底泥微生物在红树林生态系统中的作用

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1、底泥微生物在红树林生态系统中的作用李玫廖宝文（中国林科院热带林业研究所，广州510520）章金鸿（广州市环境保护科学研究所，广州510620）摘要微生物-营养物质-植物之间的紧密联系是红树林生态系统中营养物质保存和再循环的主要机制之一。生活在红树林群落中的具有高生产力和高多样性的微生物群落持续不断地将红树林凋落物转化成可被植物利用的氮、磷或其他营养物质。植物根系分泌物又为该系统中微生物和其他大型生物提供营养。本文综述了国外有关红树林生态系统中微生物的营养物质转化方面的研究结果，并且阐明了这些微生物对该系统生产力的重要

2、贡献。为了更好地保护红树林生态系统，维持和恢复微生物系统是十分必要的。而为红树林幼苗接种促进植物生长的菌种将有利于受损红树林区域的重建和红树林的人工营造。关键词红树林固氮溶磷光合细菌硫酸盐还原作为热带亚热带海岸滩涂和河口海湾的一种特殊湿地生态系统，红树林生态系统具有很高的生态、社会和经济价值，尤其在固岸护堤、发展滩涂养殖与近海渔业、维持生物多样性、净化环境、提取海洋药物、发展生态旅游以及维持海岸带生态平衡等方面具有重大的价值[1]。然而海岸带的不合理开发，已导致红树林面积急剧减少、种群衰退，20世纪50年代初期我国红

3、树林面积约5万hm2，而目前仅剩1.5万hm2左右，红树林造林、恢复、发展和保护已成为一项十分紧迫的任务[2]。在我国，对红树林生态系统的研究多以红树植物、鸟类、底栖动物等为对象，而对该系统中微生物方面的研究较少[3，4]。本文对近年来国内外关于红树林生态系统中微生物在营养物质转化方面的研究成果和相关应用技术进行了综述，以期为红树林资源的保护和可持续发展提供理论依据。1红树林生态系统中的营养物质转化红树林通常被认为是营养较缺乏的生态系统，特别是N、P元素[5，6，7]。尽管如此红树林仍然具有高生产力，原因是红树林有一

4、个非常有效的营养物质循环系统。红树林生态系统中营养物质转化主要依赖于微生物的活动[7,8]。在热带红树林中，细菌和真菌占整个微生物生物量的91%，藻类和原生动物分别占7%和2%[9]。红树林底泥中存在一个非常活跃的高生产力的细菌群落[10]，它们参与了大多数的能量流动和物质循环，并且具有碳库的功能[11]。粘附在土壤颗粒上细菌自然死亡和溶解后，被新一代的细胞转化成新的细菌生物量或可溶性物质[9,12]。通过消费在土壤间隙水中的可溶性有机碳，红树林底泥中的细菌种群防止了可溶性有机碳输入附近的生态系统如浮游食物链或邻近海

5、岸区域[10,13]。间隙水中的可溶性有机碳的浓度高于底泥中的，然而两者之间并不发生碳流动。尽管自由氨基酸在间隙水和表层潮汐水之间存在一个高的浓度梯度，但没有发现两者之间有氨基酸流动[14]。这些观察表明在热带红树林中生活的细菌群落消费掉了溶解在间隙水中的碳。10一个红树林生态系统中各种含氮化合物的去向和流动取决于这个系统的特性。如果氮在以N2的形态释放到大气中之前已被消耗掉，那么通过反硝化作用而损失的氮通常可忽略不计[15]。在细菌和植物之间可能存在争夺有效氮的激烈竞争。来自底泥和含氮有机化合物降解的硝酸盐可能被细

6、菌转化成铵离子，然后又被细菌和植物所同化。这个过程使氮元素在该生态系统中得以保存[16,17]。在红树林生态系统中尽管无机氮转化的通量和速度是微小的，但还是有研究认为矿化作用和同化过程之间存在着紧密耦合[12]。已观察到废水流入红树林生态系统可使反硝化作用速率提高，表明反硝化作用速率和氮含量之间存在一定相关性。无论是在水生或陆生热带生态系统中，微生物群落的氮循环通常都是一个非常有效过程[17]。红树林生态系统的恢复依赖于底栖微生物群落和它们的保存状况以及生化环境[12]。在红树林的氮循环依赖于细菌的同时，细菌反过来也

7、得益于它们与红树林植物的联系。有研究认为红树林植物根部渗出的营养物质可为生活在底泥和根际的细菌群落所利用[12,18]。在红树林底泥中，较高的细菌活性与植物的存在密切相关：1）在印度红树林中，种有植物的底泥里参与氮元素转化的细菌数量比没种植物的多[19]；2）在佛罗里达的红树林中有植物的底泥中固氮速率通常高于没种植物的地方[20]；3）红树林底泥中高速率的硫酸盐还原作用与地下红树林根系有关，且相当于红树林净生产力的30~80%[12]。除了给微生物群落提供营养物质，植物还能改善土壤的理化性质。在印度的一个红树林生态系

8、统中，植物缓解了因降雨而引起的土壤pH值和盐度变化。在雨季，没有生长植物的土壤比有红树林生长的土壤酸度更高。红树林植物也可以通过气生根对氧的吸收和扩散给厌氧的底部土壤提供氧气。有些红树林种类可氧化根际土壤，因而减轻了土壤中H2S的不利影响。这些因植物而引起的土壤变化也影响到了根际某些特定微生物种群的繁殖。因此可以推断：在红树林生态系统中，由微生