地球表面约71%被海水覆盖，海洋作为占据地球表面总面积比例最大的生态系统，是地球上最大的碳汇体，具有强大的碳汇功能^[1]，被誉为调节全球气候的“缓冲带”^[2]。海洋每年大约可以吸收全球二氧化碳排放量的1/3，半数以上的碳均被储存在海洋生态系统中^[3]。淤泥质岸滩作为连接陆地与海洋的关键地带，一方面可为众多水生生物提供栖息繁殖地^[4]，同时也是候鸟迁徙补充能量的必经通道^[5]；另一方面因其能够有效吸收且储存大量碳，从而调节气候，具备极高的生态价值^[6]。此外，沿海居民在此区域开展渔业水产养殖^[5]活动，使岸滩具备一定的经济价值。淤泥质岸滩的沉积物组分以粒径小于50 μm的粉砂、黏土为主^[7]。受复杂水动力条件与沉积环境双重作用的影响，大量碳被稳定封存于沉积物中不易流失，这一独特的沉积与碳封存特征，赋予了淤泥质岸滩极高的固碳潜力^[8-9]。淤泥质岸滩在维持生物多样性、固碳储碳方面具有不可替代的作用，然而，淤泥质岸滩受自然环境(河流输入、潮汐海流)、人为活动(围填养殖、围海造陆)的影响十分明显，是全球环境最为复杂的区域^[10]。

淤泥质岸滩作为典型滨海生态系统之一，遍布于全球温带及亚热带沿海区域^[11]，在我国主要分布于长江、黄河等河流入海口的三角洲冲积平原，以及杭州湾等沿海局部港湾^[12]，河北省淤泥质岸滩区域主要分布在沧州市黄骅市、海兴县沿海地区和唐山市等地区^[13]。其中，黄骅市水系发达，全市共有40多条河流汇集入海^[14]，近年来大规模围填海和养殖扩张导致岸滩生境破碎化、区域水环境质量退化、水体富营养化问题频发^[15]，生态环境持续恶化，造成岸滩日益萎缩，碳汇能力不断衰减。虽然现阶段已有针对河北省海草床^[16-17]、盐沼湿地^[17-18]等生态系统固碳能力方面的相关研究，但是关于淤泥质岸滩固碳能力的研究较少。本研究以沧州市淤泥质岸滩为研究对象，在研究区内采集植物、沉积物柱状样，开展碳密度分布、碳储量总量调查评估工作，以期为沧州市淤泥质岸滩及其他地区淤泥质岸滩的固碳增汇实践提供科学依据及参考。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

沧州市淤泥质岸滩区域位于河北省沧州市黄骅市、海兴县沿海地区(117°33′—117°49′E，38°20′—38°38′N)，面积为140.88 km²，该区域东临渤海，南接齐鲁，北望京津，地表出露为新生界(第四系)，地貌以堆积作用为主，可划分为冲积平原、冲积海积平原及海湾堆积平原^[19]。宏观上地势低平，局部仍有起伏。研究区海拔在6 m以下，宏观上宽阔平坦，局部因有贝壳堤、古河道高地和漓湖洼地而形成地面起伏的形态。研究区位置及调查站位信息见图 1。

1.2 方法 1.2.1 遥感调查与站位布设

为明确研究区淤泥质岸滩生态分布，首先基于高分一号遥感影像解译确定沧州市淤泥质岸滩范围，形成研究底图^[20]。基于研究底图，从陆地向海洋方向铺设断面进行调查研究。现场核查时发现，零星区域正在开展互花米草(Spartina alterniflora)清理工作，故此次样品采集涉及沉积物样品及植被样品。

研究区共划分为6个工作区，采用栅格取样法对每个工作区开展调查并结合实际情况进行站位布设：第Ⅰ工作区布设16个站位(含1个植被站位)，第Ⅱ工作区布设19个站位(含1个植被站位)，第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ工作区分别布设16、19、19、20个站位。样品采集时间为2023年5—8月。

1.2.2 样品采集与实验分析

工作区植被采样分为植被地上生物量与地下生物量的获取。其中，在调查地上生物量时，将样方内所有地上活体植物齐地面割下，去除泥土等杂质后称鲜质量，带回实验室后置于烘箱80 ℃烘干至恒重后称干质量；在调查地下生物量时，采用挖掘法获取植物地下根系，过网筛选后获得干净活根系，先称鲜质量，再置于烘箱80 ℃烘干至恒重后称干质量。植被碳储量测定及分析项目检测，均按照《泥质海岸生态系统碳储量调查与评估技术规程》(T/CAOE 84—2025)^[21]的要求进行。

