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认知陆海河相互作用支持黄河三角洲湿地保护

时间:  来源:中国科学报  作者:廖洋

认知陆海河相互作用支持黄河三角洲湿地保护

——中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态试验站建站10周年纪实

黄河作为中华民族的摇篮和母亲河,传承着几千年的历史文明。中华民族在古老的黄河流域,上演了一幕幕壮丽辉煌的剧目。

9月18日,习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上发表重要讲话。他指出,黄河流域生态保护和高质量发展,同京津冀协同发展、长江经济带发展、粤港澳大湾区建设、长三角一体化发展一样,是重大国家战略。

习近平总书记指出,黄河生态系统是一个有机整体,要充分考虑上中下游的差异。上游要以三江源、祁连山、甘南黄河上游水源涵养区等为重点,推进实施一批重大生态保护修复和建设工程,提升水源涵养能力。中游要突出抓好水土保持和污染治理。水土保持不是简单挖几个坑种几棵树,黄土高原降雨量少,能不能种树、种什么树合适,要搞清楚再干。有条件的地方要大力建设旱作梯田、淤地坝等,有的地方则要以自然恢复为主,减少人为干扰,逐步改善局部小气候。对汾河等污染严重的支流,则要下大气力推进治理。下游的黄河三角洲是我国暖温带最完整的湿地生态系统,要做好保护工作,促进河流生态系统健康,提高生物多样性。

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黄河三角洲秋季植被调查

九曲黄河万里沙,浪淘风簸自天涯。黄河,中华民族的母亲河,像一条昂首跳跃的巨龙,从青藏高原巴颜喀拉山北麓海拔4500米的约古宗列盆地奔腾而下,左盘右旋,自西向东,迤逦横穿我国北方辽阔大地。这条巨龙在注入渤海前,以它那如椽的巨笔,在河海交汇处施以浓墨重彩,描绘出最后一片绿洲。这就是位于山东东营的黄河三角洲湿地。

黄河三角洲湿地总面积15.3万公顷,是世界上形成年代最晚的大河三角洲湿地,也是我国暖温带最完整的湿地生态系统。同时,黄河三角洲湿地也是陆海河相互作用典型区和我国重点开发区,已成为我国乃至世界上研究河口新生湿地生态系统形成、演化及发展规律的最佳场所之一。

我国暖温带最完整的湿地监测与保护迫在眉睫

黄河三角洲具有世界典型的快速变化特性及独特的沉积动力过程。同时,黄河尾闾改道频繁,黄河自1855年夺大清河河道入渤海以来发生较大改道11次,造成各海岸段的淤积与侵蚀历史各不相同。因此,黄河三角洲受到陆—海—河作用,陆海物质交汇、咸淡水混合、径流和潮流相互作用、动力过程复杂。不同海域由于各底质、地形、地貌、水动力学过程等特征不同,其冲淤演变以及沉积动力过程具有明显差异。另外,从2001年开始,黄河调水调沙使得黄河三角洲河口及邻近海域地貌环境、水沙场、化学场等发生剧烈变化。调水调沙下营养盐、沉积物和污染物质等的集中输运对滨海湿地生源要素循环、生态系统结构和功能产生重要影响。

黄河水少沙多,水沙量季节性集中,黄河每年携带的大量泥沙淤积于河口区域,促使新生湿地发育和扩张。同时,黄河流路频繁变迁和河口冲淤演变塑造出了形态复杂、类型较多的陆上地貌、潮滩地貌和潮下带地貌,形成了河流湿地、河口湿地、潮间带滩涂湿地、潮上带重盐碱化湿地、芦苇沼泽、疏林沼泽、灌丛沼泽和湿草甸等湿地类型,构成我国沿海最大的植被群。

黄河三角洲河口与近海鱼类资源丰富,其中鱼类共有46科、96种,包括白鲟、达氏鲟等国家一级保护动物2种,松江鲈鱼等国家二级保护动物7种。黄河三角洲湿地是大量虾蟹类和贝类的天然索饵场,有大型底栖动物195种,优势类群是多毛类。

这里是鸟类重要的越冬栖息地和繁殖地,也是东北亚内陆和环西太平洋鸟类迁徙的重要中转站。每年有超过200种候鸟在此栖息、停歇和越冬,鸟类种群数量超过600万只,其中38种水鸟种群数量超过全球种群总数的1%。

