以下文章来源于生态学家 ，作者NewEcologist
红树林是全世界碳密度最高的生态系统之一。红树林的大部分碳都在地下，根系生产可能是碳积累的一个重要控制因素，但在全球范围内很少被量化和理解。对此，本文通过系统性的综述和最近正式确定的、基于地貌环境的空间明确的红树林类型学框架，确定了全球红树林根系生产力及其控制因子。
研究发现，全球红树林的根系生产力在全球范围内平均约为770±202 g m-2 y-1，比以前的报告要高得多，并接近于具有高生产力的热带森林的根系生产力。地貌环境与空气温度和降水一起对根系生产力产生了明显的控制作用。一些全球变化因子（如变暖、富营养化、干旱）对根系生产有负面效果，但它们的交互作用却很少被研究。
根据这个新建立的根系生产力，根系生产的碳可能占红树林埋藏总碳的一大部分（90%），并每年以CO2形式损失19 Tg C。在研究不足的地貌环境（即三角洲）、地区（印度尼西亚、南美和非洲）和土壤深度（>40 cm）中纳入根系生产的测量，以及建立红树林根系性状数据库，将推动现在和未来对全球红树林碳循环的理解。
总之，本综述对红树林的根系生产力进行了全面的分析，并强调了根系生产在全球红树林碳预算中的核心作用。
红树林是世界上碳密度和生产力最高的生态系统之一。它们为123个国家的2亿多人提供了生态系统服务。红树林的功能和服务包括将碳封存，其周转时间达百年-千年之久。在多种全球变化下，红树林在未来是否会继续充当碳储存和碳汇的角色仍不确定。
要准确预测红树林的碳动态和对全球变化的抵抗力，需要对土壤有机质的积累，特别是根系的动态和生产有一个机制性的理解。
根系动态对红树林抵抗海平面上升很重要。红树林可能通过土壤的净垂直增加，或在其可用的容纳空间内向陆地退缩来抵御海平面上升。由根系输入主导的有机质（根系生产和分解之间的净平衡）已被证明是对土壤表面高程的一个重要但未被重视的控制。
碳酸盐红树林土壤（Carbonate mangrove soils；建立在喀斯特环境和全新世的珊瑚礁顶部）包括很大一部分死亡的根系材料；因此，根系生产和分解的改变将不成比例地改变其土壤表面高程和对海平面上升的适应性。在具有更多矿物质土壤的红树林地貌环境中（如泥质的三角洲、河口），海拔变化主要由沉积物输入，但如果根系生产和降解发生改变，特别是在全球变化的影响下，土壤表面高程可能发生变化。
根系过程也是红树林中碳素流动和动态的一个关键组成部分。根系生产可能占红树林净初级生产的三分之一。与叶片相比，根部不会被潮水冲走，而且可能受到化学和物理保护（如酚类物质和有机矿物复合体），不会被降解。因此，根系被认为是红树林碳埋藏的主要自生输入。
红树根部也可能通过释放①氧气（改变土壤的氧化还原条件）和②分泌物来加速SOM的矿化，这些分泌物可能会像在森林中观察到的那样重新固定旧的保护碳。由于缺乏对全球红树林根系生产的最新估计，以及缺乏对根系生产对全球变化的控制和反应的了解，目前对这些根系过程及其对碳动力学的后续影响的理解是有限的。
与红树林的地上部分相比，有关其根系生产的研究很少。对根系生产的控制因子也还从未在全球尺度上进行过调查，根系对碳埋藏和损失的贡献也很少被评估。最近出现不少文献对根系生产及其在站点水平的控制进行了评估。对这些新兴文献进行评估是一个机会，以批判性地评估红树林根系过程的作用，并预测全球变化对它们的潜在影响。
▲图1｜对红树林根系生产进行过测定的研究的分布。
红树林的空间异质性（例如在生产力、土壤碳含量和埋藏方面）受到地貌环境的影响。红树林的地貌环境被定义为三角洲（deltas）、河口（estuaries）、泻湖（lagoons）和开放海岸（open coasts），取决于沉积物类型（陆地与碳化）和物理强迫（河流、潮汐、波浪），它们决定了红树林的环境因素，如水文（如淹没时间和频率）、土壤养分负荷和限制（如氮磷比），以及土壤生物地球化学特性（如盐度、氧化还原）。
因此，地貌环境控制着关键的环境因素（如土壤养分、盐度、淹没），这些因素已被证明可以调节红树林的净初级生产、红树林地上和根部之间的碳分配，以及局地尺度研究中的红树林根系生产。
▲图2｜不同地貌和沉积环境下的根系产量。红点表示样本的平均值，粗体横线表示样本中位数。下方和上方的横线对应于样本的第一和第三四分位数。上方和下方的竖线分别从四分位数延伸到最大和最小的数值，它离横线的距离不超过样本四分位数范围的1.5倍。圆圈表示单个测量值。注意纵坐标被截断。
▲图3｜不同生物区和物种（属水平）的根系产量，。N=北方，P=太平洋，I=印度，B=澳大利西亚，A=大西洋，Temp=温带。Av=Avicennia，Rh=Rhizophora， Ce=Ceriops。
