海南东寨港红树林国家级自然保护区湿地固碳细菌群落特征研究

赖郑霞; 赵志忠; 韩知序; 余玉莹; 周华源

doi:10.13248/j.cnki.wetlandsci.20240307

湿地科学 >

2025 , Vol. 23 >Issue 4: 791 - 802

DOI: https://doi.org/10.13248/j.cnki.wetlandsci.20240307

湿地生物与环境

海南东寨港红树林国家级自然保护区湿地固碳细菌群落特征研究

赖郑霞 ,
赵志忠 ^,* ,
韩知序 ,
余玉莹 ,
周华源

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赵志忠，教授。E-mail: zhizhong@hainnu.edu.cn

赖郑霞（2001—），女，贵州省遵义人，硕士研究生，从事土壤微生物方面的研究。E-mail: 2261573629@qq.com

收稿日期: 2024-11-15

修回日期: 2025-02-05

网络出版日期: 2026-03-12

版权

赖郑霞, 赵志忠, 韩知序, 等. 海南东寨港红树林国家级自然保护区湿地固碳细菌群落特征研究[J]. 湿地科学, 2025, 23(4): 791-802

[Lai Z X, Zhao Z Z, Han Z X, et al. Characteristics of carbon-fixing microbial communities in the mangrove wetlands of Hainan Dongzhai National Nature Reserve. Wetland Science, 2025, 23(4): 791-802

收起

Characteristics of carbon-fixing microbial communities in the mangrove wetlands of Hainan Dongzhai National Nature Reserve

Lai Zhengxia ,
Zhao Zhizhong ^,* ,
Han Zhixu ,
Yu Yuying ,
Zhou Huayuan

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Received date: 2024-11-15

Revised date: 2025-02-05

Online published: 2026-03-12

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摘要

土壤微生物是土壤生态系统的健康状况和功能变化的重要指示生物。利用高通量测序技术与荧光定量(Real-timequantitative PCR)技术，探究海南东寨港红树林国家级自然保护区不同区域(光滩和红树林地)的固碳细菌分布特征和群落结构以及基因丰度，分析二者固碳细菌群落之间的差异及影响因素，为揭示红树林湿地固碳功能提供依据。研究结果表明，海南东寨港红树林国家级自然保护区土壤固碳细菌的优势菌门为假单胞门(Pseudomonadota)和放线菌门(Actinomycetota)，光滩主要优势菌属为红长命菌属(Rubrivivax，12.93%)，红树林地主要优势菌属为红长命菌属(10.57%)、硫网菌属(Thiodictyon，10.68%)，以化能异养菌和化能自养菌为主。土壤固碳细菌基因丰度呈现光滩大于红树林地的特点。从Chao1物种丰富度指数、Observed species指数、Shannon-Wiener多样性指数来看，距离海洋较远的采样点光滩低于红树林地，距离海洋较近的采样点光滩则高于红树林地。主坐标分析(PCoA)与置换多元方差分析(PERMANOVA)、相似性分析(ANOSIM)分析结果表明，2种生境类型的土壤固碳细菌群落结构存在明显差异。冗余分析(RDA)结果表明，红树林湿地土壤固碳细菌群落结构受环境因子全磷、有机碳、含水率、pH、全氮、易氧化有机碳显著影响。

本文引用格式

赖郑霞 , 赵志忠 , 韩知序 , 余玉莹 , 周华源 . 海南东寨港红树林国家级自然保护区湿地固碳细菌群落特征研究[J]. 湿地科学, 2025 , 23(4) : 791 -802 . DOI: 10.13248/j.cnki.wetlandsci.20240307

