消落區是陸地生態系統和水生生態系統的過渡帶，是一種分布較廣泛的濕地生境。消落區生態系統中一個重要生態過程為反硝化作用，它是反硝化細菌在厭氧條件下將硝態氮轉化為氣態氮（N2和N2O）的過程，進而將氮從土壤生態系統中徹底的移除，因此消落區具有凈化水質的生態功能，同時也是N2O溫室氣體的重要來源。所以消落區反硝化作用成為國際社會關注的熱點研究領域之一。但目前有關消落區水文變化和植被對土壤反硝化作用的影響及其相關的微生物學機制還缺乏足夠了解。
中科院武漢植物園副研究員葉琛在張全發研究員的指導下，以三峽水庫消落區忠縣植被恢復區為對象，針對三峽庫區消落區夏季出露時的水文變化的四個階段（即淹沒、飽和、落干和再淹沒）開展原位水文變化的模擬，研究水文變化和植被類型對土壤反硝化作用的影響及其微生物學機理。研究發現水文變化顯著影響土壤的反硝化作用，可能主要是通過改變土壤的硝態氮含量來實現，其中在喬木區，反硝化速率在淹沒狀態顯著高于落干和飽和狀態。水文變化和植被類型均對土壤反硝化菌的nirS 和nirK基因豐度和多樣性產生顯著影響。其中水文變化主要通過改變土壤溫度、濕度和銨態氮含量對反硝化菌產生影響，不同植被類型通過改變土壤pH、質地、有機碳和C:N來影響nirS 和nirK基因豐度和多樣性。但是，土壤反硝化作用與反硝化細菌群落結構不存在顯著的相關關系，表明消落區土壤反硝化作用主要受到環境因素的影響。該研究也揭示了草本和喬木具有潛在提高消落區凈化水質的功能，主要分別通過提高土壤反硝化菌的豐度和土壤反硝化作用來實現。
該研究得到了國家自然科學基金（31570521、31300441）、國務院三峽辦項目（SX2013-022）和中科院先導專項B項目（XDB15010200）的支持。研究結果以“Hydrologic pulsing affects denitrification rates and denitrifier communities in a revegetated riparian ecotone”為題，在線發表于學術期刊Soil Biology &Biochemistry (2017,115:137-147)。
三峽水庫消落區忠縣植被恢復區采樣點設計圖
不同植被類型下水文變化對土壤反硝化速率和反硝化菌的影響
