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Research Progress on Impacts of Human Activities on Carbon Emissions in the Yellow River Delta Wetlands

April 2024
Wetland Science and Practice 22(2):16

April 2024
22(2):16

DOI:10.13248/j.cnki.wetlandsci.2024.02.016

Authors:

Zihao Wang

Ocean University of China

Xinyi Xu

Shandong Normal University

Qingfeng Chen

Shandong Normal University

Xiaoya Xu

Zhejiang University

Carbon Dioxide (CO2) and Methane (CH4) are pivotal greenhouse gases, now at their highest atmospheric concentrations in 800,000 years. Coastal wetlands are recognized for their significant organic carbon sequestration capabilities, serving as "blue carbon" sinks and natural sources of CO2 and CH4 emissions. The Yellow River Delta wetland, influenced by intense sea-land interactions, is an excellent location for studying wetland carbon dynamics, an area of keen research interest due to its ecological importance and responsiveness to environmental shifts. Utilizing Citespace and data from articles between 2013 and 2023 in the Web of Science core database, this research synthesizes current trends and updates on carbon emissions within the Yellow River Delta's coastal wetland, especially concerning different anthropogenic effects, such as salinization, over-fertilization, heavy metal input, and microplastic pollution. Findings indicate that human actions considerably alter wetland carbon emissions, with salinization and nitrogen overuse being particularly influential in the Yellow River Delta. The potential consequences of heavy metals and microplastics also demand attention. This work lays out future research trajectories for coastal wetland carbon emissions, providing a microbial ecology viewpoint and scientific guidance to support sustainable development, emissions reductions, and China's carbon neutrality goals in the Yellow River Delta region.

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第22 卷第 2期湿地科学 Vol.22 No.2

2024 年4月WETLAND SCIENCE April 2024

人类活动对黄河三角洲湿地碳排放的影响研究进展

王子豪 1,2,3，徐鑫溢 1，陈庆锋 1，李昆 1，颜菲菲 3，辛宇 1，纪林卉 1，

李岱珈 1，冉俊豪 1，徐小亚 1*

(1. 山东师范大学地理与环境学院，山东济南 250014；2. 中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心和海洋化学理论

与工程技术教育部重点实验室，山东青岛 266100；3. 中国海洋大学化学化工学院，山东青岛 266100)

二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)是大气中重要的

温室气体。据世界气象组织(WMO)分析报道，人

类活动的加剧导致 2020 年大气 CO2和CH4浓度达

到新高，其中 CO2浓度约为 4.13×10−1‰，CH4浓度

约为 1.89×10−3‰[1]。自 20 世纪初以来，温室气体

浓度升高导致的气候变暖使得全球海平面持续上

升，全球河口海岸带地区的极端气候事件频繁发

生[2]。当前，中国力争于 2030 年前实现碳达峰，计

划通过提升生态碳汇能力，充分发挥森林、草原、

湿地等生境的碳汇作用[3]，从而持续推进中国 2060

年的碳中和目标。滨海湿地被认为是重要的“蓝

碳生态系统”之一，作为大气中 CO2和CH4重要的

源或汇，该地区的碳循环过程对于减缓气候变化

具有重要意义。微生物是土壤生态系统的重要组

成部分，其通过参与有机碳矿化、固碳等过程在碳

循环过程中发挥着重要作用[4]。然而，工农业开发

导致的土地利用类型的变化、农业活动以及化肥

的使用等人类活动改变了微生物生境及其群落结

构，从而影响土壤碳循环过程，最终反馈至大气，

影响气候变化进程。因此，探明人类活动对微生

物主导的土壤碳循环过程的影响对于可持续的土

地管理和减缓气候变化至关重要。

黄河三角洲作为全球最年轻的三角洲和湿地

生态系统之一，其独特的地理环境(河-海-陆交互

作用显著)使得该地区具有极高的生物多样性和

生产力。近年来，在经济的快速发展以及愈发密

集的人类活动影响下，黄河三角洲湿地的生态环

境变得愈发脆弱和敏感。当前，盐渍化加剧、过量

化肥输入、重金属和微塑料污染等导致的环境问

题深刻影响了河口地区的生态健康与生物地球化

学循环过程，并对 CO2与CH4排放相关的碳循环过

程产生了重要影响[5]。迄今为止，国内外学者基于

摘要：二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)是两种重要的温室气体，全球大气 CO2和CH4浓度已达 80 万年来新高。滨海

湿地具有极大的碳捕获和埋藏潜力，被认为是地球上重要的“蓝色碳汇”，同时，滨海湿地也是大气中 CO2和CH4

的重要自然来源。黄河三角洲湿地作为中国受强烈海陆相互作用的重要湿地生态系统之一，为湿地碳排放研

究提供了理想场所，其碳排放过程及其对环境变化的响应机制是当前学术界的研究热点。利用 CiteSpace 软

件，以 Web of Science 核心数据库中已发表的 2013—2023 年的相关文章作为数据源，总结了黄河三角洲滨海湿

地碳排放过程对不同人类活动(盐渍化、过度施肥、重金属输入和微塑料污染)的响应特征与机制的研究前沿和

最新研究进展。结果表明，不同人类活动对滨海湿地碳排放均具有重要影响，其中，盐渍化与过量氮输入对黄

河三角洲滨海湿地碳排放的影响十分显著，重金属与微塑料污染的潜在影响也不容忽视。提出了滨海湿地碳

排放的未来研究方向，为黄河三角洲地区实现可持续发展、温室气体减排以及推进中国碳中和事业提供了微生

物生态学视角和科学指导。

关键词：黄河三角洲湿地；碳循环；CO2；CH4；人类活动；环境问题

中图分类号：X142 文献标识码：A文章编号：1672-5948(2024)02-310-17

收稿日期：2023-02-19；修订日期：2023-07-20

基金项目：国家自然科学基金项目(42107316、41877041和42077051)、山东省自然科学基金项目(ZR202102260221)、山东省泰山学者青年

