黃河口鹽沼濕地沉積物碳儲量調查評估

何健龍 馬元慶 魏計房 劉昕 王建步 王曉霞 趙玉庭 宋秀凱

摘要：文章依據2021年9月黃河口鹽沼濕地沉積物調查數據，分析了沉積物粒度、容重、有機碳分布特征，并對黃河口鹽沼濕地沉積物碳密度及碳儲量進行評估。結果顯示，黃河口鹽沼濕地沉積物類型以粉砂為主，部分層次為砂質粉砂和黏土質粉砂;4種植被類型中，不同深度的沉積物容重差異性不大，互花米草和鹽地堿蓬分布區容重整體大于檉柳和蘆葦分布區;互花米草、鹽地堿蓬、蘆葦和檉柳分布區沉積物中有機碳含量分別為0.199%、0.200%、0.184%和0.161%，互花米草和鹽地堿蓬分布區底質中有機碳含量較蘆葦和檉柳分布區偏高，這與互花米草和鹽地堿蓬分布區含有更多的黏土組分有關;計算得出，黃河口鹽沼濕地沉積物總碳儲量為33.47萬t，其中互花米草分布區為14.31萬t，蘆葦分布區為12.05萬t，檉柳分布區為5.27萬t，鹽地堿蓬分布區為1.84萬t。

關鍵詞：黃河口鹽沼濕地;沉積物;碳儲量;評估

中圖分類號：P7 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2023）07-0056-07

0 引言

濕地是水體和陸地之間互相作用形成的獨特的生態系統，濕地沉積物是碳素的主要貯存場所[1]。濕地占地球陸地面積的4%～6%[2-3]，其碳儲量卻占陸地生態系統碳儲量的20%～25%[4];我國濕地沉積物碳庫約80億～100億t，占全國陸地土壤總有機碳庫的1/10～1/8[5]。由于近年來經濟的快速發展，濕地土地利用類型發生了巨大的變化，影響著濕地土壤碳儲存和溫室氣體排放等一系列濕地生態過程[6]。

黃河口濕地位于渤海南部的黃河入海口沿岸地區，是我國暖溫帶面積最大的濕地生態系統[6]，具有物理化學及水文條件獨特、生境類型及生物多樣性豐富的特點[7-8]，土壤形成時間相對較短，以鹽化潮土和濱海鹽土為主[8-9]。近年來，受濕地淡水輸入量減少等自然因素和油田大規模開發、農業生產活動加劇等人為因素的影響，黃河口濕地出現不同程度的退化，濕地生態系統結構和功能明顯衰退，沉積物碳儲功能受到明顯影響[8]。

本文對黃河口鹽沼濕地不同植被類型下沉積物粒度、容重、有機碳進行研究，并對其碳密度及碳儲量進行評估，旨在揭示不同植被群落沉積物有機碳分布特征，為黃河口鹽沼濕地碳排放和碳匯功能評估提供數據支持，對黃河口濕地生態系統的保護和利用具有重要的理論意義和實踐價值。

1 材料方法

1.1 調查時間與站位分布

調查時間：2021年9月。調查站位：根據鹽沼植被類型及分布特征，將調查區域劃分為4類，分別為互花米草分布區、鹽地堿蓬分布區、檉柳分布區和蘆葦分布區;站位設置盡可能反映調查區域的整體植被特征，考慮調查站位的可達性和安全性，在各調查區域分別布設3、5、5、6個監測站位，站位信息見表1。