Abstract

Soil microorganisms are important bioindicators of ecosystem health and functional changes. In this study, high-throughput sequencing and real-time quantitative PCR were employed to investigate the distribution characteristics, community structure, and gene abundance of carbon-fixing microorganisms in the mangrove wetlands of Hainan Dongzhai National Nature Reserve. Moreover, the disparities in carbon-fixing microbial communities between these zones and the key influencing factors were analyzed, aiming to provide a scientific basis for understanding the soil carbon fixation function of mangrove wetlands in tropical regions. The results showed that the dominant phyla of soil carbon-fixing bacteria in the soil were Pseudomonadota and Actinomycetota. The dominant genus in the bare mudflat area was Rubrivivax (12.93%), while the dominant genera in the mangrove area were Rubrivivax (10.57%) and Thiodictyon (10.68%), mainly composed of chemoheterotrophs and chemolithoautotrophs. The gene abundance of carbon-fixing bacteria was higher in bare mudflats than in the mangrove areas. According to alpha diversity indices (Chao1, Observed species, and Shannon), the bare mudflats farther from the ocean showed lower values than mangrove areas, while the reverse trend was observed in those closer to the ocean. Principal Coordinates Analysis (PCoA), Permutational Multivariate Analysis of Variance (PERMANOVA), and Analysis of Similarities (ANOSIM analyses) revealed significant differences in the soil carbon-fixing microbial community structures between bare mudflats and mangrove areas. Redundance analysis (RDA) further indicated that environmental factors such as TP (total phosphorus), SOC (soil organic carbon), SWC (soil water content), pH, TN (total nitrogen), and ROC (readily oxidizable carbon) had significant effects on the community structure of soil carbon-fixing microorganisms in the mangrove wetlands.

红树林是分布于热带和亚热带地区潮间带的耐盐性潮滩湿地木本植物群落，主要由常绿灌木或乔木构成^[1]，具有高生产力和强固碳潜力^[2-3]，红树林湿地生态系统是地球上重要的碳汇之一。已有研究表明，土壤固碳细菌群落在碳固定与循环中扮演重要角色^[4-5]，一些学者开始关注红树林沉积物的微生物特征^[6-7]。尽管如此，有关热带红树林湿地中林地沉积物与周边非林地的固碳细菌群落差异如何？其影响机理等仍缺乏系统性探讨，尤其缺乏基于功能基因和环境因子耦合的深入研究，而这是解决红树林湿地中沉积物固碳作用的关键。

海南东寨港红树林国家级自然保护区作为中国最大的热带红树林保护区，在维持生态系统碳汇功能和生态环境可持续发展方面发挥重要作用^[8]，也吸引一些学者开展相关研究。如徐耀文等^[9]、杨泽宇等^[10]开展了区内红树林土壤有机碳的分布特征研究；吴辉等^[11]、陈玉军等^[12]研究了区内红树林土壤的酶活性特征；张红洁^[13]、张韫等^[14]则研究了红树林的生态修复。在所有研究中，有关红树林固碳微生物群落特征的研究相对较少。

一般认为，由于植被覆盖、土壤理化性质和潮汐作用的差异，保护区内光滩与红树林地的固碳细菌群落结构与功能基因丰度可能存在显著差异^[15]；红树林地的高有机质输入和稳定生境可能支持更复杂的微生物互作网络，但是光滩因理化胁迫可能筛选出更具适应性的菌群^[16]；因此，对比分析光滩与林地沉积物固碳群落特征可以帮助厘定红树林湿地固碳微生物的影响机制^[17-18]。

本研究通过对比海南东寨港红树林国家级自然保护区光滩与红树林地的固碳细菌群落结构、基因丰度及对环境的响应，明确不同生境下固碳细菌的功能差异，分析环境因子对微生物群落的调控作用。研究将有助于评估红树林湿地的碳固定效率，进而为红树林湿地保护、土壤健康管理及生态修复技术优化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区

海南东寨港红树林国家级自然保护区(19°51′N~20°01′N，110°32′E~110°37′E)位于海南省东北部，东寨港形状酷似漏斗，是锲入陆地的半封闭的港湾式潟湖，其北部连接着琼州海峡，港湾内海流平缓^[19]。该区气候属热带海洋性季风气候，春季温暖少雨，夏季高温多雨，无明显干季，多年平均降水量为1 676.4 mm，年平均气温为23.3~23.8 ℃^[20]。研究区内红树优势树种类型丰富，土壤质地较黏重，保水性良好，腐殖质丰富，土壤颜色为黑色和深褐色^[20]。