对于沉积物，使用聚碳酸酯(PC)管采样器采集100 cm深度的柱状样品。使用橡胶锤将PC管采样器缓慢打入淤泥质岸滩中，确保垂向无明显压缩，按照0—10、＞10—20、＞20—30、＞30—40、＞40—50、＞50—100 cm深度进行分层采样，待采样完成后，对每层样品的含水率、天然容重、干容重进行检测。样品经烘干、研磨、酸处理后待用。沉积物有机碳的测定按照《海洋监测规范第5部分：沉积物分析》(GB 17378.5—2007)^[22]的规定执行。沉积物干容重由沉积物干重除以沉积物原始体积确定，沉积物原始体积为沉积物采样器内径面积与柱样深度的乘积。

1.2.3 淤泥质岸滩生态系统碳储量计算

淤泥质岸滩生态系统碳储量计算包括植被碳储量和沉积物碳储量两部分，计算公式如下。

$ C_{\text {stock }}=V C_{\text {stock }}+S C_{\text {stock }}, $

(1)

式中：C_stock为研究区淤泥质岸滩生态系统碳储量，t C；VC_stock为研究区淤泥质岸滩植被碳储量，t C；SC_stock为研究区淤泥质岸滩沉积物碳储量，t C。其中，植被碳储量包括地上碳储量和地下碳储量，计算公式如下。

$ V C_{\text {stock }}=V C_{\mathrm{a}}+V C_{\mathrm{b}}, $

(2)

$ V C_{\mathrm{a}}=\sum\nolimits_{i=1}^n V C_{\text {aorg}, i} \times V B_i \times S_i \times 10^{-2}, $

(3)

$ V C_{\mathrm{b}}=\sum\nolimits_{i=1}^n V C_{\text {borg}, i} \times V B_i \times S_i \times 10^{-2}, $

(4)

式中：VC_a为研究区淤泥质岸滩植被地上碳储量，t C；VC_b为研究区淤泥质岸滩植被地下碳储量，t C；VC_{aorg, i}为各工作区样方内植被地上有机碳含量，%；VB_i为各工作区样方内植被地上生物量，g/m²；S_i为各工作区淤泥质岸滩面积，hm²；n为工作区站位数；VC_{borg, i}为各工作区样方内植物根系有机碳含量，%。

沉积物碳储量计算公式如下。

$ S C_{\text {stock }}=\sum\nolimits_{i=1}^n S C_{\text {org}, i} \times S_i \times 10^{-2}, $

(5)

$ S C_{\text {org}, i}=\sum\nolimits_{i=1}^n S C_j \times B D_j \times D_j \times 10^4, $

(6)

式中：SC_stock为研究区淤泥质岸滩沉积物碳储量，t C，SC_{org, i}为各工作区100 cm深度或实际采样深度淤泥质岸滩沉积物有机碳含量，g/m²；SC_j为工作区第j层沉积物有机碳平均含量，%；BD_j为工作区第j层沉积物干容重，g/cm³；D_j为第j层沉积物厚度，cm。

研究区各站位调查样方单位面积碳储量及其标准偏差计算公式如下。

$ \bar{X}=\frac{1}{n} \sum\nolimits_{i=1}^n X_i, $

(7)

$ \sigma=\sqrt{\frac{\sum\nolimits_{i=1}^n\left(X_i-\bar{X}\right)^2}{n-1}}, $

(8)

式中：X为工作区各站位调查样方单位面积碳储量平均值，g/m²；X_i为第i个站位调查样方单位面积碳储量，g/m²；σ为工作区各样方单位面积碳储量标准差，g/m²。

1.2.4 数据统计与图件绘制

利用Excel 2016软件对数据进行预处理，利用ArcGIS 10.8软件绘制采样站位图，采用SPSS 25.0软件对数据进行方差分析，若差异显著，则使用Duncan法进行多重比较(α=0.05)，结果用平均值±标准差表示。F值用于反映组间方差和组内方差的统计量，F值越大，说明组间差异明显。P值用于判断差异的显著性水平，当P＜0.05时，认为存在显著差异且具有统计学意义。其他图件使用Origin 2018软件绘制。

