文章速递-JEM-华南植物园小良站团队揭示水坝有助于土壤有机碳固持及氮磷沉积

文摘 2024-11-22 09:00 上海

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第一作者：黄幸运

通讯作者：王法明

文献引用：

Huang, X., Guan, F., Zhong, Y., Ni, Y., Ding, R., Qin, G., Zhou, J., Zhang, J., Chen, H., He, H., Li, Y., Li, Y., Lu, Z., Gan, S., Zhang, L.,Wang, F., 2024. Responses of depth-dependence of C:N:P stoichiometry to check dam in mangrove wetlands. Journal of Environmental Management. 371, 123341.

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.123341

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红树林沉积物对碳固持和氮磷沉积起着重要作用，进而在调节全球变暖和吸附海洋污染方面具有重要意义。然而，随着农业活动和水产养殖的增加，越来越多的水坝开始围绕红树林湿地建设，导致这些区域的土壤和沉积物发生变化。然而，水坝建设对红树林湿地土壤碳积累和氮磷沉积的具体影响仍不清楚。

为了解决这一科学问题，中国科学院华南植物园海岸带生态系统过程与环境健康研究组的研究人员在珠江口开展了相关研究。研究团队选取了一个自然红树林湿地（坦头村）和一个被水坝围绕的红树林湿地（南沙湿地公园）进行对比研究。为了明确水坝建设的影响，研究人员通过测定土壤剖面的²¹⁰Pb含量，确定了水坝建设前后土壤的沉积深度。此外，研究还分析了水坝建设前后土壤系统（土壤、微生物生物量和酶活性）的碳、氮、磷含量。

研究结果表明，在水坝建设之前，两个红树林湿地的碳、氮、磷含量相近。然而，在水坝建设之后，被水坝围绕的红树林湿地的碳、氮、磷含量显著高于自然红树林湿地，表明水坝有助于土壤有机碳的固持以及氮磷的沉积。此外，比较两个红树林湿地的土壤碳氮磷化学计量特征发现，水坝显著增加了土壤中碳的积累深度，这表明水坝未来将会持续促进碳的积累。本研究强调了滨海管理措施，特别是水坝建设，对红树林湿地碳积累和氮磷污染沉积的重要作用。这些发现为滨海湿地保护与修复提供了新的科学依据。

研究目的

文章假设：(1)水坝会显著增加土壤系统中C、N和P的含量，由于水坝在泥沙淤积中的作用，可能会改变土壤系统中C:N:P的化学计量特征；(2)水坝对土壤C和养分动态的非均质效应改变了土壤C-养分化学计量学的深度依赖格局；(3)土壤物理性质将是检验水坝水文过程影响土壤系统中C、N、P含量和化学组成的主要途径，因为土壤物理结构直接影响孔隙度、比表面积和粒度，从而调节养分积累。

研究结果

图1 研究区域(a)及样本地点在坦头湿地(b)及湿地公园(c)内的位置

图2 湿地公园和坦头湿地红树林土壤剖面中的C、N、P含量（a-c）、微生物含量（d-f）和酶含量（g-i）

图3 湿地公园和坦头湿地红树林土壤剖面中土壤C、N、P、微生物（d-f）和酶（g-i）的化学计量特征

图4 非生物因素和生物因素在土壤系统中的 C、N 和 P 含量与化学计量之间的皮尔逊相关分析。红色表示正相关；绿色表示负相关。***、** 和 * 分别表示 P <0.001、0.010 和 0.050

图5 冗余分析显示了非生物因素和生物因素对土壤系统中C、N、P含量（a）和化学计量（b）的影响。红色箭头表示响应变量，蓝色箭头表示效应变量。饼图（c）和（d）分别显示了各环境因素对C、N、P含量和化学计量的贡献

图6 非生物因素和生物因素对土壤系统中C、N、P含量（a）和化学计量（b）的直接和间接影响的结构方程模型。连续箭头和虚线箭头分别表示关系显著和不显著。红色和蓝色箭头分别表示正相关和负相关。箭头旁的数字为标准路径系数。(c)和(d)表示各预测因子对 C、N 和 P 含量和化学计量的标准化总效应

主要结论

研究结果证明，水坝能显著提高红树林湿地土壤系统中的C、N和P含量，同时还能提高土壤中C:P和N:P的化学计量关系。在两种类型的红树林中，土壤C、N、P之间的化学计量关系沿土壤剖面解耦，水坝明显增加了土壤碳的深度依赖性。土壤物理特性（质地和 BD）主要影响土壤微生物-酶系统中的C-N-P含量。相反，土壤基本化学性质（SWC、pH和EC）对C:N:P化学计量的调节至关重要。这项研究对于理解水坝在增加红树林湿地碳积累和减轻氮磷污染方面的益处具有重要意义，从而为沿海湿地管理策略提供参考。

相关研究成果以“Responses of depth-dependence of C:N:P stoichiometry to check dam in mangrove wetlands”为题在线发表在国际期刊《Journal of Environmental Management》。中国科学院华南植物园海岸带生态系统过程与环境健康研究组博士研究生黄幸运为论文第一作者，研究组长、小良站站长王法明研究员为论文通讯作者，生态环境部华南环境科学研究所钟义高级工程师等参与了本项工作。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、“一带一路”国家与国际科学组织联盟（ANSO-CR-KP-2022-11）等项目的资助。