1.2 样品采集

2024年8月5日，在东寨港红树林湿地自然保护区沿河道的光滩和红树林地，设置2种不同类型采样地，进行土壤样品采集。根据光滩和红树林地情况，每处采样地既要有红树林地又要保证红树林地旁有较大的光滩，共设置了4处采样地(图1)。在近陆地的潮间带设置2处采样地，其中样地1的代表红树植物为海莲(Bruguiera sexangula)，样地2的代表为角果木(Ceriops tagal)；在近海洋位置设置样地3与样地4，其中样地3主要生长海莲、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)，样地4主要生长海莲、无瓣海桑(Sonneratia apetala)、桐花树(Aegiceras corniculatum)。在每处采样地，设置光滩和红树林样方(20 m×20 m)各4个，共8个样方。

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1 Location of the study area and distribution of sampling sites.

研究区位置及采样点分布示意

在去除土壤表面5 cm的地表层枯落物和杂质后，使用梅花形采样法(五点采样法)，用土钻钻取0~20 cm深度的土壤，采集5钻柱状土壤并且混合均匀，作为1个样品。光滩采集的各样品分别命名为GT1、GT2、GT3、GT4，而红树林地中采集的样品定名为LD1、LD2、LD3、LD4。将均匀混合的每个样品分为2部分：一部分装入离心管，放入−80 ℃便携保温罐保存，用于微生物分子生物学分析，并设置6次重复；另一部分装入封口密封袋，迅速携带回实验室，一份在自然条件下风干，风干后过2 mm筛，用于土壤理化性质测定，另一份测定土壤含水率。

1.3 分析方法

1.3.1 土壤样品理化性质测定

土壤pH采用酸度计测定(水土比为2.5:1)；土壤含水率在105 ℃烘箱中连续烘8~12 h至恒质量后测定，用质量分数表示；土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化–油浴加热法来测定；土壤有机碳含量采用重铬酸钾–浓硫酸加热法测定；土壤全氮含量采用凯氏定氮法测定；土壤全磷含量采用消解钼锑抗分光光度法测定^[21-22]。土壤易氧化有机碳采用高锰酸钾氧化法测定^[23]。土壤粒径采用激光粒度仪测定^[24]。

1.3.2 土壤样品总DNA提取

采用土壤微生物总DNA提取试剂盒(PowerSoil DNA Isolation Kit)，对DNA进行抽提，试剂盒来源于Molecular BioProducts Incorporated，操作流程严格按照试剂盒说明进行。DNA提取完毕后，用琼脂糖凝胶电泳检测DNA的纯度和浓度，于−80 ℃保存合格的DNA，用于后续的PCR扩增过程^[25-26]。

**1.3.3 土壤固碳功能基因cbbL扩增与测序**

固碳基因cbbL扩增的上游引物为K2f(ACCAYCAAGCCSAAGCTSGG)，下游引物为V2r(GCCTTCSAGCTTGCCSACCRC)，片段长度为492~495 bp，扩增区为cbbL-a。PCR 反应体系(25 μL)：5×Q5 Reaction Buffer 5 μL，2.5 mmol/L dNTPs 2 μL，10 μmol/L Forward Primer 1 μL，10 μmol/L Reverse Primer 1 μL，Q5 High-Fidelity DNA Polymerase 0.25 μL，5Q×5 High GC Enhancer (optional) 5 μL，Template DNA 2 μL，ddH₂O 8.75 μL。PCR 反应条件：98 ℃预变性3 min，使DNA中的氢键断裂，双链解开，使模板 DNA 充分变性，随即进入扩增循环，98 ℃保持 30 s 使模板变性，降温至 65 ℃ 退火和延伸，重复循环30次，使扩增的 DNA 片段大量累积，最后在 72 ℃延伸5 min。PCR产物纯化后送至上海派森诺公司，采用Illumina平台对群落DNA片段进行双端(Paired-end)测序，测序平台中用cutadapt切除序列的引物片段弃去未匹配引物的序列，使用Vsearch方法对测序得到的原始数据进行数据质控、序列拼接、变异检测等处理和分析^[27]。在97%相似度水平对高质量序列聚类，并分别输出代表序列和操作分类单元表(OUT)，获得了OTU代表序列之后，对其长度分布进行统计，以便检查这些序列的长度是否和测序目的片段的长度范围相当，是否存在异常长度的序列等，最后与序列数据库进行比对得出结果。

