中国典型沿海填海湿地土壤有机碳的动态变化及其影响因素

《European Annals of Otorhinolaryngology, Head and Neck Diseases》：Dynamic changes in soil organic carbon and influencing factors in typical coastal reclaimed wetlands of China

滨海盐沼土壤有机碳组分动态及环境驱动机制研究——以江苏东台为例。该研究采集96个表层土壤样本，分析不同复垦年限（0-50年）及土地利用类型（林地、滩涂、农田等）对SOC及活性组分（DOC、EOC、MBC）的影响。结果表明复垦25年时SOC达峰值8.92 g/kg，林地碳封存潜力最优；环境因子（土壤湿度、pH、氮输入）显著影响碳动态，其中氮添加对SOC和EOC影响最显著。研究揭示了长期复垦下土壤碳库时空演变规律及关键驱动因素，为滨海湿地可持续管理提供科学依据。

　　沿海潮汐湿地是重要的蓝碳生态系统，具有显著的碳固存能力。了解潮汐平原围垦对土壤有机碳（SOC）及其组成部分的影响，对于制定有效的湿地管理政策至关重要。本研究在江苏省东台市收集了96个表层土壤和沉积物样本，涵盖了未围垦潮汐平原（0年）以及围垦后10年、15年、25年、40年和50年的不同土地利用类型。研究结果显示，SOC含量通常随着围垦时间的延长而增加，25年后达到峰值8.92克/千克。尽管不同围垦后土地利用类型的SOC含量差异在统计上不显著，但林地表现出最高的SOC水平（8.71克/千克），突显其卓越的碳汇潜力。此外，土壤溶解有机碳（DOC）、易氧化有机碳（EOC）和微生物生物量碳（MBC）的含量也随着时间推移而上升。其中，EOC在东台围垦区域的平均含量最高（1.59克/千克）。林地在所有活性碳组分中始终保持最高水平（DOC：4.14毫克/千克，EOC：2.27克/千克，MBC：50.16毫克/千克）。土地利用类型对DOC和EOC含量有显著影响，但对MBC的影响较小。环境因素如土壤含水量、pH值和氮素输入也对SOC动态变化产生了影响。值得注意的是，氮素添加显著影响了潮汐平原和稻田的SOC和EOC水平，但对DOC和MBC的影响相对不明显。这些发现为理解沿海地区围垦对土壤碳库的长期影响提供了重要依据，也对可持续土地管理策略的制定具有指导意义。研究强调应优先考虑具有高碳汇潜力的土地利用类型，如林地，并通过优化土壤含水量、pH值和养分输入来提高碳库的稳定性。

沿海生态系统在人类福祉方面提供了多种生态功能和生态系统服务，它们作为陆地与海洋之间的过渡带，具有显著的碳固存能力，是代表性的蓝碳生态系统。碳埋藏率远高于大多数陆地生态系统。然而，随着人口增长和城市化进程的加快，沿海地区围垦（CLR）已成为缓解土地短缺的重要手段。这种做法在全球范围内导致湿地面积减少，并进而降低了生态系统服务的价值。在中国，超过50%的潮汐湿地已被用于农业、城市或港口发展。这些土地利用变化对沿海生态系统造成了诸多负面影响，包括栖息地丧失、生物多样性减少、生态系统结构和功能的破坏，以及水文循环和碳储存能力的显著改变。因此，从土地利用/土地覆盖变化（LULC）的角度出发，研究沿海潮汐平原围垦对SOC及其组成部分的影响，对于制定湿地恢复策略和减少温室气体排放具有重要意义。