1.2 調查項目與分析方法

沉積物樣品采集、處理、檢測均按照《海洋調查規范》（GB/T12763-2007）[10]和《海洋監測規范》（GB17378-2007）[11]的要求進行。割取地上植物后，用底泥采樣器采集100cm 深度柱狀樣品，分別在5cm、15cm、25cm、35cm、45cm、75cm 處取樣，柱狀樣方厚度為10cm、10cm、10cm、10cm、10cm、50cm;粒度使用激光粒度儀（LS-909，珠海歐美克公司）分析，儀器測量范圍0.02～2000μm，分析誤差±2%，按照尤登-溫德華氏等比值粒級標準歸類，采用沉積物三角分類法對沉積物分類和命名;容重由沉積物干重除以沉積物原始體積確定，用100cm3土壤環刀取樣，105℃烘至恒量，稱質量，計算容重。土壤樣品室內風干后，經過研磨，過100目篩后采用重鉻酸鉀氧化-還原容量法測定有機碳。各類鹽沼植被分布和面積通過遙感識別與現場核查方法獲取，均按照《海岸帶生態系統現狀調查與評估技術導則》（T/CAOE20-2020）[12]中相關規定執行。

1.3 沉積物碳儲量估算方法

沉積物碳儲量的計算以沉積物總碳密度與面積的乘積來估算，沉積物碳密度為每層沉積物樣品的碳密度之和，每層沉積物樣品的碳密度為容重、有機碳含量和取樣厚度的乘積。本次調查厚度在1m 左右，因此本文對沉積物總碳密度的計算限定在1m 的深度范圍內。沉積物碳儲量、沉積物碳密度的計算方法見公式（1）和公式（2）。

TC=Cd×S （1）

Cd= ni=1Bi ×TOCi ×Hi （2）

式中：TC為一定厚度下沉積物的碳儲量（t）;Cd為一定厚度下沉積物碳密度（t/hm2）;Bi 為第i 層容重（g/cm3）;TOCi 為第i 層有機碳含量（%）;Hi 為第i 層取樣厚度（cm）;S 為面積（hm2）。

2 結果與討論

2.1 沉積物粒度特征

黃河口鹽沼濕地沉積物類型以粉砂為主，占比82.5%，部分層次為砂質粉砂和黏土質粉砂，占比分別為15.8%和1.7%。互花米草分布區各站位、各層次沉積物類型均為粉砂;鹽地堿蓬分布區除9號和DM3-3號站位部分層次沉積物類型為砂質粉砂和黏土質粉砂外，其他均為粉砂;檉柳分布區除1號和2號站位部分層次沉積物類型為砂質粉砂外，其他均為粉砂;蘆葦分布區沉積物類型除部分站位、部分層次為砂質粉砂外，其他均為粉砂。

從物質組成來看，調查區0～1m 的底質主要為粉砂組成的沉積物，粉砂含量基本在70%以上。部分區域底質中含砂量較高，最高可達到65%，主要分布在黃河河道北岸的蘆葦和檉柳分布區。底質中黏土含量較少，大部分區域黏土含量在10%以下，黏土組分主要分布在潮間帶灘涂的鹽地堿蓬和互花米草分布區，位于鹽地堿蓬分布區的9號和10號站和位于檉柳分布區的14號調查站位檢測到較高的黏土含量，各層平均含量在10%以上，最高達23.8%。粒組的垂向分布上，黃河河道兩側的底質中表層沉積物含有更多的粗顆粒物質，隨著深度增加，粗顆粒物質含量逐漸降低;而在河道北側的淺灘區域，底質物質組成的垂向分布則表現出相反的趨勢。

