原始与受干扰红树林沉积物中碳和氮埋藏的对比

《Marine Pollution Bulletin》：Contrasting carbon and nitrogen burial in pristine vs. impacted mangrove sediments

　　

多指标沉积物岩心分析追踪了红树林生态系统的环境变化。受干扰红树林表现出更细的沉积物、更高的沉积速率、富集的δ¹⁵N和δ¹³C，以及更低的C:N比值。在快速城市扩张之后，受干扰位点的碳和氮埋藏速率自1990年代起上升。相对原始的红树林在碳封存方面表现出更高的变异性。

原始与受干扰红树林沉积物碳氮埋藏对比研究解读

红树林是海岸带重要的沉积物、碳、氮等生源要素的汇，在调节河口和近岸环境碳循环中发挥关键作用。红树林与海草床、盐沼被并称为蓝碳生态系统，其单位面积有机碳封存速率远高于陆地森林。尽管红树林面积不足海洋面积的0.1%，却可能贡献海洋环境中有机碳埋藏的约15%，因此对全球碳收支和气候变化减缓具有重要意义。然而，沿海城市扩张和污水排放显著增加了近岸氮输入，导致富营养化，改变红树林有机质的来源和组成，可能削弱其碳封存能力。由于人为营养盐输入会同时驱动富营养化并改变有机物化学计量特征，联合评估碳和氮的埋藏，并借助稳定同位素和C:N比值等指标，能够揭示污染对红树林长期封存与缓冲能力的影响。在此背景下，研究人员以巴西东南部相对原始的Barra Seca河口和受人类活动干扰的Guarapari河口为对象，结合多指标沉积物岩心分析和区域城市扩张数据，检验了“受干扰红树林沉积物性质改变、沉积速率升高、同位素信号富集”以及“相对原始红树林对碳氮封存时空变异性的容纳能力更强”两个假设。该研究发表在《Marine Pollution Bulletin》。

研究人员于2023年11月采集了5根沉积物岩心，其中原始区域2根（P1、P2），受干扰区域3根（I1、I2、I3）。利用²¹⁰Pb放射性测年（CIC模型）重建沉积时序并计算沉积速率与埋藏通量。结果表明，受干扰红树林沉积物粒度更细，沉积速率更高，δ¹⁵N和δ¹³C富集而C:N较低；原始红树林碳埋藏率的标准差比受干扰位点高55.5%，氮高18.3%，体现出更强的时空变异性。

就主要技术方法而言，沉积物岩心使用俄罗斯泥炭取样器采集，按表层2 cm、深层5 cm间隔分层。每个样品测定了干容重（DBD）、粒度组成、有机碳（OC）、总氮（TN）以及δ¹³C和δ¹⁵N。粒度分析采用激光衍射法；元素和稳定同位素比值通过锡胶囊封装样品进行测定。²¹⁰Pb活度经其子体²¹⁰Bi用气旋式正比计数器测定，采用恒定初始浓度（CIC）模型计算沉积速率（SAR）和沉积物年龄；碳、氮埋藏通量由SAR、DBD和元素浓度计算。样本来源于巴西Espírito Santo州Barra Seca和Guarapari两河口红树林边缘约50 m处，主要植被包括Rhizophora mangle、Laguncularia racemosa和Avicennia schaueriana。

研究结果分为三个部分。第一，沉积物粒度和沉积速率（SAR）：受干扰位点的粘土和粉砂比例平均为49.1±15.7%，明显高于原始位点的25.6±15.7%；原始位点砂含量较高，为74.4±15.7%。受干扰位点DBD平均比原始位点高8.5%。各岩心的²¹⁰Pb_ex剖面随深度一致下降，表明沉积序列基本未受扰动。CIC模型给出的SAR在原始位点为2.4–13.5 mm yr^?1，受干扰位点为7.6–12.8 mm yr^?1，受干扰位点沉积速率整体更高。第二，碳和氮累积速率：原始位点内部分异明显，P1自1960年以来保持较低累积速率，而P2在2017年达到碳747.2 g m^?2 yr^?1、氮35.8 g m^?2 yr^?1的峰值，且自1990年代起持续高位。受干扰位点I1和I2的碳累积速率常超过300 g m^?2 yr^?1、氮高于20 g m^?2 yr^?1，I3则相对较低。平均值上，原始位点碳为229.4 g m^?2 yr^?1、氮为11.8 g m^?2 yr^?1；受干扰位点碳为217.5 g m^?2 yr^?1、氮为16.2 g m^?2 yr^?1。原始位点碳、氮累积速率的标准差分别比受干扰位点大55.5%和18.3%，说明相对原始红树林对碳封存变化的容纳能力更强。第三，碳和氮同位素分析：所有岩心的δ¹⁵N均随时间逐渐增加，受干扰位点在2003年达到最高值4.2‰，并自1990年代起呈现持续富集趋势；原始位点δ¹⁵N整体偏低。受干扰位点δ¹³C偏正、C:N较低，指示海洋/藻类来源有机质占主导；原始位点δ¹³C偏负、C:N较高，指示陆地维管植物来源贡献更大，反映出人为养分输入驱动下有机质来源发生明显转变。

讨论部分指出，土地利用变化加速了细粒沉积物在受干扰红树林中的沉积，但DBD的变化与土地利用之间没有直接关联，可能受其他环境或地貌因素控制。碳氮累积速率的高变异性在原始位点更为显著，这种变异性或可与全球尺度相当。同位素与C:N证据进一步确认，受干扰红树林的δ¹⁵N富集可能来自污水和化肥输入及相关的微生物转化过程。研究同时承认，两站点比较难以完全分离自然水动力与人为影响的各自贡献，岩心数量有限，²¹⁰Pb年代不确定性最大可达20年，因此结果外推需谨慎。研究结论可翻译为：这项研究对比了巴西相对原始和受干扰红树林中沉积物碳和氮累积及其来源的时空变异性。沉积速率表明，受人类活动干扰的红树林沉积作用增强，并与土地利用变化相关。碳和氮累积速率进一步凸显了城市压力的影响：相对原始位点的碳变异性比受干扰位点高55%，氮高18%。受干扰红树林中δ¹⁵N和δ¹³C富集、C:N较低，与人为养分输入增加和不同的有机质来源有关。这些发现揭示了南大西洋数据缺乏地区土地利用变化与碳氮埋藏之间的模式。研究人员建议在更多红树林系统中开展验证，以确认这些模式的更广泛适用性。