黃河口濕地有機碳來源及其對碳埋藏提升策略的啟示

王啟棟，宋金明，李學剛

1 中國科學院海洋研究所 生態與環境科學重點實驗室, 青島 266071 2 中國科學院大學, 北京 100049

黃河口濕地有機碳來源及其對碳埋藏提升策略的啟示

王啟棟1,2，宋金明1,*，李學剛1

1 中國科學院海洋研究所 生態與環境科學重點實驗室, 青島 266071 2 中國科學院大學, 北京 100049

濱海濕地是地球上具有多種獨特功能的生態系統，是地球上重要的碳庫之一，其在全球碳循環中的作用在近年來越來越受到人們的重視。總結了用C/N、穩定碳同位素和生物標志物等方法追蹤黃河口濕地有機碳來源的研究成果，并據此探討了黃河口濕地的固碳提升策略。黃河口濕地是我國典型的濱海濕地，碳來源復雜，但各種示蹤方法均表明有機碳的來源中陸源輸入較海源輸入優勢明顯，而且陸源輸入以地表徑流和植被為主，但海源輸入從內陸向近海逐漸增強，碳的來源有明顯的時空變化并且受到人類活動的強烈干擾。從有機質來源看，提升黃河口濕地的碳埋藏能力應該從合理調配河流淡水資源、保護植被、加快植物群落演替等方面入手。目前有機碳來源的研究還存在覆蓋區域有限、碳源區分粗略、影響因子研究較少等問題，缺乏系統性，多限于觀測，對機制的理解十分薄弱，因此難以對碳埋藏能力的提升提供定量化的指導。今后的研究要從以下幾個方面加強：1)不同區域和不同環境條件之間的比較研究；2)探尋更具特異性的生物指標、優化數據模型，使來源區分更細致；3)不同來源有機質在沉積物中埋藏效率的對比研究；4)構建濕地碳埋藏能力評估體系，綜合考慮各方面因素研發和集成能夠最大限度提高濱海濕地碳埋藏能力的技術。

有機碳來源; 碳埋藏能力; 碳穩定同位素; 生物標志物; 黃河口濕地

濱海濕地是地球上具有多種獨特功能的生態系統，它不僅為人類提供食物、原料和水資源，而且在穩定環境、維持生態平衡、保護生物多樣性方面均起到重要作用。同時濱海濕地也是地球上重要的碳庫之一，其具有固碳能力強、沉積速率高、碳埋藏速率高、甲烷排放量低的特點，對于抑制大氣CO2升高、緩解全球變暖具有重要作用。我國濱海濕地面積廣闊[1]，是補償碳排放的重要空間資源。本文以黃河口濕地為例，綜述了濱海濕地有機碳的輸入與埋藏等過程，評估了其在增加碳匯方面的作用。

黃河口濕地位于山東省東營市，北臨渤海，東靠萊州灣，是我國典型的濱海濕地，也是世界上暖溫帶最年輕、最廣闊、最完整的濕地生態系統[2]。黃河口濱海濕地總面積33.82萬hm2，其中自然濱海濕地面積30.81萬hm2，占80.6%。自然濕地主要包括淺海水域、灘涂以及覆蓋有蘆葦、堿篷等植被的草甸沼澤等[3]。自20世紀90年代以來，黃河口濕地的研究熱點集中在濕地演化、生物多樣性、生態環境及濕地保護與修復等方面，而隨著人們對河口區應對氣候變化作用的認識加強，有關元素生物地球化學過程，尤其是碳循環的研究在近年來也逐漸展開[4]。

