河流至海湾沉积有机碳源变化及其对人类活动的响应机制研究

本研究针对人类活动显著改变河流-海湾系统有机碳(OC)源汇过程的核心问题，通过分析莱州湾及入海河流沉积物的TOC、TN、δ13C、δ15N和C/N比值，结合贝叶斯稳定同位素混合模型，揭示了小清河以土壤有机质(SOM)为主、白浪河等以污水/浮游植物为主的OC来源差异，发现海湾中陆源与海洋源OC贡献比为57%:43%，证实污水排放与贝类养殖等人为活动重塑了碳循环格局，为区域碳汇政策制定提供科学依据。

　　

在人类活动深刻影响全球碳循环的背景下，河流-海湾系统作为陆地与海洋碳交换的关键界面，其有机碳(OC)源汇过程正经历前所未有的改变。尤其令人担忧的是，相较于大型河流，中小型河流对人为干扰更为敏感——工业废水、农业径流和海水养殖等活动的叠加效应，使得这些"毛细血管"般的河流携带的碳组分发生显著变异。更复杂的是，当这些携带"人类印记"的有机碳汇入海湾后，又与海洋生物活动产生的碳混合，形成难以解析的复杂系统。这种变化不仅干扰自然碳循环，还可能通过食物链影响近海生态系统健康。

为破解这一科学难题，中国海洋大学的研究团队以莱州湾及其入海河流为天然实验室，开展了一项跨越两年的系统研究。通过分析2021-2023年采集的河流与海湾表层沉积物样本，结合土壤、植被、浮游植物和污水等端元样品，首次定量揭示了人类活动驱动下OC从河流到海湾的转化规律。相关成果发表在环境科学领域权威期刊《Environmental Research》上，为理解人为干扰下的近海碳循环提供了新范式。

研究团队运用多技术联用策略：采用激光粒度仪分析沉积物粒径组成以判断搬运过程；通过元素分析仪测定总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量；利用稳定同位素质谱获取δ¹³C和δ¹⁵N特征值；最后运用SIAR贝叶斯混合模型定量解析不同OC来源贡献率。这种"指纹识别+数学建模"的组合技术路线，有效克服了传统方法在复杂系统中的局限性。

【区域概况】研究区渤海作为半封闭陆架海，其弱环流特性使污染物更易累积。莱州湾南岸分布着黄河、小清河等河流，这些水系流经山东半岛城市群与农业区，携带大量人为源OC进入海湾。

【沉积物粒度特征】数据显示，小清河沉积物以粉砂为主(43.57-82.48%)，而白浪河等季节性河流则以砂质为主(20.20-97.93%)，这种差异反映了降雨驱动的土壤侵蚀对中小河流的重要影响。黄河口沉积物呈现典型河流-海洋过渡特征，黏土含量向海递增。

【稳定同位素特征】δ¹³C(-27.12‰至-20.16‰)和δ¹⁵N(2.15-8.07‰)的空间分异明显：黄河与小清河表现出陆源主导特征(C3植物和土壤OM)，而白浪河等则显示污水与浮游植物的混合信号。特别值得注意的是，δ¹⁵N在污水影响区域出现显著富集现象，这成为识别人为污染的关键指标。

【OC来源解析】贝叶斯模型量化显示：黄河和小清河的OC主要来自土壤有机质(分别占61%和52%)，而白浪河等河流的污水贡献率高达39-47%。在莱州湾内，陆源OC贡献达57%，其中贝类生物沉积贡献了24%的海洋源OC，证实海水养殖已显著改变海湾碳循环格局。

该研究通过多指标系统分析，首次构建了人类活动影响下"河流-海湾"OC传输的完整图谱。发现工业农业活动主要通过改变河流OC组成施加影响，而海水养殖则直接调控海湾内部的碳循环过程。这些认识不仅深化了对近海碳循环机制的理解，更重要的是为制定差异化的流域管理策略提供了科学依据——对于黄河等大河流域应重点控制土壤侵蚀，而对中小河流则需加强污水处理；海湾区域需合理规划养殖密度以维持碳汇功能。这项研究为实现"双碳"目标下的海岸带综合治理提供了关键科学支撑。