植被-水文耦合驱动中国最北端恢复红树林区土壤有机碳时空动态的固碳机制研究

《Pedosphere》：Vegetation-hydrology coupling drives spatiotemporal dynamics of soil organic carbon sequestration in the northernmost restored mangrove areas in southern China

本研究针对红树林生态系统作为关键碳汇但其土壤有机碳（SOC）分布动态与机制尚不明确的问题，研究人员开展了中国东南最北端恢复红树林区SOC时空动态及调控因素的主题研究。通过2018和2022年跨潮汐梯度采样，揭示了SOC呈现向陆富集梯度（2018年从4.63 g/kg增至9.36 g/kg；2022年从8.00增至11.90 g/kg），且随机森林分析表明土壤黏粒和总氮（TN）是SOC的主要调控因子。该研究阐明了植被-水文耦合驱动下的复杂固碳过程，为蓝碳管理和预算提供了关键参考。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，红树林生态系统作为高效的“蓝色碳汇”备受关注，其能够通过植被和土壤过程捕获并储存大量二氧化碳，对缓解温室效应具有重要作用。然而，尽管红树林的固碳潜力已被广泛认可，但土壤有机碳（SOC, Soil Organic Carbon）的时空分布动态及其背后的驱动机制仍不明确，尤其是在恢复中的红树林区域。中国东南沿海的红树林经历了大规模退化后，近年来通过人工恢复措施逐步重建，但作为全球分布最北端的恢复区，其SOC的积累过程、空间变异规律以及如何受环境因子调控等问题尚未系统揭示。这使得精准评估红树林的碳汇功能、优化恢复策略面临巨大挑战。为此，研究人员在《Pedosphere》发表了针对这一问题的深入研究，旨在揭示植被与水文耦合如何驱动红树林SOC的固存过程。

本研究主要依托2018年和2022年在浙江省鳌江口红树林恢复区开展的野外采样工作，共设置了120个样本点，覆盖潮汐梯度下的不同位置。关键技术方法包括：沿潮汐梯度（从前沿滩涂到高潮带）系统采集0-100 cm深度土壤样品（按20 cm分层）；测定土壤含水量、土壤容重（SBD, Soil Bulk Density）、SOC含量、SOC密度（SOCD, Soil Organic Carbon Density）以及粘土含量、总氮（TN, Total Nitrogen）等关键指标；采用随机森林（Random Forest）机器学习算法分析SOC的主要调控因子。

研究结果

SOC垂直分布表现出深度衰减特征

通过分层取样分析发现，SOC浓度随土壤深度增加而显著降低。表层土壤（0-20 cm）的SOC平均浓度为8.95 ± 1.2 g/kg，而深层土壤中则降至8.03 ± 0.8 g/kg。类似地，SOC密度（SOCD）也呈现下降趋势，从表层的2.62 ± 0.3 kg/m2减少至深层的2.04 ± 0.2 kg/m2。这一规律表明红树林土壤碳主要积累在表层，可能与植被凋落物输入和微生物活动集中在表层有关。

SOC水平分布呈现向陆富集梯度

水平方向上，SOC含量从海向陆方向逐渐增加。2018年数据中，前沿滩涂的SOC含量为4.63 g/kg，而上部潮间带则升至9.36 g/kg；2022年的梯度更加明显，从8.00 g/kg增加到11.90 g/kg。SOC密度在2022年也显示出类似的空间模式，但在2018年因土壤容重（SBD）的变异表现出一定空间异质性。这种富集梯度可能与潮汐水文动力减弱、植被覆盖增加以及有机质输入差异有关。

土壤黏粒和总氮是SOC的主要调控因子

通过随机森林模型分析，土壤粘土含量和总氮（TN）被识别为影响SOC分布的最重要因子。粘土矿物通过吸附有机质而保护其免于分解，从而促进SOC积累；而氮素作为营养元素，可能通过促进植物生长和微生物活动间接影响碳输入和转化过程。该结果强调了底质性质和养分循环在红树林碳汇功能中的关键作用。

研究结论与意义

本研究表明，恢复红树林区的SOC积累是一个复杂的动态过程，主要受植被发育与水文 regime（如潮汐淹没频率和强度）的耦合作用驱动。SOC在水平和垂直方向上的异质分布揭示了环境梯度对碳固存的深刻影响。随机森林分析进一步明确了土壤粘土和总氮的核心调控角色。这些发现不仅深化了对红树林碳循环机制的理解，而且为精准评估蓝碳潜力、优化红树林恢复策略（如选址、植被配置和水文管理）提供了科学依据。在全球积极推进“碳中和”的背景下，该研究对于促进基于自然的气候变化解决方案具有重要实践意义。