黃河口濕地環境復雜多變，碳循環受多種因素的共同影響和控制。有機碳參與的生物地球化學過程既包含光合作用、呼吸作用、微生物降解等生化過程，也包括土壤顆粒吸附、水動力、生物擾動以及土地利用變化等物理過程，而且各個過程之間又相互耦合，更加深了碳循環的復雜程度。此外，黃河口濕地的前沿還在不斷向海洋推進，每年產生大面積的新生濕地，碳過程發生的區域在不斷擴大，不確定性也在增加。眾多學者在黃河口濕地進行過對有機碳的研究，涉及植被固碳能力[5]、土壤有機碳含量及空間分布[6- 7]、有機碳分布與來源[8- 9]、有機碳的空間輸運[10]等，而對有機碳的復雜轉化過程、永久埋藏效力以及濕地碳源匯特征的研究還不多。眾所周知，碳循環研究的核心科學問題之一是弄清區域的碳源匯格局[11]，一般而言，濱海濕地碳匯能力的大小在表觀上直接取決于整個生態系統碳輸入量和輸出量的相對大小。因此，追蹤濱海濕地沉積物中有機碳的來源，對深入解析有機質的遷移轉化機制，闡明濱海濕地碳源匯特征有重要意義。針對這些情況，本文總結歸納了近年來黃河口濱海濕地沉積物有機質來源的研究進展，估算了碳埋藏能力及提升空間，并從有機碳來源的角度探討了濱海濕地生態系統碳埋藏能力的提升策略，以期對進一步開展濱海濕地碳循環研究提供幫助。

1 黃河口濕地的有機碳來源

1.1 碳的輸入途徑

黃河口濕地分布有大面積的蘆葦和堿篷以及其它濕生和鹽生植被，浮游動植物有上百種，底棲的潮間帶生物也有80多種，這些構成了有機碳內部輸入的主要來源。除了黃河主流外，黃河口濱海濕地河流眾多，南部有小清河、支脈河、杏花河、孝婦河、淄河，北部有徒駭河、德惠新河、潮河、秦口河等[3]，這些河流會攜帶大量顆粒物，在河口區堆積；潮汐作用也給大面積的沿岸灘涂帶來懸浮物，這些水源給黃河口濕地帶來強烈的外源有機質輸入。黃河口濱岸潮灘濕地植被覆蓋區表層土壤的有機碳含量并不完全高于無植被區和光灘[7]，說明該區域土壤有機碳受外源輸入影響強烈。此外，黃河口地區經濟發展迅速，人口密集，人類活動頻繁，還有中國第二大的勝利油田，人為產生的有機污染物也是黃河口濕地有機質一個不可忽視的來源，例如在黃河口區檢測到的多環芳烴，就主要來自于化石燃料的燃燒以及石油源[12]。所以，黃河口濕地的有機碳來源構成復雜，影響因素眾多，需要多種檢測手段和追蹤方法來弄清楚不同的來源及其對濕地碳庫的貢獻大小。

1.2 有機碳來源的示蹤研究

很多學者對黃河口濕地有機碳的來源進行了研究和報道，在示蹤方法和指標上使用C/N比值法、穩定碳同位素法以及生物標志物追蹤黃河口濕地有機碳來源的研究較多。

1.2.1 C/N比值法

C/N比值作為區分有機質來源的最常用參數，其依據是不同生物體所產生的主要有機物的種類有差別。如藻類等水生生物富含蛋白質等物質，其產生的有機物C/N較低，一般為4—10。陸生高等植物生產的有機物則以纖維素、木質素等碳水化合物為主，蛋白質含量相對較低，因此C/N通常較高，一般在20以上[13]。

黃河三角洲濕地表層土壤C/N分布的空間差異較大。三角洲北部多林地，表層土壤C/N大于30且與土壤有機碳含量顯著相關[2]，說明土壤有機質主要來自陸地高等植物；黃河河道兩側土壤C/N則低于8或12，一方面可能由于人類活動產生的污水導致氮含量升高[2]，另一方面也可能意味著海源物質輸入的增強。研究顯示，黃河口濱海濕地的入海河流污染嚴重，主要污染因子為總氮(TN)、總磷(TP)等，這勢必會給濕地土壤帶來額外的氮磷，給物源判斷帶來困難[14]。表層沉積物C/N的季節變化也十分明顯。以河道附近為例，6月份表層沉積物的碳氮比平均值為19.18，與4月份平均值8.04相比顯著增加，而且在潮上帶，主要受黃河水影響的樣點碳氮比的增加遠遠高于低潮帶受河流及潮汐共同影響的樣點[15]。這充分說明了河流攜帶的陸源有機質是周圍濕地土壤有機碳的重要來源，其影響遠大于植被覆蓋的不同并且隨徑流量的變化而變化。總的來看，黃河口濱海濕地碳來源多樣化，且不同位置差別很大，主要控制因素也各不相同，C/N比值可以反映有機質來源的變化，但無法深入辨別。