1.3.4 土壤固碳细菌数量测定

采用实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR)方法，检验固碳微生物cbbL基因丰度，采用1.3.3中的引物。反应体系：2×SYBR Real-time PCR premixture 10 μL，10 μmol/L上游和下游引物各0.4 μL。反应条件：95 ℃预变性5 min，进入扩增循环，95 ℃保持15 s变性，降温至60 ℃退火保持30 s完成1次循环，重复循环40次。

1.3.5 数据处理

采用Chao1物种丰富度指数、Observed species指数评估物种数量，初步评估群落复杂度，采用Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数综合反映群落物种的丰富度和均匀度^[28-29]。通过LEfSe(Linear discriminant analysis effect size)表明物种的差异性以及物种相对丰度的变化，是一种用于生物标志物发现的统计方法，线性判别分析(Linear discriminant analysis，LDA)阈值通常为2或4，当LDA>4时常表示该特征具有高度显著差异^[30]。PCoA分析后，用ANOSIM和PERMANOVA作为补充检验，判断样本间的差异，比较组内和组间距离的差异，以及计算组间方差贡献(F值)^[31-32]。

使用Microsoft Excel 2010软件，对数据进行初步处理。用SPSS 19.0 软件，进行统计学分析。利用单因素方差分析(one-way ANOVA)和邓肯法(α=0.05)，对不同类型采样地土壤基本理化性质、固碳细菌cbbL基因丰度和多样性指数进行方差分析及多重比较。在派森诺云平台上使用QIIME2(2019.4)进行微生物门、属水平的群落组成分析。采用R4.3.0软件的ape包、Vegan包以及python的scikit-bio包，进行主坐标分析(PCoA)、置换多因素方差分析(PERMANOVA)、相似性分析(ANOSIM)、冗余分析(RDA)。使用Origin 2024软件，绘制细菌群落丰度图、误差柱状图；使用ArcGIS软件绘制研究区位置图。

2 结果与分析

2.1 土壤理化性质分析

由表1可知，东寨港红树林湿地自然保护区光滩和红树林地土壤理化性质存在差异。光滩土壤含水率均低于红树林地，其中光滩上取的4个土样中有3个土样中黏粒、粉粒比红树林地采集的土样占比更高，有3个采样点的细沙低于红树林地，但是光滩土壤中有机碳、有机质、易氧化有机碳含量低于红树林地，全磷、全氮含量和pH高于红树林地。光滩土壤质地相对较粗，有机物质来源匮乏。

1 Soil physicochemical properties in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

东寨港红树林湿地自然保护区土壤理化性质

样品	pH	含水率/%	土壤有机碳质量比/(g/kg)	有机质质量比/(g/kg)	全氮质量比/(g/kg)
注：表中数据为(平均值±标准误差)。同列数据右上角字母不同表示不同样品之间数据差异显著(p<0.05，n=6)。
GT1	(6.10±0.20)^a	(54.28±0.72)^cd	(37.90±1.02)^ef	(65.35±1.77)^ef	(2.47±0.04)^c
LD1	(4.08±0.08)^e	(60.44±3.20)^a	(66.13±1.46)^a	(114.00±2.52)^a	(2.26±0.05)^d
GT2	(5.51±0.11)^b	(51.96±1.15)^cd	(37.03±1.18)^f	(63.84±2.04)^f	(2.18±0.05)^e
LD2	(3.36±0.02)^f	(55.40±0.72)^bc	(66.07±0.84)^a	(113.92±1.44)^a	(2.11±0.06)^f
GT3	(5.09±0.06)^c	(50.31±0.48)^d	(41.40±0.83)^d	(71.38±1.44)^d	(2.25±0.10)^de
LD3	(4.83±0.02)^d	(53.35±5.62)^cd	(44.41±0.41)^c	(76.56±0.70)^c	(2.28±0.09)^d
GT4	(5.54±0.01)^b	(58.80±0.35)^ab	(38.48±0.95)^e	(66.34±1.65)^e	(2.67±0.06)^b
LD4	(4.92±0.02)^d	(59.02±0.95)^ab	(61.27±0.41)^b	(105.63±0.72)^b	(3.12±0.04)^a

