土壤有机碳稳定性对植被-地形和水位变化的短期响应：滨海湿地的分异路径

《Journal of Environmental Management》：Short-term responses of soil organic carbon stability to vegetation–topography and water-level changes: divergent pathways in coastal wetlands

　　

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  环境条件的变化驱动了SOC稳定性的不同路径。
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  植被-地形变化将土壤属性与碳分配和微生物联系起来。
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  水位变化通过活性碳和MAOC动态调控SOC稳定性。
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  WL更好地缓冲了SOC的季节性波动，并维持了碳的稳定性。
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  VT使微生物向K策略者转变，而WL则有利于r策略者。

引言

沿海湿地在海洋碳循环中发挥着关键作用，这得益于其高初级生产力、碳封存率以及长期稳定性。这些生态系统能够减少大气中的CO₂，从而有助于缓解全球变暖（Jia等，2024；Liao等，2023；Wu等，2025）。沿海湿地碳汇功能源于植被促进的高初级生产力以及陆源和海源有机物的持续输入（Bauer等，2013；Day等，2024）。此外，水位波动引起的水位变化会影响微生物群落和功能，从而影响碳组分和稳定性（Wasim等，2026）。因此，在全球气候变化背景下，沿海湿地的碳动态已成为研究热点。

土壤有机碳（SOC）稳定性是维持沿海湿地碳汇功能的核心（Ju等，2026）。SOC可被分为颗粒态有机碳（POC）和矿物结合态有机碳（MAOC），二者在周转速率和保护机制方面存在差异。在沿海湿地中，POC主要由植物残体组成，通常对新鲜碳输入响应迅速，而MAOC则由于与矿物表面的结合以及土壤团聚体内的物理保护而相对稳定持久（Cotrufo等，2019；Wu等，2025）。因此，碳输入的变化、POC和MAOC的周转以及它们在SOC池中的分配可能会影响SOC稳定性。MAOC与SOC的比值（f_MAOC）已被提出作为SOC稳定性的指标（Sokol等，2022；Wu等，2025）。系统研究植被和水位变化对碳组分的影响，对于揭示沿海湿地SOC的稳定机制至关重要。

植被群落作为沿海湿地的主要组成部分，通过多种途径深刻影响土壤碳动态。不同类型的植被可以通过凋落物输入、根系分泌物以及根系对土壤物理性质的改变，影响土壤含水量（SWC）、pH和养分等关键环境因子（Liang等，2025）。来自根系分泌物和植物凋落物的碳输入可以刺激微生物活性，调节土壤有机碳（SOC）的转化和分解，从而影响SOC稳定性（Yang等，2017）。同时，地形和水位可以通过改变土壤理化性质、植物碳输入和微生物特征，影响SOC的来源和组分（Zhao等，2026b；Zheng等，2021）。水位变化可能会改变氧气可用性、氧化还原条件、盐分和土壤粒径，从而影响微生物分解和MAOC的物理保护（Six等，2002；Twomey等，2024）。一项研究表明，长期（约六年）植被从入侵植物互花米草（Spartina alterniflora）转变为本土盐沼物种，可以改变沿海湿地的碳封存，碳储量可达到互花米草群落碳储量的70%以上（Wang等，2025）。然而，植被和水位变化的短期效应及其潜在机制尚不明确。

植被和水位变化会影响微生物栖息地的碳可用性，从而影响微生物群落结构、功能和生活史策略（Liao等，2023；Lu等，2024；Zhao等，2026a）。与此观点一致，Liao等（2023）发现，沿海盐沼中土壤理化性质存在差异，并伴随着固碳细菌群落的转变。Li等（2026）发现，细菌生活史策略可以沿着植被和水位梯度发生系统性转变。微生物可能会根据碳基质采取不同的生活史策略。快速生长的r策略者可能受益于来自新鲜凋落物和根系分泌物的丰富活性碳，迅速将植物来源的碳分配到能量生产和生物合成中以支持生长。相比之下，资源利用高效的K策略者可能将相对更多的资源投入到胞外酶生产中，以分解复杂或难降解的碳基质，这有助于SOC的积累和稳定（Blagodatskaya和Kuzyakov，2008；Lu等，2024；Malik等，2020）。这些不同的资源利用策略可能会通过改变生物量生长和胞外酶生产之间的资源分配来影响SOC周转（Tan等，2025）。综合来看，这些过程可能会影响碳是快速分解还是作为稳定的微生物残体碳（MNC）被封存，其中部分MNC可能随后有助于MAOC的形成，从而影响SOC稳定性（Liang和Zhu，2021）。尽管已有这一概念框架，但微生物过程如何响应短期的植被和水位变化并调控SOC稳定性仍不清楚。