土壤碳含量的变化受到地形、气候、土地利用和农业管理等多种因素的影响，其中土地利用的影响尤为显著。由于潮汐湿地围垦而产生的土地利用变化已被证明会显著改变SOC的不同组分。例如，有研究发现，江苏省盐沼的围垦，通过将其转化为水产养殖池或农田，导致SOC储量增加。同样，有研究表明，在围垦的沿海淤泥滩上，不同土地利用类型的SOC存在显著差异，人类管理的土地利用类型（如鱼塘、农田）的SOC水平通常高于自然潮汐平原。在杭州湾地区，总有机碳（TOC）含量受土地利用类型的影响显著，其浓度依次为芦苇地>荒地>蔬菜地>林地。这些研究结果表明，长期、高强度的围垦活动及随后的土地利用模式对土壤碳库的动态平衡具有重要影响。

土壤碳含量还受到种植模式、肥料施用和围垦后土壤水分变化等因素的影响。这些农业实践改变了土壤的关键性质。具体而言，围垦后建立的土地利用类型通过其相关的田间管理措施影响土壤碳的输入、输出和保留，从而改变了土壤的理化特性、微生物活动以及养分的可利用性，最终影响土壤碳储量。因此，土地利用类型对土壤碳的积累和稳定性具有重要影响。

土壤水分在SOC的分解和稳定化过程中起着关键作用。有研究表明，将中国辽河三角洲的沿海湿地转化为稻田后，SOC含量显著下降，主要原因在于土壤水分减少导致有机质分解速度加快。低土壤水分不仅抑制植被生长，还抑制了微生物和酶的活性。因此，土壤水分含量调节了微生物动态和酶的功能，从而影响SOC水平。

土壤pH值是另一个影响SOC稳定性的关键因素。研究发现，中国农田的土壤酸化促进了SOC的积累。这可能是由于酸性条件改变了微生物群落的组成，进而影响了土壤碳库的结构和功能。此外，氮（N）和磷（P）肥料被广泛用于改善土壤肥力。增强的N和P水平提高了微生物和酶的活性，从而促进了有机碳的积累。

土壤盐度在SOC动态变化中也发挥着重要作用。高盐度可能抑制土壤微生物对水和养分的吸收与运输，从而降低微生物活性，最终导致有机碳含量减少。综上所述，这些环境因素——水分、pH值、养分可用性和盐度——共同影响SOC组分的动态变化。然而，SOC对这些因素的响应在不同的沿海潮汐湿地中存在差异，这突显了识别围垦后土壤碳积累和组成的主要驱动因素的重要性。

江苏省的海岸线以粉质潮汐平原为主，具有较高的淤积率，总面积约为5000平方公里，约占中国总潮汐平原面积的四分之一。东台市位于江苏省，是该省围垦最为广泛的地区。过去五十年间，大规模的围垦项目显著扩展了东台的陆地面积，形成了根据围垦时间划分的明显区域。原本的自然盐生植被，如芦苇、互花米草和盐角草等，已被水产养殖池、农田和盐田所取代。

尽管已有许多研究探讨了围垦时间、土地利用类型和耕作方式对SOC的影响，但大多数研究仅关注单一的有机碳组分。实际上，SOC包括多个活性有机碳组分，如MBC、DOC和EOC。虽然这些组分在总SOC中所占比例较小，但它们具有高度的动态性，并在指示土壤碳含量变化和土壤碳库稳定性方面发挥着重要作用。然而，关于多个SOC组分与土地利用/土地覆盖变化（LULC）模式之间关系的综合研究仍然有限。此外，关于围垦后SOC组分矿化过程中环境因素影响的研究也相对不足。

本研究聚焦于东台市沿海潮汐平原围垦区域，旨在探讨在不同围垦时间和土地利用类型下SOC组分的动态特征及其主要环境驱动因素。本研究的目标包括：（1）分析不同围垦时间和土地利用类型下的SOC及其活性组分的特征；（2）评估关键环境因素对土壤碳库的影响；（3）为有效保护和可持续利用沿海潮汐平原资源提供理论支持和政策建议。通过系统研究SOC组分的变化趋势及其与环境因素之间的关系，本研究将为理解围垦对土壤碳库的长期影响提供新的视角，并为制定科学的土地管理政策提供依据。