1.2.2 碳穩定同位素法

植物在利用無機碳的過程中會產生不同程度的碳同位素分餾現象，從而使得不同來源有機質具有不同的碳同位素含量。因此碳的穩定同位素比值δ13C可以反映有機質來源，常被用作近海和河口環境中有機碳的物源示蹤指標。

早在20世紀90年代，黃河口區的有機碳同位素地球化學的相關研究就已展開。碳穩定同位素方法的研究對象包括河水中的POC(particulate organic carbon)以及河口濕地沉積物。河水POC的δ13C存在明顯的季節變化，洪水期比枯水期更重，與長江口區類似[16]。洪水期POC碳同位素平均值為-25.8‰，與馬蘭黃土接近，而枯水期平均值則為-28.8‰[17]，接近C3植物平均值-28‰[18]，這揭示了徑流量大時POC主要來自于上游沖刷的泥土，而徑流量小時陸地植被的貢獻更大。相較于陸地植被，水生植物分餾過程受控因素較多，同位素含量變化范圍較大，但一般認為海洋有機質δ13C值-22‰—-20‰[13]，研究中一般用-25‰和-20‰作為陸地和海洋來源有機質同位素組成的端元值來大概區分有機質的海陸來源。在河口淺海，水體POC的δ13C整體分布規律是離岸越遠越重，表明海洋來源有機質的比例在逐漸增大，但是同位素含量一般不大于-23‰說明仍以陸源為主[17]。與河水POC相比，濕地沉積物的δ13C明顯偏重(-25.18‰—-21.49‰)[15]，而濕地植被以檉柳、蘆葦等同位素含量低的C3植物為主，這說明濕地沉積物中有許多潛在的碳來源，如碳同位素含量較高(平均-14‰)的C4植物，并且占有重要比例。結合C/N和δ13C計算海陸來源有機質的相對貢獻，結果在空間變化上符合離海越近海源有機質貢獻越大的一般規律，入海口處表層沉積物的海源輸入已經超過了陸源[15]。柱狀沉積物的碳同位素分布規律不明顯，表明該區域沉積過程受到了干擾，如黃河的調水調沙，有機質輸入不穩定。碳同位素含量的季節變化上，濕地表層沉積物與河水POC保持一致，夏季含量更高。表1列舉了我國主要河口及濱海濕地碳同位素含量的研究結果。可以看出，在長江黃河體系中陸源輸入占絕對優勢，相對而言黃河口濕地受陸源有機質輸入的影響更強烈。從北到南，海源有機質的輸入逐漸加強，這與中國邊緣海的物質輸入特點是一致的，這種規律形成的原因主要是中國近海開放程度的不同：黃河注入的渤海屬于內海，而黃海區域的海流主要是閉合的環流，因此中國北部近海與外海的物質交換匱乏，陸源有機質輸入后不斷累積，所占比例較高；相比較而言，南部近海更開放，物質交換迅速，陸源輸入的物質被快速搬運到外海，從而也使海源輸入的影響加強。

表1 河口顆粒/沉積碳同位素δ13C與其他區域研究結果對比Table 1 Camparsion of the δ13C in paticals or sediments between Yellow River Estuary and other areas

與C/N相比，穩定碳同位素含量在體現有機質的來源方面優勢明顯，但仍有許多不確定因素。首先是不同生物有機體的碳同位素含量范圍重疊造成端元模糊，降低了辨別的準確性。其次，有機質在沉積過程中會發生不同程度的降解，難降解有機碳得到選擇性保存，會造成碳同位素含量的變化。另外，植物體的碳同位素組成還會隨著環境的變化而變化，從輸入之初就造成了沉積物穩定碳同位素含量的不確定。整個黃河三角洲濕地植被和表層土壤的碳同位素組成[2]：植物樣品的δ13C值為-30.5‰—-13.2‰，平均-26.3‰，以C3植物為主；表層土壤δ13C值為-26.44‰—-3.12‰，平均-17.37‰。土壤δ13C值比植被、河水懸浮顆粒物，甚至海源有機質都要高，說明可能有重要的未知來源有機碳的輸入，僅通過碳同位素組成難以辨別。

