《CATENA》：Projected seawater inundation induced by land subsidence will weaken the coastal carbon sink effect
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本研究以黄河三角洲盐沼生态系统为对象，揭示海平面上升与人为地面沉降协同作用下湿地形态演变及碳汇能力变化规律。结果表明：近三十年自然湿地面积缩减796.37 km2（占比从66.88%降至40.26%），595.3 km2转为人工湿地；模型预测2035年陆域浸没率4.47%-11.58%，2050年增至6.20%-17.42%，碳汇能力分别下降2.22%-7.07%和3.57%-11.67%。结论指出海水浸没显著削弱碳汇效能，为脆弱三角洲地区提升碳汇能力提供科学依据。
唐志雄|宁荣荣|罗福斌|彭世磊|田新鹏|毕晓丽|周梓翔|王德
中国科学院亚热带农业研究所喀斯特生态过程与服务重点实验室，广西喀斯特生态系统观测与研究站，长沙，中国
摘要
气候变化导致的海平面上升（SLR）和人为引起的土地沉降（LS）对沿海地区的可持续性构成了重大挑战。然而，这两种驱动力如何共同影响沿海碳汇效应仍不清楚。本研究在具有全球代表性的黄河三角洲（YRD）盐沼生态系统中进行，以阐明全球气候变化和局部人为压力对沿海湿地地貌重塑及碳汇效应动态的双重影响。研究结果表明，在过去三十年中，YRD发生了显著变化，自然湿地逐渐消失，被人为湿地所取代。具体而言，自然湿地面积减少了796.37平方公里，其覆盖率从66.88%下降到40.26%，其中595.3平方公里转变为人工湿地。基于模型的预测显示，到2035年，SLR和LS的联合效应可能导致YRD陆地面积的4.47%至11.58%被淹没，从而导致区域碳封存能力下降2.22%至7.07%。到2050年，这一比例可能进一步上升至6.20%至17.42%，使碳封存能力进一步减少3.57%至11.67%。研究表明，海水淹没严重削弱了沿海湿地的碳封存能力，为制定应对全球变暖的碳汇增强策略提供了重要依据。
引言
工业革命后人为碳排放的增加导致全球平均表面温度上升了1.47°C（Francesca等人，2026年），引发了包括冰川加速融化和不可逆的海平面上升（SLR）在内的一系列冰冻圈反馈效应（Hamlington等人，2024年）。这些变化从根本上危及了沿海地区的社会生态韧性（Osland等人，2024年）。全球治理框架现在将增强生态系统介导的碳封存能力作为实现《巴黎协定》将人为升温控制在1.5–2°C以下目标的战略重点（Merk等人，2022年；联合国气候变化框架公约，2015年）。
沿海湿地生态系统作为陆地和海洋生物群落之间的关键地球系统界面，是减缓气候变化的重要地球边界带（拉姆萨尔公约秘书处，2016年）。适度的海平面上升可以通过促进有利于碳保存的厌氧条件来增加沿海湿地中的沉积有机碳储量，同时刺激初级生产力（Chen等人，2020年；Doughty等人，2016年）。随着植物向土壤中输送更多有机物，这一过程得到进一步强化，丰富了土壤并引发了生物量生产和垂直堆积的正反馈，使湿地能够适应海平面上升（Kirwan等人，2016年）。同时，湿地可以通过向内陆迁移来适应海平面上升，如果存在足够的容纳空间，全球湿地覆盖率可能增加60%——尽管这通常是以牺牲宝贵的淡水生态系统、农田和森林为代价的（Osland等人，2022年；Van de Vijsel等人，2023年）。然而，这种韧性是有限的；一旦海平面上升的速度超过临界阈值，沉积物供应不足将使湿地无法维持地表高度，导致栖息地丧失和碳储量减少（Kelleway等人，2016年；Kirwan等人，2016年）。在这些情况下，持续的淹没和盐碱化会抑制根系生长和本土碳输入，而加速的侵蚀会加剧碳的输出，最终导致净碳封存量急剧下降（Guimond等人，2020年；Kirwan等人，2016年）。总之，虽然适度的海平面上升可以通过刺激植物生产力和促进垂直堆积及向内陆迁移来增强碳封存，但过度的海平面上升则可能通过植被死亡、沉积物侵蚀和有机碳分解加速而破坏这一碳汇（Han等人，2025年）。尽管有这些认识，过度海平面上升对沿海碳汇效应的影响仍存在很大不确定性。
