亚林所研究团队破译森林涵养水源净化水质作用“密码”

　　近日，亚林所生态修复研究团队在《Environmental Research》（JCR Q1，IF=7.7）发表题为《Microbial-driven nitrogen retention in optimized shelter forests: A solution for agricultural non-point source pollution control（在结构优化的防护林中微生物驱动氮固持--控制农业面源污染的一种解决方案）》的研究论文，从土壤微生物角度探究了水源涵养林对控制土壤氮素流失、净化水质的作用机制。
　　根据《第二次全国污染源普查公报》，我国水污染物年排放量中氨氮达96.34万吨，总氮达304.14万吨，氮素污染对我国水污染的贡献率为81%，是我国最主要的水体污染物。这些氮素污染物进入水体不可避免的会引起水体富营养化，破坏流域水生生态系统，危及居民饮用水安全。长江三角洲地区（长三角地区）是我国东部经济最发达的地区之一，太湖位于长三角地区中部，是该地区最重要的水源地。然而太湖流域水污染问题不容乐观。2008年太湖曾发生蓝藻爆发，引发举国关注的水污染事件，其根本原因是水中的氮素含量升高。因此，在水源地如何控制水土流失、减少氮磷等营养物质对水体的输入就成为控制面源污染、改善水质的关键。实践证明，水源涵养林是改善水质的一项有效措施。但是，有关水源涵养林减少氮磷流失、改善水质的作用机理尚不明确。
　　基于此，亚林所生态修复研究组以太湖水源地之一浙江安吉县西苕溪流域为研究区，通过建立不同类型的水源涵养林（毛竹纯林、毛竹披针叶茴香混交林和毛竹紫穗槐混交林；如图1，图2），基于氮磷迁移“源头-过程-终端”的实际发生过程，贯彻“山水林田湖生命共同体”这一理念，从氮磷污染物产生的源头出发，立足土壤“物理-化学-微生物”耦合视角，探究了水源地氮磷流失特征、水库集水过程中污染物浓度变化，揭示了水源涵养林的作用机理。
　　研究结果表明，通过调整、优化水源涵养林结构，土壤中慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）的相对丰度提高（从1.51%至3.73%），固氮作用增强，土壤中氮素含量升高，并进一步促进土壤中木霉菌（Trichoderma）的生长（相对丰度由0.62%增加到1.68%），土壤有效磷含量提高了155.64%，一定程度上降低了CandidatusNitrosotalea的相对丰度（由0.44%减少为0.0018%）。Ca. Nitrosotalea作为一种氨氧化古菌，能够参与土壤硝化作用在内的多种氮循环过程。其相对丰度降低，一定程度上在细菌层面抑制了土壤硝化作用，有助于减少硝态氮（氮素流失的主要形态）的产生，水源地氮素流失降低38.16%。与纯林相比，优化后的林内微生物群落结构发生了显著变化，同时土壤全氮和硝态氮损失分别减少62.48% ~ 71.45%和31.78% ~ 64.61%。偏最小二乘路径模型显示，林分结构优化可通过直接路径（-0.2038）和间接路径（-0.4603）降低土壤氮素流失（图3），其中微生物群落在其中起着至关重要的中介作用；同时，发现了水源涵养林调控氮素流失的潜在路径（图4）。
　　亚林所已毕业博士生王荣嘉（现就职于浙江农林大学）为论文第一作者，张建锋研究员为通讯作者。自2008年开始，亚林所生态修复研究组率先开展水源地面源污染生态治理研究，17年间，重点针对长三角地区水土流失型面源污染，发现了水源地污染物迁移驱动力的“真相”，提出了水土流失型面源污染林业生态修复主要技术措施，在面源污染生态治理研究方面取得丰硕成果。在浙江安吉赋石水库、绍兴汤浦水库、温州珊溪水库、诸暨陈蔡水库、余姚姚江、江苏宜兴等地建立示范点7个，核心示范区面积3.29万亩，辐射面积4.5万平方公里，引导、助推浙江省“五水共治”和水源地环境整治工程、太湖流域防护林建设工程等。项目成果“水源区面源污染林业生态控制技术”2016年获得浙江省科技兴林一等奖；授权国家发明专利3项；在Springer出版英文学术专著1本（《Forestry Measures for Ecologically Controlling Non-point Source Pollution in Taihu Lake Watershed, China（太湖流域面源污染生态治理的林业对策））；在中外期刊发表学术论文50余篇。这些成果为推动水源涵养林建设、发挥森林“四库”作用提供了理论支撑，并有利支持区域生态工程建设，有助于改善水源地生态环境，从而有力保障饮用水安全。（王荣嘉）
中国林科院 　2025-09-12

关键词 水源涵养林  净化水质  土壤微生物  水污染  根瘤菌  土壤氮素流失  图片