基于再野化修复的盐沼湿地沉积物有机碳与氮储库动态研究：以加的斯湾为例

《Marine Environmental Research》：Sedimentary organic carbon and nitrogen storage in a recovered saltmarsh: Rewilding as a nature-based solution for anthropogenically desiccated wetlands

本文针对人为干化湿地的生态修复需求，研究了再野化作为基于自然的解决方案对盐沼沉积物有机碳（Corg）和总氮（NT）储库的影响。研究人员利用Landsat卫星影像（1994-2024）监测了西班牙加的斯湾一个再野化盐沼的植被恢复过程，并通过沉积物柱样分析了Corg和NT的储量及埋藏速率。结果表明，经过20年再野化，盐沼植被覆盖增加了85%，Corg储量达47.9 t Corgha-1，显著高于野生盐沼。研究揭示了再野化在恢复蓝碳生态系统功能方面的潜力，为海岸带生态修复提供了科学依据。

　　

在全球气候变化和人类活动加剧的背景下，海岸带生态系统正面临着前所未有的压力。盐沼作为重要的蓝碳生态系统，在碳汇和氮去除方面发挥着关键作用，然而过去一个世纪全球盐沼面积减少了25%-50%。人为活动导致的水文改变和湿地干化，使得这些天然的“碳库”不仅固碳能力下降，甚至可能从碳汇转变为碳源。如何有效恢复受损盐沼的生态功能，成为海岸带管理的重要课题。

在这种背景下，再野化作为一种基于自然的解决方案受到广泛关注。与传统的生态修复不同，再野化强调通过最小化人为干预，恢复自然生态过程，让生态系统自主恢复。2004年，西班牙加的斯湾自然公园开展了一项有趣的实验：通过打开阻挡潮汐的堤坝，让一片自1958年起被干化并试图转为农田的盐沼重新接受潮汐影响，开启了为期20年的自然恢复过程。这项研究为理解再野化对盐沼生物地球化学循环的影响提供了宝贵案例，相关成果发表在《Marine Environmental Research》上。

为了全面评估再野化效果，研究团队采用了多学科方法。他们利用Landsat系列卫星影像（1994-2024）监测植被动态，通过计算归一化植被指数（NDVI）量化盐沼植被和裸露沉积物（主要覆盖微藻生物膜，MPB）的时空变化。在沉积物分析方面，研究人员采集了野生盐沼和再野化盐沼的沉积物柱样（深度1米），分析了干容重（DBD）、有机质（OM）、有机碳（C_org）、总氮（N_T）等参数，并利用稳定碳同位素（δ¹³C）和贝叶斯混合模型追溯有机质来源。沉积物积累速率（SAR）采用该区域已报道的数值（0.69±0.38 cm y^-1）进行碳氮埋藏速率的估算。

3.1. 基于遥感监测的盐沼再野化过程

卫星影像分析显示，再野化过程启动后，盐沼植被经历了显著恢复。2004年潮汐堤坝打开后，植被覆盖先从2004年的约8.9%短暂下降至2006年的低点，随后持续增长，到2024年达到约26.8%，20年间净增85%。平均恢复速率约为每年5.7公顷，植被扩张主要沿潮沟网络进行。相比之下，对照点的野生盐沼植被覆盖保持稳定（约10.2%）。NDVI值分析表明，再野化盐沼的植被生物量也逐渐接近自然状态，从2008年的0.299增至2024年的0.349。

3.2. 沉积物特征及碳氮含量

沉积物分析发现，再野化盐沼的沉积物干容重（0.6±0.2 g cm^-3）显著低于野生盐沼（1.2±0.4 g cm^-3），而有机质含量（11.0±2.0%）则高于野生盐沼（6.8±3.9%）。再野化盐沼的有机碳（C_org）和总氮（N_T）含量也更高，且植被沉积物中的含量高于无植被沉积物。垂直剖面显示，有机碳和总氮含量在25-30厘米以下明显降低，反映了再野化过程对表层沉积物组成的改变。

3.3. 有机碳和氮的储量及埋藏速率

在1米深度范围内，再野化盐沼的有机碳储量（47.9±11.0 t C_orgha^-1）高于野生盐沼（30.5±11.0 t C_orgha^-1），相当于175.7和111.7 t CO₂ha^-1。总氮储量也呈现相似趋势（再野化：3.6±1.6 t N_Tha^-1；野生：1.6±0.6 t N_Tha^-1）。针对再野化期间（上覆20厘米沉积物）的分析显示，植被再野化盐沼的有机碳埋藏速率为66.3±23.8 g C m^-2y^-1，总氮埋藏速率为6.8±1.9 g N_Tm^-2y^-1。按生态系统尺度估算，再野化盐沼每年可埋藏约3.8 t C_org（相当于14 t CO₂-eq）。

3.5. 同位素分析与有机质来源

稳定碳同位素分析显示，再野化盐沼的δ¹³C值（-14.1‰至-24.3‰）比野生盐沼（-4.1‰至-21.3‰）更负。贝叶斯混合模型表明，两种盐沼的有机质来源存在明显差异：野生盐沼主要来自蕨藻（Caulerpa prolifera，约40%）和悬浮颗粒物（SPM，约18%）；而再野化盐沼则以红藻（Rhodophyta，约48%）为主要来源。令人意外的是，盐沼高等植物（如盐角草属Sarcocornia sp.和海雀稗Sporobolus maritimus）对沉积有机碳的贡献均不足8%，表明外源有机质在盐沼碳汇中占主导地位。

4. 讨论与结论

研究表明，再野化能有效促进盐沼植被恢复和碳氮积累。经过20年的自然恢复，再野化盐沼的碳氮储量已接近甚至超过野生盐沼，证明了再野化作为盐沼修复措施的可行性。然而，再野化盐沼的碳氮埋藏速率并未显著高于野生盐沼，说明生态系统功能的完全恢复可能需要更长时间。有机质来源分析表明，再野化改变了沉积有机质的组成，红藻和外源输入对碳汇的贡献增加。

这项研究强调了再野化在恢复海岸带蓝碳生态系统功能方面的潜力。通过恢复自然水文过程，盐沼可以重新成为有效的碳汇和氮库，为应对气候变化和控制水体富营养化提供自然解决方案。研究结果对制定海岸带管理政策具有重要参考价值，特别是欧盟《自然恢复法》要求到2030年恢复20%退化沿海生态系统的背景下。未来研究需要更长期的监测，以全面了解再野化盐沼的演化轨迹和碳汇潜力。