黄河口盐沼湿地沉积物碳储量调查评估

何健龙 马元庆 魏计房 刘昕 王建步 王晓霞 赵玉庭 宋秀凯

摘要：文章依据2021年9月黄河口盐沼湿地沉积物调查数据，分析了沉积物粒度、容重、有机碳分布特征，并对黄河口盐沼湿地沉积物碳密度及碳储量进行评估。结果显示，黄河口盐沼湿地沉积物类型以粉砂为主，部分层次为砂质粉砂和黏土质粉砂;4种植被类型中，不同深度的沉积物容重差异性不大，互花米草和盐地碱蓬分布区容重整体大于柽柳和芦苇分布区;互花米草、盐地碱蓬、芦苇和柽柳分布区沉积物中有机碳含量分别为0.199%、0.200%、0.184%和0.161%，互花米草和盐地碱蓬分布区底质中有机碳含量较芦苇和柽柳分布区偏高，这与互花米草和盐地碱蓬分布区含有更多的黏土组分有关;计算得出，黄河口盐沼湿地沉积物总碳储量为33.47万t，其中互花米草分布区为14.31万t，芦苇分布区为12.05万t，柽柳分布区为5.27万t，盐地碱蓬分布区为1.84万t。

关键词：黄河口盐沼湿地;沉积物;碳储量;评估

中图分类号：P7 文献标志码：A 文章编号：1005-9857（2023）07-0056-07

0 引言

濕地是水体和陆地之间互相作用形成的独特的生态系统，湿地沉积物是碳素的主要贮存场所[1]。湿地占地球陆地面积的4%～6%[2-3]，其碳储量却占陆地生态系统碳储量的20%～25%[4];我国湿地沉积物碳库约80亿～100亿t，占全国陆地土壤总有机碳库的1/10～1/8[5]。由于近年来经济的快速发展，湿地土地利用类型发生了巨大的变化，影响着湿地土壤碳储存和温室气体排放等一系列湿地生态过程[6]。

黄河口湿地位于渤海南部的黄河入海口沿岸地区，是我国暖温带面积最大的湿地生态系统[6]，具有物理化学及水文条件独特、生境类型及生物多样性丰富的特点[7-8]，土壤形成时间相对较短，以盐化潮土和滨海盐土为主[8-9]。近年来，受湿地淡水输入量减少等自然因素和油田大规模开发、农业生产活动加剧等人为因素的影响，黄河口湿地出现不同程度的退化，湿地生态系统结构和功能明显衰退，沉积物碳储功能受到明显影响[8]。

本文对黄河口盐沼湿地不同植被类型下沉积物粒度、容重、有机碳进行研究，并对其碳密度及碳储量进行评估，旨在揭示不同植被群落沉积物有机碳分布特征，为黄河口盐沼湿地碳排放和碳汇功能评估提供数据支持，对黄河口湿地生态系统的保护和利用具有重要的理论意义和实践价值。

1 材料方法

1.1 调查时间与站位分布

调查时间：2021年9月。调查站位：根据盐沼植被类型及分布特征，将调查区域划分为4类，分别为互花米草分布区、盐地碱蓬分布区、柽柳分布区和芦苇分布区;站位设置尽可能反映调查区域的整体植被特征，考虑调查站位的可达性和安全性，在各调查区域分别布设3、5、5、6个监测站位，站位信息见表1。

1.2 调查项目与分析方法

沉积物样品采集、处理、检测均按照《海洋调查规范》（GB/T12763-2007）[10]和《海洋监测规范》（GB17378-2007）[11]的要求进行。割取地上植物后，用底泥采样器采集100cm 深度柱状样品，分别在5cm、15cm、25cm、35cm、45cm、75cm 处取样，柱状样方厚度为10cm、10cm、10cm、10cm、10cm、50cm;粒度使用激光粒度仪（LS-909，珠海欧美克公司）分析，仪器测量范围0.02～2000μm，分析误差±2%，按照尤登-温德华氏等比值粒级标准归类，采用沉积物三角分类法对沉积物分类和命名;容重由沉积物干重除以沉积物原始体积确定，用100cm3土壤环刀取样，105℃烘至恒量，称质量，计算容重。土壤样品室内风干后，经过研磨，过100目筛后采用重铬酸钾氧化-还原容量法测定有机碳。各类盐沼植被分布和面积通过遥感识别与现场核查方法获取，均按照《海岸带生态系统现状调查与评估技术导则》（T/CAOE20-2020）[12]中相关规定执行。

1.3 沉积物碳储量估算方法

沉积物碳储量的计算以沉积物总碳密度与面积的乘积来估算，沉积物碳密度为每层沉积物样品的碳密度之和，每层沉积物样品的碳密度为容重、有机碳含量和取样厚度的乘积。本次调查厚度在1m 左右，因此本文对沉积物总碳密度的计算限定在1m 的深度范围内。沉积物碳储量、沉积物碳密度的计算方法见公式（1）和公式（2）。