1.2.3 生物標志物法

生物標志物是指有特定的生物來源并且在沉積物中歷經長時間埋藏后還能保持來源信息的化合物[23]，它們在沉積成巖作用過程中具有良好的穩定性和對原始生物母質特征的繼承性，因此可被用以識別有機質的物源。一些學者在黃河口區展開過生物標志物的研究，其濕地檢測到的生物標志物有正構烷烴、脂肪酸、甾醇等[8- 9,15,24- 26]。為了方便對比不同的研究結果，將這3種生物標志物用于指示有機碳來源的主要指標列于表2。

表2 3種不同生物標志物對有機質來源的指示Table 2 Use of three different biomarkers as organic matter sources indicators

河口區表層沉積物研究結果較多。河口混合區檢測到較高含量C24脂肪酸、大量不飽和脂肪酸以及C15和C17的異和反異脂肪酸[24]，說明沉積物中同時存在陸源有機質和浮游動植物和微生物來源的有機質，而正烷烴CPI(carbon preference index)(3.1—7.9)指示碳原子數奇偶優勢明顯，表明陸地植被是主要來源。毛登[25]對比研究了黃河口和長江口表層沉積物烴類化合物分布，發現黃河口正構烷烴主峰為C18，奇偶優勢不明顯，并且甾醇的分布也以富集于浮游生物的C27為主，因此認為黃河口沉積物受陸源高等植物影響較弱。而張嬌[8]的研究結果則顯示黃河口表層沉積物中正構烷烴主峰以高碳數(C29,C31)為主，且奇偶優勢明顯，輕重烴比值較低，有機質主要受陸源輸入影響。他們之間研究結果的不同可能是多個原因造成的。其一，采樣位置不同。毛登的采樣位置在黃河河道，而張嬌則是在黃河口外南北兩個斷面多個樣點的采集表層沉積物，通常河水中有機質含量較低的粗顆粒泥沙會首先沉降，這可能是造成毛登的研究結果中陸源有機質輸入較弱的原因；其二，從2002年開始，黃河進行調水調沙，大量泥沙被沖出河道輸入海洋，勢必會帶來大量陸源有機質，而毛登與張嬌的采樣時間正好在黃河調水調沙前后，因此他們關于陸源有機質影響大小的研究結果有差異。吳斌發現黃河口表層沉積物有機碳含量較低，并認為是受黃河粗顆粒物沉降的影響，而有機質含量高的細顆粒物則遷移至更遠距離，這也體現了黃河泥沙輸入給有機質分布帶來的影響[29]。

濕地沉積物中有機質來源的分布地區差異明顯。黃河三角洲自然保護區內，沉積物中正構烷烴以高碳數烴為主，奇偶優勢明顯，平均碳鏈長度大于27，CPI指數高于5.5，正構烷烴主碳峰以31為主[9]，說明有機質主要來自于陸生高等植物中的草本植物，與當地覆蓋的蘆葦、堿篷等植被相一致。而黃河三角洲潮間帶脂類物質中，有大量的支鏈及不飽和脂肪酸，從結合態及游離態的脂類物質組成看，均以藻源和細菌源為主[26]，證明有機碳主要來源于原位的初級生產力和海洋自生源物質。對比這兩個區域的研究結果，可以看出海源有機質的輸入從內陸到近海逐漸增強。與其他地區濱海濕地相比，黃河口濕地沉積物中有機碳含量較低，并且受陸源輸入的影響更強烈。以正構烷烴為例，從表3中可以看出黃河口濕地正構烷烴含量與其他地區相當或者略低，而CPI指數則明顯高于其他區域，說明有機質大部分來源于陸地高等植物。長江口和漳江口都位于中國南部沿海，這也與上文中所得出的從南至北陸源輸入增強的結論相一致。

1.3 有機碳來源分析

從方法各異的各種研究結果來看，黃河口濕地有機碳來源有以下特點：

(1)陸源輸入優勢明顯

黃河口濕地的陸源輸入，一是以黃河為主的眾多河流從中上游攜帶而來的大量泥沙及懸浮顆粒物，它們在河口處堆積，是濕地形成及延伸的主要物質來源，構成了濕地土壤的主體和原始有機碳庫；二是濕地植被產生的有機物質，它們在濕地發育過程中為土壤有機碳庫提供重要的補充。從有機碳的生物指標來看，濕地土壤有機質中陸地來源占絕對優勢，甚至連邊緣海的表層沉積物中，也有半數有機碳來源于陸地。

