黃河口鹽沼濕地沉積物碳儲(chǔ)量調(diào)查評(píng)估

何健龍 馬元慶 魏計(jì)房 劉昕 王建步 王曉霞 趙玉庭 宋秀凱

摘要：文章依據(jù)2021年9月黃河口鹽沼濕地沉積物調(diào)查數(shù)據(jù)，分析了沉積物粒度、容重、有機(jī)碳分布特征，并對(duì)黃河口鹽沼濕地沉積物碳密度及碳儲(chǔ)量進(jìn)行評(píng)估。結(jié)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(zhì)粉砂和黏土質(zhì)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(qū)容重整體大于檉柳和蘆葦分布區(qū);互花米草、鹽地堿蓬、蘆葦和檉柳分布區(qū)沉積物中有機(jī)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(qū)底質(zhì)中有機(jī)碳含量較蘆葦和檉柳分布區(qū)偏高，這與互花米草和鹽地堿蓬分布區(qū)含有更多的黏土組分有關(guān);計(jì)算得出，黃河口鹽沼濕地沉積物總碳儲(chǔ)量為33.47萬(wàn)t，其中互花米草分布區(qū)為14.31萬(wàn)t，蘆葦分布區(qū)為12.05萬(wàn)t，檉柳分布區(qū)為5.27萬(wàn)t，鹽地堿蓬分布區(qū)為1.84萬(wàn)t。

關(guān)鍵詞：黃河口鹽沼濕地;沉積物;碳儲(chǔ)量;評(píng)估

中圖分類號(hào)：P7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，濕地沉積物是碳素的主要貯存場(chǎng)所[1]。濕地占地球陸地面積的4%～6%[2-3]，其碳儲(chǔ)量卻占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的20%～25%[4];我國(guó)濕地沉積物碳庫(kù)約80億～100億t，占全國(guó)陸地土壤總有機(jī)碳庫(kù)的1/10～1/8[5]。由于近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，濕地土地利用類型發(fā)生了巨大的變化，影響著濕地土壤碳儲(chǔ)存和溫室氣體排放等一系列濕地生態(tài)過(guò)程[6]。

黃河口濕地位于渤海南部的黃河入?？谘匕兜貐^(qū)，是我國(guó)暖溫帶面積最大的濕地生態(tài)系統(tǒng)[6]，具有物理化學(xué)及水文條件獨(dú)特、生境類型及生物多樣性豐富的特點(diǎn)[7-8]，土壤形成時(shí)間相對(duì)較短，以鹽化潮土和濱海鹽土為主[8-9]。近年來(lái)，受濕地淡水輸入量減少等自然因素和油田大規(guī)模開發(fā)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)加劇等人為因素的影響，黃河口濕地出現(xiàn)不同程度的退化，濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能明顯衰退，沉積物碳儲(chǔ)功能受到明顯影響[8]。

本文對(duì)黃河口鹽沼濕地不同植被類型下沉積物粒度、容重、有機(jī)碳進(jìn)行研究，并對(duì)其碳密度及碳儲(chǔ)量進(jìn)行評(píng)估，旨在揭示不同植被群落沉積物有機(jī)碳分布特征，為黃河口鹽沼濕地碳排放和碳匯功能評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持，對(duì)黃河口濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和利用具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

1 材料方法

1.1 調(diào)查時(shí)間與站位分布

調(diào)查時(shí)間：2021年9月。調(diào)查站位：根據(jù)鹽沼植被類型及分布特征，將調(diào)查區(qū)域劃分為4類，分別為互花米草分布區(qū)、鹽地堿蓬分布區(qū)、檉柳分布區(qū)和蘆葦分布區(qū);站位設(shè)置盡可能反映調(diào)查區(qū)域的整體植被特征，考慮調(diào)查站位的可達(dá)性和安全性，在各調(diào)查區(qū)域分別布設(shè)3、5、5、6個(gè)監(jiān)測(cè)站位，站位信息見(jiàn)表1。

1.2 調(diào)查項(xiàng)目與分析方法

沉積物樣品采集、處理、檢測(cè)均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB/T12763-2007）[10]和《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB17378-2007）[11]的要求進(jìn)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(cè)量范圍0.02～2000μm，分析誤差±2%，按照尤登-溫德華氏等比值粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)歸類，采用沉積物三角分類法對(duì)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(huán)刀取樣，105℃烘至恒量，稱質(zhì)量，計(jì)算容重。土壤樣品室內(nèi)風(fēng)干后，經(jīng)過(guò)研磨，過(guò)100目篩后采用重鉻酸鉀氧化-還原容量法測(cè)定有機(jī)碳。各類鹽沼植被分布和面積通過(guò)遙感識(shí)別與現(xiàn)場(chǎng)核查方法獲取，均按照《海岸帶生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》（T/CAOE20-2020）[12]中相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

