海平面上升改变红树林温室气体通量格局并削弱其碳汇功能

本研究针对海平面上升(SLR)如何影响红树林碳汇功能及温室气体(GHG)排放这一关键问题，通过跨纬度"marsh-organ"模拟实验，发现SLR虽降低CO2和N2O通量，却使CH4排放增加10%-22%，导致红树林气候调节效益降低17%-30%。强调蓝碳政策需纳入非CO2气体排放评估。

随着全球气候变化的加剧，海平面持续上升已成为威胁沿海生态系统的核心问题之一。红树林作为重要的蓝碳生态系统，虽仅占全球海床面积的0.5%，却贡献了超过50%的海洋碳埋藏量，在气候调节中发挥着不可替代的作用。然而，海平面上升通过改变淹水频率、土壤氧化还原状态和生物地球化学过程，可能显著影响红树林的碳汇功能及温室气体排放动态。尤其值得关注的是，红树林不仅吸收二氧化碳(CO₂)，还会排放甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)——这两种气体的全球变暖潜势（Global Warming Potential, GWP）分别是CO₂的27.9倍和273倍。尽管以往研究多集中于单一地点或控制实验，但关于海平面上升如何跨纬度影响红树林碳循环及温室气体通量的系统研究仍较为缺乏。

在此背景下，乔沛阳、陈鹭真等研究人员在《Cell Reports Sustainability》发表了题为“Rising sea level reduces carbon sequestration and CO₂ and N₂O fluxes while promoting CH₄ flux from mangroves”的研究论文。该研究通过在中国沿海跨纬度设置原位“marsh-organ”实验装置，模拟不同海平面上升情景，系统评估了红树林植被及邻近光滩的碳汇功能与温室气体通量响应，为预测未来蓝碳生态系统的气候调节功能提供了关键数据支撑。

本研究主要采用了以下关键技术方法：首先，在中国三个纬度梯度站点（浙江鳌江、福建云霄、海南海口）构建了四层“marsh-organ”实验平台，模拟当前海平面高度(FE)、林缘高程(FE 40)及RCP4.5与RCP8.5气候情景下海平面上升40厘米和80厘米的淹水条件；其次，在每个站点种植两种典型红树植物——秋茄(Kandelia obovata)和无瓣海桑(Sonneratia apetala)，并设置无植被的光滩对照；利用静态暗箱-气相色谱法连续一年监测CO₂、CH₄和N₂O通量；同时测定土壤理化性质（pH、Eh、Ec及碳、氮、硫含量）和植物生物量；最后通过可持续通量全球变暖/冷却潜势（SGWP/SGCP）模型量化生态系统气候调节效应，并结合结构方程模型（SEM）解析生物与非生物因子的调控机制。

土壤性质

结果表明，土壤pH范围在7.07–8.46之间，受群落类型和纬度影响显著（p<0.001）。海平面上升显著降低了土壤氧化还原电位（Eh），尤以海口站点最为明显。土壤电导率（Ec）在不同海平面处理间差异显著，但群落类型间无差异。海口站点的土壤碳、氮含量较高而硫含量较低，反映了纬度梯度对土壤基质的影响。

总生物量与生产力

海平面上升使秋茄和无瓣海桑的总生物量降低4%–71%，净生态系统生产力（NEP）随之下降。无瓣海桑因具发达的气生根系，对淹水胁迫的适应能力优于秋茄。在RCP4.5和RCP8.5情景下，海口站点的红树幼苗因长期淹水死亡，表明低纬度红树林对极端海平面上升更为敏感。

Reco、CH₄和N₂O通量

生态系统呼吸（Reco）随海平面上升而降低，秋茄与无瓣海桑的Reco显著高于光滩（p<0.001）。CH₄排放则随海平面上升增加，无瓣海桑因气生根系提供气体通道，其CH₄通量最高（0.44–1.11 g CH₄·m⁻²·yr⁻¹）。N₂O通量呈季节性变化，温暖季节较高，但随海平面上升和土壤Eh下降而减少，其中海口站点因氮含量较高而N₂O排放最强。

SGWP/SGCP determination

光滩的SGWP为正值（0.21–0.55 kg CO₂·m⁻²·yr⁻¹），表现为净增温效应；而红树林的SGCP为负值（秋茄：-0.07至-4.18；无瓣海桑：-0.17至-13.72），表现为净冷却效应。CH₄和N₂O对SGWP/SGCP的贡献率分别为0.26%–45.57%和0.25%–26.25%，凸显非CO₂温室气体的重要影响。

Effects of biological-abiotic factors on GHG emissions

结构方程模型表明，海平面上升通过降低土壤Eh和升高Ec直接抑制Reco，但促进CH₄排放。纬度通过温度间接调控温室气体通量，植物生物量与CH₄排放呈正相关，气生根系则增强了气体扩散能力。

研究结论强调，海平面上升虽可提升红树林的CH₄排放，但整体上削弱了其气候调节效益。预计到2100年，RCP4.5和RCP8.5情景下红树林的碳汇效率将分别降低17%和30%。这一发现对蓝碳政策制定具有重要启示：当前碳汇评估框架必须纳入非CO₂温室气体排放的抵消效应，尤其在低盐度、高降雨区域的红树林管理中，需优先选择CH₄和N₂O排放较低的物种。该研究不仅为全球红树林应对气候变化的响应提供了跨纬度实验证据，也为优化蓝碳生态系统的保护与修复策略提供了科学依据。