(2)有明顯的空間和季節變化

海源輸入從近海沿岸向內陸逐漸減弱，這與大多數濱海濕地的分布規律相一致。有機質的海源輸入主要受潮汐的影響。近海區域有較高的初級生產力，產生大量顆粒有機質[32]。在潮間帶區域，海水沖刷灘涂，回落時流速減緩，水中顆粒物沉降，顆粒物附著的海洋自生的有機質成為潮間帶沉積物中有機碳的重要來源。黃河口濱岸新生濕地，植被覆蓋率低，潮水不受阻擋，因此，顆粒物沉積速率較低，沉積物有機碳含量也較低，而且潮汐作用范圍有限，海水到達不了的地方海源有機質的輸入則明顯減弱。季節變化則主要是由水動力的改變引起的。豐水期，黃河中上游沖刷嚴重，河水攜帶的大顆粒泥沙在河口區沉降，而富含有機質的細顆粒物則遷移的更遠；而枯水期河流攜帶物質堆積減少，河口濕地的植被則成為有機質的主要貢獻者[8,17]。

表3 黃河口有機碳及正構烷烴研究結果與其他區域對比Table 3 Camparision of the TOC (total organic carbom) and T-ALK (total n-alkanes) between Yellow River Estuary and other areas

(3)人類活動影響劇烈

人類對黃河口濕地有機碳庫的干擾主要有三個方面：第一是勝利油田的開采。在河口濕地及近海表層沉積物中都檢測到了UCM(unresolved complex mixture)的存在[8- 9]，這種不能分辨的復雜物質來自石油烴，這說明油田的開采過程的拋灑、泄露等導致了濕地沉積物的石油污染。第二是大量的生活污水及農業活動產生的污水排放到河中。濕地沉積物中C/N的偏低，同位素含量的異常以及檢測到多環芳烴的存在，都證明了人類活動帶來了有機質的輸入，這會增加沉積碳庫潛在的碳來源，給濕地有機碳來源的追溯造成更大的不確定性。第三是為治理黃河而進行的調水調沙。調水調沙是治理黃河的積極舉措，促進了黃河口濕地的恢復，明顯改善了河口三角洲地區的生態環境，并且每年大幅增加濕地面積。黃河口濕地有機碳庫因此也在不斷發生改變，碳來源追蹤更加復雜。

2 黃河口濕地碳埋藏能力與提升策略

碳埋藏是濕地生態系統參與陸地生態系統碳循環的一項重要服務功能，濱海濕地具有很高的碳埋藏能力，其碳累積速率可達(210±20) gC m-2a-1，遠高于泥炭濕地[33]。黃河口濕地是我國典型的濱海濕地，研究表明，黃河口濱岸新生濕地土壤有機碳含量遠低于內陸沼澤濕地，這是因為新生濕地成土年齡短，土壤潛育化程度低，缺乏植被覆蓋和有機質輸入，但是黃河口濕地卻有較高的沉積速率，所以總體來看，黃河口濱海濕地碳埋藏能力有很大的提升空間。采取措施提高黃河口濕地的碳埋藏水平，使黃河口地區變成一個巨大的碳匯，對于緩解我國二氧化碳排放壓力具有重要意義。

2.1 碳埋藏潛力估算

根據《中國濱海濕地》，黃河口濱海天然濕地陸地面積以灘涂為主(104505 hm2)，而植被覆蓋區域主要是蘆葦灘和堿蓬灘，面積分別為15792 hm2和14231 hm2[3]。根據黃河口濕地蘆葦和堿蓬濕地近30年的的有機碳平均埋藏速率分別為216.68 g m-2a-1和101.26 g m-2a-1[6]，可計算獲得有機碳埋藏量分別可達34218.1 t/a和14410.3 t/a，濕地沉積物有機碳含量小于1%，遠低于內陸沼澤濕地[6]。灘涂的有機碳含量及埋藏速率都低于堿蓬濕地，按照植被對沉積物有機質貢獻為50%來估計，灘涂總的有機碳埋藏量不超過52911 t/a。因此，可估算黃河口濕地陸上部分總有機碳埋藏能力在1×105t/a左右，仍有較大的提升空間。

