消落区是陆地生态系统和水生生态系统的过渡带，是一种分布较广泛的湿地生境。消落区生态系统中一个重要生态过程为反硝化作用，它是反硝化细菌在厌氧条件下将硝态氮转化为气态氮（N2和N2O）的过程，进而将氮从土壤生态系统中彻底的移除，因此消落区具有净化水质的生态功能，同时也是N2O温室气体的重要来源。所以消落区反硝化作用成为国际社会关注的热点研究领域之一。但目前有关消落区水文变化和植被对土壤反硝化作用的影响及其相关的微生物学机制还缺乏足够了解。
中科院武汉植物园副研究员叶琛在张全发研究员的指导下，以三峡水库消落区忠县植被恢复区为对象，针对三峡库区消落区夏季出露时的水文变化的四个阶段（即淹没、饱和、落干和再淹没）开展原位水文变化的模拟，研究水文变化和植被类型对土壤反硝化作用的影响及其微生物学机理。研究发现水文变化显著影响土壤的反硝化作用，可能主要是通过改变土壤的硝态氮含量来实现，其中在乔木区，反硝化速率在淹没状态显著高于落干和饱和状态。水文变化和植被类型均对土壤反硝化菌的nirS 和nirK基因丰度和多样性产生显著影响。其中水文变化主要通过改变土壤温度、湿度和铵态氮含量对反硝化菌产生影响，不同植被类型通过改变土壤pH、质地、有机碳和C:N来影响nirS 和nirK基因丰度和多样性。但是，土壤反硝化作用与反硝化细菌群落结构不存在显著的相关关系，表明消落区土壤反硝化作用主要受到环境因素的影响。该研究也揭示了草本和乔木具有潜在提高消落区净化水质的功能，主要分别通过提高土壤反硝化菌的丰度和土壤反硝化作用来实现。
该研究得到了国家自然科学基金（31570521、31300441）、国务院三峡办项目（SX2013-022）和中科院先导专项B项目（XDB15010200）的支持。研究结果以“Hydrologic pulsing affects denitrification rates and denitrifier communities in a revegetated riparian ecotone”为题，在线发表于学术期刊Soil Biology &Biochemistry (2017,115:137-147)。
三峡水库消落区忠县植被恢复区采样点设计图
不同植被类型下水文变化对土壤反硝化速率和反硝化菌的影响
