珠江三角洲咸水入侵含水层中微生物群落动态与水文地球化学变化的耦合机制研究

本研究通过整合V4区16S rRNA高通量测序（Illumina）与地球化学分析，揭示了珠江三角洲第四纪含水层沿盐度梯度的原核生物多样性动态。研究发现：变形菌门（Proteobacteria）在细菌群落中占主导地位，而古菌群落从以奇古菌门（Thaumarchaeota）为主的淡水区向富含甲烷杆菌门（Methanobacteriota）的微咸/咸水区转变；高盐度区富集硫酸盐还原菌（Desulfovibrio）和产甲烷菌（Methanococcus），证实了碳硫循环关键过程；总溶解固体（TDS）和总氮（TN）是微生物群落重构的主要驱动因子（p<0.01）。

Highlight

本研究揭示了沿海含水层沿盐度梯度微生物群落的演替规律：细菌群落以变形菌门（Proteobacteria）为主导，而古菌群落呈现从奇古菌门（Thaumarchaeota）到甲烷杆菌门（Methanobacteriota）的显著转变。高盐度地下水成为厌氧功能类群的"大本营"，包括硫酸盐还原菌（Desulfovibrio）和产甲烷古菌（Methanococcus），这些"地下工程师"驱动着碳硫循环的关键过程。

Microbial community richness and diversity

对22个地下水样本的高通量测序共获得814,701条优质序列（平均长度294±12 bp），聚类为1,427个OTU（97%相似度）。α多样性分析显示：Chao1丰富度指数在650-1047间波动，Shannon指数变化范围为4.21-6.37，揭示出显著的微生物群落空间异质性。有趣的是，微生物α多样性与盐度（TDS>1 g/L）呈正相关，这种"盐度促进多样性"现象挑战了传统认知。

Microbial richness and diversity along the salinity gradient of groundwater

沿海地下水生态系统作为咸水入侵与人为污染的"交汇战场"，其微生物生物地球化学研究长期滞后于河口系统。本研究首次绘制了珠江三角洲地下水盐度梯度下的原核微生物群落图谱，揭示了在这个被认为存在剧烈生物地球化学过程的"地下实验室"中，微生物群落如何响应复杂的地球化学环境变化。

Conclusions

研究证实盐度是地下水微生物组组成的"总指挥"，直接影响甲烷排放、硫化物迁移等关键生物地球化学过程。这一发现为预测气候变化驱动的咸水入侵生态效应提供了"微生物罗盘"，对面临咸水化威胁的沿海地下水资源的优化管理具有重要指导意义。