专家项目(TSQN201812086)和山东师范大学本科生科研基金项目(BKJJ2022073和BKJJ2023079)资助。

作者简介：王子豪(1997—)，男，河北省邯郸人，博士研究生，从事微生物介导的湿地碳氮循环过程研究。E-mail: wzh_1023@163.com

*通讯作者：徐小亚，副教授。E-mail: xuxiaoya@sdnu.edu.cn

DOI: 10.13248/j.cnki.wetlandsci.2024.02.016

2期王子豪等：人类活动对黄河三角洲湿地碳排放的影响研究进展

河口湿地 CO2与CH4排放的环境影响因子及其对

环境变化的响应已开展了大量研究[6-7]。结合黄河

三角洲湿地所面临的重要环境问题，总结湿地碳

循环相关微生物以及 CO2与CH4排放过程对这些

环境问题响应特征与机制的相关研究进展，以期

为黄河三角洲湿地管理措施的制定以及明晰黄河

三角洲湿地在减缓气候变化进程中的作用提供理

论依据和微生物生态学视角。

1数据与方法

Web of Science 数据库是由美国科学技术信息

研究所推出的引文索引数据库，已成为国际公认

的进行科学统计和科学评价的检索工具。本文以

科学引文索引 Web of Science 核心合集为数据源，

选用(1)salt，Yellow River Delta，carbon OR saline，

Yellow River Delta，carbon OR salination，wetland,

carbon OR salinization，Yellow River Delta，carbon；

(2)over-fertilization，Yellow River Delta，carbon OR

excessive fertilizer，Yellow River Delta，carbon OR

excessive fertilization，Yellow River Delta，carbon OR

long term fertilization，Yellow River Delta，carbon

OR nitrogen input，Yellow River Delta，carbon OR

fertilizer，Yellow River Delta，carbon OR fertilization，

Yellow River Delta, carbon；(3)heavy metals，Yellow

River Delta，carbon OR heavy metals ，Yellow River

estuary，carbon；(4)microplastic，Yellow River Delta，

carbon OR microplastic，Yellow River Delta，C OR

MPs，Yellow River Delta，carbon OR MPs，Yellow

River Delta，C共4个序列的关键词，针对不同检索

主题，选取 2013—2023 年的发表年份，对检索结果

进行筛选，分别得到 271 篇、70 篇、60 篇和 7篇论

文。在 CiteSpace 6.1 R2 的聚类功能集群中，采用

对数似然比(log-likelihood ratio，LLR)算法，对关

键词进行聚类和分析。聚类的规模越大，编号越

小；当平均轮廓值 S＞0.7 时，表明聚类是有效的和

令人信服的。在本文中，以上 4个序列关键词对应

的平均轮廓值 S分别为 0.766 6、0.767 4、0.875 9 和

0.963 1，表明聚类结果分类合理。

2盐渍化加剧对黄河三角洲湿地碳

排放的影响

2.1 黄河三角洲湿地盐渍化现状

土壤盐渍化是土地退化的一种形式，据估

计，中国受土壤盐渍化影响的地区已扩大至 3.6×

105km2，主要分布在干旱半干旱地区和滨海滩涂

地区[8]。黄河三角洲是中国北方典型的滨海土壤

盐渍化地区，以垦利宁海为顶点，北起套尔河口，

南至支脉沟口，大部分区域位于山东省东营市境

内，年降水量具有明显的季节性，这直接导致地表

径流和地下水补给量在年内分配极不均匀。同

时，该区年蒸发量远大于降水量的特点为土壤盐

分向上运移提供了有利条件，使得当地土壤盐渍

化过程先于成土过程，具有良好的盐渍淤泥发育

基础[9]。该区盐度空间分布不均匀，区域水盐动态

过程复杂，特殊的自然环境使其易发生土壤盐渍

化等生态问题。近年来，随着黄河流域生态保护

与高质量发展相关政策的持续推进，黄河三角洲

湿地土壤盐渍化程度已得到大幅度削减，重度盐

渍化面积不断缩小，盐渍化增长趋势总体上得到

根本性遏制。但是随着社会经济的快速发展，黄

河流域与黄河三角洲地区的人口数量增加、工农

业不断发展，使得黄河三角洲湿地面临更为复杂

的外部环境，这将潜在地影响湿地的盐渍化过程。

当前，黄河流域绿化提升工程的实施使得入海

泥沙含量减少而引起的海水入侵、“渤海粮仓”计划

开展过程中的垦荒与灌溉以及生产生活用水量的

不断增加等一系列人类活动对水循环的支配，已经

显著改变了黄河三角洲的水盐平衡以及盐碱土壤

的时空分布，使黄河三角洲总盐渍化面积由 2015

年的 4 244 km2增加至 2020 年的 4 629 km2 [10]，呈小

幅上升趋势。同时，最新研究显示，位于黄河入海

口的垦利区约有 76%的地区受到土壤盐渍化的侵

蚀，轻度盐渍化、中度盐渍化、重度盐渍化土壤的

面积分别为 43 112 hm2、56 205 hm2和30 147 hm2，

分别占垦利区总面积的 23.4%、30.5%和16.4%[8]。

可见，黄河三角洲湿地土壤盐渍化问题依旧广泛

且深刻[11]。在全球视角下，湿地盐渍化正在以前所

未有的地理规模和速度发生，对湿地生态系统造

成了深远影响[12]。在人类活动干预下，气候变化与

水文循环之间的相互作用更加紧密，可能会在未

来几十年加剧湿地盐渍化的范围与严重性[13]。同

时，土壤盐渍化导致的湿地退化将改变湿地景观

和土壤微生物，进而改变湿地碳循环过程，甚至可

能使湿地由碳汇变成碳源，最终反馈至全球气候

系统[14]。

2.2 盐渍化对黄河三角洲湿地碳排放的影响

针对盐渍化对黄河三角洲湿地碳排放影响

的相关英文文献，通过聚类分析，得到 9个主题的

311

湿地科学 22 卷

代表性关键词，包括 plant invasion( 植物入侵)、

carbon dioxide( 二氧化碳)、biochar( 生物炭)、soil

aggregate(土壤团聚体)、salt stress(盐胁迫)、saline

soil(盐渍土)、soil inorganic carbon(土壤无机碳)、

estuarine wetlands(河口湿地)和fluorescence(荧光

反应)，其对应的代表性关键词见表 1。盐渍化对

黄河三角洲湿地碳排放的研究主要集中在：(1)植

物入侵引起的盐渍化湿地碳排放增加机制及其生

态效应；(2)盐渍化对土壤有机碳分子组成、稳定性

和分配的影响及其对湿地碳排放的响应；(3)生物

炭应用于盐渍化湿地土壤改良对土壤碳储存和碳

排放的影响及机制；(4)盐渍化湿地土壤微生物对

有机质分解和湿地碳排放的调控作用及其响应机

制；(5)河口湿地碳排放与盐度、潮位和植物入侵的

相互作用机制及模型研究；(6)盐渍化湿地土壤无

机碳组分、来源、固化和分配机制对碳排放的影响

及其生态效应；(7)遥感监测、荧光光谱和稳定同位

素技术在盐渍化湿地碳排放研究中的应用。

IPCC 第五次评估报告指出[15]，沿海地区土壤

盐渍化现象在全球范围内普遍存在，大面积湿地

正处于强烈的盐分变化环境之中。黄河三角洲湿

地作为中国最大的滨海湿地之一，其盐渍化问题

备受关注。通过研究黄河三角洲湿地土壤盐渍化

对碳循环与碳排放的影响[16-18]，发现土壤盐渍化是

影响土壤理化性质、微生物群落结构和功能的主

要因素之一，并且高盐浓度可以限制微生物活动

与酶活性，降低土壤碳氮含量[19]。探究影响土壤

有机碳含量变化的因素与土壤胞外酶(如碳获取

细胞外酶)的功能，将有助于从机制上理解盐碱地

碳循环[20-21]。研究表明，由于滨海湿地生境的复杂

性，土壤胞外酶活性对盐渍化有着不同的响应，盐

渍化程度、土壤有机碳损失与碳获取胞外酶三者

之间存在潜在功能关系[22-23]，并且在不同盐渍化程

度下土壤有机碳损失的敏感度不同[24]。因此，土

壤盐渍化程度可以作为预测土壤有机碳损失的一

个重要指标，为建立盐渍化与有机碳损失之间的

函数模型提供了理论依据。

此外，在讨论盐生植物对土壤微生物活性的

表1关于黄河三角洲盐渍化问题研究的文献关键词聚类表

Table 1 Keyword clustering table of the literature on the study of salinization in the Yellow River Delta

