《CATENA》：Influences of vegetation distribution on soil organic carbon accumulation and stability in a coastal wetland, Southeast China
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滨海湿地植被分布梯度下土壤有机碳积累与稳定性机制研究，分析潮间带至高潮带（TF-SA-SS-PA）0-60cm土壤剖面SOC组分及环境驱动因子，发现互花米草（SA）和芦苇（PA）群落中抗分解有机碳（ROC）和矿物结合有机碳（MAOC）占比最高（70.09%和68.16%），土壤总氮、地下生物量、黏粒含量及特定微生物（变形菌门、拟杆菌门等）是主要驱动因素，揭示植被梯度通过物理屏障和微生物活动调控SOC稳定性的机制，为蓝碳管理提供依据。
张睿|蒲丽杰|陶嘉伟|谢家毅|袁叶|钟睿|翟家豪|卢玉萌|王小青|曲璐|何格丽|黄思华
南京大学地理与海洋科学学院，南京210023，中国
摘要：
沿海湿地的植被分布通过调节土壤碳封存环境来影响土壤有机碳（SOC）的积累和稳定性，但其背后的机制仍需进一步研究。本研究聚焦于海陆梯度上的典型植被分布——“潮间带（TF）、Spartina alterniflora（SA）、Suaeda salsa（SS）和Phragmites australis（PA）”，并系统分析了0–60厘米土层中的SOC积累特征及其环境驱动因素。研究结果表明：（1）SOC及其各组分沿植被分布梯度存在显著变化。SA群落中的SOC、难降解有机碳（ROC）和矿物相关有机碳（MAOC）含量最高；PA群落中的溶解有机碳（DOC）含量最高。SOC及其各组分的含量随土壤深度增加而减少。（2）ROC和MAOC是影响SOC稳定性的主要组分。SA群落中的ROC/SOC（70.09%）和MAOC/SOC（68.16%）最高，其次是PA群落（分别为65.76%和65.42%）。其他SOC组分在TF群落中的比例最高。总体而言，0–30厘米土层中ROC/SOC占主导地位（平均值为62.68%），而30–60厘米土层中MAOC/SOC的贡献更为显著（平均值为63.59%）。（3）随机森林模型和PLS-SEM分析显示，土壤总氮（STN）、地下生物量（BGB）、黏粒和粉粒以及固碳细菌（如Proteobacteria、Bacteroidota、Actinobacteriota和Chloroflexi）是影响SOC积累和稳定性的关键因素。ROC和MAOC分别是表征0–30厘米和30–60厘米土层SOC稳定性变化的最佳指标。这些发现加深了人们对植被分布与SOC稳定性之间机制的理解，为优化沿海蓝碳管理提供了科学依据。
引言
尽管沿海湿地仅占全球陆地表面的不到2%，但它们被认为是高效的蓝碳汇，这归因于其高初级生产力和稳定的有机物保存机制（Jia等，2024；Liao等，2023）。沿海湿地中土壤有机碳（SOC）含量的变化在调节全球碳平衡和影响气候变化方面起着关键作用（Cao等，2021；Ji等，2020）。与内陆湿地不同，沿海湿地的植被分布受到陆地和海洋动态的共同影响，导致沿海陆梯度出现复杂而快速的空间变化（Liao等，2023）。因此，盐生植被从周期性淹没的潮间带（TF）和Spartina alterniflora（SA）群落向高潮带中的Suaeda salsa（SS）和Phragmites australis（PA）群落延伸。尽管先前的研究已经探讨了植被类型在沿海湿地SOC封存中的作用（Liao等，2023；Ji等，2020），但这种典型的植被分布如何调节SOC积累和稳定性的机制仍需进一步阐明。因此，阐明植被分布对SOC积累和稳定性的影响对于准确评估碳储量和优化沿海湿地碳封存策略至关重要。
沿海湿地植被分布对SOC积累和稳定性的影响是一个多方面且动态的过程，受有机物输入的质量和数量、土壤物理化学性质以及微生物多样性的影响（Wu等，2024；Shi等，2023a）。植被分布通过调节湿地植物多样性来影响SOC输入的质量和数量（Jia等，2024；Xia等，2022；Whalen等，2022）。高生产力植被通过增强垂直碳分配促进深层土壤中的长期SOC积累（Wang等，2019）。此外，植被分布可能优化栖息地条件，如土壤物理化学性质和微生物多样性，从而调节SOC的矿化和周转（Khorchani等，2022；Prommer等，2019）。先前的研究报道了土壤性质、微生物多样性和SOC含量之间的显著相关性（Kang等，2024；Prommer等，2019）。然而，大多数研究仅关注个别环境因素（如pH值、电导率EC）对总SOC含量的影响（Shi等，2023b；Liao等，2023），而关于多个因素协同作用对SOC积累影响的定量分析仍有限。因此，全面理解SOC积累和稳定性机制需要整合植被特征、土壤性质和微生物相互作用。
