冰川上沉积物在高山环境中养分再分布中的作用：以俄罗斯高加索中部地区为例

《CATENA》：Role of supraglacial sediments in redistribution of nutrients at the alpine environment: a case study from the Central Caucasus, Russia

盐碱地水稻-螃蟹共培养系统中螃蟹生物扰动显著促进DNRA和氮固定，抑制硝化、反硝化和N?O排放，揭示螃蟹通过碳输入和微域氧化还原异质性调控氮循环的“螃蟹泵”机制，为可持续氮管理和减排提供新策略。

　　在面对全球土壤盐碱化问题时，科学家们正致力于寻找能够改善土壤质量并减少环境负担的生态解决方案。其中，稻蟹共作系统作为一种创新的农业模式，因其在提升土地利用效率、减少化学肥料依赖以及提高农民收益等方面的潜力，引起了广泛关注。然而，这种系统在盐碱环境中如何影响氮循环和温室气体排放，尚缺乏深入研究。本研究聚焦于中国吉林省大安市的盐碱稻田，探讨了中华绒螯蟹（*Eriocheir sinensis*）在不同 stocking densities（ stocking densities 为 60.70 和 91.05 kg crab ha?1）条件下对沉积物微生物群落和氮循环速率的影响。通过整合同位素标记、宏基因组测序和共现网络分析等方法，研究揭示了蟹对氮循环路径的调控机制，为实现盐碱地的可持续农业管理提供了新的视角。

盐碱土壤中的氮损失和氧化亚氮（N?O）排放问题一直是农业生态学研究的重点。在自然环境中，蟹的生物扰动（bioturbation）通过挖掘、翻动沉积物和排泄行为，改变了沉积物的物理化学特性，从而影响了氮的转化过程。在本研究中，蟹的生物扰动不仅显著提高了沉积物中铵（NH??）的浓度，还降低了硝酸盐（NO??）和亚硝酸盐（NO??）的含量。这些变化为微生物群落的适应提供了有利条件，促进了氮固定和氮保留过程，同时抑制了氮损失和N?O的产生。研究发现，随着蟹密度的增加，氮循环中的关键功能基因（如与硝化作用相关的*amoA*、与反硝化作用相关的*narG-nirS*、与N?O还原相关的*nosZ*，以及与氮固定相关的*nifH*）的丰度呈现出显著的变化趋势。具体而言，氮固定和氮保留相关基因的丰度显著增加，而硝化和反硝化相关的基因丰度则明显减少。

研究还发现，蟹的生物扰动通过创造异质的微环境，促进了不同微生物群落的生长和活动。例如，在高密度蟹养殖条件下，*Sulfurospirillum*和*Thermodesulfobacteriota*等微生物的丰度显著增加，这些微生物在氮保留过程中发挥了重要作用。此外，蟹的活动改变了沉积物中的氧浓度，增加了可溶性有机碳（DOC）的释放，为微生物提供了丰富的能量来源。这种碳氮循环的耦合效应，使得沉积物中的氮转化路径从氮损失转向氮保留，形成了所谓的“蟹泵”机制。这一机制通过蟹的持续生物扰动，实现了碳和氮的同步转化，从而在盐碱环境中增强了氮的固定和保留能力，同时降低了N?O的排放。

研究结果表明，蟹的生物扰动在盐碱稻田中具有显著的生态效益。高密度蟹养殖不仅提高了沉积物的氮保留量，还显著降低了N?O的排放。根据实验数据，高密度蟹养殖（91.05 kg crab ha?1）可使表层沉积物（0–5 cm）的氮保留量增加至514.4 kg N ha?1，接近甚至超过传统农业中所需的氮肥施用量（270 kg N ha?1）。这意味着，在盐碱稻田中，通过优化蟹的养殖密度，可以实现对氮的高效管理，提高稻田的生产力，同时减少对环境的负面影响。此外，蟹的活动还可能通过改变沉积物的物理化学条件，抑制某些高排放的氮转化过程，如硝化和反硝化作用，从而进一步降低N?O的排放。

尽管研究结果具有重要的理论和实践意义，但实验方法仍存在一定的局限性。例如，使用同位素标记的悬浮液培养法虽然能够较为准确地测定氮转化的潜力，但其过程可能会导致沉积物内部的化学梯度被破坏，从而影响微生物的自然活动状态。此外，实验中加入的样品水可能会稀释沉积物中的孔隙水，进而干扰微生物与沉积物之间的相互作用。因此，研究结果反映的是潜在的氮转化速率，而非实际的田间氮循环过程。为了更准确地评估田间氮转化的实际情况，未来的研究应考虑使用更接近自然条件的实验方法，如完整柱状体培养法，并增加采样点的数量，以更全面地了解沉积物的性质和氮转化的动态变化。

总的来说，蟹在盐碱稻田中的作用不仅限于提高稻田的生产力，还可能通过其生物扰动行为，改善土壤的氮循环，减少氮的损失和温室气体的排放。这一发现为盐碱地的可持续农业管理提供了新的思路，即通过引入生态友好的生物因子，如蟹，来实现对土壤氮循环的调控。未来的研究应进一步探讨蟹与其他生物因子之间的相互作用，以及不同环境条件下蟹对氮循环的影响，以期为盐碱地的生态修复和农业可持续发展提供更加全面的科学依据。