微生物生命策略介导的碳代谢差异：解开红树土壤有机碳封存之谜

为探究引入种无瓣海桑（Sonneratia apetala）和本地种秋茄（Kandelia obovata）土壤有机碳（SOC）封存差异的机制，研究人员对比分析相关指标。结果显示，SOC 积累在无瓣海桑沉积物中更低，二者因微生物生命策略不同影响碳代谢。该研究为 SOC 封存机制提供新视角。

　　在神秘的红树林世界里，一场关乎地球碳循环 “命运” 的故事正在上演。红树林作为海岸蓝碳生态系统的重要一员，如同隐藏在海边的 “碳储存卫士”，默默地将二氧化碳 “锁” 进沉积物中，对全球气候变化有着至关重要的影响。然而，近百年来，由于城市化、工业化等人类活动的侵袭，约 35% 的红树林惨遭破坏。为了拯救这些受损的红树林，自 20 世纪 90 年代起，快速生长的无瓣海桑被引入中国南方海岸线。

但新的问题接踵而至，无瓣海桑对土壤有机碳（SOC）封存的影响充满争议。一些研究预测它能增加土壤有机碳含量，可另一些研究却发现，尽管无瓣海桑有着较高的细根周转率和凋落物产量，其沉积物中的 SOC 封存能力却比本地红树林低。而且，造成这种差异的内在机制，尤其是微生物过程和残留碳转化在其中扮演的角色，如同被迷雾笼罩，模糊不清。在这样的背景下，为了揭开红树林 SOC 封存差异的神秘面纱，来自国内的研究人员开启了一场探索之旅。

研究人员选择了广东珠海淇澳红树林湿地生态公园作为研究阵地。这里曾是红树林严重退化的区域，自 1999 年起大规模种植无瓣海桑，为研究提供了理想的样本。研究人员分别从引入的无瓣海桑和本地成熟的秋茄林中采集土壤样本，这些样本被精心分为表层土（0 - 20cm）和深层土（40 - 60cm）。之后，他们对土壤的多种性质、SOC 库的不同组分，以及氨基酸糖、木质素酚和脂质等残留碳源进行了细致分析。同时，借助基因扩增测序技术，研究人员对不同生命策略的细菌和真菌进行分类，并测定土壤酶活性和碳利用能力，深入探究微生物生命策略与 SOC 封存之间的联系。

研究结果

1. SOC 组分和土壤性质差异：秋茄表层土和深层土的 SOC 含量分别为 40.10 和 42.54g?kg^?1，比无瓣海桑更高。除溶解有机碳（DOC）外，秋茄沉积物中其他 SOC 库组分（难降解有机碳 ROC、易氧化碳 EOC、颗粒有机碳 POC 和微生物生物量碳 MBC）均显著高于无瓣海桑。在秋茄沉积物中，总氮（TN）、Ca²⁺、电导率（EC）和 C/N 值也更高。
2. 氨基酸糖、木质素酚和脂质含量：秋茄沉积物中总氨基酸糖、木质素酚和脂质的含量显著高于无瓣海桑。在秋茄沉积物中，SOC 含量与多种物质呈正相关，而在无瓣海桑沉积物中，SOC 含量仅与三种氨基酸糖正相关。ROC 是 SOC 长期封存的主要形式，木质素酚、氨基酸糖和脂质都是 ROC 的重要来源。
3. 土壤微生物多样性和生命策略：在表层土中，无瓣海桑和秋茄的细菌和真菌 α 多样性无显著差异，但在深层土中，无瓣海桑的部分指标更高。无瓣海桑沉积物中 copiotrophic 细菌类群的相对丰度更高，而秋茄沉积物中 oligotrophic 细菌和真菌类群的相对丰度更高，这表明秋茄沉积物中的微生物群落更倾向于 K - 策略者，而无瓣海桑的更倾向于 r - 策略者。
4. 碳代谢：秋茄沉积物中的总酶活性显著高于无瓣海桑，其微生物对多种碳底物的利用能力也更强。在秋茄沉积物中，深层土微生物能高效利用六类碳底物，表层土微生物则倾向于优先利用碳水化合物、氨基酸和脂质；无瓣海桑表层土微生物主要利用碳水化合物和氨基酸等，深层土微生物仅高效利用脂质。
5. 微生物生命策略对 SOC 封存的影响：随机森林分析表明，土壤非生物和生物因素对氨基酸糖、木质素酚和脂质的总方差解释率不同，其中 EOC、POC 和 TN 是解释三种残留碳积累的关键因素。偏最小二乘路径模型（PLS - PM）显示，土壤酶活性是 SOC 封存的主要驱动力，其次是氨基酸糖和碳利用能力。

研究结论与讨论

研究发现，无瓣海桑沉积物中的 SOC 浓度约为秋茄的 30% - 50%，这与前人研究结果相符。无瓣海桑凋落物中脂质和木质素浓度较低，且生长对不稳定碳需求大，导致其沉积物中不稳定碳池和相关残留碳源含量较低。而秋茄沉积物中更高的 MBC 和 EOC 含量，意味着其可能拥有更大的微生物种群和更强的微生物坏死物质碳转化能力。

微生物策略对 SOC 稳定有重要影响。无瓣海桑沉积物中 r - 策略微生物较多，它们迅速消耗植物输入的小分子碳氮营养，将植物碳转化为微生物生物量，最终以氨基酸糖形式储存。而秋茄沉积物中 K - 策略微生物占主导，它们对植物残体的分解更缓慢、更高效，能将更多植物碳转化为木质素酚和脂质，且秋茄沉积物中较高的 Ca²⁺含量有助于保护残留碳。

此外，微生物功能存在空间异质性。秋茄表层土中 K - 策略真菌主导复杂有机碳分解，但 r - 策略微生物对中间产物矿化慢，使表层土中不稳定碳比例增加；深层土中 K - 策略细菌是碳利用的主要驱动力，由于深层土环境还原，有机物质分解慢，导致木质素酚和脂质在深层土中积累。相比之下，无瓣海桑沉积物的 SOC 池大小和微生物碳利用能力无明显空间异质性。

这项研究成果发表在《Forest Ecosystems》上，为理解红树林生态系统中 SOC 封存机制提供了宝贵见解。研究表明，在蓝色碳项目中，优先选择本地秋茄或类似倾向 K - 策略的物种，可最大化长期 SOC 储存效率；对于无瓣海桑，可在早期恢复阶段使用，但需采取补充措施（如添加钙）以减少 SOC 损失。未来的恢复框架应将微生物功能筛选与传统生长指标相结合，平衡碳封存目标和生态系统恢复力。

在研究方法上，研究人员主要采用了土壤采样分析、基因扩增测序和多种统计分析技术。通过对特定研究区域的土壤进行分层采样，获取不同深度的土壤样本；利用基因扩增测序技术对细菌和真菌进行分类；运用随机森林分析、PLS - PM 等统计方法，探究各因素对 SOC 封存的影响。这些方法相互配合，为研究的顺利开展和结论的得出提供了有力支持。