科研 Sci Total Environ：在湿地生态中，红树林相比稻田生境独特的细菌和古生菌多样性使其成为一种绿色生产系统

  红树林提供重要的ECO服务功能，但由于气候平均状态随时间的变化引起的海平面上升以及人类活动，在上个世纪有40%的热带红树林消失了。

  红树林提供重要的ECO服务功能，但由于气候平均状态随时间的变化引起的海平面上升以及人类活动，在上个世纪有40%的热带红树林消失了。印度申达本（Sundarban）有世界上最大的红树林，在1930年到2013年期间，这片红树林的绿化面积减少了10.5%，转变为主要以稻田为基础的生态系统。目前，印度申达本地区退化的红树林与毗连的稻田生态系统并存，形成了在土壤理化性质、碳动态和微生物多样性等方面具有鲜明性质的典型生态系统。我们通过利用16S rRNA基因V3-V4区的Illumina MiSeq宏基因组分析方法，研究了驱动温室气体排放和碳库积累的细菌和古菌的结构和功能多样性。利用遥感数据库对土壤和气体样品的采集地点做出合理的选择。红树林（-0.04 mg m-2h-1和-52.8 μg m-2h-1）生境的甲烷和一氧化二氮排放量低于稻田（0.26 mg m-2h-1和44.7 μg m-2h-1）生境，这主要是因为红树林生境的碳底物有效性较低，而硫酸盐有效性较高（比稻田生境高85.8%）。红树林生境的土壤活性碳库较多，但受胁迫影响微生物活性较低。与稻田生境相比，红树林生境具有更高的甲烷氧化菌：产甲烷菌比值（11.2），更高的硫酸盐还原菌（SRB）：产甲烷菌比值（93.2），更低的功能多样性（7.5%），这可能是红树林生境低全球变暖潜能值（GWP）的关键驱动因素，使红树林生境成为一种绿色的生产系统。因此，即使在退化的红树林生境，土壤活性碳积累潜力（38%）和更低的全球变暖潜能值（63%）使其成为一种绿色的生产系统，而湿地稻田在减缓气候变化方面具备极高的潜力。在将来确定甲烷生成和甲烷消耗的主要酶通路的研究中，将会优先利用全基因组的宏基因组分析。

  译名：在湿地生态中，红树林相比稻田生境独特的细菌和古生菌多样性使其成为一种绿色生产系统:宏基因组方法

  变形菌门和绿弯菌门是红树林生境中丰度最高的门。在所有采样点，变形菌门的丰度百分比在

  40.1 ~ 56.7%之间，然后是绿弯菌门（10.8 ~ 14.9%）（图1a）。同样，在稻田土壤中，变形菌门也是优势菌门（丰度从29.8到44.9%不等）（图1b）。其他门如厚壁菌门、放线菌门、酸杆菌门和绿杆菌门在稻田根际也占主导地位（图1b）。γ变形菌门、δ变形菌门和α变形菌门是红树林土壤的优势菌门，平均丰度百分比为18.7、14.5和12.5（图1c）。但在稻田生境中，杆菌纲是优势纲，其次是α变形菌纲和γ变形菌纲（图1d）。同样，红树林和稻田生境不同地点在目、科、属水平上的丰度百分比也存在一定的差异。在退化的红树林和毗连的稻田生态之间，门水平的分布模式和相对丰度有明显的差异。

  图1.申达本Sadhupur和Dayapur采样点（a）红树林生境优势门、（b）稻田土壤优势门、（c）红树林生境优势目、（d）稻田土壤优势目分类分布百分比水平。

  在红树林和稻田生境中都发现了不同的甲烷氧化菌。在稻田和红树林生境，甲基杆菌属均是优势菌属。在

  ）。在这两类采样点上，稻田生境的产甲烷菌的总体种群比红树林更高。在稻田土壤中，两类采样点的优势属都是甲烷八叠球菌属。然而在红树林的两类采样点，产甲烷菌的优势属分别是嗜甲基甲烷拟球菌属和产甲烷球菌属。

