红树林物种通过调节根际微生物相互作用来调控沿海湿地温室气体排放

《Regional Studies in Marine Science》：Mangrove species regulated root-microbe interactions governing GHGs emissions in the coastal wetland

　　

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  红树林物种优势度显著调控土壤温室气体通量。
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  白海榄雌优势度表现出最低的温室气体通量。
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  根系-微生物互作控制红树林温室气体动态。

引言

红树林是独特的热带和亚热带沿海生态系统，由于其高初级生产力（净初级生产力（NPP）范围为10至25干吨每公顷每年以上）以及在水logged、无氧土壤中有机碳的长期（超过5000年）积累，发挥着重要的蓝碳汇作用（Wang等人，2026年，Lin等人，2025a，Lin等人，2025b，Nayak等人，2025a，Nayak等人，2025b，Bhattacharyya等人，2022年）。除气候调节和蓝碳储存外，红树林还提供多种生态和环境服务，包括海岸线稳定、沿海防浪和风暴潮防护、养分循环以及重金属和沿海污染物的植物修复（Akbar等人，2026年，Magdalena等人，2025年）。这些生态系统功能对维持热带和亚热带地区沿海弹性和环境可持续性具有重要作用。这些生态系统通过在水中和沉积物中封存大量碳（115亿吨），在减缓气候变化方面发挥着关键作用（Babaniyi等人，2026年，Liu等人，2025年，Choudhary等人，2024a，Choudhary等人，2024b，Hredoy等人，2024年）。尽管具有碳储存潜力，但红树林土壤也可能成为温室气体（GHG）的显著来源（23.9亿吨二氧化碳当量），包括二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和一氧化二氮（N₂O），这是由于频繁的潮汐淹没、氧气供应减少和强烈的微生物活动所致（Nayak等人，2025a，Nayak等人，2025b，Bhattacharyya等人，2023年，Adame等人，2021年）。红树林同时作为碳汇和碳源的角色突显了在评估其总体气候减缓潜力时量化温室气体通量的必要性（Zhu等人，2022年）。

红树林生态系统中土壤CH₄、N₂O和CO₂排放主要由微生物过程控制，包括呼吸作用、产甲烷作用、甲烷氧化、硝化作用和反硝化作用（Nayak等人，2025a，Nayak等人，2025b）。这些过程受环境因素强烈影响，包括土壤氧化还原条件、有机碳可利用性、水期和植被结构（Lin等人，2025a，Lin等人，2025b）。特别是，红树林物种在根系结构和气体交换特征上存在显著差异，例如气生根的存在和密度，这可以改变沉积物通气、微生物生境异质性和植物介导的气体传输途径（Madhavan等人，2025年，Okello等人，2020年，Srikanth等人，2016年）。因此，物种优势度有可能调控红树林生态系统中土壤温室气体通量的大小和方向。

红树林修复在全球范围内越来越受到推崇，以弥补历史上大量的损失并恢复生态系统服务，特别是碳封存和气候调节（He等人，2025a，He等人，2025b，Islam等人，2024年，Kurniawansyah等人，2023年，Song等人，2023年，Arifanti等人，2022年，Jakovac等人，2020年）。物种选择被认为是修复成功的关键决定因素，因为不同红树林物种在生长策略、根系功能特征和与土壤微生物群落的相互作用方面存在差异（Luo等人，2025年）。虽然以前的研究比较了不同红树林物种之间的碳储量，但相对较少关注通过多种温室气体途径的碳释放，特别是CH₄和N₂O，这些气体的全球变暖潜势高于CO₂（Banerjee等人，2026年，Mitra等人，2025年，Mondal等人，2025年）。忽视这些通量可能导致高估红树林修复的气候减缓效益。

除植被效应外，土壤微生物群落也在调控红树林土壤中的碳循环和温室气体排放方面发挥着核心作用（Hu等人，2024a，Hu等人，2024b）。微生物生物量、活性碳池和胞外酶活性反映了土壤分解有机物或稳定碳的代谢潜力（Liu等人，2023年）。此外，固碳微生物类群的组成和多样性可以通过介导碳固定、转化和稳定过程影响土壤有机碳（SOC）积累（Li等人，2025a，Li等人，2025b，Li等人，2025c）。然而，红树林物种优势度、微生物固碳群落、土壤碳池和温室气体通量之间的联系仍知之甚少，特别是在退化红树林系统中（Wang等人，2025a，Wang等人，2025b）。

孙德尔本红树林生态系统是世界最大的连续红树林森林，由于人为压力和环境变化而遭受广泛退化，使得该地区的修复和气候减缓工作尤为紧迫（Mondal等人，2025年，Tasnim等人，2023年）。因此，了解优势红树林物种如何通过根系-土壤-微生物互作调控CH₄、N₂O和CO₂排放对于设计气候智慧型修复策略至关重要。

