海岸带蓝碳生境具有独特的内源和外源双碳汇特征，目前研究更多地关注内源型（高碳密度、低沉积速率）蓝碳生境土壤碳储量评估，对外源型（低碳密度、高沉积速率）蓝碳生境土壤固碳潜力认识不足，尤其是高外源输入蓝碳生境的土壤有机碳（OC）、氮（N）、磷（P）的计量关系、来源与组成尚无系统研究。另外，对于盐沼、红树林和海草床之外地海岸带生态系统碳库挖掘尚不充分。为此，中国科学院烟台海岸带研究所李远副研究员、骆永明研究员团队基于全球和全国尺度海岸带生态系统数据整理和实测并结合模型解析开展了相应研究。 通过对比全球797个点位蓝碳生境土壤OC、N和P密度得出，中国蓝碳生境属低OC含量矿物型生境（图1），其土壤C:P低于全球均值4-8倍，N:P低于全球均值4-5倍，植物C:P、N:P和C:N均相对偏低，说明外源型低OC含量蓝碳生境存在土壤N限制。全球范围内，土壤N含量随OC含量增加而增加，但土壤P含量相对稳定且低于1.5 g kg–1。
外源OC（陆源+海源）占中国红树林表层土壤OC的50%，占中国盐沼和海草床表层土壤OC的75%，其中77%、70%和60%的红树林、盐沼和海草床外源OC来自陆源（河流）输入。通过KOBr氧化法，区分土壤有机氮（Norg）、固定态铵（Nfix）的比例，同时评估氧化态OC（OCKOBr）和P（PKOBr）与残渣态OC（OCres）和P（Pres）的比例。土壤OCKOBr、Norg和PKOBr的比例非常接近，分别占总量的77%、71%和80%，并且氧化态与总量存在很好的线性关系。Nfix占红树林、盐沼和海草床表层土壤N的25%、37%和26%。年平均气温（MAT）和内源/外源OC（OCauto/OCallo）间存在正相关，与亚热带和热带区域红树林较高的内源OC一致。人类活动因子对Norg/Nfix存在负相关影响，可能说明了富营养蓝碳生境有机质降解的反硝化效应。这一效应虽然可提高N的去除，但会减少有机质储存并且会释放氮氧化物温室气体。黏粒和Fe/Al氧化物对Norg/Nfix和PKOBr/Pres存在负相关影响，但与土壤OC密度正相关，说明矿物是控制外源型蓝碳生境土壤C、N、P循环的重要因素（图2）。
图1 全球蓝碳生境土壤N:P摩尔比空间分布（a），不同国家土壤N:P摩尔比对比（b）和土壤OC与N（c）、P（d）含量相关性
图2 中国蓝碳生境土壤碳、氮、磷组分及影响因素
通过对中国海防林44个点位1 m深度土壤OC储量估算得出，单位面积土壤OC储量范围为7.44–79.7 MgC ha–1，总储量为4.53 ± 0.71 TgC（图3）。海防林土壤OC单位面积埋藏速率范围为6.90–194.1 gC m–2 yr–1，总埋藏速率为99.5 ± 44.9 GgC yr–1。通过与中国盐沼、红树林和海草床典型蓝碳生境对比，虽然海防林单位面积土壤OC储量和埋藏速率低于典型蓝碳生境4-9倍和2-3倍，但海防林面积高于其2-8倍（表1）。在计算面积后，海防林总储量和埋藏速率与典型蓝碳生境接近。这说明，在典型蓝碳生境之外，海防林是另一个可通过人为管理的高效蓝碳生境碳汇。另外，沙滩土壤的OC储量与海草床相当，也是一个重要的海岸带碳汇。根据计划，至2025年还将有84,250 ha海防林种植，相当于还有额外的1.72 ± 0.27 TgC的土壤OC以62.7 ± 23.4 GgC yr–1的速率埋藏至海防林。
图3 中国海防林土壤碳储量
表1 海防林和其他蓝碳生境土壤OC储量和速率
相关成果发表在Environmental Science & Technology和Science of The Total Environment上。研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金的资助。
论文信息：
Li, Y., Fu, C.C., Hu, J., Zeng, L., Tu C., Luo, Y.M.* Soil Carbon, Nitrogen, and Phosphorus Stoichiometry and Fractions in Blue Carbon Ecosystems: Implications for Carbon Accumulation in Allochthonous-Dominated Habitats. Environmental Science & Technology, 2023, doi: 10.1021/acs.est.3c00012. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.3c00012.
Li, Y., Fu, C.C., Wang, W.Q., Zeng, L., Tu C., Luo, Y.M.* An overlooked soil carbon pool in vegetated coastal ecosystems: National-scale assessment of soil organic carbon stocks in coastal shelter forests of China. Science of The Total Environment, 2023, 876, 162823. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723014390.
