入侵与本土盐沼植物凋落物分解对韩国江华岛沉积有机碳封存的影响机制研究

本研究针对滨海湿地碳循环中凋落物分解对沉积有机碳封存作用机制不清的问题，通过360天凋落物袋实验，对比入侵种互花米草（Spartina alterniflora）和本土种芦苇（Phragmites australis）的分解动态，结合δ13C和δ15N同位素示踪与细菌群落分析，揭示凋落物源碳在沉积物中的滞留规律及微生物驱动机制，为评估盐沼蓝碳功能提供关键科学依据。

　　

随着全球气候变化加剧，蓝碳生态系统作为天然碳汇的重要性日益凸显。盐沼作为重要的滨海湿地类型，每年可封存约1.19 Tg C的碳量，储存量高达0.9-1.8 Pg C，在缓解气候变化中扮演关键角色。然而，凋落物分解作为盐沼碳循环的核心驱动过程，其如何影响沉积有机碳的封存仍不明确。尤其当入侵植物互花米草（Spartina alterniflora）逐渐取代本土芦苇（Phragmites australis）时，其凋落物分解过程及碳归宿的差异可能显著改变湿地碳汇功能。一些研究表明互花米草具有更高的碳存储能力，但另一些研究指出其可能导致更高CO₂排放，凸显了系统评估其碳动态的必要性。

为厘清上述问题，韩国首尔国立大学地球与环境科学学院的研究团队在江华岛南侧潮滩开展了为期360天的凋落物袋实验，对比分析了互花米草和芦苇在不同生境（盐沼与光滩）和氧化还原条件（好氧与厌氧）下的分解模式、碳氮稳定同位素（δ¹³C和δ¹⁵N）分馏特征及细菌群落演替规律。该研究近期发表于《Marine Pollution Bulletin》，为理解滨海湿地碳循环提供了新的机制见解。

研究采用凋落物袋法（litterbag method），将预处理后的植物凋落物封装于1 mm网孔袋中，布设于盐沼（植被区）和光滩（无植被区）的两种深度（表层好氧条件与20 cm深厌氧条件），按预定时间点（0–360天）采样。沉积物样品分为邻近凋落物的表层沉积（Top sediment）和底层沉积（Bottom sediment），通过元素分析-同位素比值质谱（EA-IRMS）测定总有机碳（TOC）、总氮（TN）及稳定同位素组成，并利用16S rRNA基因扩增子测序（Illumina MiSeq平台）分析细菌群落结构，数据经QIIME2和DADA2流程处理。

3.1. 不同生境凋落物分解模式对比

研究发现凋落物分解模式可分为三类：Type 1（0–60天快速分解）、Type 2（60–150天中度分解）和Type 3（150–360天缓慢分解）。在盐沼中，两种植物凋落物在好氧和厌氧条件下均表现为Type 1分解，且60%以上的碳在前期分解，印证了“微生物适应假说”和“本土优势效应”（home-field advantage）。而在光滩中，互花米草仍保持Type 1分解，但芦苇在好氧条件下为Type 2、厌氧条件下为Type 3分解，表明其分解受氧化条件和 litter化学组成（如木质素和纤维素含量）的共同调控。

3.2. 凋落物对沉积有机碳含量的影响

表层沉积TOC始终高于底层沉积，且与凋落物碳剩余量显著负相关（r = -0.6, p = 0.001），说明分解产生的碳主要滞留于凋落物邻近区域。盐沼厌氧条件下TOC增幅最高（互花米草：+1.33%；芦苇：+1.27%），而光滩好氧条件下TOC提升更显著（互花米草：+1.20%；芦苇：+1.73%），后者可能与底栖微藻（MPB）的初级贡献有关。值得注意的是，光滩中芦苇凋落物处理组的TOC始终高于互花米草组（差约0.5%），表明若互花米草替代芦苇，可能降低沉积碳存储潜力。

3.3. 凋落物对沉积有机碳来源的同位素示踪

δ¹³C值显示表层沉积更接近凋落物端元值，证实碳来源以凋落物贡献为主。芦苇-盐沼厌氧条件下δ¹³C值（-25.18 ± 0.83‰）显著低于好氧条件（-23.45 ± 1.13‰, p = 0.046），反映好氧条件下MPB（δ¹³C均值-19.0‰）的混合效应。δ¹⁵N最低值出现在光滩-芦苇-厌氧组（6.30 ± 0.78‰），指示该条件下微生物分解活动较弱。互花米草处理组同位素值无显著生境差异，与其一致的Type 1分解模式相符。

3.4. 细菌群落驱动分解模式变异

细菌群落聚类显示时间而非空间是主要分异因子：Phase 1（D+30）以拟杆菌目（Bacteroidales）为主导（早期分解者），Phase 2（D+120）和Phase 3（D+270）则以假单胞菌目（Pseudomonadales）、芽孢杆菌目（Bacillales）和黄杆菌目（Flavobacteriales）为主（中后期降解复杂有机物）。光滩-芦苇-厌氧组中拟杆菌目丰度最低，与其Type 3分解模式直接相关。盐沼中拟杆菌目丰度普遍高于光滩，再次印证了本土微生物对凋落物分解的适应性优势。

该研究通过多角度证据表明，凋落物分解产生的有机碳主要滞留于沉积表层，迁移性有限，凸显了潮滩沉积作为长期碳汇的潜力。入侵种互花米草虽分解较快，但其替代本土芦苇可能导致碳存储能力降低约0.5%。细菌群落演替与分解阶段紧密耦合，且氧化还原条件通过调控酶活性和微生物组成深刻影响碳归宿。这些发现强调，保护以芦苇为代表的本土盐沼植被对维持滨海蓝碳功能至关重要，也为评估入侵植物生态效应提供了碳循环视角的科学依据。