【视点】厦门大学环境与生态学院曹文志团队:互花米草入侵后红树林生态系统土壤有机碳的来源和稳定性共同调节土壤碳库,来源变化作用更大

学术   科学   2024-07-11 18:01   北京  

编者在23年11月17日文献情报关注到厦门大学环境与生态学院曹文志团队研究发现互花米草入侵后红树林生态系统土壤有机碳的来源和稳定性共同调节着土壤碳库,但来源变化的作用更大,特邀请该团队为本公众号撰写了研究亮点,希望该研究成果能给关注者启发,从中获得灵感,促进天然有机质研究工作的开展。”


导读

互花米草入侵严重影响到红树林生态系统的蓝碳功能。然而,互花米草入侵对红树林生态系统土壤有机碳(SOC)来源和稳定性的影响机制尚未完全阐明。本研究采用稳定同位素和核磁共振波谱(13C NMR)相结合的技术,研究了互花米草入侵对福建省漳江口红树林湿地SOC来源和稳定性的影响,以期为互花米草入侵红树林湿地的蓝碳来源、分解、稳定和固存提供新的视角。本研究的目的是(1) 研究互花米草入侵后SOC库的变化;(2) 基于δ13C、δ15N值和C/N比,分别不同类型土壤中SOC的来源和分解特征;(3) 评估互花米草入侵后SOC库的稳定性;以及(4) 识别影响SOC库的环境因素。


红树林SOC含量为8.25-51.46 g kg-1,分别比互花米草和光滩高21.3%和93.4%。此外,红树林0-30 cm土壤的SOC储存量分别比互花米草和光滩高出26.0%和96.9%。红树林土壤中δ13C和δ15N值最低,而C/N比高于互花米草。贝叶斯稳定同位素混合模型显示,颗粒有机物(POM)是SOC的主要来源,在MF、SA和TF 1m土壤剖面的来源贡献率分别为58.0%±4.8%、72.1±3.3%和56.4%±5.3%。在所有土壤中,当地植被源的贡献随着土壤深度的增加而减少。由于枯枝落叶的影响,在红树林表层土壤中红树植物组织对SOC的贡献最大(40.8%±18.7%)。互花米草和光滩SOC主要来源于外来源,POM贡献率分别为72.1%±3.3%和56.4%±5.3%。


▲图1 SOC不同来源在不同深度(a)和类型(b)土壤中的相对贡献率(来源:ScienceDirect


Alkyl C (16.3%-41.4%)是所有土壤中的主要官能团,其次是O-alkyl C和aromatic C。Alkyl C丰度在TF最高(36.0%±3.6%),其次为MF (29.7%±4.9%),在SA最低(25.6%±4.7%);O-alkyl C表现出相反的趋势。TF中di-O-alkyl C和carbonyl C丰度显著高于MF或SA (p<0.05),但aromatic C、methoxyl C和 phenolic C丰度在三种土壤中没有显著差异。互花米草土壤中alkyl C、A/O-A和疏水性指数(HI)显著低于红树林和光滩。


SOC与pH呈负相关,与Eh呈正相关(Spearman p<0.05),Mantel检验结果表明,盐度与SOC组分显著相关,而NH4+-N含量与SOC组分、化学组成和稳定性指数显著相关。PLS-PM结果表明SOC来源和分解的变化直接受土壤理化参数的影响(通径系数:0.4061),对SOC含量和化学组成分别有正向和负向的直接影响(通系数:0.8306和-0.4429)。因此,互花米草入侵后红树林生态系统中SOC的来源和稳定性包括组分和化学组成发生了显著变化,导致SOC库降低。然而,在互花米草入侵的红树林湿地中,来源的变换对SOC库变化的作用更大。

▲图2 偏最小二乘路径模型(PLS-PM)显示了各种因素对SOC含量的直接和间接影响(来源:ScienceDirect)


总体而言,互花米草入侵有效地改变了土壤环境条件,从而通过改变SOC的来源和分解,对SOC的来源与积累产生了相当大的影响,最终降低了SOC储量和C库稳定性,但SOC来源的改变更为有效。

图3 互花米草入侵后红树林湿地土壤有机质分布、来源和稳定性的概念模型(来源:ScienceDirect



参考文献

[1]Wang, F., Zhang, N., Yang, S., Li, Y., Yang, L., Cao, W.*, 2024. Source and stability of soil organic carbon jointly regulate soil carbon pool, but source alteration is more effective in mangrove ecosystem following Spartina alterniflora invasion. Catena, 235, 107681.

[2]Dai, Z., Zhang, N., Wang, F., Li, Y., Peng, J., Xiang, T., Zhao, X., Yang, S., Cao, W.*, 2024. Loss of microbial functional diversity following Spartina alterniflora invasion reduces the potential of carbon sequestration and nitrogen removal in mangrove sediments—from a gene perspective. Journal of Environmental Management, 365, 121569.

[3]Dai, Z., Zhang, N., Ma, X., Wang, F., Peng, J., Yang, S.*, Cao, W.*, 2024. Microplastics strengthen nitrogen retention by intensifying nitrogen limitation in mangrove ecosystem sediments. Environment International, 185, 108546.

[4]Wang, F., Tao, Y., Yang, S., Cao, W.*, 2023. Warming and flooding have different effects on organic carbon stability in mangrove soils. Journal of Soils and Sediments, 24, 60-69.

[5]Wang, F., Guo, R., Zhang, N., Yang, S., Cao, W.*, 2023. Soil organic carbon storages and bacterial communities along a restored mangrove soil chronosequence in the Jiulong River Estuary: From tidal flats to mangrove afforestation. Fundamental Research, 880-889


联系作者:

曹文志,南强重点岗位教授,厦门大学环境与生态学院,Emailwzcao@xmu.edu.cn


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本文编辑:张兆媛

本文审订:何伟


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