热带贫营养岛屿海草生态系统连通性对蓝色碳汇的影响机制研究

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Seascape connectivity has low influence on seagrass blue carbon in tropical oligotrophic islands

　　本研究针对热带贫营养岛屿生态系统中海草景观连通性对碳氮储量的影响机制这一关键科学问题，通过对比分析印度安达曼-尼科巴群岛连通型（与红树林相邻）和非连通型（与其他海草共生）Thalassia hemprichii草甸的沉积物与植物碳氮储量，结合稳定同位素混合模型（SIMMR）量化了不同碳源对沉积物碳库的贡献。结果表明，景观连通性对海草蓝色碳汇的影响低于预期，沉积物碳储存主要依赖于海草自身产生的自源碳。该研究为理解寡营养岛屿生态系统碳循环提供了新视角，对评估蓝碳生态系统的气候减缓潜力具有重要意义。

　　

在应对气候变化的全球行动中，蓝色碳生态系统——包括海草床、红树林和盐沼——因其卓越的碳封存能力而备受关注。它们就像海洋中的“绿色森林”，能够高效地将大气中的二氧化碳捕获并长期储存在沉积物中。然而，这些生态系统并非孤立存在，它们之间通过水流、潮汐等过程相互连接，形成一个复杂的“海景”网络。这种连通性是否会促进碳、养分和有机质在不同生态系统间的输送，从而增强整体的碳汇功能，是当前蓝碳研究的前沿问题。尤其是在热带寡营养岛屿，如印度的安达曼-尼科巴群岛，那里缺乏河流输入的养分，生态系统如何维持和储存碳更是一个谜团。以往的研究多暗示，与红树林相连的海草床可能因接收来自红树林的有机物质而拥有更高的碳储量，但这一假设在真实的寡营养岛屿环境中是否成立，尚缺乏充分的实证研究。

为了回答这一问题，发表在《Estuarine, Coastal and Shelf Science》上的研究论文《Seascape connectivity has low influence on seagrass blue carbon in tropical oligotrophic islands》展开了一项深入的探索。研究人员以安达曼-尼科巴群岛（ANI）为研究区域，重点考察了广泛分布的海草物种Thalassia hemprichii。他们巧妙地设置了两种类型的草甸进行对比：一种是“连通型”草甸，即T. hemprichii与红树林相邻分布；另一种是“非连通型”草甸，即T. hemprichii与其他海草物种（如Halodule uninervis, Halophila ovalis等）混合生长，但不与红树林直接相连。通过对比这两类草甸的沉积物特性、植物生长状况以及碳氮储存能力，并利用稳定同位素技术追溯沉积物中有机碳的来源，该研究旨在揭示海景连通性在热带寡营养岛屿海草碳汇中的作用。

本研究主要采用了以下几种关键的技术方法：首先，在选定的研究地点（Havelock, Burmanallah, Haddo Bay等）进行野外采样，分别采集连通型和非连通型T. hemprichii草甸的沉积物核心样本（深度10厘米）和植物样本（使用20x20厘米的样方）。样本来源于安达曼-尼科巴群岛的天然海草生态系统。其次，在实验室内对沉积物样本进行了一系列分析，包括测定沉积物粒度组成、干容重（DBD）、有机质（OM）含量、总碳（C）、总氮（N）含量以及碳（δ¹³C）、氮（δ¹⁵N）稳定同位素比值。对植物样本则分析了其生物量、碳氮含量及稳定同位素比值。最后，利用基于贝叶斯框架的稳定同位素混合模型（SIMMR，使用R软件包simmr），以δ¹³C、δ¹⁵N和C:N比作为输入参数，估算了T. hemprichii自身、其他海草、红树叶和海洋颗粒有机质（POM）等不同碳源对沉积物碳库的相对贡献。统计分析方法包括t检验和主成分回归（PCR）分析。

研究结果

3.1. 连通性对沉积物特性的影响

研究发现，连通型和非连通型草甸的沉积物特性存在显著差异。连通型草甸的沉积物含有更高的有机质（OM）、总碳（C）含量和更贫化的δ¹³C和δ¹⁵N值，其表层沉积物碳储量（3.50 ±1.78 Mg C ha^-1）也高于非连通型草甸（2.61 ±1.48 Mg C ha^-1）。相反，非连通型草甸的沉积物总氮（N）含量（0.90 ±0.33%）显著高于连通型草甸（0.24 ±0.05%），氮储量（1.21 ±0.72 Mg N ha^-1）更是连通型草甸（0.29 ±0.16 Mg N ha^-1）的4.1倍，并且其δ¹³C和δ¹⁵N值更为富集。主成分回归分析表明，在非连通型草甸中，沉积物有机质、沙粒含量和植物密度共同解释了沉积物碳储量变异的40.56%。

3.2. 连通性对海草性状的影响

在植物性状方面，非连通型草甸中T. hemprichii的枝条密度和顶端密度均显著高于连通型草甸。然而，两类草甸中T. hemprichii的总生物量、叶片碳含量、δ¹³C值以及生物量碳储量均无显著差异。值得注意的是，非连通型草甸中T. hemprichii的叶片氮含量和生物量氮储量显著高于连通型草甸，且其δ¹⁵N值更为富集，这可能暗示了非连通型草甸受到了外部人为来源的氮输入影响。

3.3. 连通性对碳源贡献的影响

稳定同位素混合模型的结果最为关键。它显示，无论是在非连通型还是连通型草甸中，对沉积物碳库贡献最大的都是T. hemprichii自身的生物量（非连通型：0.69 ± 0.13%；连通型：0.68 ± 0.10%）。在非连通型草甸中，贡献次之的是其他海草生物量；而在连通型草甸中，红树林碳源（如Rhizophora apiculata和Bruguiera spp.）的贡献虽然存在，但仍低于T. hemprichii自身的贡献。海洋颗粒有机质（POM）的贡献在两类草甸中均较低。

结论与意义

这项研究得出了一个与传统认知有所不同的重要结论：在安达曼-尼科巴群岛这类热带寡营养岛屿生态系统中，海景连通性（特别是与红树林的连通）对海草（T. hemprichii）蓝色碳汇的增强作用相对较低。尽管与红树林相连的草甸表现出稍高的沉积物碳储量，但稳定同位素溯源技术清晰地表明，沉积物中的碳主要来源于海草自身（自源碳），而非来自相连的红树林或其他外部（异源碳）输入。非连通型草甸则可能因局部人为活动输入了更多的氮素，反而支持了更高的海草密度和氮储量。

这一发现具有多重重要意义。首先，它强调了在评估海草生态系统碳汇功能时，需要充分考虑其特定的环境背景。在缺乏陆源养分输入、底质以沙质为主的寡营养岛屿，海草生态系统的碳储存可能更依赖于系统内部的生产和循环，景观连通性的促进作用可能有限。其次，研究首次在印度海域利用稳定同位素混合模型量化了海草沉积物碳库的碳源贡献，为区域蓝碳研究提供了新的方法范例和基础数据。最后，该研究指出，热带岛屿海草生态系统的沉积物碳储量相对较低，这提醒我们在将其纳入国家气候变化减缓战略（如国家自主贡献NDCs）时，需要进行更全面、深入的评估，特别是要关注不同水深（如深海草甸）和底质类型的碳储存潜力。

总之，这项研究深化了我们对复杂海景中碳流动的理解，表明在热带寡营养岛屿环境下，海草床本身的自生能力是其蓝色碳汇的核心驱动力，这为未来针对性的蓝碳保护和管理策略提供了关键科学依据。