样品	全磷质量比/(g/kg)	易氧化有机碳质量比/(mg/g）	黏粒占比/%	粉粒占比/%	细砂占比/%
GT1	(1.24±0.04)^c	(18.72±0.63)^c	(6.88±3.12)^ab	(67.53±1.36)^bc	(24.87±2.19)^d
LD1	(0.47±0.03)^f	(21.01±0.34)^b	(5.90±0.82)^ab	(57.23±2.14)^f	(37.94±2.89)^a
GT2	(1.30±0.03)^b	(18.96±0.51)^c	(6.38±0.71)^ab	(60.48±2.96)^de	(34.76±3.72)^b
LD2	(0.50±0.02)^f	(21.57±0.80)^b	(5.43±0.46)^b	(59.77±1.10)^e	(35.15±1.14)^ab
GT3	(1.30±0.05)^b	(17.25±0.62)^e	(6.81±0.48)^ab	(62.22±0.47)^d	(30.49±1.10)^c
LD3	(0.96±0.05)^e	(18.83±0.52)^c	(7.07±1.11)^ab	(73.68±1.30)^a	(18.43±2.22)^e
GT4	(1.47±0.06)^a	(17.99±0.89)^d	(7.51±0.51)^a	(68.78±0.82)^b	(23.67±0.88)^d
LD4	(1.05±0.04)^d	(24.82±0.33)^a	(6.92±2.14)^ab	(65.53±2.21)^c	(27.92±4.09)^c

2.2 土壤中固碳细菌群落的α多样性

样品进行高通量测序之后，光滩的4个样品分别得到54 441条、49 273条、27 457条、44 229条有效序列，红树林地4个样品分别得到42 773条、43 286条、43 482条、39 844条有效序列。由图2可知，Chao1物种丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数曲线逐渐趋于平缓，表明在当前的测序深度下，已经检测到了样本中大部分的物种种类，测序结果基本可以反映该样本所包含的物种多样性。

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2 Rarefaction curves of carbon-sequestering microbial diversity in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

东寨港红树林湿地自然保护区土壤中的固碳细菌多样性稀释曲线

在2种生境中，土壤细菌群落的Simpson多样性指数差异不显著，从Chao1物种丰富度指数、Observed species指数、Shannon-Wiener多样性指数可以得知，样品GT1各指数小于LD1，样品GT2各指数小于LD2，样品GT3各指数大于LD3，样品GT4各指数大于LD4(表2)。

2 Soil microbial diversity indices in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

东寨港红树林湿地自然保护区土壤细菌群落的多样性指数

样品	Chao1物种丰富度指数	Observed species指数	Shannon-Wiener多样性指数	Simpson 多样性指数
注：表中数据为(平均值±标准误差)。同列数据右上角字母不同表示不同采样地之间数据差异显著(p<0.05，n=6)。
GT1	(4 658.96±785.03)^c	(2 748.50±335.51)^d	(8.99±0.22)^e	(0.99±0.00)^abc
LD1	(6 207.20±605.43)^b	(3 468.08±294.76)^bc	(9.27±0.25)^cde	(0.99±0.00)^d
GT2	(6 200.90±750.71)^b	(3 452.57±318.80)^bc	(9.33±0.16)^cd	(0.99±0.00)^cd
LD2	(7 528.83±716.56)^a	(4 092.97±231.19)^a	(9.72±0.11)^ab	(0.99±0.00)^abc
GT3	(6 148.01±709.30)^b	(3 925.77±590.28)^ab	(9.80±0.31)^a	(0.99±0.00)^a
LD3	(4 808.16±700.48)^c	(2 876.52±313.42)^d	(9.02±0.09)^de	(0.99±0.00)^bcd
GT4	(6 209.31±1 457.99)^b	(3 559.32±749.01)^bc	(9.43±0.49)^bc	(0.99±0.00)^ab
LD4	(5 807.63±611.69)^b	(3 256.73±328.65)^cd	(9.12±0.13)^cde	(0.99±0.00)^abc

