《Ocean & Coastal Management》：Distinct mowing effects on organic carbon storage and dynamics in
Spartina alterniflora and
Phragmites australis sediments
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本研究对比分析了中国沿海盐沼植被（互花米草和芦苇）刈割后沉积物有机碳（OC）及铁结合有机碳（OC-Fe）的动态变化，揭示植被类型对刈割响应的差异：互花米草刈割导致OC-Fe含量下降，有机碳稳定性降低；而芦苇刈割则增加OC总量及OC-Fe中稳定组分，表明刈割管理需考虑植被类型以平衡蓝碳固存与生态安全。
吴月明|孙丹青|姜珊|徐北云|刘静|李健|王一云|吴颖
中国华东师范大学河口与海岸研究院国家重点实验室，上海
摘要
刈割在沿海湿地管理中被广泛用于控制入侵植物和资源利用。尽管其对温室气体排放的影响已得到充分研究，但其对沉积物有机碳（OC）动态的影响仍不完整。本研究通过分析互花米草（Spartina alterniflora）、芦苇（Phragmites australis）和泥滩的沉积物，探讨了刈割对这些植被类型的影响。测量了沉积物中的总有机碳（TOC）、总氮（TN）、易分解有机碳（水溶性有机碳，WEOC）、相对稳定的有机碳（与铁结合的有机碳，OC-Fe）、无机营养物质和木质素酚类，以评估刈割的效果。刈割对植被覆盖的沉积物产生了明显影响。在互花米草沉积物中，频繁刈割（每年三次并去除生物量）减弱了植物活动，导致黏土含量和总铁含量下降，WEOC池减少但变得更难分解，营养物质水平波动，OC-Fe组分减少，表明在没有新鲜输入的情况下有机碳持续被消耗。相反，在芦苇沉积物中，刈割后总有机碳和总氮含量增加，这与根系死亡和凋落物输入有关，这通过δ13C和δ15N的变化、升高的C/N比值以及溶解有机物中微生物信号的增加得到证实，木质素酚类也进一步证实了这一点。值得注意的是，在芦苇沉积物中，刈割后OC-FePP（共沉淀的OC-Fe）增加，可能是由于植物来源的富含木质素和酚类的有机碳与铁（水）氧化物结合所致。总体而言，刈割减少了两种植被类型中OC-Fe的相对贡献，但在芦苇沉积物中促进了短期有机碳的积累。这些发现突显了植被类型对沉积物有机碳池的影响，并强调了谨慎管理沿海湿地以平衡蓝碳保护和生态可持续性的必要性。
引言
沿海湿地是陆地和海洋生态系统之间高度生产力的过渡带，在全球生物地球化学循环和生物元素的土地-海洋交换中发挥着不可替代的作用，同时作为重要的天然蓝碳汇，对减缓气候变化有显著贡献（Tang等人，2018年；Hao等人，2024年）。全球沿海蓝碳生态系统每年大约固定8120万至1260万吨碳（Bertram等人，2021年）。沿海蓝碳生态系统日益被视为基于自然的解决方案，通过保护、恢复和可持续管理实现有效的碳封存（Wang等人，2023a）。位于陆地和海洋生态系统交汇处的沿海湿地从多种来源接收有机碳（OC），包括陆地和海洋物质交换、微生物活动以及初级生产，不同植被类型的植物生产力和凋落物特性差异进一步影响了沉积物有机碳池的复杂性和动态（Osland等人，2018年；Wu等人，2025年）。
有机碳与活性金属氧化物（尤其是铁（水）氧化物）的结合（即与铁结合的有机碳，OC-Fe）被广泛认为对各种沉积物系统中有机碳的稳定和埋藏有重要贡献（Lalonde等人，2012年；Zhao等人，2023b）。先前的研究表明，植被类型是影响沿海湿地中OC-Fe池规模和动态的关键因素。例如，Lin等人（2023年）报告称，红树（Kandelia obovata和Avicennia marina）的OC-Fe水平高于盐沼植物，如芦苇（Phragmites australis和互花米草（Spartina alterniflora）。同样，Chen等人（2024a）观察到互花米草、Suaeda salsa和以芦苇为主的沿海湿地中OC-Fe池的差异，其中互花米草沉积物的OC-Fe含量更高。在盐城进行的研究表明，互花米草沉积物中的OC-Fe池较大但相对易分解（Wu等人，2025年）。
最初，互花米草于20世纪70年代被引入中国沿海地区，以增强海岸保护、促进沉积物积累和便于土地复垦。然而，由于其快速生长、高繁殖能力和强的环境耐受性，它已成为中国沿海湿地的主要入侵物种（Wu等人，2022年）。许多研究表明，互花米草已经取代了许多沿海湿地的本地植被，显著影响了碳、氮、磷和硫等生物元素的生物地球化学循环（Feng等人，2017年；Wails等人，2021年；Wu等人，2022年），并最终影响了生态系统的结构和功能（Wails等人，2021年）。尽管互花米草在某些方面具有积极效果，如增强有机碳封存和减轻海岸侵蚀（Meng等人，2020年；Liu等人，2021年），但其入侵导致了严重的生态破坏，包括本地植物物种的替代、鸟类和底栖生物多样性的下降，以及潮滩生物和非生物环境的改变（Jackson等人，2021年；Zhao等人，2023a，2024年）。因此，中国的态度和治理政策主要倾向于彻底根除互花米草，这体现在实施了“互花米草防治专项行动计划（2022–2025年”中，目标是在2025年前将其数量减少90%以上（Li等人，2022年；Stokstad，2023年；Zhao等人，2023a）。