  图2.红树林和毗连的稻田生态系统在印度申达本（a）Sadhupur和（b）Dayapur的甲烷氧化菌多样性的reads丰度。

  ）、硝化细菌和反硝化细菌的数量存在非常明显差异。在这两个地点，稻田生境中氨氧化细菌和硝化细菌种群数量比红树林生境更高（图

  ）。芽孢杆菌和假单胞菌分别是稻田和红树林ECO的优势属。然而，在两种ECO所有的硝化细菌中，消化螺菌属是丰度最高的属。在

  ）。在稻田生态系统，芽孢杆菌是反硝化菌的优势属，而假单胞菌是退化的红树林沉积物中的优势属。

  在我们的研究中，退化的红树林和稻田这两种系统在土壤盐度、养分有效性、潮汐入侵和好氧

  干条件，而稻田是在雨养条件下的滩涂低地生态中种植的。这些条件对细菌群落结构和功能有显著的影响。红树林生境中的优势菌门只有变形菌门（

  然而，稻田生境中的优势菌门是变形菌门、厚壁菌门、放线菌门、酸杆菌门和绿弯菌门，这是由于更好的碳基质有效性与相对少的胁迫条件。因此，由于环境压力（盐度、潮汐影响、高

  。在退化的红树林和稻田ECO中，从土壤输送到大气的甲烷通量是由于原位甲烷生成与甲烷消耗的联合效应。在我们的研究中，在退化红树林生境表层

  ）相比于毗连的稻田生境，退化的红树林土壤的高盐度和高硫酸盐浓度抑制了甲烷的产生

  。稻田生态系统中产甲烷菌的数量高于红树林生态系统，因此导致红树林ECO产生的甲烷较少。在稻田土壤中，甲烷八叠球菌属为优势属，是唯一能通过三种代谢途径（乙酰分解、甲基营养和氢营养）产生甲烷的产甲烷菌。甲烷八叠球菌属耐受有氧条件，导致稻田生生态系统产生了更多的甲烷。嗜甲基甲烷拟球菌属和产甲烷球菌属是甲基营养型产甲烷菌，它们完全依赖甲基化合物作为营养，是红树林生境的优势属。在我们的研究中，产甲烷菌调控与甲烷排放量和土壤酶活性呈正相关，与硫酸盐还原菌群呈负相关，是因为在退化红树林生境硫含量较高，它们与硫酸盐还原菌竞争底物（图

  ）。在红树林生境中，甲烷氧化菌与产甲烷菌的比值、硫酸盐还原菌与产甲烷菌的比值更高，致使红树林土壤向大气的甲烷输送量较少。在稻田生境中，这些比值较低，表明产甲烷菌比甲烷氧化菌

  硫酸盐还原菌占优势，这导致了更多的甲烷排放量。硫酸盐还原细菌群落是红树林生境的优势菌群，因为在红树林ECO，硫酸盐还原菌在有机硫的分解和矿化过程中发挥了及其重要的作用。在我们的研究中，硫酸盐还原菌在红树林生境中的主导地位表明了生物修复的潜力和ECO对人类影响的恢复力。土壤

  O通量与土壤理化性质、土壤活性碳库、酶活性、相关微生物群落以及甲烷氧化菌与产甲烷菌、硫还原菌与产甲烷菌、硝化细菌与反硝化细菌的比值之间的Pearson相关性矩阵。

  在稻田土壤中，施用氮肥能大大的提升根际土壤中氮基质的有效性，从而引起通量增加

  。此外，稻田生境中氨氧化细菌、硝化细菌和反硝化细菌数量也高得多。氨氧化细菌与硝化细菌、反硝化细菌之间呈极显著正相关，表明在退化的红树林

  、硝化、反硝化菌群呈显著负相关。红树林生境较高的盐度会降低硝化和反硝化速率，抑制参与这些过程的微生物生长，从而减少

  排放量。虽然红树林生境中硝化细菌与反硝化菌的比值较高，但稻田生境中两种细菌群落均显著多于红树林生境。这导致稻田生境比红树林生境产生更多的硝酸盐，以及更高的

  高凋落物沉降率和红树林植物的腐烂条件可能是红树林沉积物中活性碳含量较高的原因

  稻田的湿地生态中，土壤细菌和古细菌多样性的明显变化与温室气体排放和活性碳库有关。稻田土壤中，我们得知了细菌和古细菌结构上更高的多样性，而退化红树林土壤中优势菌群（主要为变形门和绿弯菌门，

  ）通过宏基因组学研究之后发现，退化红树林生境中较低的土壤酶活性使退化的红树林生境具有低的全球变暖潜能值和高的土壤活性碳积累潜力，成为一种清洁生产系统。因此，即使已经退化，红树林系统在减缓温室气体排放和气候变化方面仍然发挥着及其重要的作用。因此，与毗连的低地稻田生境相比，红树林生境中的高碳库具有较低的生物多样性（结构和功能上）和温室气体排放量，这使它们成为一种有效减缓气候平均状态随时间的变化的系统，应该得到认真的保护。

  稻田湿地ECO中碳、氮、硫的关键代谢途径及其与温室气体排放、营养盐动态特征和气候平均状态随时间的变化的关系是今后的研究方向