编号

聚类

plant invasion(植物入侵)

carbon dioxide(CO2)

biochar(生物炭)

soil aggregate(土壤团聚体)

salt stress(盐胁迫)

saline soil(盐渍土)

soil inorganic carbon(土壤无机碳)

estuarine wetlands(河口湿地)

fluorescence(荧光反应)

关键词

organic carbon(有机碳)，spartina alterniflora(互花米草)，land use(土地利用)，salt

marshes(盐沼)，fresh water(淡水)，sequestration(封存)

coastal wetlands(滨海湿地)，organic matter(有机物)，plant(植物)，Phragmites australis

(芦苇)，methane emissions(甲烷排放)，greenhouse gas emission(温室气体排放)

dynamics(动力学)，reclamation(复垦)，vegetation(植被)，water(水分)

microbial community(微生物群落)，biomass( 生物量)，enzyme activity( 酶活性)，

management(管理)

mineralization(矿化)，respiration(呼吸作用)，forest(森林)，climate change(气候变

化)，responses(响应)，ecosystem(生态系统)

carbon(碳)，diversity(多样性)

phosphorus(磷)，wetlands(湿地)

nitrogen(氮)，matter(物质)，microbial biomass(微生物量)

impacts(影响)，restoration(修复)

提升以及对盐渍化的抗逆性时，需要注意不同盐

度环境下 CO2排放量的变化[25]。在种植耐盐植物

的地区，随着盐度的增加，CO2累计排放量增加

了35%，表明盐度管理与 CO2减排之间关系密

切，在高盐胁迫环境下尤其需要对 CO2排放进行

预测[26] 。因此，为了充分了解滨海湿地盐渍化、

土壤有机碳和 CO2排放之间的复杂关系，需要开

展更深入的研究。

盐分还通过影响底物供给[27- 28] (如土壤有机

质、植物根际分泌物及二者的残留物底物)调控

CH4的产生过程(图1)。在盐渍化环境下，CH4产生

的调控方式主要包括渗透胁迫、离子毒害、营养失

衡以及盐胁迫的次级反应等[25,29]。研究发现，低盐

度环境并未对 CH4产生过程产生抑制作用，反而

促进了 CH4产生，而高盐度环境则会通过抑制产

甲烷菌活性的方式降低 CH4排放量[30]。值得注意

312

2期王子豪等：人类活动对黄河三角洲湿地碳排放的影响研究进展

的是，上述现象在环境中的发生并非绝对，研究人

员曾在高盐环境中检测到嗜盐甲烷菌属的古菌，

该菌属于专性嗜盐产甲烷菌，是专性甲基营养体，

可在盐度高达 25%的环境下生长[31-32]。此外，高盐

环境往往导致土壤 pH 的上升。大多数研究表明，

pH 是影响产甲烷菌活性的重要环境因子，而产甲

烷菌生长的最适 pH 范围为 6.5～7.5[33]，这使得盐

碱地高碱环境中产甲烷菌的活性通常会受到抑

制，进而降低 CH4排放量。但考虑到专性嗜盐产

甲烷菌对高盐环境的强适应能力，其对于湿地碳

减排必然存在一定威胁。在厌氧条件下，微生物

氧化 CH4的过程被称为甲烷厌氧氧化(AOM)，其

被广泛认为是大气 CH4浓度的重要调节器。研究

表明，中度盐渍化(盐度为 40～80 mmol/L)会显著

降低土壤 CH4消耗量[34]，但该过程并未完全受到抑

制，而在高盐度(＞9%)环境下则完全被抑制[35]，即

盐度与甲烷厌氧氧化速率显著负相关。通过对黄

河三角洲湿地土壤样品进行室内模拟实验，发现

低水位和高盐度有利于 CH4的固存[36]，在实现生态

平衡的前提下，通过适度增加土壤盐度影响甲烷

产生以及甲烷厌氧氧化功能微生物的生长，进而

抑制 CH4排放过程，是湿地 CH4减排的优先选择。

总体而言，人类活动造成的盐渍化加剧对土

壤碳排放的影响是一个复杂的过程，涉及到土壤

微生物活性和群落结构的改变，以及盐度对微生

物代谢和生长的限制程度。一方面，高盐浓度会改

变土壤的理化性质，降低土壤碳、氮含量，直接或间

接影响微生物活动和酶活性，导致碳排放减少。另

一方面，盐渍化通过促进土壤中部分耐盐微生物的

生长，加快有机质分解，从而提高土壤呼吸速率，增

加CH4排放量，导致碳排放量增加。因此，盐渍化

的影响因土壤环境和盐渍化程度而异，不同程度的

盐渍化可能引起不同的碳通量变化。

3过度施肥问题

3.1 黄河三角洲湿地过度施肥现状

施肥是黄河三角洲周边农田的重要土地管理

措施之一，其可以显著提高作物产量与质量，肥料

的施用方法、肥料类型等都会对微生物介导的碳

循环过程产生重要影响。合理施用肥料对植物根

系生长及农作物生产均有促进作用，对土壤微生

物活性、植物根系分泌物等也有一定积极意义，有

利于土壤团聚体的形成和稳定性[28]，但过量施肥则

反之。其中氮肥是目前农业生产过程中施用量最

大的肥料之一，长期施氮将造成土壤 pH 降低甚至

酸化，导致土壤盐基不饱和度增加、土壤肥力下降，

并且活化潜在的毒性离子 Fe(III)和Al(III)，从而降

低土壤抗逆性。此外，氮肥的过量施用还会通过

图1不同盐分条件对黄河三角洲湿地 CH4排放的影响

Fig.1 Effects of different salinity conditions on CH4emissions from wetland in the Yellow River Delta

313

湿地科学 22 卷

氨挥发以及反硝化作用产生各种含氮气体(如

N2O、NO、NO2等)，引起大气污染[37]。中国作为世

界上氮肥用量最大的国家，氮肥施用量占全球氮

肥施用量的 30％左右[38]。根据中国统计信息网[39]

