互花米草入侵扰动下滨海湿地地表高程变化的研究

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位于海陆交错带的滨海湿地具有重要的生态经济和科学研究价值,也是最为脆弱的生态系统之一。全球气候变化和外来物种入侵是影响滨海湿地的两个重要因素。其中,海平面上升直接威胁滨海湿地的存亡,外来物种互花米草(Spartina alterniflora)入侵严重危害滨海湿地生态系统的平衡及可持续发展。滨海湿地的地表高程变化和沉积物垂直淤积速率决定了它能否应对海平面上升,也影响滨海湿地的发展。因此,了解互花米草入侵后的滨海湿地沉积动态对于未来海平面上升的情况下滨海湿地的脆弱性、维护滨海湿地生态系统平衡以及可持续发展具有重要的意义。2017—2019年,本研究在我国3个典型滨海湿地(山东黄河口三角洲湿地、江苏盐城生态圈、福建闽江口湿地)开展地表高程和垂直淤积动态的定点监测,在野外建立地表高程监测系统(Surface Elevation Table—Marker Horizon,SET—MH)36个,并结合样地内互花米草和土著盐沼物种的群落结构及生物量调查、研究区域内潮汐监测以及地形分析调查,综合分析互花米草与土著植被的地表高程变化趋势及其影响因素,预测滨海湿地应对未来海平面上升的能力。本文主要研究结果如下:1、黄河口湿地的互花米草地表高程变化速率(Surface Elevation Change,SEC)为58.8±11.2 mm/a,远高于土著植被碱蓬(Suaeda salsa)和柽柳(Tamarix chinensis)(分别为-9.9±5.2 mm/a 和-14.7±0.7 mm/a)。闽江河口湿地也呈现相似的趋势:互花米草SEC(25.7±19.1—39.5±14.3mm/a)均高于土著物种芦苇(Phragmites communis)、茳芏(Cyperus malaccensis)和秋茄(Kandelia obovata)(分别为 2.1±3.3 mm/a、1.1±6.3 mm/a 和 25.0±2.7 mm/a)。然而,盐城湿地各群落内SEC则呈现出显著下降的趋势,其中光滩(无植被覆盖区域)的侵蚀现象最为明显,其变化速率为-71.5±7.8 mm/a,土著植被碱蓬SEC为-13.5±2.7 mm/a,显著低于互花米草(-2.3±4.8 mm/a)。2、除盐城湿地,黄河口和闽江河口研究样地内外来物种互花米草的垂直淤积速率(VA)均高于各土著植被群落的变化速率。其中,黄河口湿地内各植被类型的VA范围为16.2±0.2—74.7±3.1 mm/a,闽江河口粗芦岛湿地为24.3±6.1—54.3±11.2 mm/a,闽江河口鳝鱼滩湿地为17.9±1.7-56.0±2.7 mm/a。但是,侵蚀型地貌的盐城湿地中互花米草群落VA略低于土著植被碱蓬,区域内整体速率变化范围为 7.2±0.8—9.1±0.8 mm/a。3、各研究样地内外来物种互花米草群落的浅层根区膨胀速率均高于土著植被群落的变化速率。其中,闽江河口鳝鱼滩湿地的互花米草浅层根区膨胀速率最高(24.7±0.0 mm/a),并高于土著植被(-11.9±5.4—-7.2±1.7 mm/a);虽然黄河三角洲湿地、盐城湿地以及闽江河口粗芦岛湿地各植被的浅层根区膨胀速率较低,但互花米草(分别为-3.4±0.0 mm/a、-6.7±1.3 mm/a 及-8.1±2.4 mm/a)仍略高于土著植被(分别为-5.8±0.2—-2.7±0.6 mm/a、-9.7±1.5 mm/a及-11.6±3.9 mm/a)。4、互花米草的生长情况与浅层根区变化的相关程度(AGB:slope=0.0439,R2=0.5578;BGB:slope=0.0162,R2=0.5040)高于土著植被(AGB 和 BGB:slope<0.001,R2<0.05)。其中,黄河三角洲和闽江河口湿地的互花米草地上(AGB)及地下部分生物量(BGB)(AGB:1730.80±87.74—3374.02±254.21 g/m2,BGB:1368.19±424.58—3401.07±980.36 g/m2)高于大多数土著植被(AGB:31.45±10.02—3215.89±155.47 g/m2,BGB:14.54±1.65—1105.76±105.84 g/m2)。虽然盐城湿地内所有植被群落的地表高程变化和浅层根区变化均呈现出明显的下降趋势,但互花米草在促淤固滩方面呈现出明显的积极作用。5、通过WARMER模型模拟可知,未来10年黄河三角洲和闽江河口湿地内互花米草群落所处的高程将大幅度增加,而盐城湿地所有群落的高程却将迅速下降。面对未来海平面上升,盐城湿地受到的威胁最大、黄河三角洲湿地和闽江河口鳝鱼滩湿地次之,闽江河口粗芦岛湿地则将最小。
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