红树林造林通过微生物残体碳与矿物保护的协同作用调控土壤碳库的动态机制

针对红树林湿地中微生物残体碳(MnC)积累机制不清的科学问题，研究人员通过对比无植被滩涂、外来种无瓣海桑(S. apetala)和乡土种秋茄(K. obovata)造林区的土壤特征，发现造林显著提升MnC含量(增幅34-275%)但降低其对土壤有机碳(SOC)的贡献率(15-24%)。研究首次揭示矿物保护(贡献率52.3%)比微生物生产更主导MnC积累，而K策略微生物的富集是导致MnC/SOC比例下降的关键。该成果为解析红树林碳汇机制提供了新视角。

　　

在全球气候变化背景下，红树林作为"蓝色碳汇"的重要载体，其碳封存机制备受关注。尽管微生物残体碳(MnC)在陆地生态系统的碳循环中贡献显著(占SOC的30-80%)，但红树林湿地中MnC的积累规律及其调控机制仍是未解之谜。更棘手的是，全球红树林正面临人类活动与气候变化的双重威胁，而人工造林作为主要恢复手段，其对MnC动态的影响尚缺乏系统研究。

中国科学院南海海洋研究所的研究团队选择雷州半岛的红树林恢复示范区，创新性地从微生物生产与矿物保护双重视角，揭示了造林对MnC积累的影响机制。研究发现，相较于无植被滩涂，乡土树种秋茄(K. obovata)和外来种无瓣海桑(S. apetala)造林使MnC含量分别提升274.63%和34.27%，但MnC对SOC的贡献率(f
_MnC
)却从32.05%降至15.37-24.25%。这一看似矛盾的现象通过微生物群落演替和铁矿物活化机制得到合理解释，相关成果发表在《Ecological Indicators》上。

研究采用氨基酸糖生物标志物法量化MnC，通过16S/ITS测序解析微生物群落，结合铁氧化物分级提取和随机森林(RF)、偏最小二乘路径模型(PLS-PM)等多元统计分析。24个表层土壤样本采自无植被滩涂(UM)、无瓣海桑(SA)和秋茄(KO)林区，涵盖土壤理化性质、微生物量碳(MBC)、氨基糖(MurA/GluN)及铁形态(Fe_o
/Fe_d
/Fe_c
)等指标测定。

3.1 MnC及其对土壤碳库的贡献

秋茄林区MnC达3.05 g/kg，显著高于无瓣海桑(1.09 g/kg)和滩涂(0.81 g/kg)。真菌残体碳(FnC)始终高于细菌残体碳(BnC)，但FnC/BnC比值随造林降低。值得注意的是，MnC绝对量增加的同时，其SOC占比(f
_MnC
)却呈下降趋势，这与陆地生态系统形成鲜明对比。

3.2 土壤活性矿物动态

无定形铁氧化物(Fe_o
)在秋茄林区达13.63 g/kg，是滩涂的4.5倍。Fe_o
/Fe_d
比值提升表明造林活化铁矿物，且秋茄的活化效应强于无瓣海桑，这可能与根系分泌物差异有关。

3.3 微生物群落结构

造林使细菌丰度提升2-3倍，但真菌/细菌比(F/B)下降。阿尔法变形菌(Alphaproteobacteria)等K策略菌群在秋茄林区占比显著增加，其16S rRNA操纵子拷贝数降低，反映慢速生长的 oligotrophs 占据优势。

3.4 相关性分析

PLS-PM模型揭示两条MnC积累路径：微生物生产途径(土壤肥力→微生物量→MnC)和矿物保护途径(pH降低→Fe_o
增加→MnC吸附)。RF分析显示矿物因素解释52.3%的MnC变异，显著高于微生物因素(47.7%)。而f
_MnC
的下降则与K策略微生物富集(BKr/FKr比值升高)和矿物活化(Fe_o
/Fe_d
增加)呈显著负相关。

研究首次阐明红树林MnC积累的"双刃剑"效应：一方面，造林通过改善土壤环境促进微生物增殖，增加MnC产量；另一方面，矿物保护和K策略微生物的富集又降低了MnC的相对贡献。这一发现挑战了传统认知——在红树林中，尽管MnC绝对量增加，但植物源碳的输入和矿物保护使其在SOC中的占比反而下降。研究创新性地将微生物生长策略(r/K选择)与矿物地球化学过程耦合，为理解滨海湿地碳汇机制提供了新范式。

实践层面，研究建议在红树林恢复中优先选择秋茄等乡土树种，其更强的铁活化能力和更显著的K策略微生物富集，有助于实现碳汇功能最大化。未来研究需关注不同时空尺度下MnC动态，以及海平面上升对铁-碳相互作用的调控机制。该成果不仅丰富了"微生物碳泵"(MCP)理论在滨海湿地的应用，也为全球蓝碳管理提供了科学依据。