沿海湿地中休眠期与返青期的刈割最大化了源于生产力的植被碳输入潜力

《Journal of Environmental Management》：Dormant and green-up season mowing maximizes productivity-derived vegetation carbon input potential in coastal wetlands

　　

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  刈割时间重塑了植被生产力与浅层根系生物量。
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  浅层根系生物量与不同的土壤呼吸组分相关。
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  植株高度与土壤CH₄通量呈负相关。
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  生长旺盛期刈割降低了冠层发育和浅层根系生物量。
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  休眠期刈割显示出最大的情景规模BNPP衍生碳输入潜力。

引言

沿海湿地是重要的碳汇，因为高植物生产力、沉积物淤积和淹水土壤促进了有机碳的积累（Maxwell等，2024；Temmink等，2022）。除碳封存外，这些生态系统还提供重要的服务功能，包括栖息地供给、海岸线保护和气候调节（Chen等，2026；Lee和Nepf，2024）。在此背景下，战略性植被管理日益被用作一种基于自然的途径，以恢复管理区域或退化沿海地区的碳相关生态系统功能（Hao等，2024）。在Phragmites australis（芦苇）主导的湿地中，刈割或收获可以去除活体生物量，调节Phragmites生长，并有助于维持群落结构（Wu等，2026）。来自管理草地的证据表明，生物量去除可以重新组织植被再生和生态系统CO₂交换，其物候时机进一步调节了刈割后的碳利用效率（KC等，2026；Klopsch等，2026）。尽管近期研究已将物候依赖性收获效应与沿海湿地的气体碳交换联系起来（Huang等，2024），但刈割时间如何共同影响地下生物量生产、土壤呼吸组分和土壤CH₄通量仍未得到充分阐明。明确这些响应对于确定既能维持地下生物量生产又能刻画相关土壤碳通量的刈割时期至关重要。

评估刈割的环境影响需要对土壤CO₂排放量的机理性理解，这关联着植物碳固定、地下碳分配和碳损失（Bond-Lamberty等，2024）。然而，总土壤呼吸（R_s）很难从机理上进行解释，因为它综合了自养呼吸（R_a）和异养呼吸（R_h），这是植物–土壤连续体内的两条不同途径（Hanson等，2000；Kuzyakov，2006）。R_a主要由活根代谢和近期光合产物的供给所驱动，而R_h反映了微生物对有机底物和土壤有机质的分解作用（Jian等，2022；Jin等，2024）。因此，相似的R_s可能掩盖了截然不同的机制，例如冠层再生后根代谢增强或微生物矿化加速。这种模糊性在管理生态系统中尤为相关，因为管理措施可以改变土壤微气候、植被覆盖度、土壤CO₂排放量以及R_a和R_h对R_s的相对贡献（Francioni等，2025；D. Wang等，2025）。因此，将土壤呼吸分解为自养和异养组分有助于区分与处理相关的土壤CO₂排放量变化是与活根活动还是微生物分解更为密切。

刈割时间可能对刈割后植被结构和呼吸途径起关键调控作用，但相比刈割频率或强度，其受到的关注较少（Richter等，2024；Schulz等，2024）。在不同生长阶段刈割可通过改变光合同化作用、再生需求和地下储备补充来改变植物源–库动态（Gessler和Grossiord，2019；Hartmann等，2020）。例如，夏季刈割在生长旺盛期移除了光合活性枝条，迫使植物动用地下储备来促进冠层再生（Ma等，2021；Yang等，2023）。这种扰动可能改变浅层根系组分，包括粗根（结构和储存组织）和细根（快速周转和微生物底物供给），从而可能改变R_a和R_h的相对贡献（Freschet等，2021；McCormack等，2015）。刈割引起的植被结构变化也可能与土壤CH₄通量协同变化。植物性状可能与植被湿地的地下底物供给、根际条件和气体输运途径有关（Helfter等，2022；Huang等，2024）。然而，由于植被结构、根系活动和土壤CH₄动态可能对刈割产生同时响应，它们之间的关系应谨慎解读。因此，刈割时间如何改变这些在不同物候阶段耦合的植被–土壤响应仍了解不足。近期的长期实验和全球综合分析进一步表明，地上和地下生产力可能对刈割或修剪产生不同响应，凸显了明确量化地下生产力而非从地上动态推断地下响应的必要性（Ma等，2024；Zhang等，2026）。尽管如此，跨不同物候刈割阶段的长期比较仍然有限，实验观测到的地下生产响应也很少扩展到基于情景的区域地下碳输入潜力评估。

