富营养化对典型热带海草床沉积物有机碳组分与转化过程的影响机制

Seagrass beds are gaining attention for their important organic carbon storage function – referred as ‘blue carbon’, with the majority of organic carbon stored in sediment. At the global scale, the effect of eutrophication on carbon stock within seagrass beds is a hot issue in seagrass ecology research. The refractory organic carbon (ROC) in sediment organic carbon (SOC) plays the key role in dominating the SOC storage capacity of seagrass beds. However, no effort has been made so far to research the effect of eutrophication on sediment ROC composition and transformation processes. In this study, SOC sources, labile organic carbon (LOC) and ROC compositions, as well as enzyme activities that related to carbon transformation characteristics will be analyzed in a typical tropical seagrass bed through field investigation. Furthermore, based on field in situ experiment, this study intends to analyze the effect of eutrophication on SOC compositions and enzyme activities related to carbon transformation, and to explore the key microbial communities affecting the SOC transformation processes. With laboratory experiment, using 13C as tracer, the effect of eutrophication on SOC mineralization rate will be studied. The total goal of this study is to clarify the influencing mechanisms of eutrophication on SOC compositions and transformation processes. Therefore, it is expected to further understanding the effect of eutrophication on ‘blue carbon’ in seagrass beds, and to provide a scientific basis for cognizing the response of the carbon storage capacity of seagrass bed sediments to environmental changes.

海草床是沿岸重要的“蓝碳”生态系统，其有机碳大部分存储于沉积物中。富营养化对海草床储碳功能的影响，是国际海草生态学研究的热点问题。海草床沉积物有机碳（SOC）中，惰性有机碳组分对SOC存储能力起决定性作用，但尚未有关于富营养化对海草床沉积物惰性有机碳组分及其转化过程影响的研究报道。本项目拟通过现场调查研究，弄清典型热带海草床SOC来源、活性有机碳、惰性有机碳组分及碳转化酶的特征；利用野外原位实验，研究富营养化对海草床SOC各组分及其碳转化酶活性的影响，探明影响SOC转化过程的关键微生物类群；通过室内模拟实验，运用稳定性13C同位素示踪技术，研究富营养化对海草床SOC的矿化速率的影响。项目拟揭示富营养化对海草床SOC组分与转化过程的影响机制，这有助于深入理解富营养化对海草床“蓝碳”的影响，并为认知海草床沉积物碳储能力对环境变化的响应提供科学依据。

海草床有机碳大部分存储于沉积物中。富营养化对海草床储碳功能的影响，是国际海草生态学研究的热点问题。海草床沉积物有机碳（SOC）中，惰性沉积物有机碳组分（RSOC）对SOC存储能力起决定性作用，富营养化可能会改变海草床沉积物惰性有机碳组分及其转化过程，从而影响其存储潜力。本项目通过现场调查研究、野外原位实验和室内模拟实验，研究富营养化对海草床SOC组分与转化过程的影响机制，主要结果如下：1）通过野外调查，研究发现，海草床SOC的含量为1200 mg/kg，RSOC的含量为420 mg/kg，SOC来源主要为海草、藻类和人类活动输入悬浮颗粒物的有机碳，所占的比率分别为23%、37%和40%，而RSOC中海草、藻类和人类活动输入悬浮颗粒物的有机碳所占的比率为20%、25%和55%；2）野外调查研究发现，富营养化使SOC中藻源碳的贡献提高了10%，并使其RSOC的海草源贡献下降了约7%，富营养化提高了海草床表层SOC和RSOC的含量，但营养负荷也提高了SOC转化酶的活性，加快了海草床沉积物RSOC的分解转化，可能不利于海草床有机碳的存储；3）现场柱状样调查，高营养负荷区域SOC和RSOC含量随着深度增加都呈现下降趋势，这是因为高营养负荷加快了SOC和RSOC的转化速率，所以呈现随着埋藏深度的增加，其SOC和RSOC含量也显著下降，这表明营养化主要通过加快微生物的转化从而削弱海草床的碳存储；4）利用野外原位试验，研究发现富营养化显著提高了真菌群落中腐生真菌的组成，并提高了与RSOC转化相关的酶活性，营养负荷刺激真菌的活性并改变其群落结构，从而加速海草床SOC的转化，并可能影响其有机碳存储潜力；5）通过室内培养发现，大型漂流藻类和营养盐的增加，通过向微生物提供丰富的活性碳，促进微生物释放与ROC分解相关的酶，从而加速了海草床ROC的分解，降低了海草床有机碳存储的潜力；6）室内培养发现，单独的藻类的添加也会促进SOC的转化，加速RSOC的分解，不利于其有机碳的存储。本项目的研究，为阐明富营养化对海草床生态系统碳储功能的影响机制提供依据，对全球蓝碳研究有重要意义。