《Geomorphology》：Marsh expansion accelerates mud accumulation on low-energy sandy coasts
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摘要沿海盐沼能够截留细粒沉积物并积累碳。在能量较低的沙质海岸上，Spartina alterniflora的向海扩展为这些物质创造了新的沉积场所，但沼泽扩张、泥沙积累与外部力量之间的定量关系仍不明确。在中国连云港的沙质海岸上，通过遥感分析发现，从2006年到2024年，S. al
摘要
沿海盐沼能够截留细粒沉积物并积累碳。在能量较低的沙质海岸上，Spartina alterniflora的向海扩展为这些物质创造了新的沉积场所，但沼泽扩张、泥沙积累与外部力量之间的定量关系仍不明确。在中国连云港的沙质海岸上，通过遥感分析发现，从2006年到2024年，S. alterniflora不断向海延伸并生长，形成了以矿物质为主的盐沼。对六个沉积物岩芯的颗粒大小分析表明，盐沼的泥层与下方的沙层有明显区别。泥层厚度与沼泽形成时间之间的关系显示，泥沙的截留速度很快，积累速率在1.4–7.5厘米/年之间。我们开发了一个简化的数值模型——受边缘影响的沼泽地貌动力学模型（MAMM v1.0），该模型侧重于一级物理控制因素，并充分考虑了靠近沼泽海侧的波浪作用对泥沙截留的抑制效应。模拟得到的泥层厚度和最终地形与观测结果十分吻合，能够体现泥沙积累速率的时空变化规律。充足的沉积物供应是关键因素，泥层的不断增长会缩短被水淹没的时间，从而降低泥沙积累速率。这些研究结果表明，沼泽扩张是一种有效的地貌作用力，能够迅速改变能量较低沙质海岸上的沉积过程，这对海平面上升背景下潮滩-沼泽系统的长期地貌演化与稳定性具有重要意义。
引言
沿海盐沼具有重要的海岸防护和沉积物截留功能，但其能否持续存在取决于垂直沉积是否能够跟上海平面上升的速度（M?ller等，2014；Kirwan等，2016）。沼泽平台的形成与垂直生长与植被动态密切相关。像Spartina alterniflora这样的生态工程物种的入侵，能够引发大规模的景观格局转变，将无植被的沙质滩涂转变为结构紧密、富含泥沙的沼泽平台。这种生物地貌反馈机制会显著改变沉积物的输送与沉积过程，使得细粒沉积物在沙质基底上逐渐积累——这一变化在沼泽的地层中也有明确记录（Cornacchia等，2024）。本文中所说的“格局转变”特指地貌-沉积方面的转变（即从无植被的沙质滩涂变为结构紧密、富含泥沙的沼泽平台）；此处不涉及涉及群落结构、生物多样性或营养动态的生态或生物学层面的格局转变。
在中国江苏沿海，盐沼的发育以截留外来矿物质沉积物为主，属于典型的沉积作用主导型（Wang等，2006；Gao等，2012；Chen等，2023）。这与北美的许多沼泽不同，后者的沉积主要源于本地生物碎屑的积累（即生物沉积作用），因此其基底有机质含量很高，通常超过30%（Chmura等，2003；Morris等，2002）。
江苏连云港的海岸为研究这种以矿物质为主、由植被驱动的地貌转变提供了理想的自然实验室。1983年，Spartina alterniflora被引入该研究区域，起初只是零星分布，2000年后开始大规模蔓延（Guan，2009）。这种植物在能量较低的沙质滩涂上的入侵，促使该区域迅速转变为以泥沙为主的沼泽平台。这一局部演变体现了全球范围内公认的生态系统工程现象，即Spartina属的草本植物能够作为强大的地貌作用力，重塑沿海沉积系统（Nehring和Hesse，2008；Kennedy等，2018；Granse等，2021）。实际上，在不同的地区也观察到了类似的转变，包括瓦登海的背障潮滩（Bartholdy等，2010；Elschot等，2024）、英国北诺福克海岸（Brown等，2002）以及美国弗吉尼亚海岸保护区的内岛群（Kastler和Wiberg，1996；Christiansen等，2000）。所有这些案例都表明，在适宜的水动力和沉积条件之下，Spartina的入侵能够加速细粒沉积物的截留，进而引发沿海景观的快速生态和地貌变化。这类变化不仅会重塑海岸地貌，还会显著改变生态系统功能，使原本以底栖无脊椎动物为主的裸露沙滩转变为具有不同觅食环境且具备更强海岸防护功能的植被群落。
沼泽生态系统中的植被与沉积物相互作用是通过多种相互关联的生态地貌反馈机制实现的，但在植被刚开始入侵的快速阶段，要定量描述这些反馈机制仍然是一个重大挑战。虽然Spartina作为能够增强沉积物截留能力的生态工程物种这一作用已被充分证实，但对于沙质基底在植被初始入侵期间的横向扩张与垂直沉积之间的动态耦合关系，目前仍缺乏清晰的认识，而这一过程本质上是生物地貌过程，受到复杂的多尺度植被-沉积物反馈机制的调控。最近的地层学研究表明，沼泽的沉积速率存在空间异质性，在处于扩张期的年轻区域表现为“强劲的生长势头”（Miller等，2022），同时还会出现由距离沉积物来源远近决定的复杂且具有尺度依赖性的沉积模式（de Groot等，2011a；Cornacchia等，2024）。此外，尽管有观测结果表明，在植被入侵之前，物理遮蔽作用有助于促进垂直沉积（Gunnell等，2013），但植被主动推动系统从物理的沙质状态转变为生物的泥质状态的逆向过程，目前还缺乏统一的定量描述。具体而言，目前还缺少一个将沼泽的横向延伸与沙质海岸上的垂直泥沙积累联系起来的过程框架。这一缺失的环节限制了我们预测这类“沙上生泥”新型景观的地貌演变轨迹，也难以准确模拟在不同外部力量作用下的沿海沉积物平衡变化。
