蓝碳生态系统是连接陆地与海洋的关键生态界面，涵盖红树林、盐沼和海草床等典型生态系统。凭借高效的碳捕获与长期封存能力，蓝碳生态系统不仅是全球碳循环的重要组成部分，也是应对气候变化、维系生物多样性、保障海岸带生态安全的重要自然基础。特别是在气候变化和人类活动叠加胁迫背景下，厘清海岸带生态系统韧性形成机制具有重要科学价值。

围绕这一科学问题，中国科学院烟台海岸带研究所滨海湿地演变机制与生态修复研究组（韩广轩研究团队）联合骆永明研究团队及国内外多家单位科研人员，依托全国蓝碳生态系统调查和长期原位控制实验，在微生物功能韧性、土壤碳长期稳定机制、有机碳分子组成及温室气体排放等方面取得系列进展，通过“微生物功能—碳转化—碳稳定—碳损失”完整链条，构建了对我国海岸带蓝碳碳汇过程和微生物调控机制的综合认识。

团队基于全国116 个代表性样点，建立了中国蓝碳微生物基因组目录（CBCMC，图 1），系统解析了我国蓝碳生态系统微生物群落结构对环境变化和人类活动的响应规律及其功能韧性（Xiao et al., 2026a）。研究表明，我国典型蓝碳生态系统微生物群落组成显著区别于陆地、海洋及其邻近水域，群落结构存在明显的生态型和地理分异特征。CBCMC数据集为解析蓝碳生态系统微生物群落组成、空间分布及其生态功能提供了重要基础。

图1 中国典型蓝碳生态系统微生物基因组生态特征

蓝碳微生物群落组成受到地球化学性质、有机碳特征、气候条件和人类活动等多重环境筛选调控（图2），变异显著。沿碳氮比、温度、农业用地和人口密度等环境梯度，微生物分类组成发生明显周转，而功能组成变化幅度总体较小，其核心机制在于蓝碳微生物群落具有较强功能冗余：不同进化谱系的微生物承担相似的代谢功能，物种丰度改变后，整体功能维持相对稳定。

图 2 环境梯度下微生物群落组装及功能周转特征

以微生物碳固定为例，具有固碳潜力的微生物分属于不同的进化谱系（图3），不同位点间碳固定微生物的分类组成差异显著高于固碳功能差异（0.55 vs. 0.18）。该发现为理解蓝碳生态系统在多重环境压力下维持固碳功能提供了新的微生物学解释，这种功能韧性是维持蓝碳生态系统碳汇功能长期稳定的重要机制之一。但研究同时表明，功能冗余仅为蓝碳生态系统提供了一定“缓冲能力”，在物种大量丧失情况下（如群落物种损失2/3），盐沼微生物系统表现出最高的脆弱性，不能无限承受人为与环境扰动。

图3 不同系统发育谱系间微生物碳固定功能的冗余性

微生物功能层面的相对稳定性，并不等同于土壤碳库在长期气候变暖条件下的持续稳定。围绕这一问题，研究团队依托中国科学院黄河三角洲滨海湿地原位增温实验平台，开展了持续 8 年的控制实验，通过系统分析植物碳输入、土壤呼吸碳损失和微生物固碳过程，揭示了土壤碳储存对长期增温的深度依赖性（Xiao et al., 2026b，图 4）。结果表明，表层土壤有机碳储存对长期增温的响应不显著，而40–60 cm深层土壤有机碳储存显著下降。深层碳储存下降的关键原因是长期增温抑制微生物固碳过程及其衍生碳积累：增温处理后深层土壤微生物生物量及残体碳减少约三分之一，宏基因组分析证实多类携带碳固定基因的微生物显著减少。该研究揭示了蓝碳生态系统碳储存对长期变暖响应的土层差异，凸显了深层碳库稳定性及其微生物调控机制对于理解蓝碳气候韧性的重要性。

图 4 长期变暖降低深层土壤微生物碳固定

长期增温实验揭示了深层蓝碳储存对气候变化的敏感性，研究团队进一步聚焦有机碳持久性问题：哪些碳组分能够在沉积物中留存数百至数千年？研究借助柱状样品，利用放射性碳、木质素降解特征和微生物残体等多种指标开展解析，发现我国盐沼表层土壤有机碳的平均周转时间约为2200年，显著长于红树林表层土壤（约500年）。这种差异并非单纯由碳分解速率差异驱动，而与两类生态系统碳源组成和保存方式的显著差异有关（Li et al., 2026a）。研究证实，长期碳保存不是单一“矿物保护”，而是微生物加工与矿物结合的共同作用（图5）：微生物首先分解和转化植物源及外源有机质，形成微生物残体等高度转化产物，再由矿物进一步吸附和保护，延长其在沉积物中的停留时间。不同土层中的主控机制也存在差异：表层土壤以微生物残体积累为核心生物调控过程；深层土壤有机碳持久性则主要受木质素的降解和氧化程度调控。 这些结果共同表明，长期蓝碳并非新鲜植物残体的直接埋藏，而是经历“外源输入—微生物加工—矿物保护”连续转化的产物，外源老化碳的保存是滨海湿地长期碳汇不可忽视的途径。