2.2 沉積物容重特征

互花米草分布區沉積物容重分布范圍為1.086～1.724g/cm3，平均值為1.400±0.136g/cm3，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 處沉積物容重平均值分別為1.481g/cm3、1.335g/cm3、1.515g/cm3、1.378g/cm3、1.334g/cm3和1.355g/cm3;鹽地堿蓬分布區沉積物容重分布范圍為1.078～1.736g/cm3，平均值為1.417±0.150g/cm3，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm和75cm 處沉積物容重平均值分別為1.391g/cm3、1.539g/cm3、1.366g/cm3、1.424g/cm3、1.383g/cm3和1.402g/cm3;檉柳分布區沉積物容重分布范圍為1.068～1.466g/cm3，平均值為1.249±0.102g/cm3，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 處沉積物容重平均值分別為1.268g/cm3、1.278g/cm3、1.192g/cm3、1.296g/cm3、1.201g/cm3和1.256g/cm3;蘆葦分布區沉積物容重分布范圍為0.820～1.670g/cm3，平均值為1.243±0.208g/cm3，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 處沉積物容重平均值分別為1.209g/cm3、1.274g/cm3、1.233g/cm3、1.198g/cm3、1.257g/cm3和1.289g/cm3。對比4種植被類型，不同深度的沉積物容重呈現一定的差異性，但差異性不大，容重范圍集中分布于1.2～1.4g/cm3。互花米草和鹽地堿蓬分布區各層次沉積物容重整體大于檉柳和蘆葦分布區（圖1）。

2.3 有機碳特征

互花米草分布區沉積物有機碳分布范圍為0.054%～0.392%，平均值為0.199%±0.072%，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 處沉積物有機碳平均值分別為0.298%、0.208%、0.178%、0.197%、0.176%和0.137 %;鹽地堿蓬分布區沉積物有機碳分布范圍為0.056%～0.376%，平均值為0.200% ±0.090%，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm和75cm 處沉積物有機碳平均值分別為0.205%、0.217%、0.216%、0.204%、0.182%和0.174%;檉柳分布區沉積物有機碳分布范圍為0.042% ～0.589%，平均值為0.184% ±0.146%，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 處沉積物有機碳平均值分別為0.165%、0.196%、0.217%、0.194%、0.175%和0.156%;蘆葦分布區沉積物有機碳分布范圍為0.058% ～0.459%，平均值為0.161%±0.094%，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 處沉積物有機碳平均值分別為0.177%、0.134%、0.188%、0.113%、0.139%和0.217%。

互花米草調查區有機碳含量呈現由淺入深逐漸降低的趨勢，這可能是由于植物殘體和凋落物歸還，以及潮汐海水帶來的顆粒態和溶解態物質輸入，并在土壤表層發生累積[9]。同時，互花米草調查區位于低潮區，調水調沙工程攜帶大量上游泥沙，在黃河三角洲沉降淤積，導致有機碳含量在土壤表層較高。鹽地堿蓬調查區各層次有機碳含量呈現隨深度先增加后降低的趨勢，最高含量出現在15cm處，且有機碳含量高于其他3種植被類型，這可能是由于不同植物歸還土壤的碳含量存在差異。互花米草及蘆葦枯萎死亡后，不能立即進入濕地水體中或覆蓋在濕地土壤表面，而是處于立枯狀態，有些立枯物能夠保持幾個月甚至幾年的時間[13]。鹽地堿蓬的肉質葉和種子則能夠迅速歸還到土壤中，補充土壤碳含量。檉柳調查區各層次有機碳含量呈現隨深度先增加后降低的趨勢，最高含量出現在25cm處。蘆葦調查區各層次有機碳含量波動較大，最大值出現在75cm處。黃河口鹽沼濕地各植被覆蓋區沉積物有機碳含量均在0.2%左右，明顯低于黃河口附近海域[14]，也低于一千二管理站、東營港、五號樁和黃河口管理站等區域[6]，蘆葦分布區有機碳含量也低于廣饒潮汐濕地蘆葦覆蓋區，堿蓬分布區與廣饒潮汐濕地堿蓬覆蓋區基本一致[15]（圖2）。

2.4 沉積物元素相關性關系分析

河口底質中的有機碳主要來自徑流攜帶的陸地碳源和鹽沼生物死亡后的碎屑沉積和埋藏，其含量很大程度上受粒度控制[16]，萊州灣沉積物有機碳與黏土組分含量的相關系數達到0.668，呈極顯著正相關關系[17]。本調查區域19個站位114個樣品沉積物有機碳含量與黏土含量相關系數為0.454，呈顯著正相關關系，與砂含量相關系數為-0.329，呈顯著負相關關系。根據沉積物中的有機碳含量分析結果，互花米草和鹽地堿蓬分布區底質中有機碳含量較蘆葦和檉柳分布區偏高，這與互花米草和鹽地堿蓬分布區含有更多的黏土組分有關，而黏土成分更有利于外源碳和內源碳的固定。