SOC组分的分布比单独评估总SOC含量能更精确地描述植被分布对SOC积累和稳定性的影响（Lehmann等，2015）。本研究结合基于环境敏感性和周转时间的现有分类标准，将SOC组分分为活跃池和稳定池（Liu等，2025；Shi等，2023a；Liu等，2022；Liao等，2021）。活跃池包括易氧化有机碳（EOC）、活性有机碳（LOC）、微生物生物量碳（MBC）、溶解有机碳（DOC）和颗粒有机碳（POC），这些组分对环境变化反应迅速（Shi等，2023b；Georgiou等，2022；Havalend等，2019）。稳定池包括难降解有机碳（ROC）和矿物相关有机碳（MAOC）。ROC由于化学稳定性而持续存在（Shi等，2023b），而MAOC通过有机-矿物复合体中的物理保护得以保存，两者共同促进长期SOC稳定性（Si等，2024；Xiao等，2023；Lavallee等，2020）。虽然沿海湿地的总SOC动态已被广泛研究（Zhang等，2024；Shi等，2023a），但关于植被分布如何影响SOC组分的系统比较仍有限。例如，高潮带的植被可能增强深层土壤中的MAOC积累（Liu等，2022），而中潮带的LOC由于频繁的潮汐干扰容易流失（Jia等，2024）。因此，阐明沿海陆梯度不同SOC组分的动态变化可以更精细地理解植被分布如何通过调节活跃池和稳定池的积累来调节SOC稳定性。
江苏省拥有中国约四分之一的沿海湿地面积，快速的扩张为耐盐植被创造了有利的生长条件（Li等，2014）。本地植被分布遵循从海向陆的“TF-SS-PA”梯度。为了解决海岸侵蚀问题，引入了SA，并因其耐盐性和高繁殖能力而迅速形成密集的群落（Zhang等，2024；Liao等，2023）。因此，植被逐渐发展为“TF-SA-SS-PA”群落的分布梯度（Zhou等，2021；Gao等，2021）。尽管一些研究表明沿这种植被分布梯度SOC积累增加（Tan等，2025），但也有研究报道了不一致的趋势，这加剧了江苏沿海湿地蓝碳核算的不确定性（Liao等，2023）。此外，这种典型植被分布对SOC积累和稳定性的具体贡献和机制仍不够明确。因此，本研究聚焦于江苏省的代表性沿海湿地，探讨典型植被分布对SOC积累和稳定性的影响。研究目标包括：1）考察不同土壤深度下SOC组分的响应；2）识别对SOC积累和稳定性有贡献的关键SOC组分；3）分析影响SOC积累和稳定性的主要环境因素。这些发现旨在深入理解植被分布调节沿海湿地SOC积累和稳定性的机制，并为提高沿海湿地土壤碳封存潜力提供理论基础。
研究区域
研究区域
本研究在中国江苏省如东沿海湿地（东经121° 25′ 4″，北纬32° 21′ 20″；图1a）进行，该地区属于北亚热带海洋性季风气候，年平均气温为15.1°C，无霜天数超过222天。年平均降水量超过1000毫米，降雨主要集中在夏季和秋季。该地区是典型的沿海湿地，以潮汐土壤为主
土壤物理化学性质和植被特征
沿植被分布梯度（TF-SA-SS-PA），土壤物理化学性质和植被特征存在显著差异（表1）。TF群落的电导率（EC）最高（p < 0.05），而pH值在各群落间无显著差异。SA群落的土壤总氮（STN）、 SSA和SBD含量最高（p < 0.05），同时SA和PA群落的细颗粒组分（黏粒+粉粒）和SAN含量也最高。TF群落记录了植被分布促进SOC积累
沿植被梯度，SOC、ROC和MAOC呈现非线性增长趋势。总体而言，植被分布可能通过三条途径促进这种积累趋势：首先，随着植被从TF向SA、SS和PA转变，植物高度、密度和根系网络的逐渐增加减缓了潮流速度，促进了悬浮颗粒的沉积，有利于有机-矿物复合体的形成（Jia等，2024）；其次，
结论
本研究系统研究了沿海湿地海陆梯度上植被分布对SOC积累和稳定性的影响。结果表明，不同植被群落中的SOC组分含量和比例存在显著差异。沿海陆梯度，ROC和MAOC的比例增加显著提高了SOC稳定性。SA群落的SOC稳定性最高，其次是PA群落。
作者贡献声明
张睿：软件、方法论、正式分析、数据管理。蒲丽杰：资源获取。陶嘉伟：正式分析。谢家毅：方法论。袁叶：方法论。钟睿：方法论。翟家豪：软件。卢玉萌：方法论。王小青：软件。曲璐：验证。何格丽：数据管理。黄思华：正式分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：42171245、42476239）、南京工业大学引进人才研究启动基金（编号：YKJ202336）、江苏省碳达峰碳中和技术创新项目（编号：BK20231515）、江苏省海洋科学技术创新专项（编号：JSZRHYKJ202212）、江苏省自然资源科学技术项目（编号：的财政支持
