人类活动抑制了东海港红树林沉积物中有机物的输入

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Human impacts suppress marine organic matter input in Dongzhai Harbor mangrove sediments

本研究通过多代理分析及蒙特卡洛混合模型，揭示海南东寨港红树林沉积有机质来源（1947-2022）动态，发现自然因素主导时期（1947-1988）海洋有机质占比9%，显著低于全球平均水平（21%）；人类活动主导后期（1988-2022）占比降至2%，生态系统恢复力强于短期自然干扰。

　　

艾玉辉|陈双喜|王彦青|张在田|胡在龙|王金丽|贤元红

中国地质调查局海口海洋地质调查中心，中国海口571127

摘要：

本研究利用多指标分析方法（²¹⁰Pb、TOC、TN、δ¹³C、δ¹⁵N）对DSJ01号沉积物岩芯进行了研究，并结合蒙特卡洛端元混合模型进行了分析。研究了1947年至2022年间，在自然因素和人类活动双重影响下，沉积有机质来源的差异响应特征，特别关注了海洋有机质（OOM）对总有机碳的贡献。结果显示，研究区域内OOM对TOC的平均贡献率为9%，远低于全球红树林平均水平的21%。尽管整体贡献率较低，但OOM记录显示出明显的两阶段时间演变：1947年至1988年，系统主要受自然因素控制；20世纪50年代发生的重大环境扰动导致OOM值异常低，1958年后恢复到扰动前的水平，并在接下来的30年内保持相对稳定（平均贡献率为12%），表明该生态系统对短期自然扰动具有较高的恢复能力。相比之下，1988年至2022年，由于人类活动（尤其是水产养殖废水的排放），OOM的贡献率持续下降，最低降至2%，比自然主导阶段的平均水平降低了六倍。这些发现表明，在半封闭的海湾生态系统中，持续的人类干扰对有机质组成的长期威胁比偶发的自然扰动更为严重和持久。

引言

红树林生态系统由热带和亚热带潮间带的独特木本植物群落组成（Kennedy等人，2010年；Osland等人，2017年；Hatje等人，2021年）。虽然它们仅占沿海生态系统的0.5%，但在防风、减弱波浪、维持生物多样性和稳定海岸线方面发挥着不可或缺的作用（Samarantaray和Sanyal，2022年；Zhang等人，2025a）。作为具有全球重要意义的沿海湿地生态系统，红树林沉积物具有多样的有机质（OM）来源，主要包括陆地碎屑、海洋浮游植物和红树林凋落物（Minu等人，2020年；Passos等人，2022年）。此外，相邻的海草床通过凋落物和地下生物量也做出了重要贡献（Chen等人，2022年）。这些多来源OM成分的分解及其在红树林沉积物中的复杂相互作用共同调节了碳循环和埋藏过程（Zhang等人，2025b）。OM的动态受到自然因素（如温度、降水和海平面变化）和人类活动（如水产养殖、森林砍伐和水利工程）的共同影响（Lovelock等人，2015年；Osland等人，2017年；Casta?eda-Posadas等人，2022年）。

近几十年来，土地开发、海岸线工程和水产养殖扩张等活动导致了潮汐水动力重新配置、外来营养物质输入和栖息地破碎化，对红树林生态系统造成了严重干扰（Estoque等人，2018年；Sardar和Samadder，2021年）。极端天气事件已成为全球红树林的主要威胁（Sippo等人，2018年），强降雨和洪水增强了水动力能量，增加了红树林的暴露程度，进一步加剧了其脆弱性（Goldberg等人，2020年）。这些因素通过改变沉积动态、氧化还原环境和养分循环过程，显著影响了OM的保存和降解，从而调节了红树林的碳汇功能（Yan等人，2023年）。

东寨港红树林自然保护区（以下简称东寨港）位于海南岛东北部，是由地面沉降形成的海湾（Wang等人，2006年），以泥质浅滩和红树林沼泽为主。作为一个典型的半封闭海湾，其水交换率远低于开阔海域，因此更容易受到水污染、富营养化和生态退化的威胁（Miranda等人，2024年）。1987年至2018年间，东寨港地区受到人类活动的严重影响，仅水产养殖面积就增加了1,475.42公顷（Yuan，2020年）。这导致大量沿海湿地被占用，不仅改变了沉积动态环境和干扰了OM的输入与埋藏过程，还削弱了红树林的碳汇能力。

为了研究在自然因素和人类活动双重驱动下，海湾型红树林中OM来源的变化，本研究采用了多指标分析方法（²¹⁰Pb、TOC、TN、δ¹³C、δ¹⁵N）并结合蒙特卡洛模拟。主要目标是：（1）量化OM来源的历史变化；（2）评估人为因素（如水产养殖扩张）与自然过程的相对贡献。这些发现有望为东寨港及类似半封闭海湾红树林系统的管理阈值设定和生态恢复策略提供科学依据。

部分内容摘录

区域背景

东寨港位于中国海南省海口市和文昌市之间（图1a）。该地区属于热带海洋季风气候，年平均气温为23.8°C，年平均降水量约为1700毫米。东寨港是一个半封闭的漏斗形海湾，向内陆延伸，具有曲折的海岸线和平坦的潮间带（Wang等人，2006年）。潮汐类型为不规则的日潮。

地层年代学

DSJ01岩芯中²¹⁰Pb_ex的比活度随深度呈指数下降。不同层位的²¹⁰Pb活度的对数与深度之间具有良好相关性（R²=0.75），表明红树林湿地中的现代沉积环境相对稳定（图2）。沉积速率（SAR）相对稳定，平均约为2.76厘米/年。该岩芯涵盖了1947年至2022年的时间范围。

沉积物TOC、TN、δ¹³C和δ¹⁵N的变化

沉积物TOC含量范围为0.59%至2.25%，平均值为1.07%。TN含量

20世纪50年代OM来源的异常及环境扰动的证据

来自东寨港的DSJ01岩芯显示，20世纪50年代TOC和TOC/TN比值异常高，同时δ¹³C和OOM的值异常低（图3，图5）。这种同步的多指标异常表明该时期发生了剧烈的环境变化。根据OM来源的特征，δ¹³C的降低和C/N比值的增加表明陆地C₃植物来源的有机质输入增加（Liu等人，2017年）。

结论

本研究利用多指标分析方法（²¹⁰Pb、TOC、TN、δ¹³C、δ¹⁵N）对海南岛东寨港红树林区域的DSJ01岩芯进行了研究。通过将这些指标与蒙特卡洛端元混合模型相结合，我们定量揭示了OM来源的演变及其驱动机制，特别关注了OOM。主要发现如下：

(1)

研究区域的沉积环境保持稳定，平均沉积速率为约2.76厘米/年

作者贡献声明

张在田：软件支持。陈双喜：资金筹集。王彦青：调查工作。艾玉辉：撰写初稿及调查工作。贤元红：数据可视化。胡在龙：方法论设计。王金丽：监督指导

利益冲突声明

作者声明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。

数据获取

数据可应要求提供。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（42366003）、中国地质调查局项目（DD20211391）、海南省重点研发项目（ZDYF2024SHFZ071）和海南省自然科学基金（423RC556）的共同支持。

利益冲突声明

本手稿的提交不存在利益冲突，所有作者均已批准发表。我代表我的合作者声明，所描述的工作是原创性研究，尚未在其他地方全部或部分发表。

致谢

我们衷心感谢编辑李秀珍博士对本文的专业处理以及在审稿过程中提供的宝贵建议。同时，我们也非常感谢匿名审稿人的时间和努力，他们的深刻评论显著提高了本研究的质量。