首先從植被覆蓋面積看，黃河口濱海天然濕地的陸地面積中只有20%左右被蘆葦和堿蓬覆蓋，無植被覆蓋的光灘面積高達70%以上，隨著濕地保護措施的實施和植物群落的演替和發展，蘆葦和堿蓬濕地的面積可能會不斷擴大。隨著先鋒物種堿蓬入侵，如果現有光灘面積的一半被植被覆蓋，而原來的堿蓬群落全部演替為蘆葦群落，在各濕地類型的有機碳埋藏速率不變的情況下，黃河口濕地總的有機碳埋藏能力將會接近1.5×105t/a，提高了1.5倍。

其次，目前濕地沉積物中有機碳的含量較低，主要是由于已有植物群落較稀疏，生物量密度小，沉積物中植物有機質輸入不足所致，而隨著植物群落初級生產力的增加，濕地有機碳含量也會不斷增高。據統計，黃河口濕地蘆葦和堿蓬的初級生產力分別為7.9 t hm-2a-1和6.2 t hm-2a-1[34]，固碳能力分別為3.48 t hm-2a-1和2.74 t hm-2a-1(根據每形成1g干物質需要同化1.62 gCO2，固定0.44 gC，由初級生產力計算得到)，低于中國濱海濕地的平均值3.7 t hm-2a-1，更低于氣候條件相同的暖溫帶闊葉林的固碳能力10.6 t hm-2a-1[35]。從光能利用率的角度來看，黃河口濕地蘆葦和堿蓬分別為0.25%和0.20%[35]，遠低于遼河三角洲濕地的0.84%[36]、長江口濕地的0.3%—0.9%以及理論最高值5%—6%[35]。因此，如果光能利用率提升到1%，黃河口濕地植被的初級生產力仍有4—5倍的提升空間。考慮到呼吸作用及礦化作用對有機質的消耗，濕地沉積物中有機碳的含量仍然可能成倍增加，況且還可以通過淡水輸入等方式提高地下水位，降低有機碳消耗速率。相應的，濕地有機碳埋藏能力也會成倍提升。

2.2 碳埋藏能力提升策略

從黃河口濕地有機碳來源的研究結果分析，有機質輸入最主要的方式是河流攜帶的懸浮物堆積和覆蓋在濕地上的植被生物量的輸入，因此主要可從這兩方面著手，采取措施以增加土壤有機碳庫，提升濕地碳埋藏能力。

(1)合理調配河流淡水輸入

水對濕地的作用是不言而喻的，正是由于常年積水才使得濕地有機質降解緩慢，碳埋藏不斷增加。研究表明，濕地水位下降，CO2排放顯著增加，會導致大量的碳輸出，而大多數濕地退化的原因正是水分的流失。對于河口濕地而言，最主要的水來源是河流淡水輸入。河流淡水輸入不僅產生物質的堆積，還會促進濕地土壤脫鹽以利于植被的生長，是關系河口濕地存亡的關鍵因素。20世紀黃河頻繁斷流就造成了河口濕地生態系統的退化。濕地保持健康是固碳能力提升的前提，為恢復維護濕地生態系統的正常生態功能，需要對河流進行治理，要建立健全管理機制，統一調度和分配水資源，合理節約用水，利用自然規律，協調人類與生態系統的關系。本世紀初開始的黃河調水調沙對黃河口濕地的恢復起到了積極作用，對于其他相關河流也要加緊治理。對于已退化的濕地，可以通過淡水添加的方式進行恢復。研究顯示，對黃河三角洲退化某塊濕地進行長期淡水添加之后，土壤有機碳含量、C/N、以及植物生物量都顯著增加[37]，效果顯著。

