《Diversity》：Research on the Impact of Biodiversity in Tea Plantations on Tea Quality
Qi Wu,
Tiantian Wang,
Jimei Cui,
Yutong Wang,
Lin Zhao,
Yangnan Zhao,
Xi Wu,
Jiaqi Wang and
Zhenyu Yun
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本文以天津长芦海晶集团盐田区为研究对象，系统揭示了“盐-光-渔”互补模式下光伏（PV）设施对盐田池沉积物微生物群落结构、多样性及关键环境因子（盐度、溶解氧）的调控效应。研究表明，光伏建设未显著改变微生物Alpha多样性（如Shannon-Wiener指数），但通过遮蔽作用调节水体盐度与溶解氧季节性波动，并驱动微生物群落组成在属水平上趋向均质化（如NMDS分析显示PV区样品聚集）。核心优势菌属如Desulfotignum在PV与非PV区稳定存在，而Arthrospira PCC-7345等菌属分布则显著受PV设施影响。研究进一步指出，南美白对虾（Penaeus vannamei）养殖区因外源营养输入提升了微生物多样性，凸显了水产类型对微生物群落的主导作用。本研究为滨海盐田区“光伏+养殖”模式的生态评估与优化提供了科学依据。
在推进“双碳”目标的背景下，“盐-光-渔”互补模式在天津滨海盐田区得到广泛应用。然而，大规模光伏（PV）设施的建设通过遮挡阳光、改变局部微气候、调控水分蒸发等方式，对具有独特生态价值的盐田湿地生态系统产生复杂影响。目前，关于PV设施对盐田生态系统，尤其是对初级生产者及关键环境因子的综合影响的系统性野外研究仍较为缺乏。本研究于2024年4月、7月和9月，在天津盐田区的四个典型池塘采集了沉积物样品，旨在阐明PV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PV建设对盐田湿地核心生态功能载体的影响机制。
研究区域与方法方面，选择了天津长芦海晶集团有限公司盐田区的四个典型池塘作为研究对象。将池塘1和池塘4设为一组对照（均为卤虫养殖区，但池塘1有PV设施，池塘4无），池塘2和池塘3为另一组对照（均为南美白对虾养殖区，但池塘3有PV设施，池塘2无）。在每个池塘的PV区与非PV区布设采样点，使用重力取样器等设备严格按照微生物研究规范采集0-10厘米沉积物岩芯样品，并进行无菌处理与保存。后续通过16S rRNA基因V4区等引物进行PCR扩增，在Illumina平台上进行测序。利用QIIME2流程对原始数据进行质控、去噪和聚类，获得Amplicon Sequence Variants（ASVs），并进行物种注释。数据分析包括Alpha多样性指数（Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Chao1指数）统计、Beta多样性分析（非度量多维尺度分析，NMDS）、门水平物种相对丰度堆叠柱状图以及属水平物种丰度聚类热图绘制。
在Alpha多样性指数分析中发现，PV设施的存在并未对微生物群落的Alpha多样性指数（Shannon-Wiener、Simpson、Chao1）产生一致的负向影响。相反，物种多样性最丰富的区域出现在装有PV设施的池塘3（南美白对虾养殖区），而多样性最低的区域出现在未安装PV设施的池塘4（卤虫养殖区）。这表明，影响物种多样性的主要因素与PV建设无关，而水产养殖类型（南美白对虾与卤虫）对微生物多样性的影响更为显著。南美白对虾养殖过程中产生的大量残饵和排泄物为异养微生物提供了充足的能量，从而支持了更多物种的生存与繁衍。相比之下，依赖天然饵料的卤虫养殖区外源有机质输入有限，只能满足少数耐贫营养微生物（如一些极端嗜盐古菌）的生存需求，因此其微生物群落多样性显著较低。