TC=Cd×S （1）

Cd= ni=1Bi ×TOCi ×Hi （2）

式中：TC为一定厚度下沉积物的碳储量（t）;Cd为一定厚度下沉积物碳密度（t/hm2）;Bi 为第i 层容重（g/cm3）;TOCi 为第i 层有机碳含量（%）;Hi 为第i 层取样厚度（cm）;S 为面积（hm2）。

2 结果与讨论

2.1 沉积物粒度特征

黄河口盐沼湿地沉积物类型以粉砂为主，占比82.5%，部分层次为砂质粉砂和黏土质粉砂，占比分别为15.8%和1.7%。互花米草分布区各站位、各层次沉积物类型均为粉砂;盐地碱蓬分布区除9号和DM3-3号站位部分层次沉积物类型为砂质粉砂和黏土质粉砂外，其他均为粉砂;柽柳分布区除1号和2号站位部分层次沉积物类型为砂质粉砂外，其他均为粉砂;芦苇分布区沉积物类型除部分站位、部分层次为砂质粉砂外，其他均为粉砂。

从物质组成来看，调查区0～1m 的底质主要为粉砂组成的沉积物，粉砂含量基本在70%以上。部分区域底质中含砂量较高，最高可达到65%，主要分布在黄河河道北岸的芦苇和柽柳分布区。底质中黏土含量较少，大部分区域黏土含量在10%以下，黏土组分主要分布在潮间带滩涂的盐地碱蓬和互花米草分布区，位于盐地碱蓬分布区的9号和10号站和位于柽柳分布区的14号调查站位检测到较高的黏土含量，各层平均含量在10%以上，最高达23.8%。粒组的垂向分布上，黄河河道两侧的底质中表层沉积物含有更多的粗颗粒物质，随着深度增加，粗颗粒物质含量逐渐降低;而在河道北侧的浅滩区域，底质物质组成的垂向分布则表现出相反的趋势。

2.2 沉积物容重特征

互花米草分布区沉积物容重分布范围为1.086～1.724g/cm3，平均值为1.400±0.136g/cm3，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 处沉积物容重平均值分别为1.481g/cm3、1.335g/cm3、1.515g/cm3、1.378g/cm3、1.334g/cm3和1.355g/cm3;盐地碱蓬分布区沉积物容重分布范围为1.078～1.736g/cm3，平均值为1.417±0.150g/cm3，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm和75cm 处沉积物容重平均值分别为1.391g/cm3、1.539g/cm3、1.366g/cm3、1.424g/cm3、1.383g/cm3和1.402g/cm3;柽柳分布区沉积物容重分布范围为1.068～1.466g/cm3，平均值为1.249±0.102g/cm3，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 处沉积物容重平均值分别为1.268g/cm3、1.278g/cm3、1.192g/cm3、1.296g/cm3、1.201g/cm3和1.256g/cm3;芦苇分布区沉积物容重分布范围为0.820～1.670g/cm3，平均值为1.243±0.208g/cm3，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 处沉积物容重平均值分别为1.209g/cm3、1.274g/cm3、1.233g/cm3、1.198g/cm3、1.257g/cm3和1.289g/cm3。对比4种植被类型，不同深度的沉积物容重呈现一定的差异性，但差异性不大，容重范围集中分布于1.2～1.4g/cm3。互花米草和盐地碱蓬分布区各层次沉积物容重整体大于柽柳和芦苇分布区（图1）。

2.3 有机碳特征

互花米草分布区沉积物有机碳分布范围为0.054%～0.392%，平均值为0.199%±0.072%，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 处沉积物有机碳平均值分别为0.298%、0.208%、0.178%、0.197%、0.176%和0.137 %;盐地碱蓬分布区沉积物有机碳分布范围为0.056%～0.376%，平均值为0.200% ±0.090%，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm和75cm 处沉积物有机碳平均值分别为0.205%、0.217%、0.216%、0.204%、0.182%和0.174%;柽柳分布区沉积物有机碳分布范围为0.042% ～0.589%，平均值为0.184% ±0.146%，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 处沉积物有机碳平均值分别为0.165%、0.196%、0.217%、0.194%、0.175%和0.156%;芦苇分布区沉积物有机碳分布范围为0.058% ～0.459%，平均值为0.161%±0.094%，其中5cm、15cm、25cm、35cm、45cm 和75cm 处沉积物有机碳平均值分别为0.177%、0.134%、0.188%、0.113%、0.139%和0.217%。