(2)保護河口鄰近區域植被，加快植物群落演替

植被是濕地土壤碳庫的另一重要來源。總的來說，黃河三角洲地區植被種類單調，以草本為主，濕生和鹽生植被是優勢種，植被形成時間短，群落穩定性較差，屬于群落演替的早期。但是植被的順行演替過程會使黃河口濕地碳儲量不斷增大，固碳能力不斷提高。堿蓬可忍受高鹽分的脅迫，在濱海濕地鹽漬土壤中正常生長[38]，是濱岸新生濕地的先鋒植物。堿篷生長后，有機碳開始累積，土壤抬高并開始脫鹽，之后蘆葦、檉柳等植物群落開始出現并發展成優勢群落，土壤鹽度進一步降低，其他較耐鹽的非鹽生植物開始入侵并且逐漸替代鹽生植物。自然狀態下，演替會從灘涂濕地生態系統最終演變成暖溫帶闊葉林系統。然而強烈的人類活動，干擾了這一自然演替過程。首先，頻繁的開發活動導致堿篷斑塊面積減小，減緩了灘涂濕地土壤脫鹽改良的速度；其次，在蘆葦、檉柳等群落成為優勢種，土壤進一步改良后開墾為農田，不合理的農耕方式導致土壤反鹽嚴重。因此，黃河口濕地植被演替緩慢，目前仍以草本植物為主，林地很少出現。為提升河口濕地的固碳能力，植物群落的形成和發展至關重要。為此，必須要采取措施，保護現有植被，暫時的經濟利益讓步于生態系統的維護，減少開發活動等人類干擾。此外，還可以采取手段加速植物群落的演替過程，如工程措施加快土壤脫鹽，培養更耐鹽的堿篷、蘆葦和檉柳品種使其能迅速占領新生濕地并形成穩固的群落。

3 黃河口濕地有機碳來源與碳埋藏能力提升研究展望

3.1 存在問題

總體來看，關于黃河口濕地有機碳來源的研究盡管取得了一些進展，研究結果對濕地有機碳庫的維護和濕地碳埋藏能力的提升策略制定都有一定的價值，但對揭示有機碳輸入所有途徑及其在有機碳庫中的作用還有許多深入系統的工作要做。

有機碳的來源是碳的生物地球化學過程研究的熱點之一，尤其是在環境條件復雜多變的河口地區。近年來，不少學者在黃河口濕地展開了有機碳的溯源研究，但受限于實地取樣和研究方法，目前的研究缺乏系統性，多限于觀測，對機制的理解十分薄弱。第一，當前的研究覆蓋區域有限，調查取樣一般只在局部區域，對比研究缺乏，難以體現黃河口濕地碳來源的全部特征。第二，對有機碳來源的辨別大多只是粗略分成海源和陸源，準確的定量研究很少。第三，有機碳來源影響因素及季節變化等系統的機制的研究匱乏。

有機碳來源的研究結果對提升濱海濕地的碳埋藏能力具有重要指導意義。碳埋藏能力取決于碳輸入和碳輸出的相對大小，而有機碳來源的研究正是解決碳的輸入問題。根據碳來源的不同途徑和比例，采取相應的方法、有側重的增加生態系統的碳輸入是提升濱海濕地碳埋藏能力的重要舉措之一。然而目前的研究還無法將二者緊密結合，一方面有機碳來源研究結果不夠細致；另一方面不同來源的有機質在沉積物中的埋藏效率缺乏研究；此外，對于濕地碳埋藏能力的提升，目前還缺乏統一的標準評估方法。

3.2 研究展望

針對目前存在的問題，今后黃河口濕地有機碳來源的研究應側重，1)加強不同植被覆蓋、不同水文環境之間的比較研究；2)探尋更具特異性的生物指標或者更優化的數據解譯方法和模型，以期更細致的辨別海洋和陸地中不同種生物的有機碳來源；3)按時間序列跟蹤區域有機碳來源的變化，結合地下水位、溫度等環境因子的變化探討影響有機碳來源的因素。

不同來源有機碳在濱海濕地沉積物中埋藏效率的研究亟需開展。建議從沉積物巖芯入手，結合當地生態環境變化的歷史資料，解譯出不同來源有機質在不同時期的輸入量以及現存量，再綜合不同歷史時期溫度、水文、潮汐等環境因子，從而對比在不同環境條件下不同類型有機質在沉積物中得到長期保存的能力，以期為濱海濕地碳埋藏能力的提升提供科學的指導。

濕地碳埋藏能力評估體系的建立也迫在眉睫。對濱海濕地生態系統還要綜合考慮濕地植被固碳潛力、沉積物碳排放量、碳沉降量、碳埋藏量以及沉積物微生物固碳能力等方面，并結合地質地貌、水文和氣候條件，結合濕地的開發利用現狀，研發和集成能夠最大限度提高濱海濕地碳埋藏能力的技術。

