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潮间带土壤有机碳（SOC）埋藏特征及驱动机制研究基于210Pb年代学及δ13C、木质素酚类和氨基酸糖等生物标志物分析，揭示了黄河三角洲潮间带不同区域及深度的OCBR和SOCstock的空间-垂直异质性，发现SAR从海向陆递减，OCBR无显著水平差异但垂直变化显著，高潮间带SOCstock最高且受C/N比调控，植物源和微生物源贡献动态分异。
赵一琦|马天|徐山东|李源|赵明良|宋卫民|王晓杰|楚晓静|韩广轩
中国科学院烟台海岸带研究所海岸环境过程与生态修复重点实验室，中国烟台264003
摘要
沿海潮滩在全球碳循环中起着关键作用，然而河口湿地内土壤有机碳（SOC）埋藏的空间格局和控制机制仍不甚明了。本研究调查了黄河三角洲低潮滩、中潮滩和高潮滩上SOC埋藏的横向（从海向陆）和纵向变化。通过210Pb年代学分析，并结合δ13C和生物标志物（木质素酚类、氨基糖）分析，收集了土壤样本以量化沉积物积累速率（SAR）、有机碳埋藏速率（OCBR）和SOC储量（SOCstock）及其来源。结果表明，SAR从海向陆逐渐减小，而OCBR没有明显的横向变化。低潮滩、中潮滩和高潮滩的OCBR平均值分别为37.44 ± 7.57、32.71 ± 9.16和24.62 ± 4.09 g m?2 yr?1。SAR和OCBR在60–100厘米深度层达到最低值。高潮滩的SOCstock显著较高，尤其是在0–30厘米深度层。ISOsource模型显示，海洋浮游植物来源的有机碳从海向陆逐渐减少，而河流颗粒有机物和本地植物来源的贡献相应增加。尽管木质素酚类含量从海向陆总体下降，但其纵向变化有限。相比之下，微生物残体碳没有明显的横向或纵向趋势。随机森林分析表明，C/N比在控制整个土壤剖面的SOCstock中起着重要作用。这些结果突显了潮滩上SOC埋藏的显著空间异质性，因此在评估碳封存潜力时需要综合考虑横向和纵向变化。
引言
尽管沿海湿地仅覆盖地球陆地表面的4%–6%，但它们储存了约115亿吨碳，相当于全球土壤有机碳（SOC）总量的20%–25%，对陆地和海洋生态系统的结构和功能至关重要（Bertram等人，2021；Serrano等人，2019）。河口潮滩位于动态的陆地-海洋交界处，受潮汐动态、河流输入、植被分布和沉积过程的影响（Hidalgo-Corrotea等人，2023）。这些过程塑造了SOC埋藏模式，但也增加了河口湿地的脆弱性和敏感性（Mcleod等人，2011）。因此，评估有机碳埋藏速率（OCBR）和SOC储量（SOCstock）仍然具有挑战性。
河口潮滩的水动力条件导致水和沉积物频繁重新悬浮、沉积和混合，形成了复杂的沉积环境，使得沉积物积累速率（SAR）和OCBR变化较大（Arias-Ortiz等人，2018）。210Pb测年技术的应用显著提高了我们重建沉积历史和量化SAR的能力（Li等人，2021；Nie等人，2025）。然而，尽管关注度不断增加，但对潮滩中OCBR和SOCstock的全面评估仍然有限。
潮滩中的沉积有机碳（OC）来源于多种复杂来源，大致可分为外来源和本地源（Canuel和Hardison，2016；Han等人，2022）。外来源包括海洋藻类、潮汐带来的浮游植物以及河流输送的颗粒有机物（POM）（Canuel和Hardison，2016）。而本地源主要来自本地植被（Xia等人，2021）。由于不同类型的有机物（OM）在化学成分和降解抵抗力上存在差异，准确区分它们的贡献对于理解SOC的稳定性至关重要（Osland等人，2018）。目前常用的指标——C/N比、稳定碳同位素（δ13C）和特定来源的生物标志物——各有优缺点。C/N比和δ13C值在不同来源之间可能存在重叠，且微生物降解可能会改变其特征值（Drollinger等人，2019）。
近年来，木质素酚类被广泛用作追踪土壤中植物来源碳的关键生物标志物，因为它们保留了不同植被类型的结构特征，因此可以反映沿海湿地植物群落的生物地球化学特性（Xia等人，2023）。氨基糖是微生物细胞壁的关键组成部分，由于其结构稳定性和抗分解性，它们是微生物残体和长期微生物对SOC贡献的有价值指标（Ni等人，2020）。现有研究表明，在沿海湿地中，微生物残体碳（MNC）和木质素酚类对SOC的贡献分别占4%至78%和0.19%至8.3%（Xia等人，2023；Zhang等人，2025），这突显了微生物和植物来源输入的显著但可变的影响。除了量化它们的相对丰度外，木质素单体的组成还能提供关于植物来源和降解状态的见解（Ma等人，2023），而氨基糖的特征可以区分真菌和细菌残体。木质素酚类和氨基糖不仅区分了植物来源和微生物来源的SOC，还指示了降解和稳定的程度，从而为理解潮滩中的SOC埋藏途径提供了机制基础（Angst等人，2016）。因此，采用多指标方法整合这些互补指标对于准确表征SOC来源和阐明潮滩生态系统的SOC埋藏特性至关重要。