Beta多样性分析（非度量多维尺度分析，NMDS）结果显示，PV设施对物种和属的群落组成模式产生了显著影响。在4月、7月和9月的NMDS排序图中，PV设施区（池塘1和池塘3）的样品在属水平上呈现出明显的聚集趋势，表明PV设施的存在倾向于使微生物群落的物种和属组成均质化。例如，7月的NMDS图（应力值0.069）显示PV区样品聚集明显。相反，非PV区（池塘2和池塘4）的样品则相对分散，表明在没有PV设施干扰的情况下，各采样点间的物种和属组成差异更大。这种PV设施的调控作用表现出一定的稳定性，仅在少数采样点（如池塘1在4月）出现偏差。
通过门水平物种相对丰度堆叠柱状图分析，可以直观地看到PV区与非PV区在优势菌门组成上的差异。在PV设施区（池塘1和池塘3），微生物群落主要由少数核心优势菌门主导，如Bacteroidota、Verrucomicrobiota、Desulfobacterota（4月）或Proteobacteria（7月）等，且其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。这验证了PV设施对微生物群落组成的调节作用。与之形成鲜明对比的是，在非PV区（池塘2和池塘4），非优势类群（如Actinobacteriota、Chloroflexota、Spirochaetota等）的比例显著升高，在局部样品中占比超过15%-18%，且堆叠柱状图颜色分散，反映了无PV干扰下微生物群落的自然分异特征。
属水平物种丰度聚类热图分析进一步揭示了微生物属分布的时空动态。通过对4月（23个站点，52个属）、7月（20个站点，35个属）和9月（27个站点，35个属）的数据进行层次聚类发现，站点聚类关系及微生物属的数量存在明显的季节性差异。7月环境差异加剧，群落分异最为显著；9月气候温和，分异程度相对减弱。高丰度属的分布站点在月份间不固定且不均匀，例如4月在站点3-4（8个高丰度属），7月在站点4-6（7个高丰度属），9月在站点1-2（6个高丰度属）。在优势属方面，Desulfotignum是唯一在PV区与非PV区、跨三个月份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PV建设的影响，例如Arthrospira PCC-7345主要出现在PV区（4月和9月），Sulfurovum则在非PV区（7月和9月）更为常见。unidentified_Marinilabiliaceae在两类区域均有分布，但丰度存在差异，显示了其对不同环境条件的适应性。
对水温、盐度和溶解氧等关键环境因子的监测数据显示，PV设施对盐田水体温度无统计意义上的显著影响，但对水体的盐度和溶解氧（DO）浓度产生了明显的调节作用。这种调节作用主要源于光伏板的遮蔽效应。具体而言，PV遮蔽有效降低了盐田水体的表面蒸发速率，从而减缓了水中盐分的积累，并进一步平抑了盐度的季节性波动幅度。对于溶解氧，PV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，引发明显的季节性差异。在低温季节，PV遮蔽抑制藻类过度增殖，减少了藻类分解过程的耗氧；在高温时期，则限制了藻类的光合产氧，对DO水平产生了依季节而异的双重效应。这种调控并非恒定，还受到气候因素（如太阳辐射、环境温度）季节性变化以及降水径流、水体交换强度等局地水文条件的综合影响。
综上所述，本研究的核心结论是：PV设施的建设并未直接驱动微生物Alpha多样性的变化，其影响更多体现在通过改变光照、微气候等环境因子，对微生物群落结构（Beta多样性）和组成（门、属水平）进行“选择性过滤”，使其趋向均质化。与此同时，水产养殖类型（尤其是南美白对虾养殖带来的外源营养输入）是塑造沉积物微生物Alpha多样性的主导因素。南美白对虾养殖区（如池塘3）因残饵和排泄物输入，为微生物提供了丰富的营养基底，从而维持了更高的群落多样性。PV设施通过调节盐度、溶解氧等关键环境因子，间接影响了沉积物微生态系统的稳定性，并可能由此调控对虾的生长环境。研究揭示了盐田“光-渔”复合生态系统中，微生物群落与养殖活动、PV设施及环境因子之间复杂的互作网络，为该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。未来需结合长期监测，进一步探究微生物功能基因与对虾生长性能之间的定量关系。
