论文部分内容阅读
近年来在全球气候变化带来长江口来水变化、海平面上升等大尺度自然因素,和流域筑坝造成来沙减少、潮滩围垦、互花米草在长江口的引进、深水航道等人为因素的共同作用下,我国重要的滩涂湿地长江口滩涂湿地盐沼植被覆盖及其生态系统服务功能未来将发生巨大变化。为了研究这些可能发生的巨大变化对长江口滩涂湿地未来的影响,本文以1980年、1990年、2000年和2010年遥感影像解译结果为基础,系统分析长江口滩涂湿地盐沼植被演变趋势。并利用Dyna-CLUE (Dynamic Conversion of Land Use and its Effects model)模型和CA(Cellular Automata)模型对长江口滩涂湿地盐沼植被覆被变化进行了模拟：(1)针对2020年的模拟,研究区域选取长江口崇明东滩、九段沙和南汇边滩,对崇明东滩和南汇边滩采用Dyna-CLUE模型,分别设置了生态保护、现行趋势和围垦加剧三种情景；而九段沙采用CA模型,仅设置了生态保护情景；(2)针对2030年、2050年和2100年的模拟,采用了CA模型的改进型,分别设置了现行趋势；IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)报告中指出的四种海平面上升情景；同时设置了极端情景一,长江口同时遭遇来沙减少淤涨速度减半和海平面上升最大(RCP 8.5,2.9-6.2 mm·a-1) (Representative Concentration Pathway);极端情景二,长江口来沙进一步减少淤涨速度变为原来四分之一和海平面上升最大,共七种情景,模拟长江口滩涂湿地盐沼植被覆被变化。最后在模拟结果的基础上,探讨未来长江口植被结构改变与部分主要生态服务功能如碳汇功能、促淤功能和消浪功能未来可能的变化趋势。主要结论如下：1.2020年模拟结果显示,生态保护情景下崇明东滩、九段沙和南汇边滩堤外自然植被面积合计将达到约163 km2,明显高于现行趋势(151 km2)和围垦加剧情景下的面积(100 km2),适当降低围垦速率,将有利于盐沼植被的发育。其中生态保护情景下,互花米草(Spartina alterniflora)群落面积最大预计将达到约75 km2,海三棱藨草(Scirpus mariqueter)群落和芦苇(Phragmites australis)群落分别为32 km2和56 km2：而现行趋势和围垦加剧这两种情景下(此时九段沙依然按照生态保护情景结果面积统计,因为九段沙已被保护),芦苇和互花米草面积均等,分别为57 km2和37 km2,都大于海三棱藨草群落的面积。互花米草群落面积在后两种情景下减少,说明人工围垦能有效控制互花米草的快速入侵。2.2030-2100年模拟结果显示：总体来说,四种IPCC海平面上升情景下,盐沼植被发育差别不大,但来沙减少会显著阻碍盐沼植被的发育。现行趋势下,2030年、2050年和2100年滩涂湿地盐沼植被面积将分别达到440 km2、645 km2和1031 km2。海平面上升幅度最大的情景四(RCP8.5,2.9-6.2 mm·a-1)条件下,2030年滩涂湿地盐沼植被面积预计将达到约300 km2,2050和2100年总面积将分别达到约400 km2和770 km2。但在极端情景一,即来沙减少淤涨速度减半的情况下,滩涂湿地盐沼植被面积将明显不同,2030年预计植被面积将达到298 km2,而2050年和2100年这一数字将基本保持稳定,分别为305 km2和309 km2。极端情景二,即来沙减少淤涨速度减为四分之一的情况下,植被面积进一步减少,2030-2100年间面积保持稳定在278 km2左右。3.长江口典型滩涂湿地盐沼植被2030年-2100年碳汇、促淤、消浪能力变化较大。考虑到IPCC四种海平面上升情景下植被结构和面积变化不大,导致其生态服务功能变化不大,故重点以海平面上升幅度最大的情景四(RCP8.5, 2.9-6.2 mm·a-1)为例介绍。极端情景一和极端情景二条件下,植被总面积和群落结构变化不大,因此重点介绍极端情景一的情况。(1)预计按现行趋势下发展,2030年、2050年、2100年长江口启东边滩、崇明东滩、横沙东滩、九段沙和南汇边滩五处典型滩涂湿地合计碳储量将分别为94×104t、144×104 t、241×104 t。2030-2100年长江口滩涂湿地盐沼植被黏附悬浮颗粒物总量将呈不断上升趋势,由2030年的33441 t增加到2100年的113572 t；此时盐沼植被群落年沉积量变化呈现相同趋势,分别为26×106m3、42×106 m3、66×106m3。海平面上升幅度最大的情景四(RCP8.5,2.9-6.2 mm·a-1)条件下,2030年、2050年、2100年长江口滩涂湿地碳储量分别为74×104t、93×104t、183×104t。盐沼植被黏附悬浮颗粒物总量也将呈不断上升趋势,由2030年的21468 t增加到2100年的90362 t；此时盐沼植被年沉积量变化呈相反趋势,分别为15×106m3、14×106m3、13×106m3。极端情景一,来沙减少淤涨速度减半,同时海平面上升最大的条件下,2030年、2050年、2100年长江口滩涂湿地碳储量分别为71×104 t、76×104t、82×104 t。盐沼植被黏附悬浮颗粒物总量将呈略微上升趋势,由2030年的24451t增加到2100年的32190t；此时盐沼植被群落年沉积量变化呈略微下降趋势,分别为16×106 m3、15×106m3、14×106m3。(2)预计长江口滩涂湿地2030-2100年消浪能力在现行趋势下,将呈现增加的趋势。常规波高情况下,预计堤外没有足够植被保护的岸段长度由2010年的261km减少到2100年的124 km；风暴潮情况下,预计由2010年的336 km减少到2100年的148 km。海平面上升幅度最大的情景四(RCP8.5,2.9-6.2 mm· a-1)条件下,常规波高没有足够植被保护岸段长度减少到152 km,风暴潮情景下为156 km。极端情景一,来沙减少淤涨速度减半条件下,对岸线造成的影响更大,常规波高条件下没有足够植被保护岸段将上升至323 km,而风暴潮情景下这一数字将进一步上升达到352 km。总之,现行趋势下模拟得到的2030-2100年间盐沼植被分布面积将有不同程度的上升,同时植被群落结构发生了巨大变化,其中芦苇群落比例先逐渐减少然后逐渐增加,互花米草呈现相反趋势,此阶段海三棱藨草群落比例保持稳定；湿地碳汇能力、促淤能力和消浪能力均有一定程度增加。海平面上升情景下,这种趋势不变但是速率会有变化,极端情景下的研究结果可以为湿地资源保护和河口湿地生态系统服务功能权衡提供参考。