熱帶珊瑚島生態(tài)系統(tǒng)相對獨立且封閉，生境條件嚴酷，常受高溫、強光、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)結構簡單，自我調節(jié)能力弱，穩(wěn)定性較差。人工植被構建往往難以持久維持，易發(fā)生退化，植被恢復與生態(tài)功能提升面臨嚴峻挑戰(zhàn)。因此，如何有效保障該類生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與健康，促進具有自維持能力的近自然植物群落的構建與恢復，已成為推進我國海洋生態(tài)文明建設、維護海島生態(tài)安全中亟待突破的關鍵科學和技術問題。

中國科學院華南植物園恢復生態(tài)學團隊基于我國熱帶珊瑚島的植被長期觀測樣地，選取了草坪、防風固沙林、防護林、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)恢復的參照，綜合利用高通量測序、磷脂脂肪酸圖譜及共現網絡模型等技術，系統(tǒng)追蹤了植被恢復早期土壤微生物群落與土壤理化性質的動態(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(平均值 ± 標準誤)、養(yǎng)分限制情況和微生物群落結構(PCoA)與原生植被較。NF：原始林;GL：草坪;WBSF：防風固沙林;SB：防風林;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，盡管人工植被的構建顯著改善了土壤環(huán)境與養(yǎng)分條件，但在恢復早期(<2年)，其土壤肥力、微生物生物量、酶活性及生物多樣性等關鍵指標仍明顯落后于原生植被。不同人工植被類型的恢復效率存在明顯差異：草地和行道樹區(qū)域因實施灌溉、施肥等精細化管理，生態(tài)恢復速度顯著優(yōu)于防風固沙林和防護林等類型。

圖2. 熱帶珊瑚島不同類型人工植被土壤微生物共現網絡與原始林的比較。NF：原始林;GL：草坪;WBSF：防風固沙林;SB：防風林;PGS：公共綠地;RT：行道樹。

該研究的一個重要突破，在于首次揭示了土壤微生物在熱帶珊瑚島生態(tài)恢復過程中存在“分工協(xié)作”的規(guī)律：恢復初期，土壤真菌作為“先鋒部隊”，憑借其耐旱、耐鹽特性高效分解難降解有機質，為植物定植創(chuàng)造條件，并在穩(wěn)定微生物網絡結構中發(fā)揮核心作用;隨著恢復進程的推進，土壤細菌生物量逐漸增加，成為共現網絡中的“模塊樞紐”，通過促進碳、氮、磷等元素循環(huán)，承擔起維持生態(tài)系統(tǒng)長期功能與穩(wěn)定性的“主力軍”角色。此外，研究還發(fā)現，無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)恢復效率的關鍵瓶頸。

圖3. 熱帶珊瑚島人工植被向原生植被恢復過程中土壤微生物、土壤理化性質、養(yǎng)分限制情況及微生物網絡關鍵物種動態(tài)變化概念圖。

基于研究結果，研究團隊提出針對性優(yōu)化策略：植被構建初期可接種耐鹽真菌菌劑，加速難分解碳的轉化，“搶抓”恢復時間;恢復后期，可采取“少量多次”方式補充易分解碳源，促進細菌功能群落的建立;同時應結合熱帶珊瑚島土壤高鈣低磷的特點，配施低劑量磷肥，精準緩解“碳磷雙限制”，全面提升恢復效率。建議未來開展更長周期的監(jiān)測，評估不同恢復模式的可持續(xù)性，不斷完善熱帶珊瑚島生態(tài)恢復技術體系，為我國海島生態(tài)安全及全球脆弱生態(tài)系統(tǒng)的恢復實踐提供科學依據。

相關研究成果近期發(fā)表在Soil Ecology Letters(《土壤生態(tài)學快報》)上，華南植物園恢復生態(tài)學團隊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，研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然基金和廣東省自然基金等項目資助。