盡管環境條件不同，但是推動和調節潮間帶生物地球化學過程的基本原理是相同的[39]。所以黃河口濕地有關碳過程的研究成果，在其他區域濱海濕地，尤其是大河口濕地，可以得到參考和借鑒。因此，未來的研究可以黃河口濕地為例，形成一套系統的研究方法，并在全國各地濱海濕地的研究中得到推廣，以盡快利用濱海濕地碳封存能力強的優勢，緩解我國由溫室氣體排放帶來的經濟壓力。

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Sources of organic carbon in the wetlands of the Yellow River estuary and instructions on carbon burial promotion strategies

WANG Qidong1,2, SONG Jinming1,*, LI Xuegang1

1KeyLaboratoryofEcologyandEnvironment，InstituteofOceanography，ChineseAcademyofSciences，Qingdao266071,China2UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049,China

Coastal wetland ecosystem, which has many kinds of special ecological functions, is one of the most important carbon pools on the earth. In recent years, the global climate change caused by the emission of greenhouse gases has increasingly been attented. As a significant carbon sink, the coastal wetland regions play an important role in the global carbon cycle. However, the carbon cycling processes in the coastal wetland are very complicated due to the interactions between land and ocean. Recent research demonstrates that the carbon input is the most important among all the complicated processes as the base of the carbon cycle. The Yellow River estuary wetland is a typical coastal wetland in the Northern China. The organic carbon sources were discussed and the strategies about increasing carbon burial capacity of the wetlands ecosystem were raised in this paper. The sources of organic carbon in the Yellow River estuary wetland were deduced by C/N, stable carbon isotopic compositions and biomarkers.The study showed that the organic carbon sources in the Yellow River estuary wetlands were complex with both terrestrial and marine materials. The C/N, stable carbon isotopic compositions of organic matters and biomarkers distributions showed that the terrestrial input of organic matters to the sediments was more than the marine input. The proportion of marine organic matters increased gradually from inland to coastal areas and from shallow beaches to deeper areas with the enhancing impact of tidal. The organic carbon sources had a significantly seasonal change with primary productivities, runoff of the Yellow River and were disturbed intensively by human activities. On the results of organic carbon sources research, many ways can be used to increase the carbon burial capacity of the Yellow River estuary wetlands such as allocating riverine fresh water input reasonably, protecting vegetation around the estuary and accelerating the succession of plant communities covering the wetlands. The conclusions we drew from the Yellow River Estuary wetland can be extended to other coastal wentlands, especially large estuarine wetlands, because the fundamental principles that drive the biogeochemical processes of the coastal wetlands are basically the same despite the different environmental conditions. The current researches on organic carbon sources of coastal wetland should be improved by extending the study areas, exploring stricter distinguish of carbon sources and systematicly analyzing the influencing factors. Since most researches are non-systematic and merely based on the direct observation rather than the exploration of principles and mechanisms, it is hard to get more quantitative results and effective instructions to the increase of the carbon burial capacity of coastal wetland. Future researches should be enhanced in the following parts: 1) Carrying out more comparative studies of wetlands with different environmental conditions; 2) Searching more specific biological indicators and optimizing date analysis models to make finer distinction of carbon sources; 3) Studying the burial efficiencies of organic matters from different sources; 4) Building the assessment system of carbon burial capacity of wetland, developing and integrating the techniques which can increase the carbon burial capacity of coastal wetlands the most.

organic carbon sources; carbon burial capacity; stable carbon isotope; biomarker; Yellow River estuary wetlands

國家海洋公益性項目(201205008); 國家海洋局環境評價項目 (DOMEP(MEA)-01-01)

2013- 04- 01;

日期:2014- 03- 25

10.5846/stxb201304010583

*通訊作者Corresponding author.E-mail: jmsong@qdio.ac.cn

王啟棟，宋金明，李學剛.黃河口濕地有機碳來源及其對碳埋藏提升策略的啟示.生態學報,2015,35(2):568- 576.

Wang Q D, Song J M, Li X G.Sources of organic carbon in the wetlands of the Yellow River estuary and instructions on carbon burial promotion strategies.Acta Ecologica Sinica,2015,35(2):568- 576.