全球平均海平面（GMSL）在1993年至2017年间显著加速上升，年均上升3.35±0.4毫米，年加速率为0.12±0.07毫米（Ablain等人，2019年）。在高排放情景下，预计到21世纪末GMSL将再上升0.63–1.02米，威胁到8.96亿人的沿海地区（Masson-Delmotte等人，2021年；P?rtner等人，2022年）。当相对海平面上升超过有机沉积速率时，沿海湿地生态系统将面临不可逆的淹没（Jankowski等人，2017年）。气候模型预测，在代表性浓度路径情景下，到2100年20–90%的沿海湿地生态系统将面临生存威胁（Schuerch等人，2018年）。人为引起的土地沉降（LS）进一步加剧了这一趋势（Ao等人，2024年；Fang等人，2022年；Tay等人，2022年）。值得注意的是，在三角洲地区，由自然压实和人为活动驱动的土地沉降速率已经远远超过了海平面上升速率（Gebremichael等人，2018年；Liu等人，2021a）。尽管已有大量研究探讨了海平面上升对沿海湿地关键沉积碳过程、碳储量和稳定性的影响，但土地沉降及其导致的相对海平面上升的作用却大多被忽视（Chen等人，2020年；Hu等人，2023年；Kirwan等人，2016年；Liu等人，2021b；Zhu等人，2022年）。因此，迫切需要研究土地沉降和海平面上升的联合效应对沿海湿地碳封存能力的影响。
黄河三角洲（YRD）是一个关键的自然实验室——一个碳汇潜力巨大但面临严重沉降风险的年轻湿地系统（Li等人，2023年；Tang等人，2024c）。这个盐沼生态系统以潮汐脉冲和盐生植物为特征，通过高初级生产力和抑制厌氧分解作用，实现了异常高的碳密度（成熟植被中的碳含量超过300 Mg C/ha）（Adam，2002年；Elizabeth等人，2011年；Sapkota和White，2021年；Vernberg，1993年）。尽管自21世纪初以来碳封存总量超过6 Tg C，但YRD仍面临严重的土地沉降威胁（Tang等人，2024c）。由于压实和资源开采的影响，土地沉降的速度超过了海平面上升的速度，对当地淹没的影响至少是后者的三倍（Li等人，2023年）。本研究利用YRD来探讨一个关键问题：土地沉降和海平面上升如何共同驱动海水淹没过程，并塑造沿海碳汇的未来。我们系统地提出了一个多情景模拟框架，以研究海水淹没对沿海碳汇效应的影响（图S1）。该框架考虑了土地沉降、海平面上升、海水淹没、土地利用/覆盖变化和蓝碳建模。我们的机制框架为优化沿海湿地碳封存策略提供了重要的实证验证和预测能力，对实现脆弱三角洲地区的基于自然的气候解决方案具有直接意义。
研究区域
黄河三角洲（东经118°33′–119°21′，北纬37°35′–38°12′）位于黄河入海口（历史上第二大含沙河流，年沉积物排放量为1.08 Gt）（Wang等人，2017年），是全球最完整的暖温带盐沼生态系统（图1A）。该地区具有大陆性季风气候，降雨和温度模式同步，表现出明显的季节性特征：年平均温度为12.9°C（1月最低温度：-2.8°C；7月……）
严重的土地沉降
大地测量分析显示，YRD地区的土地沉降存在明显的空间异质性，91.3%的研究区域地表以每年-29.9毫米的平均速率下降（图3）。严重的沉降热点主要集中在东北部地区，最大沉降速度达到每年-352.3毫米。受沉降影响的区域包括37%的自然湿地、28%的人工湿地和26.3%的非湿地面积（图3A），极端沉降速率（>100毫米/年）主要集中在……
海水淹没将限制沿海碳汇效应
适度的海平面上升可以通过刺激植物生产力、促进垂直堆积和向内陆迁移来增强碳封存。相反，当在海床沉积物不足的情况下海平面上升速率超过临界阈值时，湿地无法维持地表高度，导致碳储量严重减少（Kelleway等人，2016年；Kirwan等人，2016年）。气候变化引起的海平面上升和人为土地沉降的协同效应，在人类活动加剧的情况下更为严重结论
在这项研究中，我们在具有全球代表性的黄河三角洲盐沼生态系统中进行了调查，以阐明全球气候变化和局部人为压力对沿海湿地地貌重塑及碳汇动态的双重影响。研究结果表明，在过去三十年中，YRD发生了显著变化，自然湿地逐渐消失，被人为湿地所取代
CRediT作者贡献声明
唐志雄：写作——审稿与编辑，原始稿撰写，方法论，概念构思。宁荣荣：软件应用。罗福斌：软件应用。彭世磊：写作——审稿与编辑，监督。田新鹏：监督。毕晓丽：监督。周梓翔：监督。王德：监督，资金获取，概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们感谢中国科学院黄河三角洲沿海湿地生态系统野外观测与研究站在野外工作方面的支持。同时，我们也感谢国家自然科学基金（编号U2443213）、国家自然科学基金（编号41001360、42471132和42206240）、山东省自然科学基金（编号ZR2023MC002）等机构的支持
