沿着盐度梯度，植物和微生物来源的碳对红树林湿地土壤有机质各组分的不同贡献

《CATENA》：Divergent contributions of plant- and microbial-derived carbon to soil organic matter fractions in mangrove wetland along a salinity gradient

红树林土壤中盐度梯度显著影响植物-微生物来源碳（PDC、MDC）在POM和MAOM的分配，MDC贡献占比更高且受铁氧化物矿物保护及氮磷养分调控，高盐度下MAOM碳稳定性增强，为海岸带碳管理提供机制依据。

　　本研究探讨了盐度梯度对红树林土壤中植物源碳（PDC）和微生物源碳（MDC）在颗粒有机质（POM）和矿物结合有机质（MAOM）中的贡献及其稳定性的影响。红树林作为重要的“蓝色碳”生态系统，其土壤有机碳（SOC）的高效固存能力对缓解气候变化具有重要意义。然而，目前关于盐度梯度对红树林SOC来源贡献机制和不同碳组分的保护模式的研究仍显不足，这限制了对红树林碳汇功能的精准评估和调控。通过分析红树林土壤中POM和MAOM的木质素酚和氨基糖等生物标志物，本研究揭示了盐度对不同碳来源在土壤中的分布和稳定性的影响机制，为理解红树林土壤碳的长期保存机制提供了新的视角，并有助于未来在气候变化背景下对沿海土壤进行管理。

红树林土壤的碳固存机制主要依赖于植物与微生物之间的相互作用。一方面，红树林的落叶、根系分泌物等提供了大量原位的有机碳来源；另一方面，红树林土壤也接收来自河流和海洋的外源性碳，如陆源颗粒物和海洋浮游生物残骸。这些有机碳在红树林土壤中通常处于缺氧的沉积条件下，具有良好的保存性。然而，红树林土壤通常呈现酸性、缺氧、盐度较高以及水文条件复杂等特点，这使得其SOC的形成和保存过程与陆地生态系统存在显著差异。因此，研究盐度对红树林SOC保存机制的影响，对于准确评估沿海蓝碳汇的稳定性至关重要。

研究发现，在红树林土壤中，MDC对SOC的贡献高于PDC。其中，MDC主要来源于真菌，其贡献量约为细菌来源的四倍。随着盐度的增加，PDC和MDC在POM中的贡献逐渐减少，而在MAOM中的贡献则显著上升。这一现象表明，高盐度环境下，POM中的有机碳更容易被分解，而MAOM则通过矿物结合等机制对碳起到更强的保护作用。此外，PDC在POM中的贡献主要受到土壤性质（如盐度、水分含量和总氮）的影响，而在MAOM中的贡献则与微生物生物量（如磷脂脂肪酸）密切相关。相比之下，MDC在MAOM中的贡献受到土壤营养来源（如总氮、溶解有机碳）和矿物保护（如铁氧化物）的显著影响。

红树林土壤的有机质稳定性主要受到不同机制的调控。POM主要由未完全分解的轻质碎片（如落叶、根系分泌物）组成，其在土壤团聚体中的物理保护使其具有较快的周转率（数月到数年）。而MAOM则由经过化学转化的单分子或小碎片组成，具有较长的周转时间（数百年），因此在红树林土壤中起到更为重要的碳固存作用。研究还指出，POM的分解可以通过微生物的“死亡物质”被纳入MAOM中，这表明POM与MAOM之间存在密切的联系。然而，这种联系对环境变化高度敏感，微生物处理效率受到多种因素的影响，包括微生物的生长和死亡物质的保存。

传统上，人们认为POM主要来源于植物，而MAOM则主要来源于微生物残体。然而，越来越多的证据表明，植物源碳在MAOM中的贡献可能被低估。特别是在湿润森林中，PDC可以显著贡献于MAOM，甚至在某些生态系统中占据主导地位。这一发现挑战了原有的认知，并引发了关于植物与微生物残体在稳定SOC池中相对重要性的持续争论。研究表明，微生物残体对SOC的贡献可达4%至38%，远高于木质素酚的0.19%至8.3%。这表明，无论是植物还是微生物来源的碳，都是SOC形成的重要组成部分，但其在不同生态系统和有机质组分中的比例存在差异。

盐度的变化对SOC的积累和保存具有重要影响。在低至中等盐度条件下，盐度可能刺激整体微生物分解速率，但在高盐度环境下，盐度则会抑制关键木质素降解酶（如过氧化物酶和漆酶）的活性，导致木质素酚的积累。这种抑制作用已被多项研究证实，高盐度环境下，木质素和MDC在土壤中的积累和贡献均减少。然而，本研究发现，随着盐度的增加，PDC和MDC在MAOM中的贡献显著上升。这表明，虽然POM中的碳更容易被分解，但MAOM中的碳则因矿物结合而受到更强的保护，从而在高盐度环境下表现出更高的稳定性。

为了更深入地理解盐度对SOC形成和保存的影响，本研究采用随机森林（RF）模型和偏最小二乘路径建模（PLS-PM）方法，分析了不同环境因素对PDC和MDC在POM和MAOM中的贡献的影响。结果表明，盐度（以电导率EC为指标）对SOC的直接影响主要体现在POM的分解过程中，而在MAOM中，盐度则可能通过抑制微生物活性，间接促进MDC和PDC的积累。此外，土壤营养状况（如总氮和溶解有机碳）以及矿物保护（如铁氧化物）对MDC的贡献具有重要影响。这一发现强调了微生物残体在红树林SOC稳定中的关键作用，同时也表明，矿物结合和物理保护是维持SOC长期保存的重要机制。

在红树林土壤中，PDC和MDC的积累模式呈现出显著的深度依赖性。PDC和MDC在POM中的贡献随土壤深度的增加而减少，而在MAOM中的贡献则随土壤深度的增加而增加。这一现象表明，不同碳来源在土壤中的稳定性存在差异，POM中的碳更容易受到环境变化的影响，而MAOM中的碳则因矿物结合而表现出更高的稳定性。此外，PDC和MDC在不同土壤深度中的分布模式也显示出一定的生态意义。例如，在较浅的土壤层中，由于微生物活动较为活跃，PDC和MDC的分解速率较高；而在较深的土壤层中，由于微生物活性受到抑制，PDC和MDC的积累则更加显著。

本研究的发现不仅揭示了红树林土壤中碳来源的动态变化，也为未来沿海土壤管理提供了科学依据。在高盐度环境下，促进MAOM的形成可能比单纯增加植物输入更为有效，因为MAOM具有更强的碳保存能力。因此，未来应对红树林碳汇功能的保护和提升，应充分考虑盐度对不同碳来源的影响，并通过增加矿物结合或调控水文条件等措施，增强SOC的稳定性。此外，研究还指出，由于实验方法的限制，当前对MDC的估算可能较为保守，未来应进一步引入能够捕捉微生物外源性残体的生物标志物，以实现对SOC来源的更全面分析。

总之，本研究通过系统分析红树林土壤中PDC和MDC在不同盐度梯度下的分布和稳定性，揭示了盐度对SOC形成和保存的复杂调控机制。这些发现不仅有助于深入理解红树林生态系统中碳循环的过程，也为在全球气候变化背景下，优化沿海湿地碳汇管理提供了重要的科学支持。未来的研究应进一步结合多种分析方法，以更全面地揭示不同碳来源在红树林土壤中的动态变化及其对碳循环的长期影响。