但是,黄河三角洲地区也是我国重点开发区域,石油开采、农业生产、水资源利用以及水利工程等人类活动都在不同程度上破坏了湿地生态与环境,造成湿地退化和生物多样性降低。例如,过去30年 (1986~2015年),黄河三角洲约35%的自然湿地被破坏,而退化湿地面积占湿地总面积的40%。同时,黄河三角洲滨海湿地生态系统的破碎度及分离度日益加剧,导致栖息地退化、生物多样性丧失等一系列问题。

另外,近年来黄河三角洲集约化的围填海活动隔断了湿地的生态连通性,使浅海湿地生物失去陆地食物源,同时陆域湿地栖息地逐渐消失,影响湿地生物栖息地的完整和生物多样性的维持,导致黄河三角洲湿地生态系统服务功能下降。

由于河口三角洲具有明显区别于大陆和海洋系统的交错性、复杂性和动态性等特征,这决定了对其进行综合观测和集成研究的必要性。只有经过长期连续的动态监测,才能捕捉到河口三角洲变化的信息。特别是在全球变化的背景下,三角洲湿地及近海生态系统在结构与功能、能量流动和物质循环等方面的变化都必须依靠对其长期动态监测才能掌控。加强长期的监测、模拟试验和研究,获取定点长期稳定的监测数据,是揭示河口三角洲湿地演变过程与机制,开展保护、预警、预测研究的关键。

在这样的背景下,中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态试验站应运而生。该台站位于山东省东营市垦利区黄河入海口,2009年4月由中国科学院烟台海岸带研究所和东营市人民政府共同筹建。

试验站位置偏远,周边荒无人烟杂草丛生,最近的村庄也在10多公里外。台站工作人员深知要想扎根在这片土地,需要付出太多辛苦与努力。

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中科院黄河三角洲滨海湿地生态试验站生活区

最初,这里的科研条件十分艰苦。没有房间,科研人员就住在帐篷里,白天做实验,晚上检查数据,野外工作时带着馒头、咸菜,一待就是一整天。团队从零开始,在没有水、没有电的条件下,发扬艰苦奋斗精神开荒建站,硬是在一片“北大荒”上开拓出湿地科学研究的“新粮仓”。

冬春季,凛冽的北风如刀子般划着脸颊;夏季,毒辣的太阳会让人在一天之内拥有诱人的小麦色;秋季,无处不在成群结队的蚊子大军即便是厚厚的牛仔裤也无法抵御。面对恶劣的环境条件,科研人员没有退缩。不管春夏秋冬,他们都穿着厚重的防水皮衣、频繁穿梭于泥泞的潮间带;跟潮汐打游击战,潮来我退,潮走我进。

他们长期奔波于烟台、东营与试验站之间,白天监工跑手续,晚上整理材料写报告。在此期间,除负责完成试验站基础设施工作外,台站工作人员还建立了两个气象—涡度观测场,进行生态系统土壤呼吸、光合等的数据采集。

遵循“边建设边发展”的思路,滨海湿地团队用了短短两年时间建立起了国内首个滨海湿地野外生态试验站,2011年成为中国科学院院级野外台站。

黄河三角洲湿地站围绕我国滨海和河口湿地环境保护与生态建设国家战略科技需求,以黄河三角洲陆海相互作用过程和区域可持续发展为主线,以长期稳定观测与监测、科学研究与示范为目标,开展黄河三角洲滨海与河口湿地生态与环境演变动态过程及机制、退化生态系统修复和生物多样性保护、滨海湿地保护与合理利用对策等方面的研究。

黄河三角洲湿地站成立10年来,从无到有,从小到大,直至初具规模,为黄河三角洲湿地保护提供基础数据、科学依据和关键技术,弥补了我国特别是北方河口三角洲湿地长期观测研究的不足,为提升我国滨海与河口湿地研究的理论水平和促进区域可持续发展提供支撑平台,实现了华丽蝶变。

扎根野外十年磨一剑建成湿地立体观测体系

记者了解到,针对黄河三角洲陆海交互作用强烈、湿地类型多样、生物多样性复杂等特点,黄河三角洲湿地站团队建立了由河口/近海、潮间带、湿地和盐碱地四个地表观测场,与大气观测网络、地下水盐观测网络组成的立体观测体系,实现了对黄河三角洲滨海湿地环境、生态、资源、灾害等数据的综合立体连续观测。

黄河三角洲湿地站团队建成了潮间带增温、潮汐氮输入、非潮汐湿地增温、降雨量增减、春季降雨分配、季节性气候变化、氮沉降、氮磷养分添加、刈割和凋落物清除等12个野外控制试验平台。基于黄河三角洲湿地立体监测体系,按照中国生态系统研究网络(CERN)监测规范,建立了湿地监测指标体系和常规监测数据库,数据库涵盖“湿地水、土、气、生、碳通量和近海水文水质”6个方向数据资料、超过100万条记录。

