《Diversity》：Hydrological Gradients Dominate Spontaneous Herbaceous Plant Community Assembly in Urban River Corridors: Evidence from Six Rivers in Changchun, China
Luying Yue,
Qi Guo,
Xinyue Liang and
Yuandong Hu
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本推荐综述聚焦“渔光互补”模式下，光伏设施对盐田湿地生态系统的核心影响。研究通过2024年4月、7月和9月对天津典型盐田池塘的系统采样与高通量测序，系统揭示了光伏设施对沉积物微生物群落α多样性、β多样性、优势菌门/菌属构成及水体关键环境因子（温度、盐度、溶解氧）的调控作用。结果表明，光伏建设通过遮蔽效应改变了局部微环境，显著影响了微生物群落结构，但其对群落α多样性的直接影响被养殖物种类型所掩盖。这为评估“盐-渔-光”一体化模式的生态效应提供了微生物学视角的关键数据支持，对滨海湿地的可持续开发与生态管理具有重要参考价值。
1. 引言
盐田，又称盐沼或盐池，是兼具自然盐沼生态功能与人类活动影响的重要人工湿地。其中，池塘沉积物蕴藏着最密集、最多样的水生微生物群落，是生态系统的功能核心。在“双碳”目标推动下，整合太阳能发电与盐田生产的“渔光互补”模式在天津等地广泛应用。然而，大规模光伏设施建设通过遮蔽阳光、改变局部微气候、调控水分蒸发等方式，对盐田湿地生态系统产生了复杂影响。目前，关于光伏设施对盐田生态系统，特别是对初级生产者和关键环境因子影响的系统性野外研究仍很匮乏。本研究旨在阐明光伏干扰下，沉积物微生物群落的组成、多样性及优势类群的响应规律，揭示光伏建设对盐田湿地核心生态功能载体的影响机制。
2. 材料与方法
研究于2024年4月、7月和9月，在天津长芦海晶集团盐田区的四个典型池塘进行采样。将池塘1和池塘3划分为光伏区，池塘2和池塘4划分为非光伏区。在每个池塘的光伏区与非光伏区各设立6-9个采样点，使用重力取样钻采集0-10厘米沉积物核心样品。样品经无菌处理后，快速置于-80°C保存。后续提取样品总DNA，针对细菌16S rRNA基因V4区等靶标进行PCR扩增，并在Illumina平台上进行测序。利用QIIME 2流程对原始测序数据进行质控、去噪和聚类，获得扩增子序列变体。基于此，进行了Alpha多样性指数（香农-维纳指数、辛普森指数、Chao1指数）统计、Beta多样性分析（非度量多维尺度分析，NMDS）、门水平堆叠柱状图分析以及属水平物种丰度聚类热图分析。同时，记录了各采样点的水温、盐度和溶解氧数据。
3. 结果
3.1. Alpha多样性指数统计
分析表明，光伏设施的存在并未对微生物群落的Alpha多样性指数产生一致的负向或正向影响。例如，在4月和7月，配备光伏设施的南美白对虾养殖池塘（池塘3）的香农-维纳指数和Chao1指数均最高，表明其物种多样性和丰富度最丰富；而无光伏设施的卤虫养殖池塘（池塘4）的相应指数最低。然而，相同养殖类型但光伏设施状态不同的池塘（如池塘1与池塘4，池塘2与池塘3）之间，Alpha多样性指数均无显著差异。这表明，养殖物种类型（南美白对虾 vs. 卤虫）是驱动Alpha多样性差异的主要因素，其通过输入外源营养物（残饵、排泄物）影响微生物可利用资源，从而主导了多样性水平，而光伏设施的影响被此掩盖。
3.2. Beta多样性分析