2 结果与分析 2.1 不同工作区碳密度

基于沧州市淤泥质岸滩区域实际调查数据计算得出，第Ⅰ工作区沉积物总有机碳含量为0.06%—0.61%，干容重为0.87—1.60 g/cm³；第Ⅱ工作区沉积物总有机碳含量为0.04%—0.74%，干容重为0.78—1.49 g/cm³；第Ⅲ工作区沉积物总有机碳含量为0.14%—0.91%，干容重为0.83—1.36 g/cm³；第Ⅳ工作区沉积物总有机碳含量为0.12%—1.11%，干容重为0.76—1.59 g/cm³；第Ⅴ工作区沉积物总有机碳含量为0.12%—0.66%，干容重为0.87—1.45 g/cm³；第Ⅵ工作区沉积物总有机碳含量为ND(＜0.04%)—0.78%(总有机碳方法检出限为0.04%，ND代表未检出)，干容重为0.64—1.62 g/cm³。经计算得到，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ工作区平均碳密度分别为32.62、42.52、49.07、55.99、43.47、30.41 g/m²。此外，现场调查时发现，仅在第Ⅰ与第Ⅱ工作区存在互花米草植物零星分布，且目前正在对其开展清理工作，而实验结果显示，现场植被互花米草碳密度极低。

6个工作区整体沉积物总有机碳含量及干容重的方差分析结果表明，对于总有机碳含量，显著性分析的P值＜0.001(显然＜0.05)，说明6个工作区之间的沉积物总有机碳含量存在统计学意义上的显著性差异。由Duncan法多重比较结果可知，第Ⅳ工作区沉积物总有机碳含量最高，依次显著高于第Ⅲ、Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅰ工作区，第Ⅵ与第Ⅰ工作区沉积物总有机碳含量无显著性差异[图 2(a)]。对于干容重，P值＜0.001(显然＜0.05)，说明6个工作区之间的沉积物干容重存在统计学意义上的显著性差异。由Duncan法多重比较结果可知，第Ⅴ工作区沉积物干容重最大且显著大于第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ工作区；其次为第Ⅰ、Ⅵ工作区沉积物干容重较大，且与第Ⅳ、Ⅴ工作区无显著性差异，但显著大于第Ⅱ、Ⅲ工作区；第Ⅲ工作区沉积物干容重均值最低且显著低于所有区域，但与第Ⅱ工作区无显著性差异[图 2(b)]。

2.2 不同土层深度沉积物碳密度

本研究估算了沧州市淤泥质岸滩6个工作区内6种土层深度的沉积物碳密度，方差分析结果显示：第Ⅰ工作区F=44.962、P＜0.001，第Ⅱ工作区F=146.271、P＜0.001，第Ⅲ工作区F=59.220、P＜0.001，第Ⅳ工作区F=50.181、P＜0.001，第Ⅴ工作区F=110.398、P＜0.001，第Ⅵ工作区F=37.103、P＜0.001。各工作区内不同土层深度组间沉积物碳密度差异检验的显著性P值均小于0.001且远小于0.05，说明上述区域不同土层深度的沉积物碳密度存在显著差异。使用Duncan法进行两两比较可知，6个工作区均是在土层深度为＞50—100 cm时沉积物碳密度显著高于其余土层，其余土层深度的沉积物碳密度较低且相互间不存在显著性差异(图 3)。

2.3 不同土层深度沉积物碳储量

沧州市淤泥质岸滩碳储量主要包括植物碳储量与沉积物碳储量两部分，其中贡献值更高的为沉积物碳储量。沧州市淤泥质岸滩6个工作区不同土层深度沉积物碳储量存在明显差异(图 4)。从土层分布来看，6个工作区均为＞50—100 cm土层的碳储量贡献值占比最大；从工作区分布来看，第Ⅳ工作区＞50—100 cm土层占比最高，可达57%。

2.4 沧州市淤泥质岸滩区域碳储量评估

沧州市淤泥质岸滩6个工作区中，第Ⅴ工作区总碳储量(138 237.11 t C)最大；其后依次为第Ⅳ、Ⅵ、Ⅲ、Ⅱ工作区；第Ⅰ工作区总碳储量最小，为79 896.77 t C。沧州市淤泥质岸滩总碳储量预估为641 505.43 t C，其中沉积物碳储量为641 427.76 t C，占比99.99%；植被碳储量为77.67 t C，占比0.01%(表 1)。