尽管人们越来越关注通过红树林修复来减缓气候变化，但当前的修复项目主要强调生物量恢复和碳储量积累，而相对较少关注物种特异性温室气体排放和调控土壤碳稳定的微生物机制（Guo等人，2026年，Alvyra等人，2025年）。因此，关于红树林物种优势度、根系功能特征和微生物互作如何共同影响退化红树林生态系统中温室气体动态的问题仍存在一些不确定性（Hu等人，2024a，Hu等人，2024b）。解决这些知识空白对于制定气候智慧型红树林修复策略至关重要，这些策略应同时增强碳封存并最小化甲烷和一氧化二氮排放。

在此背景下，本研究调查了印度孙德尔本地区三个退化红树林样地的CH₄、N₂O和CO₂的季节性土壤通量，这三个样地分别由白海榄雌（样地1）、榄李（样地2）以及白骨壤和海桐混合群落（样地3）所主导。除温室气体测量外，还评估了土壤有机碳、微生物生物量碳、易矿化碳和酶活性，以表征各样地的土壤碳可利用性和微生物代谢潜力。为进一步阐明微生物对碳封存和温室气体动态的调控作用，采用全基因组鸟枪法宏基因组测序研究微生物群落组成以及固碳和生物地球化学相关功能类群的相对丰度。基于现有的知识空白，本研究假设红树林物种优势度及相关根系-土壤-微生物互作显著调控退化红树林生态系统中的温室气体通量和微生物碳稳定过程。相应地，本研究旨在增进对物种调控的根系-土壤-微生物互作如何控制退化红树林生态系统中温室气体通量的理解，以及其对气候智慧型红树林修复和管理的意义。

章节片段

样地描述

孙德尔本红树林生态系统位于孟加拉湾北部沿岸，代表了世界上最大的连续红树林森林。该地区受半日潮周期性淹没强烈影响，潮汐振幅通常为1至6米，导致红树林土壤频繁淹水和长期无氧条件。孙德尔本的气候为热带季风气候，年降水量约为150-200厘米，大部分降水发生在

土壤理化性质

研究期间，各红树林样地的土壤pH值均呈碱性，范围为7.68至8.30，所有地点在夏季季节记录到相对较低的pH值。在样地之间，白海榄雌优势样地（样地1）始终表现出较高的pH值（8.01-8.30），相比之下样地2为7.68-8.02，样地3为7.77-8.01。电导率（EC）在样地（CD=0.483）和季节（CD=0.465）之间显著变化，范围为5.13至13.97 mS cm^-1，

红树林物种优势度作为土壤温室气体通量的主要驱动因素

红树林土壤既是主要的碳库，又是动态的温室气体（GHG）排放源（Lin等人，2025a，Lin等人，2025b）。这些气体通过参与碳和氮循环的各种功能性微生物途径在土壤中产生（甲烷氧化；产甲烷作用、氮和硫代谢）（Nayak等人，2025a，Nayak等人，2025b）。此外，温室气体作为通量从土壤传输到大气中，部分通过

结论

本研究证明，红树林物种优势度通过物种特异性根系特征、气生根特性、土壤碳可利用性和微生物功能多样性强烈调控退化孙德尔本红树林生态系统中温室气体（GHG）动态。在这些相互作用的调控因素中，与根系功能特征和气生根介导的沉积物氧化还原调控相关的植被-土壤-微生物互作似乎对CH₄、N₂O和

未引用参考文献

（Castillo等人，2017年，Parida等人，2025年，Sarker等人，2018年，Tang等人，2025年，Tian等人，2022年，Yang等人，2025年，Yang等人，2023年，Zhu和Yan，2022年）

CRediT作者贡献声明

Arpita Moharana：形式分析。Chinmay Pradhan：监督指导。Pratap Bhattacharyya：监督指导。Sujit Kumar Nayak：撰写——审阅与编辑，撰写——原稿撰写，可视化，验证，软件，方法学，调查研究，形式分析，数据整理，概念化。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能会被认为影响本论文报告的工作。

致谢

本工作得到了DST-INSPIRE奖学金、NICRA（EAP-245）、NASF（EAP-411）、DBT（EAP-471）和ICAR-国家奖学金项目（编号：Agri. Edn. /27/08/NF/2017-HRD和EAP-248）的支持。作者感谢ICAR-NRRI主任的支持和指导。作者感谢Saroj Kumar Rout先生、Jiten Kumar Sahu先生、Gaban Mandi先生提供的帮助和支持。本稿件是首席作者Sujit Kumar Nayak博士研究的一部分发现。

Sujit Kumar Nayak|Pratap Bhattacharyya|Chinmay Pradhan|Arpita Moharana