为探讨短期植被-地形和水位变化对SOC稳定性影响的微生物机制，我们量化了植被-地形变化（VT）和水位变化（WL）条件下（变更前、变更后三个月、六个月和九个月）的土壤理化性质、SOC及其组分（POC、MAOC）和微生物特征。选择这些特定采样期是为了捕捉整个一年观测期内主要的水文和生物学转变。本研究专门关注短期VT和WL如何影响土壤碳动态及其潜在的微生物机制。我们假设：（1）短期VT和WL可能会改变SOC组分，且VT和WL之间的响应幅度不同；（2）短期VT和WL可能会通过改变土壤理化性质影响微生物群落组建、生活史策略和碳处理活性；（3）这些土壤条件和微生物过程的具体变化可能驱动VT和WL条件下调控SOC稳定性的不同路径。我们的研究结果预计将为优化碳相关管理和碳汇功能提供科学依据。

章节摘要

研究区域

本研究在中国江苏的沿海湿地进行（33°30′57″N，120°33′44″E）（图S1）。该地区包含亚洲最大的连片潮间带泥滩湿地，是黄海与陆地环境之间重要的生态过渡带。这些湿地主要由古代黄河和长江输送的沉积物淤积形成（Zhang，2008）。土壤主要为沿海盐土，

植被-地形和水位变化条件下土壤理化性质的时间变化

盐分、pH、SWC、TN和黏粒显著受植被-地形和水位变化条件与时间点的交互作用影响（p < 0.05，表1）。在CK条件下，盐分在T6期间显著增加，在T9期间显著降低（p < 0.05）；而在VT条件下，盐分在T3期间显著增加，随后在T6和T9期间下降。在WL条件下，盐分总体较低，在T3和T9期间显著低于CK和VT条件下的盐分（表S1）。土壤pH

植被-地形和水位变化条件下SOC组分和稳定性对土壤理化性质的响应

未变化的湿地（CK）显示，季节性变化是该沿海湿地土壤碳动态的主要背景驱动因素。在CK条件下，SOC和MAOC在整个监测期内表现出显著的时间波动，其特征是T3期间下降，随后在T6期间反弹（图1），表明自然水文和气候循环持续调控着碳周转。与CK相比，植被-地形和水位变化条件并未

结论

本研究发现，短期植被-地形和水位变化对沿海湿地的土壤碳组分和SOC稳定性产生了差异化影响。水位变化比未变化的湿地和植被-地形变化更有效地缓冲了SOC的季节性波动，而在变化条件下，f_MAOC保持统计上的稳定，表明在植被-地形和水位变化条件下SOC向MAOC的相对分配没有明显的短期变化

CRediT作者贡献声明

肖舒文：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，方法论，调查研究，形式化分析，数据管理。赵大有：撰写——审阅与编辑，监督指导，资源，项目管理，资金获取，概念化。孟俊杰：方法论，调查研究，形式化分析，数据管理。李欢：撰写——审阅与编辑，概念化。杨润涵：撰写——审阅与编辑，概念化。吴庆龙：撰写——审阅与

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何已知的经济利益冲突或个人关系，这些利益冲突或个人关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

我们感谢王 Caitao、荣晓宇和吴浩宇在采样工作方面提供的技术帮助。本研究由中国国家重点研发计划（2023YFF1304501）、国家自然科学基金（U23A20153）和江苏省碳达峰碳中和创新研究计划（BT2024012）资助。

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