报道，多年来东营市种植区的地下水存在严重的

NO3

−污染问题，NO3

−含量最高超标 27 倍。由于湿

地中有机碳的分解在很大程度上受土壤氮可用

性的控制，因此，人为氮输入的增加会影响湿地

的碳平衡[40]，氮的异常浓度将严重影响土壤养分

储备以及微生物介导的温室气体排放过程，并且

该过程在造成资源浪费的同时严重威胁当地的

生态安全。

3.2 过度施肥对黄河三角洲湿地碳排放的影响

针对过度施肥对黄河三角洲湿地碳排放影

响的相关英文文献，通过聚类分析，得到 7个主题

的代表性关键词，包括 media(介质)、blue carbon(蓝

碳)、nitrogen input( 氮输入)、carbon sequestration

(碳封存)、global warming( 全球变暖)、nutrient

enrichment(营养富集)和decomposition( 分解)，其

对应的代表性关键词见表 2。过度施肥对黄河三

角洲湿地碳排放影响的主要研究领域包括：(1)过

度施肥对湿地介质(如土壤、沉积物等)结构与性质

的影响；(2)过度施肥对湿地植被的影响以及藻类、

海草等富含有机碳的植物对碳固定和碳封存的作

用；(3)过度施肥对湿地氮素浓度的影响以及氮输

入对湿地碳排放的调节作用；(4)过度施肥对湿地

碳封存的影响以及湿地土壤碳储量与碳封存机

制；(5)过度施肥对湿地温度、湿度等气候因素的影

响以及全球变暖对湿地碳排放的影响；(6)过度施

肥对湿地营养元素浓度的影响以及营养富集对湿

地碳排放的微生物调控机制；(7)过度施肥对湿地

分解作用的影响以及分解作用对湿地碳排放的调

节作用。

黄河三角洲湿地是天然的碳汇[29]，然而，不断

增长的人口和社会经济变化刺激了人们对更多农

业生产用地的需求。为了满足日益增长的人口对

粮食需求的增大，更多自然湿地被转化为农田，而

转化后的农田成为碳排放的重要来源[41]。湿地排

水转化为农业用地后，土壤有机物暴露在空气中，

导致其被氧化并以 CO2气体的形式释放到大气

中。因此，湿地转为农田将对其碳汇能力造成损

害，还可能使其成为温室气体的重要来源[41]。

氮输入增加显著增强了黄河三角洲盐沼湿地

生态系统的 CO2吸收能力。植被覆盖是影响生态

系统 CO2净交换的重要生物因素之一，而氮输入增

加了黄河三角洲湿地土壤无机氮的含量，缓解了

养分限制，从而促进了盐地植物的生长，增加了植

物生物量，进而增强了生态系统 CO2吸收能力[42]。

在低产林地中的研究发现，氮肥输入大大增加了

树群的 CO2汇，但树桩 CO2汇的增加高于土壤CO2

净排放的增加，因此，以施肥为基础的林业在十年

的时间范围内有气候冷却的作用[43]。但是，随着

氮输入量的增加，特别是 NH4NO3的过量输入将导

致土壤逐渐酸化，这将改变碳循环相关酶的活性，

从而降低湿地以 CO2形式的碳损失[40]。

氮输入还能够提高盐沼湿地土壤碳排放，主

表2黄河三角洲过度施肥问题研究的文献关键词聚类表

Table 2 Keyword clustering table of the literature on the study of over-fertilization in the Yellow River Delta

编号

聚类

media(介质)

blue carbon(蓝碳)

nitrogen input(氮输入)

carbon sequestration(碳封存)

global warming(全球变暖)

nutrient enrichment(营养富集)

decomposition(分解)

关键词

denitrification(反硝化作用)，constructed wetlands(人工湿地)，dissolved organic carbon(溶解性有机

碳)，fresh water(淡水)，nitrogen removal(脱氮)

organic carbon(有机碳)，matter(物质)，phosphorous(磷)，coastal wetlands(滨海湿地)，land use(土地

利用)，fluxes(通量)

fertilization(施肥)，enzyme activity(酶活性)，forest(森林)，soil organic matter(土壤有机质)，deposition

(沉积)，microbial biomass( 微生物量)，mineralization(矿化 )，respiration( 呼吸作用)，temperature

sensitivity(温度敏感性)

nitrogen(氮)，organic matter(有机质)，dynamics(动态性)，carbon sequestration(碳封存)

climate change(气候变化), soil(土壤)，water(水分)，vegetation(植被)，soil organic carbon(土壤有机碳)，

litter decomposition(凋落物分解)

responses(响应)，carbon dioxide(二氧化碳)，diversity(多样性)

carbon(碳)，decomposition(分解)，microbial community(微生物群落)，nitrification(硝化作用)

