近日，崇明生态研究院全球变化与海岸带生态系统研究中心联合中科院烟台海岸带研究所在Ecology Letters 上在线发表了题为Warming-Induced Plant Species Shifts Lead to Substantial Losses of Wetland Soil Carbon的研究论文。该论文揭示了湿地土壤有机碳储量响应气候变暖的机制，强调了优势物种变化在湿地土壤碳响应气候变暖中的重要作用。崇明生态研究院孙宝玉博士为该论文的第一作者，聂明教授、夏建阳教授和中国科学院烟台海岸带所韩广轩研究员为论文的通讯作者。该论文得到科技部重点研发专项、国家自然科学基金、博士后创新人才支持计划等资助。

气候变化下土壤有机碳储量是土壤碳输入与输出之间平衡的结果。在草地和森林生态系统中进行的大量增温实验表明，气候变暖可以同时改变土壤碳的输入和输出过程，但鲜少改变土壤有机碳储量。与这一发现一致的是，区域和全球尺度尚的研究也未发现气候变暖对有机碳储存的显著影响。这主要是由于气候变暖对植物群落组成的影响较小，特别是对其优势物种的改变。湿地是土壤有机碳（SOC）的巨大储存库，在仅占地球陆地面积 6% 的区域内储存了全球三分之一的土壤有机碳。尽管世界范围内湿地植物的生物多样性很高，但在特定区域的水文条件下，湿地生态系统中的植物物种组成极其简单，一个或几个优势物种维持着生态系统功能。气候变暖会改变湿地优势物种的类型或比例，但其是否会对土壤有机碳储量产生较大影响目前还没有相关证据。

为此，作者利用中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态试验站的长期增温实验平台（2014年建设），通过系统地监测植被群落、土壤有机碳输入、输出过程以及有机碳储量变化，揭示气候变暖对湿地土壤碳的影响机制。研究发现湿地土壤有机碳储存对气候变暖的响应呈现出阶段性特征。增温初期，碳输入和碳输出均有显著下降，但土壤有机碳储存量保持不变。然而，在 2020 年，土壤有机碳储存量下降了 21.4%，且这一下降趋势在随后的两年中持续存在。这主要是由于增温条件下优势植物物种（芦苇）的生物量发生了变化，导致碳输入减少，微生物对碳的降解作用增强，进而造成微生物残体碳的损失。这些结果突显了优势植物物种在驱动湿地土壤碳循环及其对气候变化的反馈中所起到的关键作用。

图1 土壤有机碳储量对增温的响应

图2 增温对微生物和植物残体碳的影响

图3 植物和微生物变量对增温的响应及其对微生物残体碳变化的贡献

图4 结构方程模型显示增温对土壤有机碳储量的影响路径

该野外增温实验表明，增温导致的优势物种（芦苇）的变化，使得湿地土壤碳大量流失。土壤有机碳（SOC）对增温的响应受到土壤碳输入（净初级生产力）和输出（异养呼吸）之间平衡的影响，而这种平衡在增温条件下是由芦苇生物量的变化所调控的。因此，湿地土壤有机碳对增温的响应方向和程度，取决于在气候变暖的情况下芦苇的调节作用以及植物与土壤之间的关系。鉴于湿地植被对气候变化高度敏感，土壤有机碳与气候变化之间的反馈方向可能会快速变化，这使得准确评估湿地碳储量变得更加困难。该研究结果强调，在未来对湿地碳循环的预测中，迫切需要考虑气候、植物和微生物的共同影响。

上述研究成果的取得，得益于崇明生态研究院全球变化与海岸带生态系统研究中心的长期布局与协同创新机制。作为该研究的核心支撑平台，中心立足海岸带生态系统对气候变化的响应与适应机制研究，通过整合华东师范大学、复旦大学等高校的生态学科优势，联合中国科学院烟台海岸带研究所等科研机构，构建了覆盖湿地碳循环、生物多样性维持等领域的多尺度观测网络。近年来，中心着力创新“高校-院所-野外台站”联动模式，依托黄河三角洲、崇明东滩等典型湿地建立跨区域实验基地，形成了数据共享、联合攻能力建设三位一体的研究体系，为解析气候变化下湿地碳库动态提供了系统性支撑。此次成果在生态学领域顶级期刊的发表，既是中心深化校际协同、服务国家“双碳”战略的重要实践，也为全球湿地生态系统应对气候变化贡献了关键科学依据。

论文链接 https://doi.org/10.1111/ele.70129

图文、来源| IV类高峰学科“岛屿大气与生态”夏建阳团队