互花米草调查区有机碳含量呈现由浅入深逐渐降低的趋势，这可能是由于植物残体和凋落物归还，以及潮汐海水带来的颗粒态和溶解态物质输入，并在土壤表层发生累积[9]。同时，互花米草调查区位于低潮区，调水调沙工程携带大量上游泥沙，在黄河三角洲沉降淤积，导致有机碳含量在土壤表层较高。盐地碱蓬调查区各层次有机碳含量呈现随深度先增加后降低的趋势，最高含量出现在15cm处，且有机碳含量高于其他3种植被类型，这可能是由于不同植物归还土壤的碳含量存在差异。互花米草及芦苇枯萎死亡后，不能立即进入湿地水体中或覆盖在湿地土壤表面，而是处于立枯状态，有些立枯物能够保持几个月甚至几年的时间[13]。盐地碱蓬的肉质叶和种子则能够迅速归还到土壤中，补充土壤碳含量。柽柳调查区各层次有机碳含量呈现随深度先增加后降低的趋势，最高含量出现在25cm处。芦苇调查区各层次有机碳含量波动较大，最大值出现在75cm处。黄河口盐沼湿地各植被覆盖区沉积物有机碳含量均在0.2%左右，明显低于黄河口附近海域[14]，也低于一千二管理站、东营港、五号桩和黄河口管理站等区域[6]，芦苇分布区有机碳含量也低于广饶潮汐湿地芦苇覆盖区，碱蓬分布区与广饶潮汐湿地碱蓬覆盖区基本一致[15]（图2）。

2.4 沉积物元素相关性关系分析

河口底质中的有机碳主要来自径流携带的陆地碳源和盐沼生物死亡后的碎屑沉积和埋藏，其含量很大程度上受粒度控制[16]，莱州湾沉积物有机碳与黏土组分含量的相关系数达到0.668，呈极显著正相关关系[17]。本调查区域19个站位114个样品沉积物有机碳含量与黏土含量相关系数为0.454，呈显著正相关关系，与砂含量相关系数为-0.329，呈显著负相关关系。根据沉积物中的有机碳含量分析结果，互花米草和盐地碱蓬分布区底质中有机碳含量较蘆苇和柽柳分布区偏高，这与互花米草和盐地碱蓬分布区含有更多的黏土组分有关，而黏土成分更有利于外源碳和内源碳的固定。

2.5 沉积物碳密度及碳储量评估

依据沉积物碳储量估算方法，黄河口盐沼湿地各调查区沉积物碳密度统计结果见图3，互花米草分布区各调查站位沉积物碳密度分布范围为16.03～31.51t/hm2，沉积物碳密度平均值为24.00t/hm2，标准差为7.75t/hm2;盐地碱蓬分布区各调查站位沉积物碳密度分布范围为14.43～39.67t/hm2，沉积物碳密度平均值为26.67t/hm2，标准差为10.66t/hm2;柽柳分布区各调查站位沉积物碳密度分布范围为7.35～42.15t/hm2，沉积物碳密度平均值为21.90t/hm2，标准差为13.23t/hm2;芦苇分布区各调查站位沉积物碳密度分布范围为11.52～38.63t/hm2，平均值为22.71t/hm2，标准差为10.77t/hm2。4种不同植被类型区域沉积物碳密度均小于一千二管理站、东营港、五号桩和黄河口管理站区域[6]。

遥感识别与现场核查显示互花米草分布面积最大，为5961.92hm2，主要分布于孤东油田东南侧和黄河现行入海口两侧等区域，面积较2016年有所增加[18]。芦苇次之，面积为5305.19hm2，主要分布于黄河两岸、黄河故道、水库和河流周围淡水充足的区域，面积较2004年有所增加[19]。柽柳面积为2406.32hm2，面积较2004年有所减少[19]，因耐盐性较强多分布于土壤含盐量较高地区。黄河现行入海口南、北岸，由内陆向海岸，柽柳群落覆盖度增加，沿黄河故道两岸有大面积柽柳群落呈带状分布。碱蓬面积为688.71hm2，面积较2004年大幅减少[19]，主要分布于近海岸、土壤含盐量较高的低平洼地，群落分布较为集中。

依据调查分区的碳密度及分布面积计算得出，互花米草分布区沉积物碳储量为14.31万t，盐地碱蓬分布区沉积物碳储量为1.84万t，柽柳分布区沉积物碳储量为5.27万t，芦苇分布区沉积物碳储量为12.05万t，黄河口盐沼湿地沉积物总碳储量合计为33.47万t。

3 结论

（1）黄河口盐沼湿地沉积物类型以粉砂为主，部分层次为砂质粉砂和黏土质粉砂;粒组的垂向分布上，黄河河道两侧的底质中表层沉积物含有更多的粗颗粒物质，随着深度增加，粗颗粒物质含量逐渐降低;而在河道北侧的浅滩区域，底质物质组成的垂向分布则表现出相反的趋势。

（2）4种植被类型，不同深度的沉积物容重呈现一定的差异性，但差异性不大，容重范围集中分布于1.2～1.4g/cm3，互花米草和盐地碱蓬分布区各层次沉积物容重整体大于柽柳和芦苇分布区。

（3）4种植被类型中，互花米草、盐地碱蓬、芦苇和柽柳分布区沉积物中有机碳含量分别为0.199%、0.200%、0.184%和0.161%，互花米草和盐地碱蓬分布区沉积物中有机碳含量较芦苇和柽柳分布区偏高，这与互花米草和盐地碱蓬分布区含有更多的黏土组分有关。

（4）黄河口盐沼湿地沉积物总碳储量为33.47万t，其中互花米草分布区沉积物碳储量为14.31万t，盐地碱蓬分布区为1.84万t;柽柳分布区为5.27万t;芦苇分布区为12.05万t。

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