图5 矿物与微生物协同驱动海岸带蓝碳组成与周转的概念模型

基于上述研究，团队进一步探究：不同生境通过差异化路径稳定的有机碳，经过长期转化后，分子组成是否趋同？研究选取中国滨海湿地25组相邻的植被生境—光滩配对样地，在相近气候和地质背景下比较红树林、盐沼及其邻近光滩的有机碳来源、分子组成和稳定机制（Li et al., 2026b）。结果表明，尽管碳来源和保存路径不同，但有机碳经长期分解和选择性保存后，留存的抗降解有机碳表现出明显趋同特征。研究提出，碳储量、碳周转时间和碳分子组成是滨海碳循环的三个相互独立但彼此关联的维度：有机碳输入量影响储量，矿物保护和外源碳贡献影响碳周转时间，而长期成岩和选择性保存则决定最终保留下来的碳组成（图6）。该结论拓展了蓝碳评价的空间边界，在景观尺度蓝碳储量和碳封存持久性评估中，应当纳入光滩生态系统。

图 6 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

有机碳进入蓝碳生态系统后，并非全部长期保存。在沉积和埋藏过程中，部分有机碳被微生物持续分解和利用，以CO₂或CH₄等温室气体形式重新释放，抵消部分蓝碳碳汇效益。围绕这一关键问题，团队解析了不同蓝碳生态系统CH₄产生潜力的空间差异及其驱动机制（Xiao et al., 2026c）。研究发现，盐沼的CH₄产生潜力明显高于红树林和海草床，这种空间异质性取决于沉积物中可被微生物利用的碳源及其相应代谢功能。宏基因组分析证实，这一碳源效应来源于植物木质素的微生物转化过程：细菌降解木质素生成甲基化中间产物，可为甲基营养型产甲烷过程提供底物，形成“植物源碳—微生物降解—甲基化中间产物—CH₄”的碳转化链条。该途径有效规避了硫酸盐还原微生物对乙酸和H₂的竞争，为高硫酸盐盐沼沉积物中持续的CH₄产生提供碳源和能源。稳定同位素实验进一步为这一机制提供了支持性证据。研究提示，传统认知中性质稳定的植物源木质素，在特定功能微生物作用下仍可发生分解并驱动甲烷生成，削弱蓝碳生态系统的净气候效益（图7）。

图7 中国典型蓝碳生境甲烷排放潜力及关键控制机制

系列研究多维度共同揭示了我国蓝碳生态系统碳收支过程的动态本质：环境变化改变微生物群落组成，但功能冗余支撑生态系统维持核心功能；长期气候变暖下，表层土壤碳储存相对稳定，而深层碳储存及微生物固碳相关过程受到显著影响；微生物加工与矿物保护共同促进部分有机碳进入长期保存状态；不同生态系统碳输入和稳定路径各不相同，但长期保存的抗降解碳分子组成趋同；同时，木质素等难降解组分可通过微生物代谢重新进入产甲烷过程，削弱蓝碳的净气候效益。

系列成果推动蓝碳碳汇评估从传统的“储存多少碳”的静态碳储量核算转向“碳从哪里来、由谁加工、能够保存多久、以什么形式保存，以及最终有多少可能重新损失”的过程导向评估。系列研究整合全国尺度调查与长期原位增温实验，为理解我国蓝碳生态系统的碳收支机制、微生物功能韧性及其对气候变化的响应提供了多尺度证据，也为蓝碳资源评估、碳汇核算及生态保护修复管理提供了科学依据。

系列研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、山东省自然科学基金、ONCE国际大科学计划等项目支持。

论文信息：

Xiao, L., Liu, J., Tanentzap, A. J., Duarte, C. M., Fu, C., Zhou, L., Dang, R., Zhou, M., Luo, M., Zhang, P., Yu, J., Xu, Y., Rosentreter, J., Spencer, R. G. M., Lichtfouse, E., Luo, Y., Han, G. (2026a). Resilience of blue carbon microbiomes in response to ecological and anthropogenic filtering. Nature Communications. https://doi.org/10.1038/s41467-026-77867-5

Xiao, L., Liu, J., Noyce, G.L., Lee, J., Duarte, C.M., Zhou, M., Luo, M., Sun, R., Dang, R., Zhou, L., Zhang, L., Fu, C., Tan, Y., Yu, J., Han, G. (2026b). Microbial responses to warming reduce deep blue carbon storage. Global Change Biology, 32, 4: e70883.

Li, Y., Fu, C., Ren, P., Song, Z., Ni, L., Wang, T., Yu, C., Chen, J., Guo, L., Hartley, I. P., He, D., Ouyang, X., Zhi, W., Xia, S., Wang, W., Zhao, M., Han, G., Luo, Y. (2026a) Mineral association and microbial processing jointly prolong carbon turnover in coastal wetlands. Global Change Biology, 32: e70763.

Li, Y., Kaal, J., Fu, C., Zhang, D., Macreadie, P. I., Wang, T., Zeng, L., Hu, F., Han, G., Luo, Y. (2026b) Persistent carbon composition converges across vegetated and unvegetated coastal soils despite contrasting stabilization pathways. Water Research, 305: 126503.

Xiao, L., Fu, C., Santos, I. R., Duarte, C. M., Liu, J., Zhou, L., Zhou, M., Dang, R., Lin, J., Xiao, K., Luo, Y., Han, G. (2026c) Microbial decomposition of lignin to methane reduces net blue carbon benefit across China’s saltmarshes. Global Change Biology, 32: e71059.