近日，福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站、福建省海陆界面生态环境重点实验室、厦门大学环境与生态学院陈能汪教授团队在海陆界面碳氮循环方面取得新进展，相关成果以“Nonlinear Loss of Recalcitrant Organic Carbon in Saltmarsh Sediments Following Spartina alterniflora Eradication: Evidence from Microbial Metabolic Shifts”为题，发表于Geoderma。

该研究聚焦互花米草清除后的滨海湿地碳库稳定性问题，依托漳江口红树林湿地实验场，结合野外观测、60天控制培养实验、¹³C稳定同位素示踪和宏基因组学分析，系统考察了不同残体输入条件下，沉积物有机碳（SOC）和难降解有机碳（ROC）的非线性变化。研究揭示了互花米草除治后滨海湿地难降解有机碳的非线性损失的微生物学机制（图1）。

图1. 互花米草除治后沉积物难降解有机碳对不同剂量残体碳输入的非线性响应机制示意图

研究背景

Background

滨海湿地是重要的蓝碳生态系统，沉积物有机碳库具有长期储碳功能。近年来，我国大规模开展互花米草清除与生态修复。清除过程中，通过刈割、翻耕将大量植物残体输入沉积物，可能改变原有碳库的稳定性。已有研究对清除后SOC的增减尚无一致结论，而决定长期碳保存能力的重要组分（ROC）如何响应互花米草残体输入，仍缺乏直接证据。

ROC主要由结构复杂、较难被分解的有机组分构成，是湿地长期储碳的重要基础。新鲜植物残体进入沉积物后，既可能补充有机碳，也可能刺激原有沉积物有机碳的矿化。论文提出一个重要的科学假设，这种效应未必随残体输入量线性增强：随时间延长，新鲜有机碳供应不足时，微生物可能扩大底物利用范围，转而获取原有复杂有机碳；残体充足时，则可能更多利用易获得的植物来源碳。

基于此，本研究重点回答两个问题：不同残体输入量如何改变SOC和ROC的净积累或净损失？低剂量与高剂量输入下，微生物群落及其碳代谢潜力是否呈现不同的资源获取策略？

研究首先在漳江口国家级红树林自然保护区开展野外调查，比较互花米草清除前后表层沉积物SOC、ROC及其稳定碳同位素组成的变化，以定量评估清除后沉积物碳库的响应。随后，设置五个互花米草残体添加梯度（0、0.5、1、2和4 kg dry residue m^-2），模拟不同残体输入情景，完成为期60天的厌氧培养实验。

利用互花米草（C4植物）与红树林沉积物（C3植物来源）之间的δ¹³C差异，通过端元混合模型区分残体来源碳与原有沉积物碳，进而量化不同残体输入下SOC和ROC的积累与损失。进一步选取对照组（CK）、低剂量组（L，1 kg m^-2）和高剂量组（H，4 kg m^-2）开展宏基因组测序，从微生物群落结构、宏基因组组装基因组（MAGs）及CAZyme/KEGG功能潜力等层面，解析不同残体输入量下微生物碳利用策略及其与碳库变化的关系。

研究结果

Results

• 野外观测：互花米草除治后沉积物ROC占比下降

野外观测显示，互花米草清除前后SOC和ROC的绝对含量总体无显著差异，但碳库组成已发生变化：ROC占SOC的比例下降11%–19%。稳定同位素结果还表明，清除后沉积物中互花米草来源碳的贡献增加（图2）。这一结果提示，仅以SOC总量判断清除后的蓝碳效应可能掩盖碳库内部结构变化。即使总碳含量变化有限，更有利于长期保存的ROC比例仍可能下降，从而削弱碳库的长期稳定性。

图2. 互花米草清除前后沉积物碳组分及其来源变化

• 培养实验：ROC损失呈非线性，低剂量残体输入损失更多

为排除残体输入量不同造成的量级差异，研究按残体碳输入量对SOC和ROC变化进行标准化。所有残体添加处理均出现ROC净损失，每单位残体碳对应的ROC变化（ΔCROC）为−12%至−383%；其中，0.5 kg m^-2最低剂量处理的单位残体碳ROC损失最大（图3b）。