1.3 沉積物碳儲(chǔ)量估算方法

沉積物碳儲(chǔ)量的計(jì)算以沉積物總碳密度與面積的乘積來(lái)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(jī)碳含量和取樣厚度的乘積。本次調(diào)查厚度在1m 左右，因此本文對(duì)沉積物總碳密度的計(jì)算限定在1m 的深度范圍內(nèi)。沉積物碳儲(chǔ)量、沉積物碳密度的計(jì)算方法見(jiàn)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(chǔ)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(jī)碳含量（%）;Hi 為第i 層取樣厚度（cm）;S 為面積（hm2）。

2 結(jié)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(zhì)粉砂和黏土質(zhì)粉砂，占比分別為15.8%和1.7%?；セ撞莘植紖^(qū)各站位、各層次沉積物類型均為粉砂;鹽地堿蓬分布區(qū)除9號(hào)和DM3-3號(hào)站位部分層次沉積物類型為砂質(zhì)粉砂和黏土質(zhì)粉砂外，其他均為粉砂;檉柳分布區(qū)除1號(hào)和2號(hào)站位部分層次沉積物類型為砂質(zhì)粉砂外，其他均為粉砂;蘆葦分布區(qū)沉積物類型除部分站位、部分層次為砂質(zhì)粉砂外，其他均為粉砂。

從物質(zhì)組成來(lái)看，調(diào)查區(qū)0～1m 的底質(zhì)主要為粉砂組成的沉積物，粉砂含量基本在70%以上。部分區(qū)域底質(zhì)中含砂量較高，最高可達(dá)到65%，主要分布在黃河河道北岸的蘆葦和檉柳分布區(qū)。底質(zhì)中黏土含量較少，大部分區(qū)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(qū)，位于鹽地堿蓬分布區(qū)的9號(hào)和10號(hào)站和位于檉柳分布區(qū)的14號(hào)調(diào)查站位檢測(cè)到較高的黏土含量，各層平均含量在10%以上，最高達(dá)23.8%。粒組的垂向分布上，黃河河道兩側(cè)的底質(zhì)中表層沉積物含有更多的粗顆粒物質(zhì)，隨著深度增加，粗顆粒物質(zhì)含量逐漸降低;而在河道北側(cè)的淺灘區(qū)域，底質(zhì)物質(zhì)組成的垂向分布則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。

2.2 沉積物容重特征

互花米草分布區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(duì)比4種植被類型，不同深度的沉積物容重呈現(xiàn)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?；セ撞莺望}地堿蓬分布區(qū)各層次沉積物容重整體大于檉柳和蘆葦分布區(qū)（圖1）。

2.3 有機(jī)碳特征

互花米草分布區(qū)沉積物有機(jī)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(jī)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(qū)沉積物有機(jī)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(jī)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(qū)沉積物有機(jī)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(jī)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(qū)沉積物有機(jī)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(jī)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(diào)查區(qū)有機(jī)碳含量呈現(xiàn)由淺入深逐漸降低的趨勢(shì)，這可能是由于植物殘?bào)w和凋落物歸還，以及潮汐海水帶來(lái)的顆粒態(tài)和溶解態(tài)物質(zhì)輸入，并在土壤表層發(fā)生累積[9]。同時(shí)，互花米草調(diào)查區(qū)位于低潮區(qū)，調(diào)水調(diào)沙工程攜帶大量上游泥沙，在黃河三角洲沉降淤積，導(dǎo)致有機(jī)碳含量在土壤表層較高。鹽地堿蓬調(diào)查區(qū)各層次有機(jī)碳含量呈現(xiàn)隨深度先增加后降低的趨勢(shì)，最高含量出現(xiàn)在15cm處，且有機(jī)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?；セ撞菁疤J葦枯萎死亡后，不能立即進(jìn)入濕地水體中或覆蓋在濕地土壤表面，而是處于立枯狀態(tài)，有些立枯物能夠保持幾個(gè)月甚至幾年的時(shí)間[13]。鹽地堿蓬的肉質(zhì)葉和種子則能夠迅速歸還到土壤中，補(bǔ)充土壤碳含量。檉柳調(diào)查區(qū)各層次有機(jī)碳含量呈現(xiàn)隨深度先增加后降低的趨勢(shì)，最高含量出現(xiàn)在25cm處。蘆葦調(diào)查區(qū)各層次有機(jī)碳含量波動(dòng)較大，最大值出現(xiàn)在75cm處。黃河口鹽沼濕地各植被覆蓋區(qū)沉積物有機(jī)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(yíng)港、五號(hào)樁和黃河口管理站等區(qū)域[6]，蘆葦分布區(qū)有機(jī)碳含量也低于廣饒潮汐濕地蘆葦覆蓋區(qū)，堿蓬分布區(qū)與廣饒潮汐濕地堿蓬覆蓋區(qū)基本一致[15]（圖2）。