为阐明季节性刈割时间如何影响植被生产力及相关的土壤碳通量，我们在黄河三角洲一片P. australis主导的沿海湿地开展了一项长期季节性刈割实验。实验设计将未刈割对照（CK）与三个特定物候阶段的年刈割制度进行比较：返青期（3月，3M）、生长旺盛期（7月，7M）和休眠期（12月，12M）。我们的目标为：(1)量化刈割时间对植被结构和植物生产力的影响；(2)考察浅层根系生物量与自养呼吸组分R_a和异养呼吸组分R_h之间的小区水平关联，以及植株高度与土壤CH₄通量之间的关联；(3)评估刈割引起的BNPP衍生地下碳输入潜力变化及其对区域管理覆盖度的敏感性。基于植物源–库动态，我们假设在生长旺盛活跃期（7M）刈割将增加冠层再生需求，从而降低浅层根系生物量和地下生产力。相反，我们预期在休眠期和返青期（12M和3M）刈割对地下储备补充施加的约束较弱，从而维持更高的浅层根系生物量和地下生产力。我们进一步预期刈割引起的浅层根系生物量变化与土壤呼吸组分协同变化，植被结构变化与土壤CH₄通量协同变化。

章节摘要

研究地点

野外实验在中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态系统野外观察与研究中心的一个永久性沿海湿地观测站点进行（37°45′50″ N，118°59′24″ E；图1a）。尽管该站点位于潮上带，但受与潮汐和河口过程相关的浅层咸水地下水强烈影响。该地区属暖温带大陆性季风气候，自1960年以来经历了增温和干旱化过程

季节性刈割下的微气候条件、植物生产力和根系生物量

在2024年7月至2025年9月期间，土壤温度（ST）在各处理间呈现出相似的 seasonal 变化模式，范围为0至30.21°C（图1c）。整个监测期内，各处理的平均ST存在显著差异（P < 0.001；图S2a插图）。ST在刈割小区中通常高于CK小区，各刈割处理间无显著差异。ST的季节性处理效应主要体现在春季和夏季（均P < 0.01；图S2a），平均ST最高的是

季节性刈割对生物量分配和土壤呼吸组分的影响

季节性刈割时间改变了冠层结构、生物量分配、浅层根系生物量和土壤呼吸组分（图2，图3）。对R_a的处理效应在春季和夏季最为明显，此时植物生长和碳需求较高（图3a和b）。7月刈割下的植株高度和植被覆盖度较低，表明与3月和12月刈割相比，冠层发育受到抑制（图2a和b）。这种响应可能增加了地上再生与

结论

季节性刈割的物候时机改变了管理型沿海P. australis湿地的植物生产力、地下生物量分配以及土壤CO₂和CH₄通量。12月刈割产生了最大的BNPP衍生地下碳输入潜力，而3月表现出中等响应，7月最低。在各小区中，浅层粗根和细根生物量分别与R_a和R_h相关，而植株高度与土壤CH₄通量呈负相关。这些

CRediT作者贡献声明

Jianhui Wu：撰写 – 初稿，可视化，方法学，调研，形式化分析，数据整理，概念化。Xiaojing Chu：撰写 – 审阅与编辑，方法学，调研，概念化。Jiaqi Li：验证，调研，数据整理。Baoyu Sun：方法学，调研。Huiqi Zhang：调研，数据整理。Aobu Lu：资源，调研。Xiaojie Wang：可视化，软件，形式化分析。Xiang Long：验证，调研。Runmei Wang：

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（项目编号2022YFF0802100和2023YFE0113101）、国家自然科学基金委员会（项目编号42101117和42071126）以及山东省自然科学基金（项目编号ZR2025ZD20和ZR2025MS580）的资助。

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