不同水文地貌条件下蓝碳恢复策略对沉积物碳汇的影响及内在机制

《Water Research》：Effects of blue carbon restoration strategies on sediment carbon sinks and underlying mechanisms across contrasting hydrogeomorphic settings

　　摘要：蓝碳生态系统拥有极高的碳储量，因此成为生态修复的重点目标。然而，由于在评估物种选择与水文地质条件对碳封存的影响时往往缺乏综合考虑，其修复效果的长期持续性仍存在不确定性。本研究分析了来自中国南方河口及滨海地区的90个自然状态和修复后的红树林、海草床及潮滩沉积物中的碳和氮积累情况，通过结合多十年时间序列测定、稳定同位素分析以及有机物成岩模型，更准确地比较了历史上的碳和氮输入情况。研究结果表明，自然状态的红树林是沉积物中碳和氮的主要储存库，其碳和氮的埋藏量最高。不过，修复措施对碳和氮埋藏量的影响因具体环境条件而异：在大型河流河口，本地物种的修复效果优于外来物种；而在滨海地区及小型河流河口，外来物种的修复效果则更好。尽管如此，由外来物种修复形成的红树林中，有机物的稳定性似乎较低，尽管其埋藏速率很高。修复后的海草床的碳和氮埋藏速率与自然海草床相当。通过年代测定和δ13CSOC曲线分析可知，水文地质条件及修复策略决定了碳和氮输入的时间变化趋势。结构方程模型进一步表明，植被类型以及与水文地质条件相关的因素，如位置、沉积速率和孔隙水化学性质，是影响碳和氮储量的关键因素。总体而言，这些研究结果强调，在制定修复计划时应首先评估水文地质条件，以此确定修复优先级，从而提升蓝碳修复在应对气候变化方面的有效性。

引言：人类活动产生的温室气体排放导致了全球快速变暖以及随之而来的日益严峻的气候风险。为此，以《巴黎协定》为代表的国际气候战略开始重视减少碳排放，同时加强碳封存和长期储存工作（Macreadie等，2021；Arkema等，2023）。在这一背景下，包括红树林、海草、盐沼和潮滩在内的沿海蓝碳生态系统被视为重要的自然气候解决方案（Macreadie等，2021；Wang等，2023）。尽管这些生态系统仅占据全球海洋表面的不到0.2%，但它们在表层土壤中储存的有机碳量却超过30 Pg（Duarte等，2013；Fu等，2025；Guo等，2025；Pi?eiro-Juncal等，2025）。它们在碳储存方面之所以能发挥如此重要的作用，是因为其具有极高的碳埋藏率和长期积累能力，这得益于其对细颗粒沉积物的有效捕获，以及由此形成的积水、缺氧的土壤环境，这类环境能够减缓有机物的分解速度（Lovelock和Duarte，2019；Ouyang和Lee，2020；Zhang等，2026）。

尽管蓝碳生态系统具有巨大价值，但由于人类活动干扰以及海平面上升、海岸挤压和风暴加剧等气候变化因素的共同作用，它们的面积正在以惊人的速度减少（Murray等，2019，2022；Richards等，2020；Campbell等，2022）。生态系统的退化与转化会导致原本被埋藏的土壤碳暴露在氧气环境中，进而引发快速分解，并释放大量温室气体（Lovelock等，2017；Adame等，2021）。据估计，全球蓝碳生态系统的退化与转化每年可能释放0.15?1.02 Pg的CO2，这一数值相当于森林砍伐所产生年度排放量的3–19%。鉴于这一紧迫性，蓝碳生态系统的修复已成为全球性的重要任务（Fu等，2024），相关努力也被纳入国际气候与生物多样性政策框架中，比如《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》以及正在建立的碳市场机制（Wedding等，2021；Buelow等，2022；Arkema等，2023）。

目前，许多国家都推出了大规模的蓝碳生态系统修复计划，例如美国的“综合大沼泽地修复计划”，以及中国的“红树林保护和修复专项行动方案（2020?2025）”（Ouyang等，2024a；Guo等，2025）。在这些项目中，尤其是在中国，人们广泛使用了芦竹、互花米草和秋茄等生长迅速的物种，部分原因在于它们具有较高的生产力和碳储存潜力。实证研究表明，这些物种能够在短期内显著增加生态系统的生物量及沉积物中的碳储存量（Sun等，2021；Wang等，2024；Liao等，2025；Su等，2025）。然而，修复策略所带来的气候效益可能会因当地的水文地质条件而有所不同（Zhang等，2021a；Billah等，2022；Zheng等，2025；Nei等，2025）。例如，河口型与滨海型蓝碳系统在盐度、沉积物供应和养分可用性等方面存在显著差异，再加上不同物种对土壤氧化还原状况及积水程度的特殊影响，都会调控有机碳的埋藏速率及温室气体通量（Yu等，2020；Billah等，2022；Ratul等，2022；Nei等，2025）。这些由环境条件带来的差异性，给沉积物碳储存的长期净效益以及碳储库的稳定性带来了较大不确定性，尤其是在以外来物种为主的系统中（Liao等，2025）。因此，如何选择能够将植被选择与水文地质条件相结合的修复策略，以便在不同的环境条件下实现最大的碳封存效果，仍然是一个重要的科学和实践挑战。

本研究旨在探讨在不同水文地质条件下，各种修复策略如何影响蓝碳生态系统的碳汇功能。我们假设，这些策略对沉积物中碳和氮汇的影响会因环境条件的不同而有所差异，而且这种差异与植被产生的有机物输入量、环境条件（如盐度）以及沉积过程密切相关。基于从中国南方河口及滨海地区的红树林、海草床和潮滩生态系统采集的90个沉积物岩芯中的碳和氮埋藏记录，我们比较了自然状态区域与采用不同修复方法后的区域的碳和氮埋藏及储存情况。此外，我们还结合放射性同位素测定的沉积物年代序列、有机物成岩模型以及稳定同位素分析，重建了碳和氮埋藏的多十年时间序列，以此降低沉积后变化对碳埋藏量估算的干扰（Ranjan等，2011；Pi?eiro-Juncal等，2025），划分有机碳的来源，并分析长期的修复效果。随后，通过结构方程模型确定了影响沉积物中碳和氮埋藏的关键环境及生物因素。综上所述，这些分析不仅评估了不同水文地质条件下修复策略和物种选择的效果，还结合了多十年时间序列数据及成岩校正结果，揭示了沉积物中碳和氮积累的机制，为制定能够在保护沿海生态系统完整性的同时实现最大气候效益的修复实践和政策提供了依据。