2.3 土壤中固碳细菌群落的组成

本研究共得到83 570个OTU(图3)，其中，光滩总OTU数有41 359个，采样点GT1、GT2、GT3、GT4独有的OTU数分别为1 331个、2 219个、3 761个、3 285个；红树林地的总OTU数有42 211个，采样点LD1、LD2、LD3、LD4独有的OTU分别为2 274个、3 798个、2 349个、3 063个。

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3 Venn diagram of OTU distribution of soil carbon-sequestering microorganisms in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

东寨港红树林湿地自然保护区土壤固碳细菌OTU数

光滩和红树林地记录到的细菌属于9个门、10个纲、10个目、10个科、10个属、10个种。在门水平上(图4)，主要的细菌门为假单胞菌门和放线菌门，在光滩中分别平均占96.89%和0.39%，在林地中分别平均占比为97.95%和0.43%。在属水平上，对10个属进行分析，光滩与红树林地相对丰度均大于2%的菌属有红长命菌属(Rubrivivax，10.57%~12.93%)、硫杆状菌属(Sulfuricaulis，8.21%~8.62%)、硫杆菌属(Thiobacillus，7.95%~8.36%)、甲基杆菌属(Methylibium，7.65%~8.28%)、芽绿菌属(Blastochloris，7.79%~8.02%)、硫网菌属(Thiodictyon，5.02%~10.68%)、嗜盐硫杆菌属(Thiohalophilus，3.15%~5.72%)、芳香烃降解菌属(Aromatoleum，2.8%~4.49%)、哈特曼氏菌属(Hartmannibacter，3.31%~3.36%)、贪铜菌属(Cupriavidus，2.29%~4.14%)。光滩主要优势菌属为红长命菌属(12.93%)，红树林地主要优势菌属为红长命菌属(10.57%)、硫网菌属(10.68%)。

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4 Community composition of soil microorganisms at the phylum (a) and genus (b) levels in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

东寨港红树林湿地自然保护区土壤细菌在门(a)、属(b)上的群落结构组成

基于物种相对丰度通过 LEfSe分析(LDA>4)进一步确定差异标志物种，结果见图5a。光滩与红树林地的土壤中共得到21个差异标志物，得分大于4的物种显示在柱状图中，LDA得分越高表明差异越显著。图5b为分类学分支图，从内到外的彩色节点代表从门至属的分类级别，节点的直径代表物种的相对丰度，空心节点表示光滩和红树林地无显著差异，彩色节点则指示存在显著差异的分类单元，字母标识的是差异物种^[33]。结合图5a、5b的信息，明确了2种生境显著改变了微生物群落结构，并鉴定出一系列关键的响应微生物类群，这些类群主要隶属于 β-和γ-变形菌纲。在属水平上，光滩上的标志物种为β-变形菌纲(Alphaproteobacteria)下的红长命菌属、贪铜菌属和芳香烃降解菌属、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)下的盐红螺菌属(Halorhodospira)；红树林地的标志物种为γ-变形菌纲下的硝化球菌属(Nitrococcus)和硫网菌属以及嗜盐硫杆菌属、α-变形菌纲下的芽绿菌属。

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5 LDA scores (a) and phylogenetic tree (b) of different species in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

东寨港红树林湿地自然保护区土壤差异物种的LDA得分情况(a)和进化分支(b)

2.4 土壤固碳细菌群落β多样性分析

基于Bray-Curtis 距离的分析结果显示(图6)，光滩土壤细菌群落主要聚集于左边，红树林地土壤细菌群落主要聚集于右边，距离较远的差异较大，总体上按照不同的生境聚集，二者土壤细菌群落结构存在明显差异，且组间差异相对组内差异更明显。ANOSIM与PERMANOVA分析结果显示，各Bray-Curtis 距离的组间差异明显，分组效果好，群落结构存在显著差异。

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6 Results of OTU-based Principal Coordinates Analysis, Analysis of Similarities, and Permutational Multivariate Analysis of Varience