314

2期王子豪等：人类活动对黄河三角洲湿地碳排放的影响研究进展

要表现为生长季的 CO2排放和淹水期的 CH4排

放。由于氮输入提高了土壤养分含量，促进了植

物生长，并向土壤中输送了更多活性有机碳，如溶

解性有机碳(DOC)，从而产生和排放了更多的 CO2

和CH4[42]。这与其他学者的研究结果[44]相似，在美

国北卡罗来纳州弗里曼溪湿地，通过比较施肥和

未施肥地块的碳积累量，发现氮肥的大量施用显

著提高了湿地微生物的呼吸速率，从而显著增加

了CO2净排放量。虽然氮肥输入能够促进植物生

长增加植被固碳量，但是碳损失远大于碳积累，氮

输入增加导致的湿地碳损失将达到原来的 5倍。

目前，随着粮食需求的不断增加和土地利用类型

的不断变化，黄河三角洲湿地在转化为农田时将

经历频繁的淹水和排水过程，盐沼湿地土壤有机

碳流失主要受淹水频率控制，短期的水文操纵会

使CO2排放增加 40%，这将使其升温潜能增加 7.5

倍[41]，而氮输入可以削弱淹水频率对 CO2、CH4排

放和溶解性有机碳流失的控制作用[42]。此外，生

态系统 CO2交换的季节变化主要与土壤温度相

关，而氮输入强化了温度对盐沼湿地 CO2交换的

影响[42]。在全球变暖的趋势下，氮输入对盐沼湿

地碳循环的影响将变得更加复杂，需要开展更深

入的研究来探讨其作用机制。

长期大量施用氮肥对 CH4排放的影响已受到

生态学家们的广泛关注，但当前的研究结论并不一

致。部分研究认为，长期大量施用氮肥会增加土壤

中氨的浓度，氨可以取代 CH4被甲烷单加氧酶

(MMO)氧化为 NO2

−[45]，而 NO2

−又会抑制 CH4氧化作

用最后一步反应中甲酸脱氢酶的活性[46]，进而抑

制土壤 CH4氧化过程并促进 CH4排放[47]。还有研

究发现，在水稻生长季施氮显著增加了随后休耕期

的CH4排放，这可能是因为土壤溶解性有机碳含量

的升高为 CH4产生提供了充足的基质[48]。此外，参

与反硝化型厌氧甲烷氧化(DAMO)过程的主要细菌

M. oxyfera 的最佳 pH为7.5[49]，表明氮肥过量施用导

致的土壤酸化可能会阻碍功能细菌的活动，并进一

步阻碍甲烷厌氧氧化，最终加剧 CH4排放。因此，

为了更好地了解长期施用氮肥对 CH4排放的影

响，特别是对功能菌活性和土壤 pH 的影响，有必

要开展进一步的研究。研究发现，黄河三角洲湿

地土壤 NO2

−、NO3

−和总氮含量是影响反硝化型厌氧

甲烷氧化速率的主要环境因子[6]。这一结论在中

国杭州湾湿地也得到证实[50]，NO3

−浓度与反硝化型

厌氧甲烷氧化细菌的丰度和活性均显著正相关。

因此，氮肥的适量施用可能会通过增加土壤中

NO2

−与NO3

−含量的方式提高甲烷氧化菌的丰度和

活性，从而促进甲烷厌氧氧化的发生并降低 CH4的

释放。综上所述，过度施肥对黄河三角洲湿地碳

排放产生了重要的影响，但影响程度取决于施肥

量、施肥方式、湿地类型、气候条件等多种因素。

因此，在进行湿地保护和管理时，需要针对不同情

况采取相应的措施，以保持湿地的碳平衡。

当前，基于以 CH4作为电子供体，具有 NO3

−/

NO2

−还原能力的反硝化型厌氧甲烷氧化反应被广泛

认为在全球碳循环和氮循环之间发挥着重要联系

作用[51]，同时该反应已被广泛应用于工业脱氮过

程。考虑到 M.oxyfera 细菌与 Anammox 细菌在

CH4氧化与 NH4

+氧化过程之间的耦合联系，即可以

共同利用 CH4和NH4

+作为电子供体，在氮污染严重

的土壤中，利用二者的共同功能作用进行土壤脱

氮是十分可行的(图2)，这对于解决因长期过量施

用氮肥所造成的湿地土壤氮污染和温室气体排放

具有重大意义。

4重金属污染问题

4.1 黄河三角洲湿地重金属污染现状

重金属引起的环境污染是导致滨海湿地生态

系统服务功能不断下降的重要原因之一。近年

来，随着黄河三角洲地区城市化和工业化进程的

图2利用反硝化型甲烷厌氧氧化(DAMO)与厌氧氨氧化

过程进行氮污染治理与 CH4减排

Fig.2 Using the denitrifying anaerobic methane oxidation

(DAMO) and Anammox processes for nitrogen pollution

control and CH4reduction

315

湿地科学 22 卷

不断加快，纺织服装、石油化工等成为该区的优势

产业[52]。工业废弃物中铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、镉

(Cd)、砷(As)、铅(Pb)等重金属的残留量较高，对废

弃物的处理方式不当会使环境面临严重的污染压

力。此外，随着大型生猪、鸡、鸭、羊等养殖业向黄

河三角洲地区聚集，农业活动中的畜禽粪肥经常

被作为肥料用于作物生产，这使得土壤重金属不

断累积[53]。人类活动导致的土壤重金属污染问题

已成为当前社会和学术界关注的热点。土壤中重

金属含量的增加能够改变土壤理化性质，并通过

水源供给、食物摄入、皮肤接触等方式影响人类健

康[52]，同时，重金属污染还会作用于湿地生态系统

的一些关键生态过程[54]。因此，Fe、Mn、Cu、Cd、

As、Pb 等重金属作为典型的累积性污染物能够对

人类健康和生态环境造成显著影响[55]，还可以通

过影响微生物功能及其群落结构对湿地碳循环过

程产生重大影响，但由于重金属对生态环境影响

方式的多样性以及环境的高度复杂性，使得当前

对该过程影响机理的研究依然存在争议。

4.2 重金属污染对黄河三角洲湿地碳排放的影响

通过聚类分析，在重金属污染对黄河三角洲湿

地碳排放影响的相关英文文献中，得到 11 个主题

的代表性关键词，包括 source identification(来源识

别)、respiration rate(呼吸速率)、geochemistry(地球

化学)、spartina alterniflora(互花米草)、centrifugal

ultrafiltration( 超滤离心)、laizhou bay( 莱州湾)、

polluted sludge(污染底泥)、episodic deposition(偶发

性沉积)、composting(堆肥)、aliphatic hydrocarbons

(脂肪烃)和China(中国)，其对应性关键词见表 3。

重金属污染对湿地碳排放影响的研究主题涉及(1)

重金属来源识别，包括工业排放、农业废水、城市

污水等来源；(2)重金属污染对湿地生态系统呼吸

速率的影响，了解其对湿地碳排放的影响；(3)通过

分析湿地中重金属的地球化学特征，揭示重金属

污染物的转化和迁移行为，为研究其对湿地碳排

放的影响提供理论支持；(4)以互花米草为代表的

湿地植物对重金属污染的耐受性和净化能力研

究，为湿地修复提供科学依据；(5)通过超滤离心技

术，对湿地水体中的重金属进行分离和浓缩，提高

检测灵敏度，为深入研究重金属污染对湿地碳排

放的影响提供实验技术支持；(6)研究莱州湾重金

属污染对湿地生态系统的影响，为保护莱州湾湿

地以及中国不同湿地生态系统提供科学依据，探

讨湿地生态修复的可行性和科学性；(7)重点研究

湿地底泥中重金属污染物的来源、迁移和转化规

律，为探明底泥对湿地碳排放的影响机制与湿地

修复提供理论支持；(8)探究重金属污染物的偶发

性沉积中不同沉积通量和沉积类型对湿地生态系

统碳排放的影响；(9)通过堆肥技术，将污染的底泥

转化为肥料，为湿地修复提供可持续性的解决方

表3黄河三角洲重金属污染研究相关文献的关键词聚类表

Table 3 Keyword clustering table of the literature on the study of heavy metal pollution in the Yellow River Delta

编号

聚类

source identification(来源识别)

respiration rate(呼吸速率)

geochemistry(地球化学)

spartina alterniflora(互花米草)

centrifugal ultrafiltration(超滤离心)

the Laizhou Bay(莱州湾)

polluted sludge(污染底泥)

episodic deposition(偶发性沉积)

composting(堆肥)

aliphatic hydrocarbons(脂肪烃)

关键词

contamination(污染)、surface sediments(表面沉积物)、fresh water(淡水)、bioavailability(生

物有效性)和ecological risk assessment(生态风险评价)

carbon(碳)、fractions(组分)、hydrodynamic forces(水动力)和alkaline cations(碱性阳离子)

water(水分)、Yellow River(黄河)、activated carbon(活性炭)、amorphous iron(无定形铁)和

lower reaches(下游)

microbial community(微生物群落)、adsorption(吸附)、soil(土壤)和organic compounds(有

机化合物)

transport(运输)、yellow river estuary(黄河口)、copper(铜)、cadmium fractionation(镉形态)

和hyperaccumulator Sedum alfredii(超积累植物景天)

estuary(河口)、organic matter(有机质)和intertidal sediments(潮间带沉积作用)

Yellow River delta(黄河三角洲)、beneficial bacteria(有益菌)、functional diversity(功能多

样性)和community structure(群落结构)

organic carbon(有机碳)、ecological risk index(生态风险指数)、critical shear stress(临界启

动切应力)和accumulation(积累)

heavy metals( 重金属)、pollution( 污染 )、sulfur( 硫)、eutrophication( 富营养化)和river

intertidal zone(河流潮间带)

Bohai Sea(渤海)、Yellow Sea(黄海)、spatial distribution(空间分布)、sediments(沉积物)和

trace metals(微量金属)

