海岸带森林-湿地过渡区土壤反硝化热点效应及其氮循环调控机制

针对海平面上升导致海岸带森林向湿地转化过程中氮循环路径不明的问题，研究人员通过15N标记实验量化了四种典型过渡带土壤的反硝化(Denitrification)和硝酸盐异化还原成铵(DNRA)速率，发现过渡区因干湿交替形成反硝化热点(0.011-26 nmol N g?1 hr?1)，揭示了土壤有机质与H2S协同调控氮去除效率的机制，为预测海岸带生态系统功能演变提供理论依据。

　　

随着全球海平面持续上升，海岸带正经历着前所未有的生态重构——茂密的沿海森林逐渐被潮汐湿地蚕食。这场静默的"蓝色入侵"背后，隐藏着土壤微生物王国的剧烈动荡：周期性海水浸泡带来的盐分入侵与干湿交替，彻底重塑了土壤的氧化还原格局。然而，在这种动态过渡带中，关乎水体富营养化与温室气体排放的关键过程——氮循环路径如何演变，却始终是生态学家难以破解的"黑箱"。

美国史密森尼环境研究中心(Smithsonian Environmental Research Center)的Stephanie J. Wilson和J. Patrick Megonigal领衔的研究团队，在《Soil Security》发表的研究给出了突破性答案。他们以切萨皮克湾四种典型海岸带过渡区为天然实验室，通过创新性的空间换时间研究策略，首次揭示了森林-湿地转化过程中氮素转化的"热点效应"及其调控机制。

研究采用¹⁵N同位素标记技术量化潜在反硝化(Denitrification)和硝酸盐异化还原成铵(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium, DNRA)速率，结合土壤理化性质分析（有机质含量、H₂S浓度等），系统评估了不同水文情势下氮循环路径的转变特征。所有样本均来自COMPASS-FME项目建立的四个典型梯度样带，涵盖淡水至多盐度(20 psu)环境。

硝酸盐还原路径的空间分异
数据表明过渡带土壤呈现显著的反硝化热点效应，速率(0.011-26 nmol N g^?1 hr^?1)显著高于相邻高地土壤(p<0.05)。这种"生态断层"上的微生物活动高峰，源于干湿交替创造的独特微环境：干燥期好氧条件促进硝化作用积累NO₃^?，湿润期厌氧环境则激活反硝化菌群。相比之下，DNRA速率(?0.30-5.6 nmol N g^?1 hr^?1)整体较低且无规律性分布。

关键环境驱动因子
土壤湿度与有机质含量构成反硝化速率的主控因素，二者通过调节微生物活性与电子供体有效性发挥作用。值得注意的是，当H₂S浓度超过阈值时，DNRA开始与反硝化竞争底物，导致成熟湿地反硝化效率降低。这种硫-氮耦合作用在盐度较高区域尤为显著，印证了"硫抑制假说"。

生态过渡带的特殊地位
研究发现传统稳态生态系统模型无法解释过渡带的氮循环特征。作为"活跃反应界面"，这些区域兼具森林土壤的高碳储量和湿地的周期性缺氧特征，创造了独特的生物地球化学条件。其反硝化贡献可达总NO₃^?还原量的70%以上，成为海岸带氮移除的关键"过滤器"。

这项研究从根本上改变了人们对海岸带氮循环的认知：不是简单的"森林模式"与"湿地模式"的线性叠加，而是存在具有独立特征的生态过渡带。这些发现为预测海平面上升情景下的氮素归趋提供了新框架，特别是指出过渡带在缓解近海富营养化方面的特殊生态功能。随着气候变化的加剧，这类动态界面的微生物过程将在全球氮预算中扮演越来越重要的角色，相关机制研究将成为海岸带管理的科学基石。