SOC的响应则不同：仅0.5 kg m^-2处理出现净损失（−63%）。随着添加量升高，新增的互花米草来源碳逐渐抵消原有碳损失，SOC转为净增加（图3a、c）。换言之，较高残体输入可以补充SOC，但不代表原有稳定碳库未受扰动。

图3. 不同互花米草残体添加量下SOC和ROC相对对照组的变化

• 低剂量条件下微生物具有更广的复杂碳利用潜力

宏基因组分析显示，互花米草残体输入提高了微生物群落的α多样性和物种丰富度（图4a-d），并显著改变群落组成（图4e）。高剂量处理中富集的MAGs更多表现出利用纤维素、半纤维素和寡糖等植物来源碳的潜力；低剂量处理中富集的部分MAGs则具有更广的复杂碳底物利用谱，包括纤维素、半纤维素、淀粉和几丁质等。

研究将资源受限条件下的这一模式概括为“active foraging（主动觅食）”：易利用的残体碳有限时，微生物可能扩大底物范围，增强获取复杂有机碳的能力。需要强调的是，宏基因组结果反映的是功能潜力，因而为解释ROC损失提供了与观测结果一致的机制线索，而不是对原位ROC降解路径的直接证明。

图4. 互花米草残体添加后微生物群落结构及复杂碳降解相关MAGs的变化

• 残体输入重构微生物碳代谢潜力，可能改变外源碳与原有碳的利用平衡

CAZyme注释显示，残体添加后，与植物来源碳水化合物降解相关的功能基因总体呈富集趋势，涉及蔗糖、淀粉、果胶、木聚糖和纤维素等多类底物；与部分微生物来源复杂多糖降解相关的功能潜力则下降（图5a）。KEGG分析显示，多个碳代谢和芳香族化合物降解通路的功能潜力在添加处理中降低，高剂量处理下降更明显（图5b）。

综合碳库变化、群落结构与功能潜力，验证了ROC非线性响应的微生物学机制：低剂量残体输入形成“碳源有限但微生物已被激活”的状态，促使微生物扩大对原有复杂碳库的资源获取；高剂量输入提供更充足的植物来源底物，微生物因而可能表现出更多利用外源残体的潜力，使每单位残体碳对应的ROC损失较低。

图5. 互花米草残体添加后微生物底物利用潜力和代谢通路的变化

• 管理启示

本研究表明，评估互花米草清除后的蓝碳效应，不能仅看“保留了多少碳”，更要关注“保留了哪类碳”。残体输入即使能增加土壤总有机碳（SOC），也可能诱发原有活性有机碳（ROC）的损失，降低碳库稳定性。值得注意的是，这种损失并非随残体输入量简单线性增加，低强度输入反而可能引发更剧烈的单位 ROC 损失。

这一发现为互花米草清除后的湿地修复提供了新视角：蓝碳管理不仅要评估残体输入量，更应关注植物残体处置方式对滨海湿地长期碳库稳定性的调控。

需要指出的是，本研究基于残体研磨、泥浆培养与恒温控制等实验室模拟，重点在于揭示微观机制与剂量响应，不宜直接外推至其他湿地环境，或直接作为现场处置的标准。未来仍需结合跨区域的长期原位监测与同位素示踪技术，引入矿物结合态碳和微生物残体碳等关键指标，进一步揭示 ROC 动态对海陆界面碳氮耦合过程及生态系统功能的深远影响。

研究团队及资助

Research Group and Funding

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。共同作者包括中国地质大学陆美青、自然资源部第三海洋研究所余丹、集美大学王芬芳、福建技术师范学院路则洋，以及厦门大学博士生陈诗瑶和硕士生徐文泓、李梦茹。研究获得国家重点研发计划课题（2022YFF0802102）、国家自然科学基金（42276171）、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）联合资助。

论文来源及链接

Wu H, Lu M, Yu D, Xu W, Li M, Chen S, Lu Z, Wang F, Chen N*. Nonlinear loss of recalcitrant organic carbon in saltmarsh sediments following Spartina alterniflora eradication: Evidence from microbial metabolic shifts. Geoderma, 2026, 474: 118060.

https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2026.118060

文图 | 吴慧

责任编辑 | 陈能汪

审核 | 朱旭东

排版 | 李灿如