红树林蓝碳生态系统中土壤黑碳的空间分布特征及其环境驱动机制

时间:2026年1月31日
来源:Progress in Reaction Kinetics and Mechanism

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本文系统研究了漳江口红树林土壤黑碳(BC)与溶解性黑碳(DBC)的空间分布规律及其环境驱动因素。研究发现,BC和DBC含量分别介于0.95–1.67 g/kg和0.95–12.18 mg/kg,其分布受陆海梯度与土壤深度的显著影响。植物生物量是调控BC含量的关键正因子,而总氮(TN)、pH值、黏粒含量等通过直接或间接途径共同塑造了BC和DBC的动态。研究揭示了BC在红树林土壤碳汇中的重要贡献,为优化蓝碳生态系统碳管理策略提供了科学依据。

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引言

黑碳(BC)是生物质和化石燃料不完全燃烧的产物,具有高度顽固性,可在红树林“蓝碳”生态系统中长期存留,并通过释放溶解性黑碳(DBC)参与陆海碳传输。然而,BC和DBC在红树林土壤中的空间分布及其调控机制尚不明确。本研究以中国漳江口高纬度亚热带红树林为研究对象,系统分析了BC和DBC在陆海梯度和土壤深度梯度上的分布特征及其环境驱动因素。

材料与方法

研究在漳江口红树林国家级自然保护区进行,沿陆海梯度设置3条样带、15个采样点,按0–15、15–30、30–50、50–75、75–100 cm分层获取75份土壤样品。测定土壤理化性质(如总氮TN、pH值、容重BD、含水量WC、黏粒含量等),并采用苯多羧酸(BPCA)分子标志物法定量BC和DBC。通过随机森林模型和结构方程模型(SEM)解析环境因子对碳组分的影响路径。

结果与讨论

红树林土壤黑碳含量与既往沿海研究的比较

土壤BC含量为1.27±0.16 g/kg,占TOC的3.5%–17.4%;DBC含量为3.29±2.07 mg/kg,占DOC的0.36%–3.07%。BC与TOC呈显著正相关(r = 0.65, p < 0.01),DBC与DOC亦显著相关(r = 0.48, p < 0.01)。BC的BPCA组成中以B6CA和B5CA为主(占78.3%),表明其芳香缩合度高;DBC的B6CA/B5CA比值(0.40)低于BC(1.44),反映溶解相中低缩合度组分更易释放。

黑碳含量及化学计量比的空间格局

BC和DBC含量均随陆向距离增加和土壤加深而显著降低,但BC/TOC比值和B6CA/B5CABC比值则呈上升趋势。这表明在离岸和深层土壤中,BC因更高的稳定性而相对富集,且其结构更趋缩合化。

黑碳含量与环境因子的关系

随机森林模型显示,植物生物量是BC含量的首要正调控因子;TN、pH值、Ca2+、黏粒含量等也通过影响有机质输入、微生物活性和物理吸附等途径共同调控BC和DBC的分布。例如,高TN促进植物生长和有机碳积累,但可能通过抑制微生物对BC的降解而促进其保存;高pH值则可能加速低缩合度BC组分的降解。

陆向距离与土壤深度对黑碳含量的直接与间接效应

结构方程模型揭示,陆向距离通过降低TN、植物生物量和黏粒含量,间接导致BC和DBC含量下降,但同时通过提升pH值和改变沉积环境,使BC/TOC和B6CA/B5CABC比值升高。土壤深度则主要通过增加BD、降低WC和TN,减少碳组分含量,但促进稳定型BC的累积。深层土壤中高B6CA/B5CABC比值进一步证实了高缩合度BC的长期保存潜力。

结论

本研究阐明了漳江口红树林土壤BC和DBC的分布规律及其环境驱动机制。BC和DBC含量在近岸和表层土壤中较高,但其稳定性组分在离岸和深层土壤中显著富集。植物生物量、TN、pH值和土壤质地是调控BC动态的关键因子。研究结果强调了红树林土壤BC在沿海碳汇中的重要作用,为通过优化植被管理、减少土壤扰动等策略增强蓝碳固存提供了理论依据。未来需结合同位素示踪等技术进一步解析BC的来源与转化路径。

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