通过矿物相关有机物质的形成在沿海湿地土壤中实现碳和氮稳定的现场证据

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Field Evidence of Carbon and Nitrogen Stabilization Through Mineral-Associated Organic Matter Formation in Coastal Wetland Soils

　　

摘要

由于环境条件本身是动态变化的，研究通常旨在通过抑制土壤有机质（SOM）的矿化来理解影响土壤碳（C）和氮（N）储存的因素。与矿物结合的有机质（MAOM）是一种稳定的有机质库，在高地土壤中已经被广泛研究，但在湿地土壤中的定量研究仍然有限。本研究旨在对佛罗里达州阿帕拉契科拉地区的两个不同类型的自然沿海湿地（一个为有机湿地，一个为矿物湿地，以及一个人工创建的沿海湿地）中的MAOM进行量化，并从两种主要机制的角度评估SOM稳定的证据：物理化学保护和生化保护。在自然有机湿地中，MAOM浓度最高（66–108 mg MAOM-C g^?1 和 4–15 mg MAOM-N g^?1），而在人工湿地中最低（16–33 mg MAOM-C g^?1 和 1–8 mg MAOM-N g^?1）。然而，在MAOM库中，人工湿地在50厘米土壤剖面上的总碳（44%–65%）和总氮（68%–84%）含量高于自然湿地，表明其在碳和氮的稳定方面更有效。在所有湿地中都观察到了通过物理化学保护实现SOM稳定的证据，因为随着深度的增加，MAOM的百分比也在增加；而生化保护的指标（例如木质素含量的增加和碳氮比）则较为有限。MAOM库的分布更受土壤有机特性的影响，而非矿物特性。本研究的结果表明，MAOM是沿海湿地土壤的主要组成部分（占总碳的38%–66%和总氮的60%以上），并暗示MAOM有助于长期稳定有机质。

通俗语言总结

沿海湿地在土壤中储存了大量的有机质，这可能是一个有益的生态系统特性，因为它可以固存大气中的碳并防止过量的氮污染水体。然而，碳和氮在土壤中储存的时间长度可能因土壤类型而异。与矿物结合的有机质是一种被认为比其他有机质库（例如颗粒有机质）更稳定和持久的有机质类型，但关于沿海湿地土壤中这种有机质的研究较少。我们从佛罗里达州阿帕拉契科拉湾的三个独特的沿海湿地中收集了土壤样本——其中一个通过疏浚沉积物形成，另外两个为具有不同土壤特性的自然湿地——并分析了基于有机质库的碳和氮浓度。我们的数据表明，两个自然湿地中受保护的与矿物结合的有机质库中的碳和氮含量高于人工湿地。尽管如此，人工湿地在形成与矿物结合的有机质方面更为高效，因为这种有机质库占总碳和氮库的比例更大。这项研究的结果提高了我们对不同沿海湿地生态系统中碳和氮保存机制的理解。

利益冲突

作者声明与本研究无关的利益冲突。

数据可用性声明

本研究中的数据可在Environmental Data Initiative (EDI) 仓库中获取，用户需要创建登录账户才能访问（Mirabito & Chambers, 2025）。