作者建议采用基于红树林地貌环境的红树林类型学框架。如果无视地貌环境的差异，将极大地限制红树林结构和功能模式的尺度推绎。例如，地貌环境解释了红树林土壤有机碳（SOC）的大部分变化，如果在SOC的尺度上推中不考虑这一点，则碳酸盐红树林的SOC会被低估50%，而三角洲红树林的SOC会被高估86%。
在本文，作者使用一种基于地貌环境的替代方法来批判性地评估红树林根系生产的作用。通过地貌环境的视角，作者系统性地综述了根系生产的相关研究，对全球根系生产（直径<20mm）力进行了量化，并确定了环境对根系生产的控制。
在此基础上，作者推测了全球变化对全球红树林根系生产的潜在影响，以及根系动态在全球红树林碳预算中的作用。最后，本文概述了未来的研究方向和行动，以增加对根系过程的理解，并最终促进对现在和未来的整个红树林碳循环的理解。
研究评估，全球红树林的根系生产力是~770±202 g m-2 y-1，或全部红树林区域放入生产力为41±11 Tg C y-1。根系生产力的主要控制因素是红树林的地貌环境、以及空气温度和降水的交互作用。
根系的碳埋藏量为23±5 Tg C y-1，占全球红树林总碳埋藏量的90％以上。红树林根系生产的碳的垂直和横向损失为19±5 Tg C y-1，揭示了研究根系对更好地了解全球红树林损失（如DIC、DOC、CO2）的重要性。
▲图4｜红树林根系有机质埋藏量的计算。根系凋落物年产量是根系产量乘以根系死亡率（A）。根系凋落物年损失量是根系凋落物年产量乘以根系分解速率（B）。根系有机质埋藏量是年产量减去年损失量（B）。
▲图5｜红树林根系在碳通量收支中的重要性。所有数值的单位都是Tg C y-1。红树林面积约为137 600平方公里。红色问号是尚未被量化的成分。
在未来的工作中，本文提出以下几点前进方向：
1) 主张建立一个关于红树林根系性状的科学网络（MangRoot）。这个MangRoot网络可以促进科学家之间的合作，提高对根系生产的测量能力的建设（例如通过研讨会），并促进创建和维护红树林根系性状数据库（类似FRED和TropiRoot合作网络）。
这样一个数据库，可以旨在评估越来越多的关于红树林根部生产和更广泛的根部性状（如死亡率、分泌速率）的文献，以了解红树林根部性状如何随时间、空间和对全球变化的反应而变化。该网络还可以启动大型和协调的原位根系性状测量，与地表高程表（即测量土壤增殖率）配对，以提供对根系生产在整个红树林土壤增殖中的作用的机制性的理解。
2）需要在全球范围内大幅增加对红树林根系生产的观测，优先考虑目前代表性不足的地貌环境（即三角洲）和地理区域，如印度尼西亚、南美或非洲。需要特别关注富含碳的红树林，也需要对更深层土壤的根系生产进行量化。如果根系生产研究纳入多种处理效果（如海平面上升与气候变暖交叉）和多种环境因素（如淹没频率和持续时间），对增加机制理解也将更有价值。
3）改进对红树林根系生产的预测是至关重要的。需要对全球变化情况下的红树林地下碳动态进行更多的原位研究。使用自由空气CO2富集（FACE）与气候变暖交叉进行的一项实验研究表明，地下碳动态的响应出乎意料，特别是在盐沼地。下一步是开发一个涉及操纵海平面、变暖和FACE的多因素实验，不仅涵盖根系生产，还包括红树林生态系统对全球变化的整体反应。
气候变暖、降水变化和富营养化可能会改变红树林的根系生产。然而，在预测多种环境变化的交互影响方面存在着巨大的知识差距。建立和充实红树林根系特征数据库，将研究不足地区的根系生产与大型操纵性实验结合起来，是进一步促进我们对全球变化下红树林碳动态理解的有希望的方法。
论文信息
标题: Global mangrove root production, its controls and roles in the blue carbon budget of mangroves
期刊: Global Change Biology
类型: Review
作者: Marie Arnaud*【University of Birmingham】, Stefan Krause【University of Birmingham】, ...... , & Sami Ullah【University of Birmingham】
时间: 2023-03-30
DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.16701
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