海水入侵引发沿海稻田土壤溶解性有机碳显著释放的机制与生态风险

针对海水入侵导致沿海稻田土壤有机碳(SOC)动态变化机制不清的问题，研究人员通过模拟不同盐度下厌氧(40天)-好氧(55天)交替条件，揭示了高盐度通过离子竞争促进溶解性有机碳(OCDissolved)释放(贡献率达2.54%)、抑制铁还原菌(FeRB)活性降低OCFe/Al mineral-bound分解、并减少CH4/CO2排放的耦合机制，为海岸带碳库管理提供理论依据。

　　

随着全球海平面上升和淡水流量减少，沿海稻田正面临日益严重的海水入侵威胁。这一现象不仅影响农作物产量，更可能通过改变土壤盐度扰动全球重要的碳储存库——土壤有机碳(SOC)的稳定性。SOC占陆地碳库的80%，而稻田作为关键碳汇，其14.2%的贡献率凸显其在全球碳循环中的特殊地位。然而，海水携带的大量Na⁺、Cl^-等离子如何影响SOC中不同组分的转化，特别是溶解性有机碳(OC_Dissolved)与矿物结合碳(OC_{Fe/Al mineral-bound})的动态平衡，成为亟待解决的科学难题。

广东省科学院生态环境与土壤研究所的研究团队通过创新性实验设计，首次定量揭示了盐度梯度下SOC的转化规律。研究发现高盐环境会通过三重机制影响碳循环：离子竞争导致OC_Dissolved释放增加、抑制铁还原菌活性阻碍OC_{Fe/Al mineral-bound}分解、并降低微生物碳循环功能基因表达。这些发现发表于《Geochimica et Cosmochimica Acta》，为预测海岸带碳汇功能演变提供了重要理论基础。

研究采用多技术联用策略：1) 模拟海水入侵的室内培养实验（厌氧40天+好氧55天）；2) SOC分馏技术区分OC_Dissolved、OC_Exchangeable和OC_{Fe/Al mineral-bound}；3) 动力学模型量化不同盐度下碳转化速率；4) 高通量测序分析微生物功能基因；5) 同步监测CH₄/CO₂排放与Fe(III)还原动态。

【Impact of biogeochemical processes】
盐度显著改变土壤pH和Eh动态。高盐处理初始pH较高，但在培养过程中因Na⁺置换H⁺导致pH低于对照组。Eh快速下降表明盐度加速了还原进程，但高盐度抑制了典型铁还原菌(如Geobacteraceae)的丰度，使Fe(III)还原率降低37.6%。

【Impact of salinity on SOC fractions】
动力学模型显示，高盐度使OC_Dissolved对SOC的贡献在厌氧阶段达2.54%，显著高于对照组(1.35%)。盐离子通过竞争吸附位点和提高pH双重机制促进OC_Dissolved释放，但抑制了OC_{Fe/Al mineral-bound}的微生物分解。

【Greenhouse gas emissions】
高盐度使CH₄累积排放量降低58.3%，CO₂减少42.1%。功能基因分析表明，盐胁迫下调了mcrA(甲烷生成)和coxL(碳氧化)基因表达，证实盐度通过微生物代谢调控影响碳矿化。

该研究创新性地建立了海水入侵-碳循环耦合模型，揭示盐度通过"离子竞争-微生物抑制-矿物保护"网络调控SOC命运。高盐度虽短期减少温室气体排放，但导致活性碳组分流失可能加剧长期碳损失。这些发现为海岸带农田的适应性管理提供了科学依据，建议在盐渍化区域优先保护Fe/Al矿物-有机复合体以维持碳汇功能。研究发展的动力学模型可推广至其他界面过程模拟，为全球变化背景下的碳循环预测提供新方法。