2.4 沉積物元素相關(guān)性關(guān)系分析

河口底質(zhì)中的有機(jī)碳主要來(lái)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(jī)碳與黏土組分含量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.668，呈極顯著正相關(guān)關(guān)系[17]。本調(diào)查區(qū)域19個(gè)站位114個(gè)樣品沉積物有機(jī)碳含量與黏土含量相關(guān)系數(shù)為0.454，呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與砂含量相關(guān)系數(shù)為-0.329，呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。根據(jù)沉積物中的有機(jī)碳含量分析結(jié)果，互花米草和鹽地堿蓬分布區(qū)底質(zhì)中有機(jī)碳含量較蘆葦和檉柳分布區(qū)偏高，這與互花米草和鹽地堿蓬分布區(qū)含有更多的黏土組分有關(guān)，而黏土成分更有利于外源碳和內(nèi)源碳的固定。

2.5 沉積物碳密度及碳儲(chǔ)量評(píng)估

依據(jù)沉積物碳儲(chǔ)量估算方法，黃河口鹽沼濕地各調(diào)查區(qū)沉積物碳密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖3，互花米草分布區(qū)各調(diào)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(biāo)準(zhǔn)差為7.75t/hm2;鹽地堿蓬分布區(qū)各調(diào)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(biāo)準(zhǔn)差為10.66t/hm2;檉柳分布區(qū)各調(diào)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(biāo)準(zhǔn)差為13.23t/hm2;蘆葦分布區(qū)各調(diào)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(biāo)準(zhǔn)差為10.77t/hm2。4種不同植被類型區(qū)域沉積物碳密度均小于一千二管理站、東營(yíng)港、五號(hào)樁和黃河口管理站區(qū)域[6]。

遙感識(shí)別與現(xiàn)場(chǎng)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(cè)和黃河現(xiàn)行入?？趦蓚?cè)等區(qū)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(kù)和河流周圍淡水充足的區(qū)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(qiáng)多分布于土壤含鹽量較高地區(qū)。黃河現(xiàn)行入?？谀?、北岸，由內(nèi)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(jù)調(diào)查分區(qū)的碳密度及分布面積計(jì)算得出，互花米草分布區(qū)沉積物碳儲(chǔ)量為14.31萬(wàn)t，鹽地堿蓬分布區(qū)沉積物碳儲(chǔ)量為1.84萬(wàn)t，檉柳分布區(qū)沉積物碳儲(chǔ)量為5.27萬(wàn)t，蘆葦分布區(qū)沉積物碳儲(chǔ)量為12.05萬(wàn)t，黃河口鹽沼濕地沉積物總碳儲(chǔ)量合計(jì)為33.47萬(wàn)t。

3 結(jié)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(zhì)粉砂和黏土質(zhì)粉砂;粒組的垂向分布上，黃河河道兩側(cè)的底質(zhì)中表層沉積物含有更多的粗顆粒物質(zhì)，隨著深度增加，粗顆粒物質(zhì)含量逐漸降低;而在河道北側(cè)的淺灘區(qū)域，底質(zhì)物質(zhì)組成的垂向分布則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。

（2）4種植被類型，不同深度的沉積物容重呈現(xiàn)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(qū)各層次沉積物容重整體大于檉柳和蘆葦分布區(qū)。

（3）4種植被類型中，互花米草、鹽地堿蓬、蘆葦和檉柳分布區(qū)沉積物中有機(jī)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(qū)沉積物中有機(jī)碳含量較蘆葦和檉柳分布區(qū)偏高，這與互花米草和鹽地堿蓬分布區(qū)含有更多的黏土組分有關(guān)。

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

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