近日，厦门大学福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站、环境与生态学院、福建省海陆界面生态环境重点实验室陈能汪教授团队在海陆界面碳循环研究方面取得新进展。相关成果以“Hydrological inundation threshold regulates the carbon source-sink transition in unvegetated tidal flats”为题，发表于期刊Water Research。

该研究聚焦河口湿地潮间带（潮滩）这一关键海陆微界面，依托福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站漳江口实验场，开展野外原位水位梯度控制实验，结合沉积物—大气界面CO₂和CH₄通量观测、孔隙水地球化学分析及宏基因组测序，首次定量识别了潮滩CO₂交换由“源”向“汇”转变的水文淹水阈值，并揭示了水文驱动下地球化学过程与微生物代谢协同调控碳汇的新机制（图1）。

图1.  水文淹水梯度下地球化学过程-微生物代谢协同调控潮滩CO₂的源—汇转换

研究背景

全球潮滩面积约12.8万平方千米，与红树林面积相当，其碳库规模不容忽视，是全球碳循环的重要组成部分。传统观点认为，由于缺乏高等植物的光合作用直接输入，潮滩有机质主要源于外部输入，其净代谢通常表现为有机质矿化驱动的CO₂排放源，因此长期未被充分纳入蓝碳评估框架。然而，近年来现场观测发现，部分潮滩呈现较低的CO₂排放甚至净吸收现象，这一“反常”现象挑战了传统认知，也暗示着潮滩碳源汇功能存在被低估的复杂调控机制。

潮滩具有周期性淹水的环境特征，淹水频率随高程梯度呈现显著分异，这种淹水梯度能否以及如何重塑CO₂的源—汇格局？这个科学问题直接关系到潮滩碳汇功能的准确评估，但目前尚缺乏系统性的实验验证与机理解析。

研究团队基于漳江口水位梯度平台，设置5个高程处理，对应约2%、12%、28%、47%和65%的年平均淹水频率（图2）。分别在旱季和雨季开展多手段综合观测与采样，涵盖温室气体通量、沉积物及孔隙水生物地球化学观测、采样与实验。

图2. 漳江口水位梯度平台控制实验设计，以及不同高程处理与年淹没频率、沉积物氧化还原电位和沉积物含水率的关系

研究结果

1. 阈值效应：淹水频率10%–30%区间触发潮滩由CO₂ “源”向“汇”转变

研究发现，随高程降低、淹水频率增加，CO₂通量呈显著梯度下降。无论在旱季还是雨季，在淹没频率10%–30%的区间内，均出现由正通量（排放）向负通量（吸收）的转变（图3）。这一结果表明，水文淹水频率对潮滩碳源汇功能具有阈值调控特征。尽管频繁淹水条件下CH₄排放有所增加，但其CO₂当量仍低于CO₂吸收，从辐射强迫角度进一步确认了低潮位潮滩的净气候效益。

图3. 水位梯度控制实验中沉积物-大气界面CO₂和CH₄通量及潜在产生速率随高程梯度的变化

2. “碱度泵”机制：淹水驱动厌氧代谢并增强孔隙水CO₂溶解和滞留能力

随着淹水频率增加，沉积物含水率升高、氧化还原电位（Eh）降低，孔隙水SO₄^2-/Cl^-和NO₃^-/Cl^-比值下降，指示反硝化和硫酸盐还原等厌氧过程逐步占据主导。这些厌氧过程使得孔隙水pH和碳酸盐体系估算碱度升高，溶存CO₂浓度同步增加（图4）。

这表明，频繁淹水通过“碱度泵”机制增强了孔隙水对大气CO₂的溶解和滞留能力，这是低潮位潮滩由“源”向“汇”转变的关键地球化学驱动力。需要指出的是，大气CO₂净吸收并不等同于长期碳封存，这些增加的溶存CO₂是否转化为稳定碳库仍需要进一步研究。

图4. 沉积物孔隙水地球化学参数沿高程梯度的季节变化

3. 微生物代谢重构：淹水条件下碳流偏向生物量固存

宏基因组分析显示，低潮位沉积物中携带还原三羧酸循环（rTCA）相关功能基因的微生物基因组（bin.11）显著富集，其相对丰度与孔隙水pH、微生物量碳（MBC）呈显著正相关，与SO₄^2-/Cl^-和NO₃^-/Cl^-比值呈显著负相关（图5）。与此同时，MBC随淹水频率增加而增加，而沉积物潜在CO₂产生速率反而下降。

这研究结果表明，频繁淹水条件下，微生物群落结构与功能发生适应性重构，固碳代谢途径被激活，无机碳通过微生物同化作用更多地流向生物量碳库，而非以CO₂的形式释放。该发现将宏观水文过程与微观微生物代谢相连接，为理解滨海湿地碳汇功能提供了新的基因组学证据。

图5. 潮滩沉积物中固碳相关的功能微生物及其与环境因子的关系

研究意义及展望

本研究突破了传统“潮滩为CO₂排放源”的静态认知，发现潮滩在潮间带水文梯度下呈现碳源转换为碳汇的阈值现象，系统揭示了高频淹水驱动的厌氧碱度生成（“碱度泵”强化）与微生物rTCA固碳途径潜力增强所构成的水文—地球化学—生物学阈值协同机制。该发现为拓展传统蓝碳理论体系提供了关键科学依据，也为海岸带碳汇精细化评估与清单编制提供了方法学参考。未来需进一步结合长期监测与同位素示踪，量化潮滩净碳埋藏效率及其面对海平面上升的长期稳定性。

研究团队与资助

本论文第一作者为厦门大学环境与生态学院2022级博士生吴慧，通讯作者为陈能汪教授。共同作者还包括厦门大学张宜辉教授，中国科学院烟台海岸带研究所韩广轩研究员、赵明亮助理研究员，厦门大学博士生陈亚松、陈诗瑶和硕士生李梦茹。该研究获得国家重点研发计划课题（2022YFF0802102）、国家自然科学基金（42530405）、深圳市科技计划项目（KCXST20221021111404011）和海洋生物地球化学全国重点实验室自主研究项目（MELRI2501）的联合资助。

论文来源

Wu, H., Chen, Y., Chen, S., Li, M., Zhang, Y., Zhao, M., Han, G., and Chen, N.^* Hydrological inundation threshold regulates the carbon source-sink transition in unvegetated tidal flats. Water Research, 2026, July

论文链接

https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.126544

文、图│吴慧

责任编辑 | 陈能汪

审核 | 朱旭东

排版 | 李灿如