韩国海洋国家公园盐沼与光滩氮储库与埋藏速率评估及其生态经济意义

《Regional Studies in Marine Science》：Evaluation of total nitrogen stocks and burial rates in salt marshes and bare flats of Marine National Parks in South Korea

本研究针对海岸带生态系统氮循环量化评估不足的问题，开展了韩国海洋国家公园盐沼与光滩总氮（TN）储库与埋藏速率的研究。结果表明，沉积物质地（尤其是泥质含量）和特定盐生植被（如芦苇）显著影响氮储库，并估算出该区域总氮储库约为30,262 Mg N，年埋藏速率为119.9 Mg N yr-1，其氮去除经济价值约为340万美元/年。该研究强调了海岸带生态系统在缓解人为氮负荷方面关键作用，为海岸带管理和保护策略提供了重要科学依据。

　　

数百年来，人类活动如化肥使用、污水排放和化石燃料燃烧，导致人为氮输入急剧增加，使氮浓度远超工业化前水平。这些过量的氮通过河流-河口系统输送到海岸带生态系统，特别是潮滩和盐沼。作为陆海交界的关键地带，海岸带生态系统在减轻氮输入方面扮演着重要角色。然而，人类活动产生的氮持续沉积到沿海区域，威胁着海洋生态系统的健康与平衡，因为海洋沉积物是有机污染物的最终归宿。尽管盐沼因其高效的氮埋藏能力和提供多种生态系统服务（如栖息地稳定、海岸保护、生物多样性增强和营养盐过滤）而备受关注，但关于其氮储存和去除能力的定量评估，尤其是沉积物特征和盐生植被对氮动态的影响，仍未得到充分探索。

在此背景下，发表在《Regional Studies in Marine Science》上的这项研究，旨在评估韩国四个海洋国家公园（Taeanhaean, Byeonsanbando, Dadohaehaesang, Hallyeohaesang）内盐沼和潮滩的总氮（TN）储库和埋藏速率。研究团队通过系统的野外采样和实验室分析，揭示了沉积物特性与氮动态的内在联系，并首次对这些生态系统的氮去除服务进行了经济估值。

为开展此项研究，研究人员主要应用了以下几项关键技术方法：研究在韩国四个海洋国家公园的六个沿海区域（Taean, Buan, Jindo, Wando, Namhae, Tongyeong）的盐沼和光滩（各18个点位）进行了沉积物和盐生植物采样。关键方法包括：使用手摇钻采集深达60厘米的沉积物柱状样，并按5厘米间隔分层；利用0.25平方米的样方测量盐生植物的生物量和密度；通过湿筛法测定沉积物泥质（粉砂+粘土）含量并进行质地分类；利用元素分析-同位素比值质谱（EA-IRMS）分析总氮（TN）含量以及δ¹⁵N和δ¹³C稳定同位素组成；基于²¹⁰Pb测年获得的沉积速率计算氮埋藏速率；并采用已有的单位氮去除成本进行经济价值评估。

3.1. 单位面积总氮储库的空间分布及其与环境因子的关系

研究发现，总氮储库存在显著的地区差异。Wando和Jindo地区的氮储库最高，分别为5.9和4.0 Mg N ha^-1，而Buan地区最低，仅为0.4 Mg N ha^-1。潮位（上潮滩与下潮滩）对总氮储库的影响不显著。栖息地类型（盐沼与光滩）之间也未发现显著差异，尽管光滩的平均氮储库略高。最具决定性的因素是沉积物质地。泥质含量与总氮储库呈极显著正相关，在盐沼和光滩中相关系数分别为0.67和0.82。特别是以芦苇为主的生境，相关性最高（r=0.96）。这表明细颗粒沉积物因其更大的比表面积和更多结合位点，具有更强的氮保留能力。

3.2. 泥质含量对沉积物总氮储库的影响

泥质含量与沉积物总氮含量在盐沼和光滩中均呈现显著正相关。在不同盐生植物物种中，这种相关性存在差异，尤其是在芦苇、海蓬子等物种主导的生境中相关性更强。这归因于这些植物发达的根系改变了沉积物结构，促进了微生物活动和氮的固存。研究结果确认沉积物质地，特别是泥质含量，是估算潮滩生态系统氮储存能力的一个可靠指标。

3.3. 植被对沉积物总氮储库的影响

所研究的10种盐生植物其生境的总氮储库和埋藏速率变化范围很大，分别为0.2至7.9 Mg N ha^-1和0.001至0.030 Mg N ha^-1 yr^-1。以芦苇和海蓬子为主的生境显示出较高的氮储库和埋藏速率。研究发现总氮储库与植物鲜重和生物量呈显著正相关，强调了生物因素在沉积物氮积累中的关键作用。沉积物泥质含量与总氮储库和埋藏速率的高度相关性，进一步证实了沉积物质地和植被特性共同控制着沉积氮的动态。

3.4. 植被对沉积氮同位素组成的影响

盐沼和光滩沉积物的δ¹⁵N值范围分别为2.2–7.6‰和2.6–6.4‰，表明有机氮来源以陆源为主，并混合了海洋和人为来源。随着泥质含量的增加，δ¹⁵N值有升高趋势，暗示了农业径流、城市废水等人为氮源的贡献。盐生植物的δ¹³C值（-14.9至-29.2‰）反映了C3和C4光合途径的存在。与相邻光滩相比，一些盐沼（如獐毛、芦苇、滨麦）沉积物显示出明显的δ¹³C负偏移，表明植物有机质的大量输入。这些同位素特征揭示了不同盐生植物通过其生理和形态适应对沉积物氮、碳循环的调节作用。

3.5. 韩国海洋国家公园区域的总氮储库和氮埋藏速率

研究估算了韩国海洋国家公园盐沼和光滩的总氮储库和氮埋藏速率。Dadohaehaesang国家公园的总氮储库最高（18,582.1 Mg N），其次是Taean（7,697.0 Mg N）、Hallyeohaesang（3,765.3 Mg N）和Byeonsanbando（217.9 Mg N）。所有国家公园的总氮储库和年埋藏速率估计分别为30,262 Mg N（30.3 Gg N）和119.9 Mg N yr^-1（0.12 Gg N yr^-1）。与非国家公园区域的潮滩相比，国家公园区域内沙质沉积物的氮储库相对较低。泥质潮滩在所有生境中 consistently 显示出最高的氮储库。基于氮埋藏速率，研究估算了这些潮滩的氮去除经济价值，总计约为340.26万美元/年。其中，光滩由于面积更大，其经济价值远高于盐沼，Dadohaehaesang国家公园（特别是Jindo和Wando区域）贡献了最大的份额。

研究的结论部分强调，这项工作全面评估了韩国海洋国家公园内盐沼和光滩的氮储库与埋藏速率，揭示了沉积物特性（尤其是泥质含量）和特定盐生植被（如芦苇）是影响氮动态的关键因素。同位素分析进一步阐明了氮来源的复杂性。该研究首次对这些保护区内潮滩生态系统的氮去除服务进行了经济估值，凸显了其在缓解人为氮污染方面的重要生态功能和成本效益。这些发现强调了将海岸带生态系统的氮调节服务纳入有效的海岸带管理、恢复和保护战略的必要性。未来研究需要量化更多的生态系统服务，并纳入多年数据以捕捉时间变异性，从而为海岸带生态系统的可持续管理提供更全面的科学基础。