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红树林生态系统是地球上最特殊的生态系统之一,同时也是地球上生物地球化学活动最频繁的地区。红树林有着极丰富的生物和微生物资源,有极高的生产力和丰富的生态功能。它也是氮、碳、硫等元素最重要的汇,在这些元素的生物地球化学循环中扮演不可忽视的角色。其中氮素是红树林生产力的限制元素,氮循环是红树林生态系统中最重要的循环之一。而氮循环是由微生物介导驱动的,微生物参与包括硝化、反硝化、固氮、厌氧氨氧化等一系列重要的氮循环过程。而近几十年由于人类活动如燃料燃烧、施用氮肥等的影响,导致人为的氮输入不断增加,其中大多数都由径流等方式输入进入红树林等湿地生态系统,对红树林生态的稳定带来了严重的威胁,因此红树林的氮循环过程备受国内外学者的关注。对红树林围垦的养殖鱼塘进行退塘还林工作,是目前重要的修复手段。修复过程中红树林植被的生长变化受到高度关注,而对氮循环关键速率以及微生物群落结构变化特征及其引起变化的主要环境因子的研究鲜有报道。因此有必要对红树林退还过程中不同生境红树林的沉积物氮循环关键速率以及微生物群落结构特征展开研究,并探究与环境因子的互作关系,以便更好地了解红树林退还过程中沉积物各项特征的变化,为红树林修复提供理论基础。本研究选取文昌市丹场村(19.62°N,110.81°E)的原生红树林湿地、红树林修复区以及退养鱼塘区域(下文称为原生区、修复区、鱼塘区),分别在旱季(3月)和雨季(8月)采集10-25cm深度的沉积物样品,测定沉积物的理化因子,使用Illumina Miseq高通量测序等方法测定分析了其微生物(细菌)群落结构,采用15N同位素示踪技术测定检测沉积物的反硝化和厌氧氨氧化速率,以揭示红树林修复过程中不同生境红树林氮循环速率和细菌群落结构的变化特征及环境影响因子,以期为红树林退还修复提供科学依据,为红树林生态系统保护提供基础数据。本研究的主要结果如下:(1)不同生境红树林沉积物环境因子存在生境和季节变化。其中除TOC以外,所测环境因子为温度、p H、盐度、TOC、硝氮、氨氮,在不同生境中均存在显著的季节差异,多数环境因子表现为雨季高于旱季。不同季节的环境因子均存在显著的生境差异,其中温度、盐度、TOC以及硝氮的分布差异表现为原生区>修复区>鱼塘区,p H的生境差异规律为原生区>鱼塘区>修复区,氨氮在雨季的分布差异为修复区>原生区和鱼塘区。(2)反硝化和厌氧氨氧化速率存在生境和季节分布差异且两者均在旱季修复区最高,反硝化速率为14.39 nmol·N·g-1·h-1、厌氧氨氧化速率为0.52 nmol·N·g-1·h-1。旱季的反硝化和厌氧氨氧化速率存在显著的生境差异,表现为修复区>鱼塘区>原生区,其中修复区显著高于原生区。反硝化速率在相同生境没有明显的季节性差异,而原生区厌氧氨氧化速率季节差异明显,雨季显著高于旱季;修复区和鱼塘区的厌氧氨氧化速率则没有明显的季节差异。Spearman分析显示所测沉积物理化因子与反硝化于厌氧氨氧化速率存在明显的相关性,其中温度和硝氮含量可能是影响红树林脱氮速率的关键因素。(3)分析了不同生境沉积物的细菌群落多样性,共鉴定出83个门、243个纲、572个目、915个科、1688个属、3421个种的细菌。不同采样点细菌多样性存在生境差异,原生区细菌丰富度和多样性要高于修复区和鱼塘区。门水平占比前五细菌群落分别为绿湾菌门(Chloroflexi)占比19.78%、脱硫杆菌门(Desulfobacterota)占比16.03%、变形菌门(Proteobacteria)占比10.29%、放线菌门(Actinobacteria)7.20%、厚壁菌门(Firmicutes)占比6.25%。(4)针对沉积物细菌α-多样性指数进行分析发现,季节变化对细菌群落结构产生了明显影响(P<0.05):雨季细菌丰富度和多样性均高于旱季,修复区的细菌多样性最高。多种分析证明不同生境的微生物群落结构存在差异,三元相图分析表明:放线菌纲(Actinobacteria)在修复区占有更大权重,γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)在原生区所占权重最大,而绿弯菌门(Anaerolineae)和脱硫菌纲(Desulfobaccia)在鱼塘区所占权重就远大于原生区和修复区。Heatmap分析表明,沉积物p H、盐度、硝氮和氨氮均与不同门类的微生物群落结构存在显著的相关性(P<0.05),其中p H可能是调控细菌群落结构的最关键因素。(5)网络分析揭示雨季细菌群落比旱季细菌群落的互作更加频繁、关系更加紧密。三个生境中修复区和鱼塘区的细菌互作最多,原生区和鱼塘区的细菌互作最少。有更多的细菌类群参与反硝化过程的调控(酸杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门等与反硝化有着明显的正相关关系),较少细菌参与厌氧氨氧化过程的调控。反硝化和厌氧氨氧化速率在本研究中呈现较为稳定的耦合关系。