非度量多维尺度分析结果清晰地展示了光伏设施对微生物群落组成模式的显著影响。在7月和9月的NMDS图中，光伏区样品（池塘1和池塘3）呈现出明显的聚集趋势，表明光伏设施的遮蔽作用使区域内微生物的物种和属组成趋于均质化。相比之下，非光伏区样品（池塘2和池塘4）则表现出较高的离散度，反映了在自然状态下微生物群落组成的空间异质性。这种光伏设施的调节作用具有时间稳定性，仅在4月个别光伏区采样点（如池塘1）出现偏差。
3.3. 门水平堆叠柱状图
门水平组成分析进一步印证了上述结论。在光伏区样品中，核心优势菌门（如4月的拟杆菌门、疣微菌门、脱硫杆菌门；7月和9月的变形菌门等）的相对丰度在组内变异较小，堆叠柱状图颜色组成高度一致，显示出群落结构的同质性。而非光伏区样品中，非优势类群（如放线菌门、绿弯菌门、螺旋体门等）的比例显著升高，在某些局部样品中超过15%，且堆叠柱状图颜色分散，优势类群比例波动大，体现了无光伏干扰下微生物群落的自然分异特征。
3.4. 属水平丰度聚类热图
属水平聚类热图分析揭示了采样站点与微生物属聚类关系的季节性变化。高丰度属的分布站点随时间变化，未发现持续高丰度的固定站点。在优势菌属方面，脱硫砖菌属是唯一在光伏区与非光伏区、横跨三个月均稳定存在的核心优势属。而其他优势属的分布则显著受到光伏建设的影响：例如，节螺藻属PCC-7345、脱硫杆菌属、未识别的海泥杆菌科菌属等在光伏区更为常见或为独有；而嗜盐厌氧菌属、Candidatus_Solibacter、硫碱螺旋菌-硫蠕菌属等则在非光伏区占优。脱硫砖菌属作为一种严格厌氧的硫酸盐还原菌，其持续存在证实了沉积物基质中维持着持续的厌氧微环境。
3.5. 水温、盐度与溶解氧
对环境因子的分析表明，光伏设施对水温无显著调节作用，但对盐度和溶解氧具有明显的季节性调控效应。光伏设施的遮蔽作用有效降低了盐田水体的表面蒸发速率，从而减缓了水体盐分的积累，平抑了盐度的季节波动幅度。对于溶解氧，光伏设施通过改变水生藻类的生长繁殖以及水-气界面气体交换效率，产生了季节依赖性的双重影响：在低温季节，遮蔽抑制藻类过度增殖，减少了藻类分解耗氧；在高温季节，则限制了藻类的光合产氧。
4. 讨论
本研究综合结果表明，在盐田湿地生态系统中，光伏设施并非微生物群落Alpha多样性的直接驱动因子，其影响被更强的生物因素（养殖活动）所掩盖。然而，光伏设施通过改变光照、微气候等环境条件，显著调控了微生物群落的Beta多样性（组成结构），促使光伏区微生物群落趋于同质化。在分类学上，光伏设施对微生物门和属的组成产生了选择性压力，例如富集了脱硫杆菌门等类群，并塑造了光伏区与非光伏区差异化的优势菌属组合。环境数据证实，光伏的生态效应主要通过调节盐度和溶解氧等关键水生环境因子来实现。其中，脱硫砖菌属的稳定存在，揭示了沉积物中完整的硫循环功能在光伏干扰下得以维持。这些发现表明，“渔光互补”模式中的光伏建设在改变局部生境的同时，并未损害盐田湿地核心的微生物驱动的地球化学循环功能，但其对微生物群落结构的长期生态效应需要结合养殖管理进行综合评估。
5. 结论
本研究阐明，在盐田“渔光互补”系统中，光伏设施对沉积物微生物群落α多样性的影响较弱，而养殖物种类型是主要驱动力。光伏设施的核心生态效应在于显著调节了微生物群落的β多样性，使群落组成趋于均质化，并选择性塑造了优势菌门（如脱硫杆菌门）和菌属（如光伏区富集节螺藻属PCC-7345）的分布格局。这一效应是通过光伏板遮蔽改变局部微环境（特别是调节水体盐度与溶解氧动态）来实现的。研究首次揭示了脱硫砖菌属作为核心功能菌在光伏干扰下的稳定性，指示了关键硫循环功能的维持。综上所述，光伏设施是盐田湿地微生物群落结构的重要调控因子，其效应具有季节稳定性和环境选择性。该研究为评估“盐-渔-光”一体化模式的生态可持续性提供了重要的微生物学证据，建议在未来规划与管理中关注光伏设施对湿地生态系统功能的长期、深层次影响。