数值建模为理解海平面上升背景下盐沼的地貌演变和地层变化提供了重要依据（Fagherazzi等，2020）。传统的数值模型通常基于海拔高度与淹没程度之间的零维反馈关系构建（例如Allen，1990；Martinez等，2025；Morris和Staver，2024；Temmerman等，2004；Thorne等，2018），这类模型已能成功预测现有泥滩上的沼泽垂直生长情况。然而，要研究能量较低的沙质海岸如何转变为盐沼，则需要充分考虑沼泽边缘处的波浪作用（FitzGerald和Hughes，2019；Li等，2025；Reeves等，2020）。
本研究正是为填补这一知识空白而开展的，它通过量化中国连云港能量较低沙质海岸上Spartina alterniflora沼泽的垂直沉积与横向扩张之间的耦合动态，结合多时相遥感分析以及从沼泽前沿采集的沉积物岩芯序列，旨在重建该沼泽在原有沙质滩涂上的时空演化历史，明确“沙上生泥”转变过程中的独特地层结构，并通过数值模型建立沼泽年龄与累计泥层厚度之间的定量关系。最终，阐明这种快速的地貌重构过程，能为理解长期生态过程提供重要的理论基础，比如海平面上升背景下的植被存活状况、栖息地结构的变化，以及以矿物质为主的系统中碳元素的积累过程。
章节要点
研究区域
本研究地点位于中国江苏省北部的连云港，处于黄海西侧的海州湾入口处（见图1）。该区域属于中等潮汐带，平均潮差约为3.4米，波浪强度较小，典型波高通常低于1米。由于有几条较小的相邻河流带来的充足沉积物供应，才形成了这些沙质滩涂（Luo等，2023）。
历史上，这里是一片
遥感技术
为了绘制S. alterniflora入侵的时空分布图，我们通过分析一系列无云、真实色彩的卫星图像，确定了其与相邻沙质滩涂的边界（具体日期见表1）。分析所使用的影像包括2005–2016年的30米分辨率Landsat-7 ETM+卫星影像（波段3、2、1）以及2017–2023年的10米分辨率Sentinel-2 MSI卫星影像（波段4、3、2）。判断边界的主要依据是颜色差异：沼泽区域在夏季呈现绿色，或者
Spartina alterniflora的入侵与扩张
通过分析历史卫星图像，我们绘制出了Spartina alterniflora的时空扩张范围（见图1）。为了定量描述沼泽边缘的向海延伸情况，我们根据2006–2025年的数据，对沼泽边缘位置x(t)建立了指数生长模型（公式3）。该模型被设定为经过原点点（即当t0 = 2006年，即沼泽开始扩张时，x值为0米），并且与实际数据非常吻合
由Spartina alterniflora引发的地貌格局转变
S. alterniflora在连云港沙质海岸上的入侵不仅仅是一种生物入侵现象，更是一场重大的地貌格局转变。正如Wang和Temmerman（2013）所指出的，生物地貌反馈机制能够导致不同的稳定状态之间发生突然的转变，比如从无植被的潮滩转变为有植被的沼泽。在本研究中，S. alterniflora起到了生物地貌驱动的作用，其密集的茎秆增加了水力粗糙度（Fagherazzi等，2014；Kiesel等，2022），进而
结论
本研究以连云港地区的Spartina alterniflora沼泽为研究对象，结合遥感分析、沉积物岩芯颗粒大小分析以及新开发的“0.5维”MAMM模型，对这种以矿物质为主的系统中的地貌演变过程进行了定量研究。遥感数据和沉积物岩芯均清晰地显示出了盐沼泥层与下方沙层的区别，证明了该地区存在快速的垂直沉积作用（积累速率为1.4–7.5厘米/年）以及向海延伸的趋势。所建立的模型成功再现了这些观测结果
作者贡献说明
王云伟：撰写原始稿件、可视化处理、验证工作、软件应用、资源协调、项目管理、方法设计、正式分析、数据整理、概念构建。郭义东：撰写原始稿件、验证工作、实地调查、正式分析。王希照：参与稿件审阅与编辑、实地调查、正式分析。林航杰：撰写原始稿件、验证工作。杨阳：参与稿件审阅与编辑、资源协调、资金申请。余谦：撰写原始稿件、验证工作，
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
我们衷心感谢曹世一、倪天旭、庄家权以及孙元健在野外观测工作中给予的宝贵帮助。本研究得到了中国国家自然科学基金的支持（项目编号：NSFC 42076172、42276050）。
王云伟|郭义东|王希照|林航杰|杨阳|余谦|王亚平
