《Ocean & Coastal Management》：Dynamics of Yellow River Delta wetlands and implications for carbon storage
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黄河三角洲湿地碳储量动态演变及驱动机制研究（1984-2024），通过多源遥感与实地观测发现湿地经历扩张-收缩-部分恢复三阶段，碳储量恢复至历史峰值60%，主受泥沙供应和温度非线性影响，植被演替由自然向人为主导导致稳定性下降。管理需强化适应性水沙调控、生态阈值预警及本土盐沼植被恢复。
张雷|李光学|乔露露|李梦琪|刘思雨|纪文宇|潘玉峰
中国海洋大学海洋地球科学学院，青岛，266100，中国
摘要
黄河三角洲（YRD）是一个全球重要的河口系统，用于研究湿地动态与碳循环之间的相互作用。该地区的生态系统结构和功能受到沉积物供应、气候变异性、植被演替和人类活动等耦合过程的影响。在这项研究中，我们整合了1984年至2024年的多源遥感数据和实地观测结果，建立了YRD湿地的长期监测框架。研究结果表明，湿地经历了三个明显的演化阶段：扩张、收缩和部分恢复，同时碳储存量也发生了显著的非线性变化，目前已恢复到历史最大值的约60%。沉积物供应和温度的变化被认为是影响碳储存动态的主要因素。我们还观察到植被动态发生了明显转变，从自然演替转向人为主导的模式，其中Phragmites australis成为主要的碳汇，而Suaeda salsa和Tamarix chinensis则逐渐减少，导致生态系统稳定性下降。总体而言，YRD湿地的碳汇能力受到气候变暖、沉积物调节和植被演替变化的共同制约。为了增强碳储存的韧性并在持续的环境变化中维持蓝色碳功能，管理策略应侧重于适应性水-沉积物调节、基于生态阈值的早期预警系统开发以及本地盐沼植被的恢复。
引言
河口湿地位于陆地和海洋系统的过渡地带，是全球碳循环中最重要的碳汇之一。高初级生产力加上水淹没的厌氧土壤条件抑制了有机物的分解，从而实现了长期的碳封存——这一生态系统服务通常被称为“蓝色碳”（Chmura等人，2003年；Himes-Cornell等人，2018年；Sasmito等人，2020年；Macreadie等人，2021年；Neubauer和Meganigal，2021年）。研究表明，河口湿地中的土壤有机碳（SOC）积累速率显著高于内陆湿地，单位面积的年碳封存量往往是其两倍以上（Lu等人，2017年）。这种显著的封存潜力凸显了河口湿地在减缓气候变化中的关键作用（Macreadie等人，2021年）。然而，这种碳汇功能的持续依赖于沉积物供应、水文状况和植被演替之间的动态平衡（Lee等人，2006年；Yu等人，2023年）。近几十年来，加速的气候变化和密集的人类工程活动扰乱了河口的水文和沉积物动态，导致一些地区的湿地碳储存能力下降（Li等人，2022年；Chi等人，2022年）。因此，阐明自然过程和人为干预如何共同调节湿地演化和碳封存已成为当代生态学和地球系统科学的核心挑战。
黄河三角洲（YRD）是中国温带地区最大且最年轻的沿海湿地系统，为研究湿地演化和碳循环提供了独特的背景。其地貌发育和生态过程受到流域尺度气候变异性、黄河沉积物输送、潮汐作用以及长期人类干扰的影响（Zhang等人，2018年，2021a；Fu等人，2021年；Dou等人，2023年）。在过去四十年中，河流改道频繁发生，Spartina alterniflora的入侵和管理、本地植被的演替以及大规模的沿海工程项目共同推动了三角洲的显著景观重组（Fu等人，2021年；Zhang等人，2021b；Li等人，2024年；Jiao等人，2025年）。尽管对各个过程越来越关注，但对YRD中碳储量的时空动态及其潜在生态驱动因素的系统理解仍然不完整。因此，阐明这一快速变化三角洲中景观格局和碳储存的耦合演化对于增进对湿地对人类-环境相互作用响应的认识以及支持基于科学的沿海蓝色碳生态系统保护和管理至关重要。现有研究表明，尽管YRD湿地的SOC密度相对较低，但该地区具有较高的沉积和碳封存速率（Ye等人，2017年；Xia等人，2022年）。不同的植被类型（如Phragmites australis、Suaeda salsa和S. alterniflora）对碳封存的贡献不均，然而Tamarix chinensis的碳储存潜力尚未得到充分评估（Ye等人，2015年；Pan等人，2025年）。尽管YRD的蓝色碳潜力受到了广泛关注，但大多数研究集中在相对稳定的湿地区域或大规模的区域评估上（Pan等人，2025年；Sun等人，2025年；Wang等人，2025年；Zhang等人，2025年）。相比之下，关于河口前沿植被演替及其对碳汇功能影响的研究仍然有限，尤其是基于多时相实地观测的研究，这些研究揭示了不同演替阶段植被和SOC密度的时空分布。
