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中国红树林地表高程变化以及海平面上升对红树林的影响

傅海峰  
【摘要】:海平面上升引起的潮汐淹水胁迫的增加影响红树植物的生存,会导致红树林生态系统服务功能的丧失。研究红树林地表高程变化趋势可以提高预测海平面上升对红树林影响的能力,为制定积极客观的红树林应对海平面上升的策略提供依据。目前很多地区的红树林地表高程变化速率数据处于空白,这妨碍了红树林对海平面上升的脆弱性评估以及管理保护措施的开展。另外很多红树林对海平面上升的响应模型中存在系统误差,无法准确评估海平面上升对红树林分布的影响。本研究(1)通过整合文献资料,综合分析了全球红树林地表沉积速率与地表高程变化速率的分布规律;(2)采用杆形地表高程-水平标志层(RSET-MH)测量体系在中国南方典型红树林分布区(海南东寨港、广东英罗湾、广西珍珠湾、广东深圳湾、福建漳江口、福建九龙江口)建立红树林应对海平面上升的监测网络,监测红树林地表沉积速率与地表高程变化速率及其变化规律;(3)通过比较红树林地表高程变化速率和海平面上升速率,评估中国红树林对海平面上升的脆弱性;(4)在典型代表地区(海南东寨港三江地区),建立淹水影响地表高程变化模型来预测海平面上升对潮间带红树植物种群分布格局的影响。本研究的主要结果和结论如下:(1)由于土壤下沉的影响,全球红树林地表高程变化速率通常小于地表沉积速率。通过比较地表沉积速率和海平面上升速率来无法准确判断红树林对海平面上升的脆弱性。不同的干扰会影响红树林地表高程变化速率。造林会促进红树林地表高程的抬升,而植被死亡会降低红树林地表高程。(2)全球红树林地表沉积速率与地表高程变化速率在空间上存在显著的差异。在河口三角洲、部分港湾和潮差大的区域,地表高程变化速率大,红树林对海平面上升的抵抗力强。而在碳酸盐岩礁、部分港湾和潮差小的区域,地表高程变化速率小,红树林对海平面上升的敏感性高。(3)在2-3.6年时间里,中国六个研究地点(东寨港、英罗湾、珍珠湾、深圳湾、漳江口和九龙江口)的红树林地表沉积速率为15.4-56.0 mm a-1,地表高程变化速率为8.5-34.1 mm a-1。另外地下土壤下沉是一个普遍存在的现象,低海拔红树林和高海拔红树林的地下土壤下沉速率分别高达9.2 mm a-1和9.7 mm a-1。六个研究地点的红树林可以通过水体中颗粒物的大量沉降和随即而来的地表快速沉积抵消地下土壤下沉引起的地表高程下降的效应。(4)中国红树林地表沉积速率和地表高程抬升速率高于世界其他地区(如澳大利亚、密克罗尼西亚、美国和加勒比海地区)。这种快速的地表沉积和地表高程抬升与人类干扰活动有关。频繁的人为干扰导致大量高地土壤流入近岸海域,近岸海水中丰富的悬浮颗粒物大量沉积在滨海湿地土壤表面,导致湿地地表高程迅速抬升。(5)红树林地表沉积速率和地表高程变化速率对地表高程非常敏感。总体上,在地表高程低的区域,淹水时间长,水体中的悬浮颗粒物的沉降量大,地表沉积速率与地表高程变化速率大。这间接表明滨海湿地地表沉积速率和潮汐淹没之间存在负反馈过程。滨海湿地地表沉积速率与地表高程变化速率会随着海平面的上升而增加,维持潮间带生境相对于海平面的位置。(6)RSET-MH法测量的红树林地表高程变化速率与放射性同位素法测量的百年内沉积物淤积速率不存在显著差异,表明RSET数据可以反映较长时间尺度的红树林地表高程变化趋势。(7)中国红树林陆地一侧生境类型有混凝土海堤(83.0%)、土质海堤(10.0%)、道路(4.0%)和陡坡(3.0%)四种类型。红树林不能通过向陆地一侧迁移后退的方式应对海平面的上升。但是在沉积物供给保持稳定的前提下,中国红树林地表高程变化速率能够跟得上未来几十年不断加速上升的海平面。研究地点的红树林能适应的最大相对海平面上升速率为12.6-86.3 mm 对海平面上升表现出高抵抗力。(8)本研究在代表性区域(海南东寨港三江地区)建立了动态模型,并通过该模型研究了红树林对不同海平面上升速率的响应。模拟研究显示,在沉积物供给保持稳定的前提下,到2100年,海平面上升(4 mm a-1和16 mm a-1)不会导致红树林分布面积的下降,但可以引起潮间带红树植物群落结构的改变。当海平面以中、低速率上升时,高潮带红树植物群落的分布面积会增加。但是海平面的快速上升和红树林近陆地一侧的障碍物(如,海堤、道路、陡坡等)的存在会导致高潮带红树植物群落的消失,进而降低潮间带红树植物生物多样性,改变整个红树林生态系统的功能。本研究首次准确测量中国红树林地表高程变化速率,评估中国红树林对海平面上升脆弱性,并从红树植物群落种类组成和群落结构变化角度模拟预测海平面上升和海堤对红树林的影响,扩展了关于海平面上升对红树林影响的认识,为中国红树林的管理提供了科学依据。


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