3 讨论 3.1 沧州市淤泥质岸滩碳埋藏影响因素分析

沧州市淤泥质岸滩地处渤海西岸，作为海陆交互的关键过渡带^[23]，其沉积物有机碳的埋藏过程不仅受径流输入的影响，还与人类活动息息相关。沧州市水系发达，黄浪渠、黄南排干、南排河、北排河、沧浪渠等多条河流经沿岸农田、城镇生活区域后，经岸滩区域汇集入海，导致岸滩区域受河流输入陆源物质影响巨大^[24]，河流携带的陆源有机碳是岸滩沉积物有机碳的重要来源。其中，黄浪渠、黄南排干主要流经农田区域，沿途接纳大量农田径流及少量城镇生活污水，南排河作为兼具排涝、灌溉与航运功能的综合性河流，除携带农业源有机碳外，还接纳部分沿岸小型加工企业排放的废水。土壤有机质等物质经河流径流搬运后大量沉积在河口及近岸淤泥质岸滩区域，提升了区域沉积物有机碳的储量与埋藏潜力。同时，沧州市作为渤海沿岸重要的化工、制造业基地和农业产区，人类活动对淤泥质岸滩碳埋藏的影响同样不容忽视。沧州市淤泥质岸滩区域紧邻农田、工业、城镇生活区，农业化肥的广泛施用、工业废水及居民污水的大量排放，导致入海河流携带大量氮、磷营养盐及大量有机质，造成近岸水体富营养化^[25]，提升了浮游植物物种多样性^[26]。而大量海洋初级生产者的生长繁殖，使得海源有机碳的输入量随之增加，进一步促进了岸滩区域有机碳的埋藏。此外，黄骅港及渤海新区的建设，再加上南排河河口及沿岸区域高强度的滩涂养殖、围填海等^[14-15]海岸带开发活动，改变了岸滩的水动力条件和沉积环境，局部区域沉积物淤积速率加快，为有机碳埋藏提供了有利的物理环境。石学法等^[27]针对我国东部近海沉积有机碳的研究发现，从长江口陆源输入东海的有机物是影响东海沉积物有机碳埋藏的主要因素。刘力等^[28]对天鹅洲故道沉积物调查发现，有机质来源主要为外源输入，有机碳埋藏受人为活动因素影响更大，主要是通过水土侵蚀、地表径流等方式进行碳源输送；同时该研究结果表明，水动力较弱的情况下，沉积物粒径越细，其吸附固碳能力越强。吴淑玉等^[29]在对黄河入海口及黄河三角洲地区的研究中发现，人为调水调沙、填海筑坝等人类活动会显著改变沉积物有机碳的埋藏通量。

3.2 沧州市淤泥质岸滩不同工作区碳密度、碳储量对比分析

对比本研究中沧州市淤泥质岸滩不同工作区实验数据发现，第Ⅳ工作区碳密度最高，为55.99 g/m²；第Ⅴ工作区碳储量最大，为138 237.11 t C。由于此前并未有专家学者针对河北省淤泥质岸滩区域开展固碳能力调查研究，故此次研究仅获取沧州市淤泥质岸滩地区碳密度、碳储量数值，无法分析其固碳增汇能力。各工作区碳密度排序为第Ⅳ工作区＞第Ⅲ工作区＞第Ⅴ工作区＞第Ⅱ工作区＞第Ⅰ工作区＞第Ⅵ工作区。沧州市海水养殖业发达，围填养殖区域遍布整个研究区，其中第Ⅲ、Ⅳ工作区临近南排河港口更是重点围填养殖区域，同时，本研究在现场发现岸滩区域存在大量贝类及虾蟹等海洋生物，主要包括豆形拳蟹(Philyra pisum)、脊尾白虾(Exopalaemon carinicauda)、彩虹明樱蛤(Moerella iridescens)、日本镜蛤(Dosinia japonica)、泥螺(Bullacta exarata)、钩虾类(Gammaridea)、理蛤(Theora lata)等水生生物。周晓晴^[30]对天津地区牡蛎礁和贝虾混养池塘调查发现，混养模式下，贝类生物不仅具有改善水质的功效，还可通过生物扰动显著促进碳沉积，同时，该养殖模式下，微生物的多样性和丰富度显著提升，其对沉积物碳存储的调控能力也大幅增强。任黎华^[31]研究表明，栉孔扇贝(Chlamys farreri)等水产养殖生物具有极强的生物沉积作用，其借助排粪、排泄过程，产生沉积粪便及代谢物并沉积到底层当中，加速沉积物碳储量增长。上述由养殖生物或海洋生物驱动的生物扰动、微生物调控、生物沉积等协同作用，可能是导致沧州市淤泥质岸滩第Ⅲ、Ⅳ工作区碳密度、碳储量较高的原因之一。第Ⅴ工作区因受园区建设及径流输入双重调控影响，碳密度相对略高。此外，整个岸滩区域仅有第Ⅰ、Ⅱ工作区存在互花米草分布，但分布范围极小，且这两个工作区无明显径流汇入，故碳密度相对较低。第Ⅵ工作区由于无明显径流输入且受人类活动影响明显小于其他工作区，故碳密度最低。

