海岸带土壤有机碳长期封存能力，不仅取决于储碳量，还受控于有机碳分子赋存形态、物质转化和稳定保护机制。红树林、盐沼及其邻近无植被光滩构成相互连通的海岸带景观，但三类生境的有机碳来源、分子组成及稳定路径是否存在共性规律，长期缺乏跨气候带的配对证据。尤其是光滩可汇集陆源、海源及邻近植被生境的有机质，其碳分子特征和保存机制仍有待系统解析。

近日，中国科学院烟台海岸带研究所李远副研究员、韩广轩研究员、骆永明研究员联合国内外多家科研单位，依托全国大陆海岸带土壤样品库，筛选25组相邻的植被生境—光滩对比样地，采集获得50份0-20cm表层代表性土壤样品，涵盖7份红树林、18份盐沼及对应的25份毗邻光滩样品。研究样区跨越近20个纬度，在相近气候和地质背景下开展对照分析，有效厘清植被输入、地貌—矿物过程对土壤有机碳分子组成的差异化调控作用。

图1 中国盐沼、红树林和光滩调查站位及土壤性质空间分布

研究融合热裂解-气相色谱/质谱联用技术（Py-GC/MS）和热辅助水解甲基化-气相色谱/质谱联用技术（THM-GC/MS）两类互补热裂解分析技术，通过样品矿物洗脱、有机组分富集、降低催化干扰等前处理流程，精准识别碳水化合物、木质素、脂肪族化合物、含氮化合物、酚类和降解/火成碳等多类有机碳分子。

团队进一步结合δ¹³C和碳氮比的三端元贝叶斯混合模型、¹⁴C测年、分子共现网络、线性混合模型、随机森林及结构方程模型，多维度交叉验证海岸带有机碳来源、分子组成特征及其环境驱动机制。

实测数据表明，红树林 0-20 cm土壤有机碳平均储量为30.5 Mg C ha^-1，是邻近光滩（9.2 Mg C ha^-1）的3.3倍；亚热带和温带盐沼的储量仅为邻近光滩的1.3倍。溯源结果证实，红树林植物源碳占比约为邻近光滩的2倍，而光滩中海洋来源碳的相对贡献显著较高，表明光滩是外源有机质的重要沉积区。

图2 植被生境与邻近光滩的土壤有机碳储量及来源差异

双热裂解分子指纹解析结果显示，三类生境的整体分子组成存在显著差异，但经长期自然选择和封存，稳定性碳分子组成趋于一致。其中，红树林和部分盐沼富集碳水化合物、木质素、含氮化合物和酚类等新鲜植物或微生物代谢衍生标志物，盐沼与光滩差异随本土优势植物类型发生明显分异。各类生境土壤中脂肪族化合物占热裂解产物的25%—65%，与降解/火成碳化合物共同构成40%—74%的稳定性碳分子；植被生境与配对相邻光滩中，这两类稳定碳组分无显著差异，证实不同来源的有机质经成岩筛选后形成了结构相似的稳定性碳分子组成。年代分析证实，植被土壤中，随着¹⁴C年龄增加，脂肪族化合物比例升高（R²=0.70），碳水化合物和木质素比例同步降低（R²=0.74和0.81），明确脂肪族富集是土壤有机碳成岩演化的结果，而非单纯的现代植物输入所致。

图3 两种热裂解—气相色谱/质谱技术解析的海岸带土壤有机碳分子组成

研究进一步探明，尽管海岸带土壤稳定碳分子趋同，但不同生境分子多样性的主要驱动因子不同。线性混合模型、随机森林和结构方程模型验证结果一致：红树林和盐沼等植被生境中，植物来源碳比例、土壤有机碳储量是调控分子多样性的主导因素，其中植物来源碳与Shannon分子多样性的标准化关联路径系数为0.87（R²=0.71）；无植被光滩中，由土壤黏粒含量、Fe/Si、Al/Si和Rb/Zr等指标综合表征的活性矿物体系是核心驱动因素，标准化路径系数为0.69（R²=0.70）。

基于实证，研究提出碳储量、周转时间和分子组成是解析海岸带碳循环的三大相对独立核心维度：输入量决定有机碳储量，矿物保护和外源碳贡献主导碳库周转时间，成岩过程塑造最终定型土壤封存的碳分子组成。该研究打破了仅依据植被覆盖或碳储量判断碳库稳定性的传统局限，证实分子指纹技术可作为蓝碳面积核算和储量评估的重要补充手段。同时重新界定，无植被光滩并非被动的低碳过渡带，而是汇聚横向输入有机碳、依托矿物—有机质相互作用实现碳长期保存的重要沉积单元。研究建议将光滩固碳潜力纳入景观尺度的蓝碳储量核算与碳封存持久性评估框架，完善我国海岸带蓝碳精准评估体系。

图4 植被生境和光滩土壤分子多样性的主要关联因素及碳稳定过程概念框架

相关研究成果发表于国际期刊 Water Research，该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学基金等资助。

论文信息：

Yuan Li, Joeri Kaal, Chuancheng Fu, Dongdong Zhang, Peter I. Macreadie, Ting Wang, Lin Zeng, Feilong Hu, Guangxuan Han, Yongming Luo. Persistent carbon composition converges across vegetated and unvegetated coastal soils despite contrasting stabilization pathways. Water Research, 2026, 305: 126503. https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.126503.