先前的研究已经确定植被和土壤性质是影响沿海湿地OC积累的重要因素（Macreadie等人，2019；Ni等人，2025）。例如，较高的植物生物量可以增加凋落物产生，而较高的土壤湿度会抑制凋落物分解，共同促进红树林土壤中的SOC储存（Qin等人，2024）。相比之下，土壤盐度对盐沼中SOC积累的影响大于红树林，主要通过调节植被分布和改变微生物降解过程（Xia等人，2021）。此外，由于土壤性质随深度变化较大，SOC对环境驱动因素的响应在不同土壤层中也有所不同（Yu等人，2025）。例如，矿物结合被广泛认为是深层土壤中SOC稳定的关键机制，在这些层中，OM通过与粘土矿物的相互作用而免受微生物降解（Hemingway等人，2019；Wiesmeier等人，2019）。然而，由于潮滩环境中深度分辨数据有限，我们对SOC埋藏特性及其调控机制的理解仍然不完整。
黄河三角洲（YRD）是温带地区最年轻、最广阔、保存最完好的湿地生态系统之一。受陆地输入和海洋动力学的共同影响，其潮滩在水文、沉积、植被分布和生物地球化学过程方面表现出显著的空间异质性（Kearney和Fagherazzi，2016）。为了描述这种异质性，我们在YRD的一个代表性潮沟系统中收集并分析了低潮滩、中潮滩和高潮滩的土壤样本。采用了一系列生物地球化学指标——包括210Pb年代学、OM的δ13C、木质素酚类和氨基糖——来评估SOC埋藏过程和来源贡献。因此，本研究的目标是：（1）阐明潮滩梯度上OCBR和SOCstock的空间特征；（2）使用多种替代方法阐明不同潮滩区域的SOC来源；（3）研究控制YRD中SOCstock垂直分布的关键环境和生物地球化学因素。通过比较不同潮滩的SOC埋藏特性、储量和组成，我们假设：（i）随着潮汐影响的减弱和植被覆盖的增加，SOCstock从海向陆逐渐增加；（ii）同时，木质素酚类和MNC的含量从海向陆逐渐增加；（iii）MNC可能是控制潮滩中SOCstock的主要因素，因为周期性淹没导致氧化还原界面的大幅波动，从而增强了微生物残体与土壤矿物的结合。通过整合沉积物测年、同位素示踪和生物标志物分析，本研究提供了潮滩生态系统中SOC来源和埋藏机制的更精细描述，为准确评估YRD及类似河口系统的碳封存潜力提供了坚实的基础。
研究区域和采样
本研究在中国山东省黄河三角洲国家自然保护区（118° 33′–119° 207′ E，37° 35′–38° 12′ N）进行。该湿地具有暖温带大陆性季风气候，年平均气温为12.4°C，年平均降水量为551毫米，蒸发量约为1962毫米。大多数沿海地区经历不规则的半日潮，典型范围小于1.5米（Li等人，2016）。所有采样点均位于
潮滩中的有机碳埋藏特征
低潮滩（S1，92厘米）、中潮滩（S3，90厘米）和高潮滩（S6，90厘米）的土芯深度分别对应于1955年、1923年和1906年（图1c）。这种变化表明不同潮滩区域的SAR存在明显差异。具体来说，低潮滩（S1）的SAR表现出强烈的时间波动，范围在0.47至2.22 g cm?2 yr?1之间（图1d）。相比之下，中潮滩（S3）和高潮滩（S6）的SAR相对稳定，范围在0.08
不同潮滩区域碳封存特性的空间演变
河流是将陆地物质输送到海洋的主要通道。径流大小调节河岸侵蚀和POM向河口的输送（Bi等人，2019；Li等人，2026），而河流沉积物输入是河口盐沼中OCBR的关键决定因素（Ren等人，2025）。高沉积物输入促进河口湿地中的快速沉积，将OM埋藏在缺氧层中，抑制微生物分解并实现长期OC保存（Xiao等人，2023）。
结论
总之，我们的研究表明黄河三角洲潮滩上SOC埋藏特性存在明显的从海向陆的变异性，高潮滩的SOCstock最高。SAR从低潮滩到高潮滩逐渐减小，且随着土壤深度的增加而减小，而OCBR在60–100厘米深度层达到最低值，并且没有明显的从海向陆的梯度变化。海洋浮游植物来源的OC从海向陆逐渐减少，而
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赵一琦：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，方法学，调查，正式分析，数据管理，概念化。马天：撰写——审稿与编辑，监督，资源管理，项目管理，调查，资金获取，概念化。徐山东：撰写——审稿与编辑，监督，资源管理，项目管理，调查，资金获取，概念化。李源：撰写——审稿与编辑，项目管理，资金
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2024YFF0808801，2023YFE0113100）、国家自然科学基金（42471140）以及广西南海珊瑚礁研究实验室开放项目（GXLSCRSCS2022001）的支持。