基于OTU的主坐标分析(PCoA)以及相似性分析(ANOSIM)和置换多元方差分析(PERMANOVA)的检验结果

**2.5 土壤固碳细菌cbbL的基因丰度特征**

根据绝对定量PCR分析结果表明，将基因拷贝数作为碳同化功能基因cbbL的绝对丰度(图7)。在东寨港红树林湿地中，光滩土壤固碳细菌的基因丰度在0.89×10⁷~3.51×10⁷ copies/g，红树林地土壤固碳细菌的基因丰度在0.05×10⁷~1.75×10⁷ copies/g。基因丰度呈现光滩显著大于红树林地的规律(p<0.05)。

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**7 Abundance of cbbL genes in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve**

东寨港红树林湿地自然保护区土壤cbbL基因丰度

p<0.05）。]]>

2.6 环境因子对土壤细菌群落的影响

在属水平上对不同的地表覆盖类型的土壤固碳细菌群落与环境因子进行了典型的相关分析(RDA)，结果见图8。第一排序轴(RDA1)解释率为13.32%，第二排序轴(RDA2)解释率为7.38%，2个轴共解释了20.7%。其中有机碳(R²=0.526，p=0.001)、含水率(R²=0.526，p=0.001)、全氮(R²=0.516，p=0.001)、全磷(R²=0.651，p=0.001)、易氧化有机碳(R²=0.424，p=0.001)、pH(R²=0.528，p=0.001)的p值小于0.05，具有显著影响。R²越大对土壤固碳细菌群落的影响越大。

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8 Redundancy analysis of the soil carbon-sequestering microbial community structure and environmental factors in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

东寨港红树林湿地自然保护区土壤固碳细菌群落结构与环境因子的冗余分析(RDA)

3 讨　论

已有研究表明植被的存在可通过改变微生境等方式，对微生物群落多样性提升及活性增强产生积极作用^[34-37]。在本研究中，依据Chao1物种丰富度指数、Observed species指数、Shannon-Wiener多样性指数分析结果，GT1在对应指数上低于LD1、GT2低于LD2，而GT3高于LD3、GT4高于LD4，即距离海洋较远光滩低于红树林地，距离海洋较近的光滩则高于红树林地。探究其潜在原因，推测可能与采样时间前后潮汐波动引发的土壤理化性质动态变化，以及微地形差异相关。总体而言，光滩虽在部分物种丰富度相关指标上展现出一定优势，但从群落均匀度及生态系统整体性维度考量，其复杂程度与稳定性仍不及红树林湿地，这也侧面反映出红树林植被对微生物群落构建的多维调控作用，及对湿地生态系统结构与功能维持的重要意义。

通过绝对定量PCR发现了红树林湿地中光滩和红树林地都有一定数量的土壤固碳菌，2种生境类型检测出的cbbL基因丰度数量(图7)低于稻田^[38]、农田^[33]、森林^[39]，高于雨林^[40]、沙地^[41]，在本研究内cbbL基因数量表现为光滩高于红树林地。有研究表明，固碳细菌与有机碳之间呈正相关^[42]，而本研究发现土壤固碳细菌与有机碳两者间呈现负相关，该结果与韩知序等^[33]研究的热带农田固碳细菌和王蕊等^[43]研究的转基因玉米土壤固碳细菌的结果相同，其研究结果很可能是由于农田受人类活动的干扰较强，本研究结果则可能是红树林根系网络捕获潮汐携带的富含有机碳细颗粒物，同时植被减缓水流促进沉积，红树林土壤多为厌氧环境，抑制多数好氧固碳微生物的生长，光滩缺乏植被拦截，暴露于潮汐作用，沉积物中有机碳易被潮汐冲刷流失，频繁的干湿交替和氧气供应更有利于好氧固碳细菌的活性。

