河口土壤微生物残体碳与铁结合有机碳对土地利用及盐度变化的响应机制

本研究针对河口湿地土壤有机碳(SOC)积累机制不清的科学问题，通过分析珠江口四种土地利用类型（自然湿地NW、养殖塘AP、香蕉园BP、耕地CL）在不同盐度梯度下的微生物残体碳(MNC)和铁结合有机碳(Fe-OC)分布特征，揭示盐度升高抑制MNC积累但促进Fe-OC形成，而NW转化为人工系统会显著改变二者对SOC库的贡献比例，为理解河口碳汇功能调控机制提供新视角。

　　

河口湿地作为陆海交错带的关键碳汇，其土壤有机碳库的稳定性正面临土地利用转型与气候变暖导致的海水入侵双重威胁。尽管前人认识到微生物残体碳(MNC)和铁结合有机碳(Fe-OC)是土壤有机碳(SOC)的重要组分，但二者在河口盐度梯度下的动态平衡机制及其对人工改造的响应规律仍是未解之谜。珠江口作为中国第二大三角洲，近30年因粤港澳大湾区建设导致33%自然湿地被转为养殖塘、耕地等人工系统，同时海平面上升加剧盐水入侵，这使得厘清MNC与Fe-OC的调控机制成为预测区域碳汇功能演变的关键。

中国科学院地球化学研究所刘春团队联合多家机构，选取珠江口四种典型土地利用类型（自然湿地NW、养殖塘AP、香蕉园BP、耕地CL）沿盐度梯度采样，通过物理分组法分离颗粒有机质(POM)和矿物结合有机质(MAOM)，结合氨基糖生物标志物分析和铁氧化物(Fe_d)提取技术，首次系统揭示了盐度与土地利用对MNC和Fe-OC的差异化调控规律。论文发表于环境科学顶级期刊《CATENA》。

关键技术方法
研究团队沿珠江口盐度梯度设置16个采样点，采集0-20 cm土层样品，通过湿筛法分离POM（53-2000 μm）和MAOM（<53 μm）；采用氯仿熏蒸法测定微生物生物量，以氨基糖（葡萄糖胺、胞壁酸等）为标志物计算MNC含量；运用连二亚硫酸钠-柠檬酸钠法提取Fe_d并测定Fe-OC；通过¹³C核磁共振分析有机碳化学结构。

主要研究结果

1. 土壤理化性质变化
   MAOM占比达50-74%，显著高于POM（26-50%）。NW转为人工系统后MAOM比例增加，盐度升高使MAOM占比提升5-18%。SOC和总氮(TN)在POM中高于MAOM，但NW的SOC储量比AP高52-65%，印证湿地开垦导致碳损失。

2. MNC对土地利用与盐度的响应
   NW的MNC含量显著低于耕地CL（P<0.05），但高于BP和AP。盐度每增加1‰，MNC下降12%，归因于盐胁迫抑制微生物活性。有趣的是，NW转为CL使MNC对SOC贡献率提升23%，说明耕作促进微生物残体积累。

3. Fe-OC的相反变化趋势
   Fe-OC含量表现为NW>CL>BP>AP，与MNC形成互补格局。盐度升高使整体Fe-OC增加15%，但POM中的Fe-OC下降，MAOM中则上升，反映铁氧化物(Fe_d)对有机碳的保护存在形态选择性。

4. 调控机制解析
   结构方程模型显示，Fe_d和微生物生物量共同调控MNC（路径系数0.68），而SOC和MNC正向驱动Fe-OC形成（R²=0.71）。盐度通过降低微生物活性间接减少MNC，同时促进铁氧化物对有机质的络合保护。

结论与意义
该研究创新性提出"盐度-铁矿物-微生物"三元调控框架：在低盐环境，微生物碳泵(MCP)主导SOC积累；高盐条件下矿物碳泵(MnCP)作用增强，形成Fe-OC保护机制。这一发现为预测气候变化下河口碳汇功能演变提供理论依据，指导基于铁-微生物协同调控的滨海湿地修复策略。研究同时警示，自然湿地转为人工系统虽短期增加MNC贡献，但长期可能导致碳库稳定性下降，这对实现"双碳"目标下的海岸带管理具有重要决策参考价值。