熱帶珊瑚島生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立且封閉，生境條件嚴(yán)酷，常受高溫、強(qiáng)光、高鹽、季節(jié)性干旱等氣候因素影響，加之生物種類較為單一，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自我調(diào)節(jié)能力弱，穩(wěn)定性較差。人工植被構(gòu)建往往難以持久維持，易發(fā)生退化，植被恢復(fù)與生態(tài)功能提升面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，如何有效保障該類生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與健康，促進(jìn)具有自維持能力的近自然植物群落的構(gòu)建與恢復(fù)，已成為推進(jìn)我國(guó)海洋生態(tài)文明建設(shè)、維護(hù)海島生態(tài)安全中亟待突破的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。

中國(guó)科學(xué)院華南植物園恢復(fù)生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)基于我國(guó)熱帶珊瑚島的植被長(zhǎng)期觀測(cè)樣地，選取了草坪、防風(fēng)固沙林、防護(hù)林、公共綠地和行道樹五種典型人工植被，并以原生植被作為生態(tài)恢復(fù)的參照，綜合利用高通量測(cè)序、磷脂脂肪酸圖譜及共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模型等技術(shù)，系統(tǒng)追蹤了植被恢復(fù)早期土壤微生物群落與土壤理化性質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化。

圖1. 熱帶珊瑚島不同類型人工植被土壤微生物生物量、土壤理化性質(zhì)(平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤)、養(yǎng)分限制情況和微生物群落結(jié)構(gòu)(PCoA)與原生植被較。NF：原始林;GL：草坪;WBSF：防風(fēng)固沙林;SB：防風(fēng)林;PGS：公共綠地;RT：行道樹。不同小寫字母代表不同植被類型間差異顯著。

研究顯示，盡管人工植被的構(gòu)建顯著改善了土壤環(huán)境與養(yǎng)分條件，但在恢復(fù)早期(<2年)，其土壤肥力、微生物生物量、酶活性及生物多樣性等關(guān)鍵指標(biāo)仍明顯落后于原生植被。不同人工植被類型的恢復(fù)效率存在明顯差異：草地和行道樹區(qū)域因?qū)嵤┕喔?、施肥等精?xì)化管理，生態(tài)恢復(fù)速度顯著優(yōu)于防風(fēng)固沙林和防護(hù)林等類型。

圖2. 熱帶珊瑚島不同類型人工植被土壤微生物共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與原始林的比較。NF：原始林;GL：草坪;WBSF：防風(fēng)固沙林;SB：防風(fēng)林;PGS：公共綠地;RT：行道樹。

該研究的一個(gè)重要突破，在于首次揭示了土壤微生物在熱帶珊瑚島生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中存在“分工協(xié)作”的規(guī)律：恢復(fù)初期，土壤真菌作為“先鋒部隊(duì)”，憑借其耐旱、耐鹽特性高效分解難降解有機(jī)質(zhì)，為植物定植創(chuàng)造條件，并在穩(wěn)定微生物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮核心作用;隨著恢復(fù)進(jìn)程的推進(jìn)，土壤細(xì)菌生物量逐漸增加，成為共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的“模塊樞紐”，通過(guò)促進(jìn)碳、氮、磷等元素循環(huán)，承擔(dān)起維持生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期功能與穩(wěn)定性的“主力軍”角色。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是人工植被還是原生植被，土壤微生物均受到碳、磷養(yǎng)分的協(xié)同限制，表明養(yǎng)分供給不足是制約微生物活性及生態(tài)恢復(fù)效率的關(guān)鍵瓶頸。

圖3. 熱帶珊瑚島人工植被向原生植被恢復(fù)過(guò)程中土壤微生物、土壤理化性質(zhì)、養(yǎng)分限制情況及微生物網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵物種動(dòng)態(tài)變化概念圖。

基于研究結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)提出針對(duì)性優(yōu)化策略：植被構(gòu)建初期可接種耐鹽真菌菌劑，加速難分解碳的轉(zhuǎn)化，“搶抓”恢復(fù)時(shí)間;恢復(fù)后期，可采取“少量多次”方式補(bǔ)充易分解碳源，促進(jìn)細(xì)菌功能群落的建立;同時(shí)應(yīng)結(jié)合熱帶珊瑚島土壤高鈣低磷的特點(diǎn)，配施低劑量磷肥，精準(zhǔn)緩解“碳磷雙限制”，全面提升恢復(fù)效率。建議未來(lái)開(kāi)展更長(zhǎng)周期的監(jiān)測(cè)，評(píng)估不同恢復(fù)模式的可持續(xù)性，不斷完善熱帶珊瑚島生態(tài)恢復(fù)技術(shù)體系，為我國(guó)海島生態(tài)安全及全球脆弱生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。

相關(guān)研究成果近期發(fā)表在Soil Ecology Letters(《土壤生態(tài)學(xué)快報(bào)》)上，華南植物園恢復(fù)生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)吳文佳助理研究員為論文第一作者，劉占鋒研究員為通訊作者，研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然基金和廣東省自然基金等項(xiàng)目資助。