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微生物碳利用效率受盐度与凋落物C/N比协同调控，盐度升高前期抑制CUE（0.54→0.51）但后期增强（0.55→0.58），低C/N凋落物促进早期CUE（0.50→0.56），而高C/N加剧代谢失衡，所有处理SOC含量较低盐度组提升11.32%-45.20%。
赵海晓|田海琳|王正刚|杨伟|马晓|谭倩
中国广东省生态安全与绿色发展基础研究卓越中心，广东省流域水质改善与生态修复重点实验室，广东工业大学生态、环境与海洋学院，广州，510006
摘要
微生物碳利用效率（CUE）是评估土壤有机碳积累和损失的重要指标。然而，盐度以及凋落物的添加如何通过影响沿海湿地土壤中的微生物CUE来反馈到土壤有机碳（SOC）的保存机制仍不清楚。本研究对红树林湿地土壤进行了为期60天的实验室培养实验，设置了三种盐度水平（3‰、8‰和18‰）以及两种不同的凋落物添加处理（低碳氮比（C/N）和高碳氮比）。结果表明，在培养初期，盐度的增加导致微生物CUE从0.54 ± 0.002下降到0.51 ± 0.001，这与盐度抑制了微生物群落多样性、相对丰度和酶活性有关。随着培养后期盐度的进一步增加，真菌丰度的提高和微生物群落的适应性增强，CUE又从0.55 ± 0.012上升至0.58 ± 0.001。此外，低碳氮比的凋落物添加仅在培养初期使CUE从0.50 ± 0.008增加到0.56 ± 0.002。相比之下，高碳氮比的凋落物添加会导致代谢失衡，从而增加呼吸作用，进而降低CUE。与低盐度处理相比，所有处理下的SOC含量增加了11.32%–45.20%。这表明盐度胁迫和凋落物添加有利于SOC的储存。这些结果突显了盐度和凋落物添加在调节微生物群落、CUE以及土壤碳保存中的作用，同时也帮助我们理解了红树林湿地在应对未来气候挑战中的重要性。
引言
微生物碳利用效率（CUE）是指用于生长的碳（C）与微生物吸收的总碳（C）之间的比率（Li等人，2021；Islam等人，2023），是反映微生物基本特性和生物地球化学循环特征的关键参数（Ma等人，2023；Ren等人，2024）。高CUE表明微生物具有更高的生长效率，释放到大气中的碳相对较少（Hasby等人，2021；Karhu等人，2022）。相反，低CUE意味着更多的碳损失和较少的碳转化为微生物生物量（Mo等人，2021）。这种代谢分配决定了碳是在土壤中稳定还是迅速循环回大气中（Liang等人，2017；Peng等人，2024）。因此，微生物CUE成为陆地土壤碳-气候反馈机制中的关键因素。
沿海湿地被认为是高效的生态系统，能够调节温室气体水平、储存碳、稳定海岸线、保护生物多样性并维持区域生态系统安全（Suir等人，2019；Chen等人，2021）。随着海平面上升，风暴潮和干旱导致沿海湿地的盐度增加（Gundersen等人，2021；Zhai等人，2022）。盐度已知会影响有机物周转过程（Osland等人，2018；Xu等人，2021）。高盐度胁迫会降低微生物分解速率，从而促进土壤有机碳（SOC）的保存（Gómez等人，2016；Zhao等人，2017）。有研究表明，海水入侵潮汐淡水会刺激微生物分解，导致SOC损失加速（Weston等人，2011）。土壤微生物受到盐度的抑制和促进作用，这使得我们难以理解沿海湿地中SOC的分解和积累机制（Ardón等人，2018；Wen等人，2019）。此外，微生物对SOC的利用通常通过胞外酶实现（Singh，2016）。盐度通过直接影响微生物胞外酶的产生并引起酶结构变化（Yao等人，2009；Trivedi等人，2015）来影响土壤酶活性。微生物和酶的变化决定了微生物CUE。然而，目前尚不清楚盐度是如何通过影响微生物CUE来影响SOC的增减的。