本研究结果表明，土壤固碳微生物主要分属于假单胞菌门与放线菌门，其中假单胞菌门占比最高，α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲为土壤中的优势纲，这一发现与多数学者关于土壤固碳微生物研究结果一致^[44-49]。本研究区土壤pH在3.34~6.30之间，呈酸性，与解雪峰等^[50]得到的真菌适合酸性条件生存，细菌适合中性条件生存的研究结果有差异，说明固碳细菌也适合在酸性条件下生存。研究还发现，2种生境中的优势菌属主要是以化能异养菌和化能自养菌为主，其中自养菌包括硫杆状菌属、硫杆菌属、嗜盐硫杆菌属等；异养菌则有甲基杆菌属、芳香烃降解菌属、哈特曼氏菌属、贪铜菌属等，这一结果与袁庆等^[51]研究相符。综合以上发现，化能自养菌和异养菌的协同对促进红树林湿地碳循环和硫循环上起着重要作用。

RDA分析结果表明，环境因子显著影响了土壤固碳菌群落的组成和多样性^[52]。研究显示，全磷、全氮、pH、易氧化有机碳、含水率、有机碳都对土壤固碳微生物有着显著影响，且pH不仅显著影响着植物和微生物的生长和代谢^[53]，更被多项研究证实土壤 pH 值是影响土壤固碳菌群落结构的重要因子^[54-55]。本研究数据表明，光滩土壤pH(5.09~6.10)显著高于红树林地(3.36~4.92)，这一差异导致了2类生境细菌群落的显著分化：红树林地酸性环境选择性地富集了耐酸性较强的固碳细菌类群，使其在群落中占据竞争优势地位。这种适应性分化进一步印证了pH在塑造细菌群落结构中的关键作用。

4 结　论

海口市东寨港红树林国家级自然保护区湿地中红树林地的土壤有机碳与土壤固碳细菌呈现负相关，红树林地cbbL基因丰度数量低于光滩。红树林地和光滩中土壤固碳细菌丰富，细菌优势菌门为假单胞菌门与放线菌门，假单胞菌门占比尤其大，两者优势菌属主要是以化能异养菌和化能自养菌为主。从Chao1物种丰富度指数、Observed species指数、Shannon-Wiener多样性指数可知，距离海洋较远光滩低于红树林地，距离海洋较近的光滩则高于红树林地，可能是受到潮汐和微地形的影响，但是红树林地的群落均匀度与稳定性更强。由PCoA、PERMANOVA、ANOSIM结果得知，光滩与红树林地两者之间固碳细菌群落结构差异明显。全磷、全氮、pH、易氧化有机碳、含水率、有机碳显著影响固碳细菌的生长和代谢，是驱动红树林地和光滩土壤固碳细菌群落差异的重要环境因子，红树林地中耐酸性强的固碳细菌比光滩中更占据优势。

参考文献

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Abstract

1 材料与方法

1.1 研究区

1.2 样品采集

1 Location of the study area and distribution of sampling sites.

1.3 分析方法

1.3.1 土壤样品理化性质测定

1.3.2 土壤样品总DNA提取

1.3.3 土壤固碳功能基因cbbL扩增与测序

1.3.4 土壤固碳细菌数量测定

1.3.5 数据处理

2 结果与分析

2.1 土壤理化性质分析

1 Soil physicochemical properties in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

2.2 土壤中固碳细菌群落的α多样性

2 Rarefaction curves of carbon-sequestering microbial diversity in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

2 Soil microbial diversity indices in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

2.3 土壤中固碳细菌群落的组成

3 Venn diagram of OTU distribution of soil carbon-sequestering microorganisms in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

4 Community composition of soil microorganisms at the phylum (a) and genus (b) levels in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

5 LDA scores (a) and phylogenetic tree (b) of different species in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

2.4 土壤固碳细菌群落β多样性分析

6 Results of OTU-based Principal Coordinates Analysis, Analysis of Similarities, and Permutational Multivariate Analysis of Varience

2.5 土壤固碳细菌cbbL的基因丰度特征

7 Abundance of cbbL genes in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

2.6 环境因子对土壤细菌群落的影响

8 Redundancy analysis of the soil carbon-sequestering microbial community structure and environmental factors in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve

3 讨 论

4 结 论

参考文献

**1.3.3 土壤固碳功能基因cbbL扩增与测序**

**2.5 土壤固碳细菌cbbL的基因丰度特征**

**7 Abundance of cbbL genes in the mangrove wetlands of Dongzhai National Nature Reserve**

3 讨　论

4 结　论