我国滨海盐沼的类型、分布
滨海盐沼分布于世界各地的中高纬度海岸线上,热带、亚热带地区的海岸线被红树林沼泽所取代。滨海盐沼是一个与周围环境动态平衡的复杂生态系统。只要沉积物的堆积速度等于或大于地面沉降速度,并且有足够的保护免受破坏性波浪和风暴的影响,这些沼泽就会繁衍生息。决定盐沼结构和功能的重要物理和化学变量包括潮汐泛滥频率和持续时间、土壤盐分和养分限制,特别是氮的限制。盐沼的植被主要是耐盐植物和藻类。在我国杭州湾以北的北方滨海地区就分布有大面积的盐沼,例如崇明岛东滩、江苏中部沿海、黄河三角洲、渤海海岸和辽河三角洲等。滨海盐沼按照受人类活动影响程度的不同可分为自然盐沼、半自然盐沼和人工盐沼等,其中滨海自然盐沼按所处的潮汐位置可划分为潮上带、潮间带和潮下带盐沼,按所分布的海岸地貌单元又可进一步划分为三角洲型、海湾型、沙咀型、沙坝型、泻湖型、岸滩平原型等,其中以三角洲型的滨海盐沼分布规模最大(图1)。而人工湿地包括盐田、稻田、养殖池塘、盐田、库塘、沟渠等。
图1 滨海盐沼湿地分布类型
盐沼对碳汇的重要性、盐沼固碳的方式以及近年来滨海盐沼碳汇的成果
全球湿地的面积虽然只占陆地面积的5%左右,但其碳储量却占到陆地碳库的12%-20%。滨海湿地固碳的效率更为突出,210±20 g·m-2·a-1的碳累积速率要远超内陆的泥炭湿地。盐沼作为滨海湿地的重要组成部分,其单位面积的碳储量为255Mg/ha,是重要的碳汇区。
滨海盐沼湿地具有很高的初级生产力,其土壤除了表层数厘米或数毫米的氧化层,其下部储有巨大的碳库。该生态系统碳库大致可分为三个部分,包括地上活生物量(灌木、禾本和草本等)、地下活生物量(根系和根状茎)以及土壤碳库(图2)。盐沼湿地碳库主要由内源碳和外源碳组成。其中外源碳是通过水系输入至盐沼系统,而内源碳主要来自盐沼湿地系统中的大型植物或藻类的光合作用,但内源碳大部分以二氧化碳或甲烷形式返回到大气中(图3)。
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图2 滨海盐沼表层数厘米或数毫米下的有机质(左)和碳汇组成(右)
植物是盐沼生态系统重要的组成部分,也是盐沼碳汇功能实现的关键所在。盐沼中的植物光合作用,又称初级生产过程,该过程以大气中的二氧化碳和土壤中的水为反应物,以光能为能源,以自身为反应器将光能转化成化学能固定于体内,完成碳元素从无机态向有机态的转化。盐沼中的植物与藻类生长能够通过光合作用快速固定大气中的二氧化碳。在潮下带盐沼中,主要初级生产者是浮游藻类和底栖藻类,在空间上来源于两个部分,即海水水体和底部沉积物,前者固定的碳元素在潮汐水流的搬运作用下进行空间上的再分配,而后者固定的碳元素在空间上的分布较为稳定。在潮间带和潮上带盐沼中,大型植被是确定滨海湿地初级生产力的主要因素,大型植物固碳量普遍占生态系统固碳量的90%以上。大型植物的固碳量随生物量的不同具有显著差异,一般来说,碳元素在占植物干生物量的40%-45%,因此可以通过一个生态系统的生物量简单估算其初级生产力。大型植物地上部分和地下部分均有生物量分布,滨海盐沼多数植物地下生物量大于等于地上生物量。由于地下生物量易于保存,而不被分解,因此盐沼湿地有利于生态系统固碳。此外,植物的凋落物会被海水潮汐淹没,极大减缓这些沉积有机质的分解,并且随着海平面的上升,盐沼中沉积物不断增加并被埋藏到更深的土层,客观上形成了对有机碳的保护,沉积物中的碳能够在百年到上万年尺度上处于稳定状态而不会释放回大气中,从而实现稳定持续的储碳。相对淡水湿地,滨海盐沼由于海水中大量硫酸根离子的存在,能够有效抑制滨海盐沼中甲烷等含碳气体释放。特别是在有大河输入的三角洲滨海盐沼,由于经常有河流泛滥的泥沙不断覆盖,那里的沉积速率较高,这种沉积作用也会促使碳被快速埋藏而长久保存下来。滨海盐沼的这些特性使其具有极大的固碳速率和长期持续的固碳能力,对全球碳汇具有重要的贡献。
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图3 滨海盐沼湿地碳汇输入与输出机制
我国滨海盐沼植物主要类型有芦苇、互花米草、柽柳和翅碱蓬等(图4)。潮汐作用下,淹水和盐度条件的变化,以及不同植物间的竞争使得这些植物在盐沼地区呈带状分布。例如在黄河三角洲河口区域,互花米草位于碱蓬带之下,而碱蓬广泛分布于互花米草带之上,芦苇则位于脱离海水影响的高地,最后柽柳主要分布于陆缘地区。