目前，刈割可能是控制互花米草最实用、可靠且经济可行的措施之一（Li和Zhang，2008年；Song等人，2024年）。然而，刈割互花米草也会影响沿海湿地生态系统中的各种生物地球化学循环和生物元素池，尤其是导致更多的温室气体（GHG）排放。先前的研究已经证明，对互花米草的密集刈割会触发甲烷脉冲排放，从而大幅增加中国沿海地区的温室气体释放。这种效应可能会与增强碳封存和生态恢复的初衷相悖（Mehra，2025年；Zhu等人，2025年）。同样，密西西比河三角洲沿海湿地的持续丧失也与温室气体排放增加有关，可能导致这些生态系统从净碳汇变为净碳源（Crooks等人，2018年）。此外，Zhao等人（2023a）的最新建模研究表明，如果在中国南汇东滩彻底根除互花米草，可能会使蓝碳储存潜力减少1.07–2.19×104吨。Wang等人（2023b）的实验室模拟显示，对互花米草的刈割处理显著增加了营养物质的释放和溶解有机物（DOM）向上层水的输出，可能加剧沿海湿地生态系统的富营养化和相关生态风险。与相对较新的互花米草入侵控制措施相比，对芦苇的刈割在许多沿海湿地是一种长期实践，通常旨在资源利用或种群恢复（K?bbing等人，2013年；Hao等人，2022年）。在黄河三角洲的芦苇湿地进行的田间刈割实验表明，连续四年每年刈割一次可以改善土壤质量，并使表土中的有机碳含量增加高达32.9%，主要通过改变土壤营养物质和酶活性实现（Cui等人，2022年）。现有的关于沿海湿地植物刈割的研究主要集中在温室气体通量的田间调查、实验室控制模拟或单一物种的沉积物有机碳响应分析上。虽然这些努力提高了对过程级动态的理解，但由于方法和生态变异性，它们往往产生依赖于具体情境的结果。系统量化刈割对共存植被类型沉积物蓝碳池影响的田间研究仍然有限。更重要的是，尽管活性铁（水）氧化物在通过吸附/共沉淀作用结合和保护10–80%的沉积物有机碳方面具有全球重要性（Longman等人，2022年），但在刈割处理下两种物种的OC-Fe池动态仍很大程度上未被探索。因此，本研究通过量化刈割对共存互花米草和芦苇沉积物中总有机碳和OC-Fe池的影响，填补了这些空白。进一步了解刈割对沉积物有机碳池动态的影响对于准确评估蓝碳潜力以及指导沿海湿地管理策略和入侵植物控制政策的制定至关重要。
本研究选择了中国江苏省的一个天然潮汐河口湿地作为研究区域，该地区是互花米草分布最广的地区（Li等人，2022年）。该地区有两种植被类型：互花米草和芦苇，它们各自生长区域的水文条件（盐度和潮汐水平）几乎没有差异（Wu等人，2025年）。在刈割前后收集了泥滩、互花米草和芦苇的表层和底层沉积物。分析了物理化学参数，包括沉积物粒径、黏土比例、有机碳池（总有机碳、水溶性有机碳和OC-Fe相）以及不同形式的铁（总铁、Fe(II)、Fe(III)和不同结晶度的Fe（水）氧化物）。研究目的是：1）评估刈割对不同植被类型沉积物中有机碳池储存和特性的影响；2）阐明刈割对不同沉积物中OC-Fe池的影响；3）探讨刈割对沿海湿地中有机碳池稳定性和潜在转化的影响。
研究区域
研究区域
梁渡河口位于中国江苏省盐城市（32.87°N，120.91°E），沿黄海海岸，是中国最大和保存最完好的沿海湿地之一。该地区具有受东亚季风调节的湿润亚热带气候，年平均气温约为14°C，年降水量约为1000毫米。这也是中国20世纪70年代首次引入互花米草的地区（
沉积物粒径和铁分布（Fe(II)、Fe(III)和总铁)
通常，在刈割之前，互花米草沉积物的粒径最小，黏土比例最高（P < 0.05，n = 3），而芦苇沉积物的平均粒径最大，黏土比例最低（表1）。值得注意的是，刈割对所有三种沉积物的粒径和黏土比例都有显著影响。例如，刈割后表层芦苇沉积物的黏土比例增加，而对于互花米草和芦苇沉积物，刈割导致
刈割对沉积物特性的影响：黏土比例和铁
本研究中观察到的互花米草主导沉积物的高黏土含量和低平均粒径与早期研究中的普遍模式一致，这些特性在刈割前可以归因于互花米草广泛的根系和活跃的根际过程，这些过程拦截或固定了黏土大小的颗粒（Wang等人，2021年；Wu等人，2025年）。然而，刈割显著影响了三种沉积物的粒径分布和黏土比例
结论与展望
本研究探讨了刈割对温带沿海湿地中互花米草和芦苇沉积物的影响。结果表明，频繁刈割导致互花米草植物活动减弱，沉积物的物理化学性质和有机碳池发生变化，包括黏土比例和总铁含量下降，WEOC池减少但变得更难分解，无机营养物质水平波动，以及OC-Fe含量下降，这是由于缺乏新鲜的植物凋落物输入
作者贡献声明
吴月明：撰写——初稿、方法论、调查、数据分析、概念化。孙丹青：撰写——审阅与编辑、调查。姜珊：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取、概念化。徐北云：撰写——审阅与编辑、调查。刘静：撰写——审阅与编辑、资源管理。王一云：撰写——初稿、监督、项目管理、资金筹集
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42307338）、上海市科学技术委员会（项目编号：23230714200、23590780200）、河口与海岸研究院国家重点实验室开放研究基金（SKLEC-KF202209、202304、202306、202409）以及华东师范大学蓝碳科学技术中心的支持。
