人工截弯取直潮汐河道中盐度通过上行-下行效应调控多营养级微生物介导的养分循环

针对人工截弯取直工程对潮汐河道生态功能的潜在影响，研究人员通过环境DNA（eDNA）技术解析了多营养级微生物群落（细菌-原生生物-藻类）的响应机制。发现盐度作为关键驱动因子，通过增强原生生物对异养细菌的捕食（top-down）和促进功能类群（如Comamonadaceae）增殖（bottom-up），在生物多样性下降背景下仍使水体养分循环潜力提升2.91倍。该研究为人工改造河道的生态管理提供了理论依据。

　　

潮汐河道的蜿蜒形态本是自然演化的结果，但近年来为应对气候变化引发的洪涝风险，人工截弯取直工程在河口地区广泛实施。这种工程虽能提升泄洪效率，却可能通过改变水文动力学特征（如流速、盐度梯度）重塑微生物栖息环境。更令人担忧的是，目前对这类工程如何影响微生物介导的养分循环——这一维系河口生态系统健康的核心功能——仍缺乏系统认知。特别是在生物多样性普遍下降的背景下，理解环境因子如何调控微生物群落结构与功能的关系，成为生态修复策略优化的关键科学问题。

针对这一知识空白，由国家重点研发计划资助的研究团队在福建木兰溪下游开展了一项创新性研究。该区域通过人工截直将原16公里潮汐河道缩短至8.64公里，为研究提供了天然实验场。研究人员采用环境DNA（eDNA）宏条形码技术，结合水体理化参数监测，系统比较了弯曲段与直段的多营养级微生物（包括细菌、真核藻类和原生生物）群落特征及其养分循环功能潜力。

关键技术方法包括：1）基于18S rRNA和16S rRNA基因的高通量测序解析微生物群落结构；2）FAPROTAX功能预测模型量化养分循环潜力；3）结构方程模型（SEM）解析盐度-生物多样性-功能的级联效应；4）稳定同位素示踪技术测定营养级转移效率。样本来源于木兰溪下游人工直段与自然弯曲段的对比采样。

研究结果

1. 物理化学指标变化
直段河道表现出显著更高的盐度（平均提升40%）、流速（增加2.3倍）和浊度，但溶解氧（DO）和pH值低于弯曲段。硝酸盐（NO₃
^-
-N）在直段富集，而铵盐（NH₄
⁺
-N）和总磷（TP）呈现相反趋势。

2. 多营养级微生物群落对人工截弯的响应
α多样性指数显示所有营养级微生物（细菌、藻类、原生生物）在直段均下降15-22%。但群落结构发生显著重构：异养细菌中Comamonadaceae相对丰度增加1.8倍，而光合藻门（如硅藻）减少35%。原生生物中纤毛虫占比提升，暗示捕食压力增强。

3. 盐度的双重调控机制
盐度通过两种途径维持养分循环功能：

• 下行控制：增强原生生物对异养细菌的捕食效率（营养级转移效率提升17%），加速有机质矿化；
• 上行控制：强化环境选择压力，使功能类群（如反硝化菌Rhodocyclaceae）占比提升，尽管总体细菌多样性降低。

4. 养分循环潜力变化
直段河道虽丧失28%的微生物物种，但氮循环（特别是反硝化）相关基因丰度增加2.1倍，整体养分循环潜力提升2.91倍。结构方程模型证实盐度是驱动这一"高功能-低多样性"现象的核心因子（解释度达62%）。

结论与意义
该研究首次揭示人工河道改造可通过盐度梯度重构微生物食物网，在生物多样性损失背景下仍维持甚至增强养分循环功能。这一发现挑战了传统"生物多样性必然促进生态系统功能"的认知，表明在强环境选择（如高盐）条件下，功能类群的定向富集可补偿多样性损失。实践层面，研究建议河口生态修复应重视盐度调控：在截直河道中适当引入海水入侵可能通过激发原生生物捕食链（top-down）和选择功能微生物（bottom-up）来优化养分去除。论文发表于《Water Research》，为全球中小型半日潮河口的可持续管理提供了科学范式。