准确描述湿地植被动态是进行可靠碳储量估算的前提。遥感技术的最新进展表明，将地表物候（LSP）指标与机器学习算法相结合可以显著提高湿地植被分类的准确性（De Beurs和Henebry，2005年；Sun等人，2021年）。然而，在YRD，盐沼植被的遥感分类仍然具有挑战性。主要物种如T. chinensis、P. australis和S. salsa在传统光谱指数中的区分度较低，且T. chinensis常与其他物种共存，进一步增加了检测难度（Chen等人，2024年）。因此，准确评估T. chinensis的空间范围和时间动态对于改进YRD植被动态及其碳封存贡献的估算至关重要。
本研究调查了1984年至2024年YRD河口湿地的演化过程。通过结合多时相遥感图像和实地调查数据，我们开发了一种基于光谱和物候特征的盐沼植被分类方法，实现了植被类型的精确识别和长期监测。利用这一框架，我们量化了四十年来不同植被群落的碳储存动态，并分析了湿地范围变化与低潮线迁移之间的耦合关系，从而阐明了海岸线演化、植被演替和碳封存之间的相互作用。进一步应用广义加性模型（GAM）评估了气候和水文-沉积物因素对碳储存的非线性影响，并确定了径流、沉积物负荷、温度和降水的阈值响应。通过整合自然和人为驱动因素，本研究加深了对三角洲湿地碳动态控制过程的理解，为YRD的蓝色碳评估、生态系统恢复和气候适应性管理提供了科学依据。
研究区域
黄河三角洲（YRD）的活跃河口湿地位于东经118°51′至119°30′，北纬37°25′至37°56′之间（图1）。1976年黄河从刁口改道至清水沟河道，引发了新的三角洲瓣的形成和现代河口的快速陆地堆积（Cui和Li，2011年）。1996年再次人工改道至Q8河道，导致主流方向在东北方向20°至40°之间波动。2006年后，河流流量
低潮线的演变
YRD海岸线的变化反映了自然沉积物-海洋动态与人类干预（如水-沉积物调节和河流工程）的共同影响。自1976年黄河从刁口改道至清水沟河道以来，发生了两次河道变化：1996年的改道至Q8河道，以及2006年后的河口向北移动，而之前的东北河道逐渐被废弃（图2）。
从1984年到1996年，
GAM确定的碳储存动态驱动因素
广义加性模型（GAM）显示，黄河河口湿地内的碳储量年际波动主要由沉积物通量和气候因素的非线性相互作用决定（R2 = 0.83，RMSE = 0.11）。如图6和图7所示，过去四十年的平均温度、降水量、年沉积物负荷和径流是关键的解释变量。值得注意的是，沉积物供应和平均生长季节温度共同解释了超过70%的观测数据
结论
YRD的湿地构成了一个重要的蓝色碳汇，其形成经历了四十年来气候变异性和人类活动的共同作用。通过整合长期遥感数据（1984–2024年）和实地观测结果，本研究表明碳储存动态受到沉积物供应、水文过程和植被演替的共同控制。
过去四十年来，YRD的湿地演化经历了三个明显的阶段：快速扩张（1984–1996年）
CRediT作者贡献声明
张雷：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，方法学，调查，正式分析，数据管理，概念化。李光学：撰写——审稿与编辑，验证，监督，资金获取，概念化。乔露露：撰写——审稿与编辑，可视化，验证，资金获取。李梦琪：验证，监督。刘思雨：调查，数据管理。纪文宇：调查，数据管理。潘玉峰：验证，数据
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国自然科学基金（项目编号：42121005）和国家重点研发计划（项目编号：2024YFE0116400）的共同支持。
