近日，中国科学院烟台海岸带研究所联合南方科技大学等国内外单位，在海岸带底栖生物扰动对蓝碳储存稳定性的影响研究中取得了新进展，相关论文发表于《国家科学进展》。

海岸带滨海湿地是重要的有机碳库，在调节全球碳循环和气候变化中发挥关键作用。溶解有机质（DOM）是生物地球化学过程的重要底物或产物，影响着滨海湿地生态系统的新陈代谢、营养吸收、痕量金属循环以及微生物群落结构和功能。招潮蟹等底栖动物广泛栖息于滨海湿地，它们的觅食、挖洞筑穴等生物扰动行为极大程度上影响了沉积物界面的物质循环过程。招潮蟹生物扰动可通过改变DOM组成、增加温室气体排放和孔隙水交换来调节沉积物中的有机碳储存。作者早期的研究发现，在盐沼湿地中底栖生物扰动能通过潮汐冲刷减少沉积物和洞穴中“蓝碳”的埋藏潜力。此外，红树林和盐沼中招潮蟹洞穴增加的温室气体排放可以抵消35%-134%的沉积碳埋藏量。因此，阐明招潮蟹洞穴对海岸带DOM循环的影响机制，有利于对海岸带蓝碳储量演变过程的理解。

研究团队沿中国大陆海岸线的气候梯度，选取红树林、盐沼、光滩和潮沟4种典型的招潮蟹栖息地，设置了53对采样点，对超过1000个招潮蟹洞穴沉积物和临近沉积物基质展开比对调查（图1）。通过整合招潮蟹扰动下沉积物水提化学性质、铁锰矿物组分、DOM光谱性质、生化组分的变化（图2）发现，洞穴内的荧光指数（FI）值比沉积物基质高，招潮蟹洞穴内活性有机分子组分（类脂质）的相对丰度增加了59%，表明招潮蟹的生物扰动显著增强了微生物活动。同时值得注意的是，在河口地区，招潮蟹洞穴沉积物的DOM浓度普遍低于周围沉积物基质（图1）。

图1 研究采样点分布图，（a）招潮蟹栖息地采样点的空间分布，包括四种生境：红树林、盐沼、光滩和潮沟（b）招潮蟹洞内和周围沉积物有机质浓度比值的空间分布

图2 招潮蟹对沉积物水提有机质的影响

通过分析单个有机分子与铁锰矿物组分和气候梯度之间的斯皮尔曼的相关性发现：（1）招潮蟹洞穴增强了铁氧化物和可氧化锰矿物对活性有机质的释放作用；（2）活性有机质被释放后被微生物利用为惰性有机质（图3）；（3）随着温度和降雨梯度的增加，螃蟹洞穴微环境无法为微生物利用这些活性分子提供足够的热力学能量（图4）。

图3 单个有机分子与铁锰矿物之间的斯皮尔曼相关性

图4 单个有机分子与年平均温（MAT）和年平均降雨量（MAP）之间的斯皮尔曼相关性

研究者通过计算有机质的吉布斯半反应自由能作为DOM埋藏稳定性的指标，发现招潮蟹生物扰动显著降低了海岸带蓝碳埋藏稳定性（图5），其中红树林受到影响最大，随后是光滩、潮沟和盐沼。

图5 沉积物基质和螃蟹洞内有机质的吉布斯半反应自由能

上述工作证明了招潮蟹生物扰动会削弱降低铁锰矿物对有机质的保护，降低海岸带蓝碳埋藏的稳定性，且气候梯度增加，将加剧这一反应（图6）。未来研究需要采用更微观尺度的方法来开展招潮蟹扰动对海岸带蓝碳循环的影响机理。

了解研究详情，请阅读原文：

Benthic bioturbations weaken the stability of blue carbon storage. National Science Open. doi: 10.1360/nso/20240052

来源: 《中国科学》杂志社