导读

为了避免海平面上升时被淹没，滨海湿地通过无机沉积物和有机质的积累使土壤表层垂直升高。由于气候变暖，红树林正在扩张并取代盐沼的气候边界，导致滨海湿地应对海平面上升的能力可能会改变。为了比较红树林和盐沼对海平面上升的适应能力，我们在密西西比河口三角洲的一个亚热带植物群落中进行了一个控制性野外试验。在沿河岸的空间等效位置建立了试验小区，分别为：互花米草单优种群落、黑皮红树单优种群落和包含两种植物的混合群落。为了研究干扰对海拔动态的影响，试验小区的一半地块选择了受到冻害的(红树林)或受到植物凋落物掩埋的(盐沼)而造成了地上部死亡的区域进行了对比研究。采用地表垂直高程标记系统，对土壤垂直发育进行了6年的连续监测。

▉  原文信息

▉  正文

全球变暖的一个重要影响就是导致海平面上升，从而对海岸带湿地造成威胁。过去百年间，海平面上升的速率不断升高，已由1.1mm/年(1902-1990)上升到3.1mm/年(1993-2012)。由于冰川均衡调节以及海洋积温不均一等区域差异性特点，使不同区域的海平面上升高度有所不同。此外，由浅层沉降或流体抽出等过程引起的局部陆地运动，可能导致某些地理位置的地表更快地下沉。为了平衡海平面上升和局部地表运动(如：相对海平面上升)的综合影响，滨海湿地的土壤表面必须以相等的速率垂直提升。

亚热带同纬度的海岸带区域，许多海岸线被盐沼或红树林等湿地环绕，并产生区域重叠。在红树林和盐沼生境中，矿物沉积的物理过程和有机质积累(泥炭形成)的生物过程有助于平衡相对海平面上升。了解不同类型的湿地植被对海平面上升的响应，对于准确预测未来沿海地区的淹没情况至关重要。而这些信息对于那些可能因气候变化而发生物种群落变化的区域(如红树林和盐沼湿地的交错区)尤为重要。

红树林和盐沼湿地均具有重要的生态功能，同时两者之间也有各自的特点。然而，温度或干扰对共生物种的差异性影响可导致盐沼和红树林植被相对丰度的周期性波动，进而改变湿地对海平面上升的脆弱性。因此，探讨植被群落变化如何能保持与相对海平面上升同步适应的能力具有重要的意义，这些知识对于管理气候边界的生态系统和规划在气候边界恢复恶化的沿海湿地至关重要。

为了评估植被类型是否能够决定亚热带滨海湿地对于海平面上升的适应性能力，作者在密西西比河口三角洲湿地选择了一块红树林、盐沼交错区域，通过6年的连续观测，探讨了有干扰和无干扰条件下不同植被类型(红树林、盐沼、红树林和盐沼混合群落)对于海拔高度轨迹的影响。

图1 密西西比河河口三角洲盐沼-红树林群落图片。(a)红树林与盐沼边界的航拍图，(b)黑皮红树图片，(c-d)互花米草残体掩埋和由此产生的裸露板块(箭头指向区域为标记点)，(e)由于植物残体掩埋产生的裸露区域生长的红树植物繁殖体(植被残体掩埋导致幼苗生长弯曲)，(f)受冻害而毁坏的红树林。

图2 地表高程随时间变化图，(a)干扰组(对照、干扰小区)，(b)植被组(黑皮红树群落、互花米草群落、两者混合群落)，其中干扰组均为第一年处理，其中黑皮红树群落(冻害)、互花米草(植物残体掩埋)、混合群落为(冻害+植物残体掩埋)，数值均为平均值±SE(第1-5年干扰组9个重复，植被群落为6个重复；第6年分别为3和2个重复)

图3 海拔变化率与不同沉积层变化率之间的关系，(a)垂直沉积(地表垂直高程标记系统以上)，(b)根区，(c)亚根区，(d)沉积+根区，(e)根区+亚根区，(f)沉积+亚根区；Pearson相关分析表明呈显著线性相关性(如果r=ns则不显著)；图中三角形代表黑皮红树群落，菱形代表米草群落，方形代表混合群落，空心代表对照组，实心代表干扰组。

图4 密西西比河三角洲盐渍植被类型对海平面上升的相对脆弱性。试验区植被类型(n=18)为：黑皮红树、互花米草和两种(混合)植物。其他湿地样点(n=46)的数据来自路易斯安那州海岸参考监测系统(CRMS)(CPRA，2015)。根据当地潮位计算出的地面高程变化率(SEC)和长期海平面趋势(9.09mm/年)之间的差异，计算高程降低或增加。垂直线表示SEC等于海平面趋势的位置。高程资本(湿地在潮汐框架中的相对位置)计算为湿地表面高程和平均水位之间的差，两者都有一个共同基准；水平线表示盐沼高程等于平均水位的位置。

▉  主要结论

陆地运动与相对海平面上升的比较表明，该植物群落正经历着海拔不足(即海平面上升速度快于湿地垂直建造)，并且依靠海拔资本(即潮汐框架中的相对位置)生存。尽管黑皮红树样地的海拔资本比米草群落或者混合群落样地高，说明存活时间更长，但植被类型对根区和亚根区的生长速率、垂直运动或净海拔变化没有影响。因此，这些盐沼和红树林组合以相等的速率累积沉积物并垂直构建。植物冠层的小尺度扰动对海拔轨迹也没有影响，相反，在泥炭形成湿地中，表现出对植物生产力变化的海拔响应。研究结果表明，在控制高程(泥沙淤积、沉降)的物理影响强烈的三角洲环境中，红树林替代盐沼，无论是否受到干扰，都不一定会改变海平面上升的脆弱性。

本文编辑：

管博 | 中科院烟台海岸带研究所，副研究员

研究方向：气候变化背景下水盐环境对滨海湿地典型植被的影响；湿地植物生理生态适应机制；退化滨海湿地生态修复技术

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