研究表明，向盐胁迫土壤中添加有机物可以显著增加微生物活性（Wong等人，2009；Dong等人，2022），可能改变微生物CUE。例如，有机底物可以缓解盐度引起的渗透压胁迫，改善微生物的代谢环境，从而增加微生物活性和生物量（Rath等人，2019）。凋落物添加也能在盐胁迫下刺激土壤微生物分泌酶，促进有机物的利用以维持代谢平衡（Naeem等人，2021；Han等人，2025）。因此，凋落物添加被认为是缓解盐度引起的微生物活性和代谢抑制的有效策略（Xie等人，2017；Silva-Sánchez等人，2019）。重要的是，不同碳氮比（C/N比）的凋落物会对盐渍土壤中的微生物活性和代谢策略产生不同的调节作用（Xie等人，2021）。低碳氮比的凋落物提供丰富的氮源，通过提高生物利用度促进微生物生长和代谢平衡（Liu等人，2018）。相反，高碳氮比（C/N > 30）的凋落物尽管提供了充足的碳，但在盐胁迫下会加剧微生物的氮限制，从而增加代谢成本（Spohn等人，2016）。然而，不同C/N比的凋落物如何通过调节微生物活性来影响不同盐度下的微生物CUE仍不清楚。
我们进行了实验室培养实验，以研究不同盐度水平对土壤微生物CUE的影响，并探讨凋落物添加是否能够提高盐胁迫土壤中的CUE。我们假设：I）随着盐度的增加，CUE会降低，因为盐度抑制了微生物活性；II）凋落物添加可以通过刺激微生物生物量的产生来提高盐胁迫土壤中的CUE；III）盐度和凋落物添加有助于SOC的积累，因为盐度抑制了微生物的分解代谢。这项研究有助于我们理解盐度胁迫和凋落物添加如何影响微生物CUE，为了解沿海湿地生态系统的碳动态提供了宝贵的见解。
样本采集
土壤样本采集于中国广东省 Qi'ao 岛的红树林湿地低盐度区域（22°25′48″N，113°41′1′′E）。该地区具有亚热带海洋季风气候，年平均温度为25°C（Wu等人，2015）。主要植物为Phragmites australis（PA）和Sonneratia apetala（SA）。为了减少土壤异质性，在选定的区域内随机设置了四个采样点（1 × 1 m），并从0到20厘米深度采集了土壤样本
土壤性质
与L处理相比，所有处理下的SOC含量在培养期间增加了11.32%–45.20%（图S2a，p < 0.05）。仅在第60天，LS（2.25 ± 0.04 g/kg）和MS（2.20 ± 0.03 g/kg）处理的TN含量显著高于其他处理（HS除外）（图S2b，p < 0.05）。C/N比受到凋落物添加和盐度-凋落物相互作用的显著影响（图S2c，p < 0.05）。高碳氮比和低碳氮比的
盐度对土壤CUE的控制效应
结果显示，在第7天，随着盐度水平的增加，CUE呈下降趋势（图2），这与假设I一致。研究表明，盐度显著改变了微生物群落的多样性、丰度和酶活性，从而影响了微生物活性（Hua等人，2017；Dang等人，2019）。短期盐度胁迫会导致细胞外渗透压增加，从而淘汰无法适应的微生物群体
结论
结果表明，在没有添加凋落物的情况下，随着盐度水平的增加，CO2排放和微生物CUE在培养初期降低。此外，真菌比细菌具有更强的耐盐性，在后期盐度耐受性微生物增强了CUE。低碳氮比的凋落物添加在培养初期促进了微生物生物量的增加，而高碳氮比和后期低碳氮比的凋落物添加并未改善CUE。总体而言，盐度的升高和凋落物的添加
CRediT作者贡献声明
赵海晓：撰写——原始草稿、方法论、调查、概念化。田海琳：撰写——审稿与编辑。王正刚：撰写——审稿与编辑。杨伟：调查。马晓：可视化。谭倩：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（52125902和52388101）和广东省重点实验室项目（2023B1212060068）的财政支持。