2.5 沉積物碳密度及碳儲量評估

依據沉積物碳儲量估算方法，黃河口鹽沼濕地各調查區沉積物碳密度統計結果見圖3，互花米草分布區各調查站位沉積物碳密度分布范圍為16.03～31.51t/hm2，沉積物碳密度平均值為24.00t/hm2，標準差為7.75t/hm2;鹽地堿蓬分布區各調查站位沉積物碳密度分布范圍為14.43～39.67t/hm2，沉積物碳密度平均值為26.67t/hm2，標準差為10.66t/hm2;檉柳分布區各調查站位沉積物碳密度分布范圍為7.35～42.15t/hm2，沉積物碳密度平均值為21.90t/hm2，標準差為13.23t/hm2;蘆葦分布區各調查站位沉積物碳密度分布范圍為11.52～38.63t/hm2，平均值為22.71t/hm2，標準差為10.77t/hm2。4種不同植被類型區域沉積物碳密度均小于一千二管理站、東營港、五號樁和黃河口管理站區域[6]。

遙感識別與現場核查顯示互花米草分布面積最大，為5961.92hm2，主要分布于孤東油田東南側和黃河現行入海口兩側等區域，面積較2016年有所增加[18]。蘆葦次之，面積為5305.19hm2，主要分布于黃河兩岸、黃河故道、水庫和河流周圍淡水充足的區域，面積較2004年有所增加[19]。檉柳面積為2406.32hm2，面積較2004年有所減少[19]，因耐鹽性較強多分布于土壤含鹽量較高地區。黃河現行入海口南、北岸，由內陸向海岸，檉柳群落覆蓋度增加，沿黃河故道兩岸有大面積檉柳群落呈帶狀分布。堿蓬面積為688.71hm2，面積較2004年大幅減少[19]，主要分布于近海岸、土壤含鹽量較高的低平洼地，群落分布較為集中。

依據調查分區的碳密度及分布面積計算得出，互花米草分布區沉積物碳儲量為14.31萬t，鹽地堿蓬分布區沉積物碳儲量為1.84萬t，檉柳分布區沉積物碳儲量為5.27萬t，蘆葦分布區沉積物碳儲量為12.05萬t，黃河口鹽沼濕地沉積物總碳儲量合計為33.47萬t。

3 結論

（1）黃河口鹽沼濕地沉積物類型以粉砂為主，部分層次為砂質粉砂和黏土質粉砂;粒組的垂向分布上，黃河河道兩側的底質中表層沉積物含有更多的粗顆粒物質，隨著深度增加，粗顆粒物質含量逐漸降低;而在河道北側的淺灘區域，底質物質組成的垂向分布則表現出相反的趨勢。

（2）4種植被類型，不同深度的沉積物容重呈現一定的差異性，但差異性不大，容重范圍集中分布于1.2～1.4g/cm3，互花米草和鹽地堿蓬分布區各層次沉積物容重整體大于檉柳和蘆葦分布區。

（3）4種植被類型中，互花米草、鹽地堿蓬、蘆葦和檉柳分布區沉積物中有機碳含量分別為0.199%、0.200%、0.184%和0.161%，互花米草和鹽地堿蓬分布區沉積物中有機碳含量較蘆葦和檉柳分布區偏高，這與互花米草和鹽地堿蓬分布區含有更多的黏土組分有關。

（4）黃河口鹽沼濕地沉積物總碳儲量為33.47萬t，其中互花米草分布區沉積物碳儲量為14.31萬t，鹽地堿蓬分布區為1.84萬t;檉柳分布區為5.27萬t;蘆葦分布區為12.05萬t。

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