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图4 我国盐沼湿地主要植物类型
利用静态箱法在江苏滨海湿地监测发现,苏北盐沼无论是在植物生长季还是非生长季都表现为CO2的“汇”。在2018-2019年,利用涡度相关技术在长江口九段沙盐沼湿地的监测结果表明,这个区域的盐沼是一个强碳汇。在黄河三角洲和辽河三角洲盐沼分布区温室气候监测试验发现,处于干旱期的盐沼在较大的降水之后,土壤中CO2的释放会明显减少。降雨会使盐沼形成大面积的厌氧环境,微生物以及酶的活性会受到厌氧环境的抑制,碳的矿化受到抑制。对比辽宁双台河口的四种盐沼土壤发现,天然翅碱蓬盐沼湿地碳汇功能要显著的高于光滩、养殖塘和退化翅碱蓬盐沼,充分说明植被对于盐沼碳汇的重要性。不同的监测技术都显示了盐沼碳汇的功能,而环境条件和植被条件决定了盐沼碳汇功能的强弱。
目前我国滨海盐沼湿地存在的问题
盐沼的分布和组成受到人类活动的影响,出于缓解人地资源矛盾的问题,我国沿海很多地区进行了滩涂围垦。例如,在江苏滨海湿地的监测显示,人为围垦造成了近570 km2的盐沼消亡,占总消亡面积80%以上。海洋环境的污染也是盐沼面积缩减的原因之一,如近海富营养化,使植物根系变浅,造成海岸侵蚀,湿地面积丧失。滨海地区是我国人口稠密和工业化高度集中的区域,不计其数的废渣和废水注入到海洋之中,近岸水域和盐沼都不同程度的受到污染。此外,由于海堤的建设,导致近海沉积动力条件改变,造成盐沼湿地面积减少。如在江苏盐城新阳港盐沼湿地核心区,由于射阳港导流防沙堤延长加高工程,造成核心区一带发生岸滩侵蚀,核心区侵蚀量每年高达24cm。出于保护沿海土地资源的目的,我国在1979年引进种植了互花米草。互花米草在我国东部的淤泥质海岸迅速蔓延,占据了滨海盐沼的大部分面积。互花米草的引种在很大程度上保护了堤岸,减少了污染物的含量,具有一定的生态价值,特别是在促进沉积物淤积方面,互花米草表现突出。途径互花米草生境,汹涌的潮水得以平缓,悬浮的泥沙得以沉降。此外,由于互花米草高效的光合作用功能,互花米草盐沼湿地还是重要的碳汇资源,但互花米草的引进也造成了航道淤积、本土生态系统破坏等一系列负面影响。
根据最新一轮的调查发现,我国在1975年滨海盐沼分布面积为2285平方千米,而至2017年遥感数据解译结果发现我国滨海盐沼分布面积仅为1234平方千米,退化率为54%。当前我国滨海盐沼湿地每年固定二氧化碳总量约为107万吨。
我国盐沼生态系统的修复及未来的前景
近年来我国湿地恢复研究的规模和力度不断扩大,关注度也在扩大。目前常见的修复方法为植被修复和微生物修复,此外还包括物理修复技术、化学修复技术、微生物修复技术和植物修复技术等。早期使用的理化修复措施成本高并且会对生态环境产生负面影响,近几十年来,生物修复措施在各国不断取得重大突破,逐渐发展起来,其中最重要、最常用的技术就是植被修复,因为植被对湿地具有综合性的修复作用,主要包括:种苗、播种、微地貌改造、水文修复等。图5为作者在辽河三角洲芦苇湿地和翅碱蓬湿地开展的修复实践。

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图5湿地修复实践--芦苇种植与翅碱蓬播种(2014年四月初-中旬于辽河三角洲)(注:a. 芦苇种苗采集;b. 芦苇种苗输运至示范区现场;c. 芦苇种苗种植;d. 翅碱蓬种子发芽试验与种子优选;e. 翅碱蓬种子输运至示范区现场;f. 翅碱蓬播种)
除了按照不同气候条件进行植物种植外,控制入侵物种(如互花米草)扩张面积也是植物修复技术的一部分。我国2012年在上海崇明东滩清除了9平方千米的互花米草,除灭率达95%,其有效方法为在互花米草生长的关键时期,利用刈割、水位控制这两个方法可以有效控制互花米草生长。滨海盐沼未来修复的潜力巨大,若将我国滨海盐沼恢复到1975年前的状态,可修复的面积达1051平方千米。此外,我们需要关注环境和生物两者的协同作用,让已修复的盐沼生态系统在面对环境变化扰动时具有更强的抗逆性。除此之外,我们还需要在更长的时间尺度上对盐沼进行监测,以此来评估在气候变化条件下盐沼的动态变化。
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