《Diversity》：Plant Diversity and Structural Patterns in Stanului Forest, Gem?rt?lui Valley, Romania
Liviu Cristian M?r?cineanu and
Florin Daniel Stamin
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这篇研究性论文以“渔光互补”背景下的天津盐田为对象，首次系统探究了光伏（PV）设施建设对盐田湿地这一敏感生态系统沉积物微生物群落的综合影响。通过对比有/无PV区域的Alpha多样性、Beta多样性（NMDS）及门/属水平群落结构，并结合水温、盐度、溶解氧等环境因子分析，揭示了PV设施通过选择性过滤（如促进Desulfotignum等核心菌属稳定）和调节关键环境因子（如减缓盐度季节性波动），显著改变了微生物群落组成模式，但对Alpha多样性无显著影响。该研究为评估“盐-渔-光”复合模式的生态效应及可持续管理提供了重要数据支撑。
1. 引言
盐田（亦称盐沼或盐池）是兼具自然湿地生态功能与人类活动影响的重要人工湿地。盐田生态系统内栖息着多样的生物群落，其中沉积物蕴藏着最密集、最多样的水生微生物群落，是系统物质循环与能量流动的核心。在“双碳”目标推动下，结合光伏发电与盐业/水产养殖的“渔光互补”模式在天津等地广泛应用。然而，大规模光伏设施通过遮挡阳光、改变局地小气候、调节蒸发等方式，对盐田湿地生态系统产生复杂影响。目前，关于光伏设施对盐田生态系统，特别是对初级生产者（微生物）及关键环境因子的综合效应，仍缺乏系统的野外实证研究。因此，本研究聚焦于天津盐田典型池塘沉积物中的微生物群落变化，旨在阐明在光伏设施扰动下，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的4个典型池塘进行采样。将4个池塘分为两组：光伏（PV）设施区（1号池和3号池）与非光伏区（2号池和4号池）。样品采集严格遵循无菌操作规范，使用重力取芯器采集0-10 cm沉积物。样品经DNA提取、PCR扩增（针对16S rRNA基因V4区等）后，在Illumina平台上进行高通量测序。原始数据经质控、去噪、聚类后，获得扩增子序列变异体（ASV）。数据分析包括：计算Alpha多样性指数（Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Chao1指数）；进行Beta多样性分析，采用非度量多维尺度法（NMDS）并基于UniFrac距离进行排序；绘制门水平物种相对丰度堆叠柱状图；绘制属水平物种丰度聚类热图。同时，记录各采样点的水温、盐度、溶解氧（DO）数据。
3. 结果
3.1. Alpha多样性指数统计
分析显示，光伏设施的存在并未对微生物群落的Alpha多样性产生一致的负面或正面影响。在三个采样月份中，Alpha多样性指数（Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Chao1指数）在有PV区与无PV区间均无显著相关性（p > 0.05）。整体模式上，凡纳滨对虾（Penaeus vannamei）养殖且有PV的3号池物种多样性最丰富，而卤虫（Brine shrimp）养殖且无PV的4号池多样性最低。这表明，影响Alpha多样性的主要因素是水产养殖种类（通过其带来的外源营养输入差异），而非光伏设施本身。对比相同养殖种类、不同PV状态的池塘（如1号池与4号池，2号池与3号池），其Alpha多样性指数也无显著差异。
3.2. Beta多样性分析（非度量多维尺度，NMDS）
