)分代謝限制，探討其對(duì)不同植被恢復(fù)模式的響應(yīng)機(jī)制。
該研究依托長期觀測樣地，分析了不同植被恢復(fù)模式下（無植被、單一種植和混合種植）的土壤酶化學(xué)計(jì)量特征，并運(yùn)用酶化學(xué)計(jì)量和矢量模型解析了土壤微生物代謝限制狀況。研究發(fā)現(xiàn)，熱帶珊瑚島土壤養(yǎng)分是調(diào)控微生物代謝限制的主導(dǎo)因素，微生物代謝主要受碳（C）和氮（N）可利用性的強(qiáng)烈限制，而磷（P）并非限制因子。尤為關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是，單一種植模式（如抗風(fēng)桐，Pisonia grandis）比混合種植模式更能適應(yīng)養(yǎng)分限制的島礁環(huán)境。
基于研究結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)提出在恢復(fù)初期應(yīng)優(yōu)先采用以抗風(fēng)桐等為代表的單一種植模式，以快速建立先鋒植被并有效改善土壤養(yǎng)分狀況；待土壤養(yǎng)分積累至一定閾值后，再逐步過渡到混合物種策略，以提升生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。該研究從微生物角度回答了熱帶珊瑚島生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)如何選擇植被種植模式的問題，為我國海島生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與實(shí)踐提供了有力的科學(xué)依據(jù)。
相關(guān)成果以“Effects of different ecological restoration paradigms on soil microbial metabolic limitation in a tropical coral island”在線發(fā)表于國際知名刊物Land Degradation & Development（《《土地退化與發(fā)展》》）。中國科學(xué)院華南植物園博士生魏文濤為論文第一作者，已出站博后何小香為共同第一作者，魯顯楷研究員為通訊作者。華南植物園任海、閆俊華、葉清、王法明研究員等參與了該研究。研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等資助。文章鏈接： https://doi.org/10.1002/ldr.70258
圖1.?熱帶珊瑚島不同植物種植模式下土壤酶活性
圖2.?熱帶珊瑚島不同植物種植模式下酶矢量特征
圖3.?土壤性質(zhì)、土壤養(yǎng)分以及微生物性質(zhì)對(duì)微生物養(yǎng)分限制的主要影響途徑
附件下載：