3.3 典型滨海生态系统碳密度对比分析

全球典型滨海生态系统主要由红树林、海草床、海藻场、滨海盐沼、淤泥质岸滩等生态系统组成。据统计，全球红树林平均碳密度为693 g/m^2[32]，海草床平均碳密度可达152.17 g/m^2[33]，滨海盐沼平均碳密度为162 g/m^2[34]；同时调查研究发现，海南棋子湾海藻场植被碳密度为93 g/m^2[35]，唐山市淤泥质岸滩围填养殖区平均碳密度为44.30 g/m²、无植被光滩区平均碳密度为2.42 g/m^2[23]；本研究中沧州市淤泥质岸滩区域碳密度为30.41—55.99 g/m²，由此可以看出，沧州市淤泥质岸滩区域碳密度处于滨海生态系统碳密度低值区间，但其部分区域碳密度略高于唐山市淤泥质岸滩。上述数值有明显差异的原因，一方面可能是由于海草床、红树林等生态系统受潮汐冲刷时，可通过植物根系进行沉积物稳定附着，不易造成碳流失，而沧州市淤泥质岸滩现场除部分区域存在互花米草分布外，基本无高等植物覆盖，无法实现碳的有效固定^[36]，这与严格等^[37]对崇明东滩的调查研究结果基本一致；另一方面，上述生态系统具有丰富的微生物群落，沧州市淤泥质岸滩区域受制于自身特征，微生物群落可能相对匮乏，这与周晓晴^[30]的研究中提到的微生物群落调控储存碳机制较为契合。

3.4 沧州市淤泥质岸滩保护修复建议及展望

沧州市淤泥质岸滩现阶段岸滩面积持续减少，生态环境遭到破坏，建议借鉴辽宁、山东等省份针对盐沼等滨海生态系统开展的海洋生态保护修复项目的模式^[38]，结合沧州市淤泥质岸滩特有生境特征，探索生态修复与固碳增汇协同增效的有效路径。一方面可通过拆除围填养殖池塘来促进滩涂湿地恢复，改善生境，增强岸滩区域稳定性；另一方面可开展微生物群落结构与固碳功能的耦合机制研究，保证淤泥质岸滩生态系统长期高效稳定运转，实现区域生态价值与固碳增汇能力稳固提升。针对现场调查发现的存在互花米草的区域，建议采用物理清除法对其进行清除，并定期开展监测工作，防止其再次复发；同时，建议筛选合适的植物栽种，以实现沉积物附着，促进固碳增汇。此外，未来还可借鉴其他生态系统固碳增汇的成熟技术模式，针对沧州市淤泥质岸滩有机碳埋藏速率、沉积物粒径、人类活动对岸滩产生的影响等方面开展深入研究，以更精准地揭示该区域碳埋藏的主控因素与演变规律。此项研究也将成为研究沧州市淤泥质岸滩生态修复、固碳增汇的主要方向。

4 结论

本研究以沧州市淤泥质岸滩为研究对象，通过遥感解译、现场采样，开展碳密度调查、碳储量评估及影响因素研究，结果表明，沧州市淤泥质岸滩总碳储量为641 505.43 t C，第Ⅳ工作区碳密度(55.99 g/m²)最高，第Ⅴ工作区碳储量(138 237.11 t C)最高。6个工作区之间的沉积物总有机碳含量、干容重及不同土层深度的沉积物碳密度均存在显著性差异。与其他典型滨海生态系统相比，沧州市淤泥质岸滩碳密度明显较低，但部分区域碳密度仍高于唐山市淤泥质岸滩。