NMDS分析（应力值Stress < 0.2）清晰地揭示了光伏设施对微生物群落组成模式的显著影响。在4月、7月和9月的NMDS排序图中，光伏设施区（1号池和3号池）的样品点在二维空间中呈现出明显的聚集趋势，表明PV区域内的物种和属水平群落结构具有较高的一致性。相反，非光伏区（2号池和4号池）的样品点则表现出高度分散的状态，群落内部组成差异较大。这种由光伏设施导致的群落组成“均质化”效应具有时间上的稳定性（仅4月份1号池样品稍有离散）。结果证实，光伏设施的存在显著改变了物种和属水平的群落组成格局。
3.3. 门水平堆叠柱状图
门水平分析进一步验证了光伏设施的调控作用。在光伏设施区，不同时期的样品中核心优势菌门（如4月的Bacteroidota、Verrucomicrobiota、Desulfobacterota，7月的Proteobacteria，9月的Proteobacteria、Cyanobacteria、Bacteroidota）的相对丰度在组内变异较小（<8%），堆叠柱状图颜色组成高度一致，反映出群落结构的同质性。而在非光伏区，不仅优势菌门的相对丰度在不同样品间波动剧烈，而且非优势类群（如Actinobacteriota、Chloroflexota、Spirochaetota等）的比例显著升高，局部样本中占比超过15%，堆叠图呈现高度分散的颜色组成，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
属水平物种丰度聚类热图分析显示，采样站点与微生物属的聚类关系存在明显的季节性差异。高丰度属的分布在不同月份集中于不同的站点，且分布不均。在优势属组成上，光伏区与非光伏区既有共有类群，也存在特有种。值得注意的是，Desulfotignum是唯一在光伏区与非光伏区、三个采样月份中都稳定存在的核心优势属，表明其适应能力极强，且暗示沉积物中维持着持续的厌氧微环境。而其他优势属（如光伏区的Desulfobacter、ArthrospiraPCC-7345，非光伏区的Sulfurovum等）的分布则显著受到光伏建设的影响，呈现出栖息地特异性。
3.5. 水温、盐度与溶解氧
对环境因子的分析表明，光伏设施对盐田水体的水温无显著调控作用，但对盐度和溶解氧（DO）产生了明显的季节性影响。光伏设施的遮荫效应有效减缓了水体表面蒸发，从而延缓了盐分累积，使得光伏区的盐度季节性波动幅度小于非光伏区。对于溶解氧，光伏设施通过遮荫间接影响了藻类的生长繁殖与水气交换效率，产生了季节依赖性的双重效应：在低温季节，抑制藻类过度增殖，减少了其分解耗氧；在高温季节，则限制了藻类的光合产氧。
4. 讨论与结论
本研究的核心发现是，在天津盐田生态系统中，光伏（PV）设施的建设并未对沉积物微生物群落的Alpha多样性产生直接、一致的驱动影响。微生物多样性的主要差异源于不同水产养殖种类（凡纳滨对虾 vs. 卤虫）所引入的外源营养水平差异。凡纳滨对虾养殖池中残留饵料和排泄物提供了丰富的有机质，支持了更高的微生物多样性和丰富度。
然而，光伏设施通过改变光照、微气候等环境条件，对微生物群落的组成结构（Beta多样性）产生了显著且稳定的“过滤”与“均质化”效应。这种效应在NMDS分析和门/属水平群落结构上得到一致体现：光伏区微生物群落结构更趋同质，核心优势类群稳定；而非光伏区则保持了更高的空间异质性和自然分异特征。严格厌氧的硫酸盐还原菌Desulfotignum在所有区域和季节的稳定存在，证实了沉积物中持续的厌氧微环境及完整的硫循环功能。
此外，光伏设施通过遮荫调节了盐度波动和溶解氧的季节动态，这种对环境因子的选择性调控，进一步影响了如Desulfobacterota等特定微生物类群的丰度，并可能间接关联到凡纳滨对虾的生长环境。
综上所述，盐田沉积物微生物群落与凡纳滨对虾生产潜力之间存在潜在关联，这种关联共同受到光伏设施的选择性过滤、养殖活动营养输入、季节性动态以及水体理化因子的协同驱动。本研究首次系统评估了光伏设施对盐田湿地沉积物微生物生态的复杂影响，为“盐-渔-光”互补模式的生态可持续性评估与优化管理提供了重要的科学依据。未来需开展长期监测，并深入探究功能基因与对虾生长之间的定量关系，以推动沿海生态养殖的可持续发展。