316

2期王子豪等：人类活动对黄河三角洲湿地碳排放的影响研究进展

案；(10)研究重金属污染物与脂肪烃的相互作用，

探究二者对湿地碳排放的综合影响。

黄河三角洲湿地沉积物一般呈碱性，在碱性

环境中重金属元素不容易发生迁移，并随时间的

推移而聚集[56]。对黄河口及其邻近地区表层沉积

物中微量金属的含量及其粒度分布的研究结果表

明，不同重金属之间存在极显著相关性，说明它们

可能来自于共同的污染源[57]。目前，黄河三角洲

沉积物中重金属元素的含量与潜在生态危害程度

存在差异和变化，并且重金属元素的形态和种类

也会影响其潜在的生态风险程度[58]，总体来看，铬

(Cr)、Cu、As、Pb 主要是复合污染，源于黄河沿岸、

河口地区的石油和矿物资源开采、化石燃料的燃

烧以及自然因素的作用[59]，金属形态以残渣态和

可还原态为主[60]；Cd 污染主要来源于工业污染(电

镀、化工、金属加工等)、农业活动(农业用药、污水

灌溉等)和生活废水[59]，Cd 以弱酸形态存在[60]，这

种形态具有极高的迁移性和生物可利用性[61]，使

其更容易被植物吸收，从而影响植物的生长和光

合作用，进而影响碳的固定和释放。Pb、Cd 等重

金属元素具有较强的毒性，可导致湿地生态系统

生产力下降、物种多样性减少，从而减少湿地的碳

排放。尽管黄河三角洲湿地沉积物 Pb 含量较高，

但其容易随细颗粒悬浮物迁移，矿化埋藏进入沉

积物中使其毒性降低，因此 Pb 的潜在生态风险程

度较低[56]。研究表明，湿地沉积物中重金属的含

量可能与湿地有机碳库存在潜在联系，并且大多

数重金属的生物累积与总初级生产力、生态系统

呼吸显示出强烈的相关性[62]。这是因为湿地中的

水生食物网以天然溶解有机碳为基础，重金属随

着有机碳通过消费者的摄食行为进入并影响生物

群落，因此，湿地沉积物有机碳含量是间接影响重

金属含量的关键因素。同时，重金属污染降低了

土壤微生物的丰富性和多样性[63]，改变了区域内

微生物群落的空间结构[62]，这会抑制微生物的呼

吸，导致 CO2排放量减少。然而，土壤有机碳含量

可以缓冲重金属污染的影响，在有机碳含量较高

的湿地，重金属对微生物的毒性降低，这将缓解重

金属对 CO2排放的抑制作用。这些研究结果对于

理解重金属污染对黄河三角洲湿地碳排放影响的

复杂性具有重要意义。

在上述研究中，重金属并没有显著抑制产甲

烷菌的活性，但是对甲烷厌氧氧化过程及其相关

微生物却具有显著影响，这可能是因为与其他土壤

微生物群落相比，产甲烷菌对重金属毒性的耐受力

更强。因此，与碳、氮等元素循环相耦合的以金属

还原菌介导的金属依赖型甲烷厌氧氧化 (Metal-

AOM)过程在生物地球化学循环过程中起着重要

的驱动作用[64]。例如，Fe、Mn作为黄河三角洲湿地

环境中重要的变价金属元素，在厌氧环境中普遍

存在二者作为电子受体参与甲烷厌氧氧化反应的

过程。2009 年，在加利福尼亚州鳗鱼河流域的研

究中发现了甲烷厌氧氧化依赖 Fe、Mn 的证据[64]，此

后，在半咸水海岸的相关研究也证明了铁氧化物

还原与 CH4氧化之间存在耦合联系[65] 。还有研究

人员通过在淡水沉积物生物反应器中添加 CH4

和金属 Mn(IV)，发现了以“Candidatus Methano-

peredens manganicus”和“Candidatus Methanoper-

edens manganireducens”为主导的 Mn(IV)依赖型

甲烷厌氧氧化微生物[66]。在黄河三角洲地区，不

同土层的甲烷厌氧氧化潜力对 Fe(III)、Mn(IV)输

入的响应存在差异[67-68]，但在人工湿地[33]与沿海稻

田中[69]，铁、锰的输入能有效削减湿地 CH4和CO2

排放量。因此，当前关于 Fe 和Mn 的添加是否促

进甲烷厌氧氧化的结论仍然不一致，其原因除了

生境之间的相互独立性外，还可能与 Fe 和Mn 的

输入形式和浓度有关。目前，通过对湖泊沉积物

中甲烷厌氧氧化的模式、途径和微生物多样性进

行研究，发现尽管有一些证据表明甲烷厌氧氧化

依赖于金属氧化物，但非硫酸盐氧化剂对甲烷厌

氧氧化的刺激大多是间接的，这为日后研究金属

耦合甲烷厌氧氧化提供了新的视角[70]。

除了Fe(III)与Mn(IV)，其他金属类型如As(V)、

硒[Se(VI)]、Cu(II)、Cr(VI)、矾[V(V)]、锑[Sb(V)]和碲

[Te(IV)]也能介导甲烷厌氧氧化[71- 76](表4)。As 可

以作为甲烷厌氧氧化的替代电子受体，甲烷厌氧

氧化菌通过反向产甲烷和呼吸作用还原 As，并且

其功能基因在自然环境中普遍存在，因此该过程

可能是一个被广泛忽略的潜在全球性过程[74]。

研究发现，甲烷氧化菌属中的甲基单胞菌属

(Methylomonas)可以在氧化 CH4的同时直接将

SeO4

2−还原为 SeO[75]。同时，在厌氧环境中，甲烷氧

化菌 Candidatus Methanoperedens 和Candidatus

Methylomirabilis 也可以将 SeO4

2−还原为 SeO，从而

消除 SeO4

2−的毒性[77]。可见，Se 作为重要电子受体

具有参与甲烷厌氧氧化过程的潜力。

317

湿地科学 22 卷

综上所述，重金属污染对湿地碳排放的影响

受到多种因素的调控，包括污染物种类、浓度等。

此外，重金属污染对不同类型湿地碳排放过程的

影响也不尽相同。鉴于重金属离子如 Fe、Mn 等在

湿地环境中的广泛分布，重金属介导的甲烷厌氧

氧化过程在未来控制湿地重金属迁移转化与 CH4

减排领域有着重要前景，而其介导自然界中多种

元素循环的生态功能也将为黄河三角洲湿地的可

持续发展提供新的研究路径。

5微塑料污染问题

5.1 黄河三角洲湿地微塑料污染现状

微塑料是指尺寸小于 5 mm的塑料碎片或颗粒，

通常将其中直径小于 2 mm 的塑料颗粒定义为塑料

微粒，其会进一步分解成纳米级塑料(＜100 nm)。微

塑料的主要成分为聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、

聚乙烯(PE)、聚乳酸(PLA)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯

二甲酸乙二酯(PET)等聚合物，以及用于纺织衣

物、织物的人工合成纤维类微塑料，如尼龙(PA)、

人造丝(PA)、涤纶(PET)等[81]。研究表明，黄河三

角洲湿地土壤中存在颗粒、碎片、纤维和薄膜 4种

不同形态的微塑料[82]，该地区微塑料污染较为严

重，微塑料总体丰度达80～4 640 items/kg，平均丰度

为1 142.53 items/kg，粒径范围为5.78 μm/mm[83]。土

壤微塑料的来源主要包括农业生产中地膜与薄

膜的使用、作物种植、施肥、灌溉、大气沉降等，其

中以土壤中残留的农用薄膜裂解产生的微塑料

最为主要[84]。

微塑料对生物和环境的影响表现为，当其被

生物摄入后造成生物体机械损伤，同时增塑剂等

化学成分在微塑料迁移、转化过程中的释放还将

引发生物摄食效率降低，对其发育和繁殖产生毒

害作用[85]。微塑料还能吸附重金属、抗生素等污

染物并长期与污染物共存，使污染物在生物体内

得到富集，改变污染物的毒性效应并对生物产生

复合作用，同时微塑料还会改变土壤 pH、容重等

理化性质[81]。此外，微塑料还可以作为微生物、藻

类、昆虫等生物的“新型”生存载体，在进行生物能

量迁移的同时可能会通过物种迁移的方式为新环

境带来生物入侵等问题[86]。因此，微塑料输入对

环境及动植物的健康都会带来不同程度的风险，

并通过食物链的生物富集作用对人类健康产生威

胁，当今社会对于微塑料污染的研究与治理已经

迫在眉睫。

5.2 微塑料污染对黄河三角洲湿地碳排放的影响

通过聚类分析，在微塑料污染对黄河三角洲

湿地碳排放影响的相关英文文献中，获得 3个代

表性关键词，即 microplastic pollution( 微塑料污

染)、pollutants adsorption( 污染物吸附)和human

activities(人类活动)，其对应的关键词见表 5。微

塑料污染对黄河三角洲湿地碳排放影响的研究

主题有(1)微塑料来源和分布：对黄河三角洲湿地

微塑料来源和分布的调查研究，包括塑料颗粒的

粒径、密度和形态等；(2)微塑料的吸附和释放：研

究微塑料在湿地环境中的吸附和释放特性，探讨

微塑料对湿地有机碳吸附和释放过程的影响；(3)

微塑料对湿地碳排放的影响：研究微塑料对湿地

有机碳分解和微生物代谢的影响，探讨微塑料污

表4金属依赖性厌氧甲烷氧化(Metal-AOM)相关研究进展

Table 4 Advances in researches related to metal-dependent anaerobic methane oxidation(Metal-AOM)

金属类型

Fe(II)，Cu(II)

Cr(VI)

Sb(V)

Te(IV)

V(V)

Mn(IV)

Fe(III)

结论

Fe(II)和Cu(II)(分别为 20 μmol/L和10 μmol/L)显著促进 N-DAMO细菌的活性和生长。

证实了以甲烷作为唯一电子供体的铬酸盐[Cr(VI)]的生物还原。

在厌氧生物膜间歇反应器(MBBR)中以甲烷(CH4)为唯一电子供体还原锑酸盐[Sb(V)]，甲烷可

能在 Sb(V)还原过程中起着重要作用。

证实了 CH4基质生物膜反应器(MBfR)在碲还原和生成方面的能力。

甲基单胞菌与甲烷氧化或以挥发性脂肪酸(VFAs)为中间体的异养钒酸盐还原剂结合可以还原

钒酸盐，而硝酸盐的引入可以抑制钒酸盐的还原。

在淡水生态系统中发现了 Mn(IV)耦合 AOM的证据，并提出可能与该耦合过程有关的微生物为

甲烷厌氧氧化古菌(ANME-2D)。

对以色列 Kinneret 湖沉积物的培养实验表明，产甲烷带中存在铁依赖型甲烷厌氧氧化

(Fe-AOM)，可以去除湖泊沉积物中约 10%至15%的甲烷。

年份

2015年

2016年

2018年

2019年

2020年

2022年

参考文献

序号

[76]

[78]

[72]

[73]

[71]

[79]

[80]

318

2期王子豪等：人类活动对黄河三角洲湿地碳排放的影响研究进展

染对湿地碳循环的影响机制；(4)微塑料污染的环

境风险：评估微塑料对湿地生态系统和人类健康

的风险，包括微塑料在湿地生态系统中的累积和

生物放大效应；(5)微塑料治理与减排技术：探索黄

河三角洲湿地微塑料治理与减排的技术和方法，

包括物理、化学和生物处理等手段的应用。

微塑料主要由碳、氢、氧等元素组成，是一种

高碳含量的人造物质，与传统观点不同的是，微塑

料除了易威胁生态环境外，还有一定的生态功

能。一方面，由于微塑料不易分解的特性，使其能

够在土壤中积累，有学者发现在所有存在微塑料

污染的区域，土壤微塑料丰度与有机碳含量之间

存在正相关关系[87] ，尽管贡献率低，但微塑料已

经对沿海沉积物碳库做出了隐性贡献[88]。另一

方面，微塑料中在相对短时间内较易分解的部

分可以作为土壤微生物的碳源或有机底物被微

生物利用，从而对相关功能微生物的生长产生

促进作用。例如，科研人员证实了部分微生物

对微塑料的生物降解能力，从红树林沉积物中分

离出来的芽孢杆菌菌株 27 (Bacillus sp. strain 27)

和红球菌菌株 36 (Rhodococcus sp. strain 36)，在

接触到聚丙烯微塑料时表现出来的生长反应和

降解机制表明，这两种细菌菌株生长都能利用

聚丙烯微塑料[89] 。

目前，微塑料污染对黄河三角洲湿地碳排放

的影响程度尚不明确。尽管该地区存在微塑料污

染，但污染程度和潜在污染风险均较低[82]。人口

密度、经济活动以及河流输入、近海潮汐等自然过

程都会深刻影响微塑料的分布[82]。植被类型也会

影响黄河三角洲地区微塑料的沉积，植被能够减

缓水流速度、降低波浪强度，从而加速微塑料在河

口湿地的沉积过程[90-91]。此外，不同类型植被的根

系结构和微生物群落也会对微塑料沉积产生影

响。因此，在研究微塑料污染对湿地碳排放的影

响时，需要考虑自然因素和人为因素对微塑料分

布和沉积的复合影响。微塑料输入会明显改变湿

地沉积物中微生物的群落组成、代谢特性以及植

物的生长和营养循环[92]。虽然微塑料和根茎层微

生物之间的相互作用可能会影响湿地植物的生长

和健康，但植被的覆盖可能对湿地拦截微塑料起

到重要作用[88]，并且根茎层的微生物可以成为降

解微塑料的理想候选者，这有助于开发一种新的

微塑料生物降解方法，以帮助减轻塑料和微塑料

聚合物的环境影响。但是当前关于微塑料作为底

物影响 CO2排放的相关机制尚不清楚，需要进一

步研究微塑料与土壤微生物间的互作关系，探明

微塑料对微生物呼吸作用的影响。

作为一种有毒化学聚合物，微塑料对土壤 CH4

排放过程的影响在于其对功能菌群的毒性效应。

研究表明，与参与 CH4排放过程的其他微生物相

比，产甲烷菌对微塑料更敏感，并且添加的微塑料

浓度越高，累积产 CH4量越少[93]。这与其他研究的

结果相似[94]，即不同微塑料类型中的聚苯乙烯可

以增加 CH4产生量，同时通过建立网络模型发现，

不同微塑料类型对 CH4产生的影响比微塑料直径

和浓度的影响更显著。聚乙烯微塑料可以通过调

节底物中的 NH4

+浓度和产甲烷菌丰度而影响 CH4

的排放[95]。在废水处理中发现，添加聚乙烯微塑

料可减少与产甲烷相关功能酶的丰度，并显著降

低CH4产生量[96]。此外，除了微塑料本身，其浸出

的化学添加剂也会对 CH4排放过程产生影响。研

究发现，微塑料中剂双酚 A(BPA)的浸出是 CH4产

生量下降的主要原因[97]。还有研究发现，聚酰胺 6

(PA6)的浸出物己内酰胺(CPL)会显著提高土壤

CH4产生量[98]。因此，对于不同的微塑料添加剂而

言，其复杂的化学特性会对甲烷功能菌产生不同

的影响，但相关研究目前仍处于起步阶段。同时，

最新研究发现 [99]，老化后的微塑料有着粗糙的表

表5黄河三角洲微塑料污染研究的文献关键词聚类表

Table 5 Keyword clustering table of the literature on the study of microplastic pollution in the Yellow River Delta

编号

聚类

microplastic pollution(微塑料污染)

pollutants adsorption(污染物吸附)

human activities(人类活动)

关键词

contamination(污染)，marine environment(海洋环境)，particles(粒子)，plastic waste(废塑料)，

microplastic distribution(微塑料分布)

environmental risk(环境风险)，antibiotic resistance genes(抗生素抗性基因)，plastic resin

pellets(塑胶粒)，tarce metals(微量金属)

polyethylene terephthalate(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，transport(运输)，coastal areas(沿海地

区)，sediment(沉积物)

319

湿地科学 22 卷

面，这有助于对电子受体氧化铁的隔离，并进一步

对甲烷厌氧氧化过程产生影响。

此外，微塑料污染还可能通过改变湿地植被、

土壤微生物群落等影响湿地碳储存和碳排放。特

别是在不同类型的湿地中微塑料污染对碳排放的

影响程度不同，例如不同类型的植被和土壤对微

塑料的吸附能力、降解能力存在差异。因此，深入

研究微塑料污染对黄河三角洲湿地碳排放的影响

及其机制，对于湿地生态系统保护和推动碳减排

具有重要意义。微塑料中污染物质的浸出特性会

对湿地环境和大气环境产生重大威胁，但是目前

关于微塑料对碳排放的影响研究仍较为缺乏，微

塑料及其添加剂的种类对碳循环相关微生物的丰

度、功能基因的影响尚不清楚，这必然成为滨海湿

地实现碳减排的重要挑战。

5不同人类活动对湿地碳排放影响

的综合分析

通过综合分析当前的研究结果，发现盐度变

化对黄河三角洲湿地碳排放过程具有较强的影

响，即随着盐度的增加，其对碳排放的抑制作用逐

渐增强，最高可增加−2 151.98%(表6)。这主要与

高盐度环境下微生物活性和生态过程的变化有

关，但需要进一步的研究来揭示其机制。氮输入

对碳排放的影响相对较强，尤其是在高浓度和长

期输入下，氮作为影响生态系统的关键营养元素，

能够促进土壤微生物的生长和代谢活动，进而促

进土壤有机质的分解和碳释放过程。氮输入对碳

排放的影响受季节和水文条件的影响较为深刻，

即季节变化和水文条件通过调节氮素与土壤呼吸

之间的相互作用，进而影响碳排放的量级和趋势，

在植物生长季施以高水平的氮肥，将显著促进湿

地碳排放(约142.86%)。因此，在评估氮输入对碳

排放的影响时，需要综合考虑其他因素的影响。

重金属输入对 CH4排放的影响较为复杂，不

同土层和重金属的组合可能导致 CH4排放的增加

或减少，这是因为重金属输入会影响湿地土壤中

的微生物群落并进一步影响 CH4产生过程。具体

而言，不同土层中微生物群落的差异以及重金属

与土壤中其他化学物质的相互作用都可能导致

CH4产生过程的变化。此外，不同重金属元素的性

质和毒性差异也会对 CH4排放产生不同的影响。

因此，研究重金属输入对 CH4排放的影响需要考

虑土层差异和重金属元素之间的相互作用，以便

更好地理解其影响机制。目前，微塑料对碳排放

的影响较不明确，具体影响程度取决于微塑料的

浓度和种类。总体而言，盐渍化与过量氮输入对

黄河三角洲湿地碳排放的影响十分显著，但重金

属与微塑料对其的潜在影响也不应忽略。

尽管本研究对不同人类活动影响下黄河三角

洲湿地碳排放的响应特征与机制进行了系统梳理

和比较，但是关于温室气体通量的一般性结论可

能因特定的现场环境因子而具有内在的不确定

性。其中，数据的局限性，特别是不同研究中实验

方法和实验条件的差异性，都使得对不同人类活

动影响下黄河三角洲湿地碳排放通量的估算不够

精确。因此，在未来的研究中需要采用更大时空

尺度下黄河三角洲湿地的标准化且连续的野外观

测数据进行验证，以实现对不同人类活动影响下

湿地碳排放通量的量化研究，从而对湿地长期净

碳平衡进行准确评估。

6总结与展望

近年来，作为世界上陆海相互作用最活跃的

地区之一，黄河三角洲湿地正在经历持续严重的

人为干扰，如盐渍化加剧、氮过量输入、重金属和

微塑料输入等，这直接或间接导致该区湿地面积

减少、生态功能退化等一系列环境问题，并对湿地

碳排放过程造成严重影响。

人类活动造成的盐渍化加剧对黄河三角洲湿

地碳排放的影响较为严重，主要表现在湿地生产

力和植物多样性的降低，导致土壤碳储存能力下

降。尽管近年来已经采取了相关措施来遏制盐渍

化加剧的情况，但该问题仍然存在。因此，人为因

素导致的湿地土壤盐渍化不可忽视。目前，碳循

环相关微生物与酶活性对高盐环境的响应机制尚

不统一，这可能是由湿地生境的差异以及湿地盐

分组成的地域性差异造成的，如不同离子及其多

样化组合都会对湿地土壤微生物产生影响，进而

导致一系列湿地碳循环过程的差异。

关于过量施氮是否会将湿地的碳汇角色转化

为碳排放源的问题目前还存在争议。过度施肥会

增加土壤有机碳和全氮含量，但同时也会导致土

壤中矿质氮的损失和硝化作用的增强，并且降低

湿地土壤呼吸作用和植被的固碳能力。总体来

看，过度施肥对湿地碳排放的影响取决于施肥量、

320

2期王子豪等：人类活动对黄河三角洲湿地碳排放的影响研究进展

施肥频率、施肥方式以及湿地生态系统自身特征等

因素。对于黄河三角洲湿地而言，过度施肥还可能

导致盐渍化加剧等问题，增加湿地生态系统的环境

风险。针对过量施氮所引发的各种环境问题，可以

引导农民合理施肥，并且尝试应用反硝化型厌氧甲

烷氧化脱氮机制来缓解氮污染，改善农田环境。此

外，高效的氮肥利用模式也亟待开发与探索。

黄河三角洲湿地土壤重金属的富集主要来源

于工农业的聚集，重金属污染对黄河三角洲湿地

碳排放的影响较为显著。重金属的形态和种类会

对湿地造成潜在的生态风险，其中镉对黄河三角

洲湿地生态环境及碳储存的影响较大。总的来

说，重金属污染对湿地生态环境和碳排放过程具有

一定的负面影响，同时，金属还原菌介导的多数重

表6不同人类活动对黄河三角洲湿地碳排放影响的综合分析

Table 6 Comprehensive analysis of the impacts of different human activities on wetland carbon

emissions in the Yellow River Delta

人类活动

不同氮素处理

不同氮量处理

不同氮量与季节处理

不同氮量与水文状况

处理

盐度变化

重金属 Fe输入

重金属 Mn输入

微塑料

碳通量/[nmol/(m2· h)]

* 0.120、0.145、0.147、0.151

CK、NH4Cl、NH4NO3、KNO3

* 0.115、0.124、0.123、0.140

CK、NH4Cl、NH4NO3、KNO3

* 0.122、0.171、0.160、0.152（2019年）

NH4NO3/[g N/(m2· a)]：0、5、10、20

* 0.115、0.138、0.124、0.119（2020 年）

NH4NO3/[g N/(m2· a)]：0、5、10、20

* 0.049、0.064、0078、0.081、0.080、0.008