此外,黄河三角洲湿地站团队还建成了黄河三角洲基础地理信息数据库,涵盖河道沟渠演变数据、土壤环境因子空间分布、滨海湿地优势种潜在分布、滨海湿地脆弱性评估指标、重金属空间分布及风险评估、石油烃分布及污染源解析、修复示范区鱼类和大型底栖动物、修复示范区鸟类监测、湿地生态经济发展信息数据、近岸海域主导功能分区、滨海湿地生态红线区和海岸线分级管控与自然岸线格局等多个方向的信息数据。

同时,黄河三角洲湿地站团队建成了我国第一个滨海湿地生物多样性信息系统网站(http://yrdbd.yic.ac.cn/),信息系统包括维管植物382种、底栖动物23种、鸟类367种,昆虫、鱼类、两栖爬行类及哺乳动物等编目数据,以及生态环境专题图件图片数据库和湿地基础知识数据库等,为科学研究、保护管理、民众旅游与科普教育提供信息保障与数据支持。

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黄河三角洲滨海湿地立体观测体系

黄河三角洲湿地站自建站以来,一直秉承开放、共享的理念,为科研人员提供观测平台和监测数据支持。以2018年为例,台站共接纳科研人员研究与合作交流4500人次,其中所外单位45个、所外人员1744人次,支撑国家重点研发计划项目等近20个课题,涉及经费3000万元。同时,与美国俄克拉何马大学、路易斯安那州立大学,丹麦奥胡斯大学等国外科研机构开展形式多样的合作交流。

坚守长期定位观测揭秘湿地演变规律与机制

黄河三角洲湿地站团队一直在进步,从最初只能采集简单数据到现在每年都能发表高质量、高影响力的文章。借助全面的监测体系,黄河三角洲湿地站团队的理论技术研究水平不断提升。

坚守长期定位观测,黄河三角洲湿地站阐明了黄河调水调沙过程中颗粒有机碳、盐度与悬浮物的运移特征及动力学机制,率先查明了土壤红黏层的分布特征及形成机制;系统研究了滨海湿地碳交换动态规律及其关键调控机制,为科学评估黄河三角洲湿地碳汇功能提供基础理论依据和系统数据支持。

黄河三角洲湿地站团队揭示了40年来黄河三角洲及环渤海滨海湿地及物种的时空演变过程,明确了围填海、围垦养殖、农业开垦等对岸线和湿地演变的影响,发现围填海和河口三角洲发育是导致渤海岸线变化的主要因素,为《国务院关于加强滨海湿地保护严格管控围填海的通知》提供了重要依据。他们分析了黄河口及近海大型底栖动物近60年演替趋势,发现大型底栖动物群落在物种数、生物量、丰度以及群落结构组成等方面都发生了较大的变动,具体表现为寿命长、体积大、具有高竞争力的K对策种的优势地位正逐渐丧失,而被寿命短、适应能力宽、具有高繁殖能力的R对策种所取代。该发现得到业内广泛关注,美国科学促进会(AAAS)主办的EureKAlert对该研究进行专门报道,评价认为具有较高学术价值。

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 黄河三角洲滨海湿地野外控制试验

10年来,黄河三角洲湿地站承担了国家科技支撑计划、中科院、基金委、山东省等科研项目100多项,总经费8000多万元;在滨海湿地生源要素关键生物地球化学过程、滨海湿地生态系统演变过程与驱动机制、滨海湿地生态环境脆弱性评估、生态修复技术与示范、湿地保护与合理利用综合管理对策等方面取得了重要进展。

黄河三角洲湿地站团队共发表论文336篇,其中SCI文章225篇,出版专著28部、英文专辑1期,授权发明专利19项,登记计算机软件著作权16项,发表数据库3项,国家和地方政府采纳咨询报告和建言9项。

黄河三角洲湿地站培养硕博士研究生40多人,1人享受国务院政府特殊津贴,1人获得山东省首批自然科学杰出青年基金资助,1人被聘为东营市首届黄河三角洲学者,1人当选中国生态学学会长期生态学专业委员会委员,1人当选中国生态学学会湿地生态专业委员会副秘书长。

营建退化湿地新生境再现草丰鸟美黄三角

黄河三角洲湿地站试验站地处黄河三角洲国家级自然保护区,面对保护区环境出现的各种问题,试验站主动与自然保护区务实合作,积极进行科学研究,促进地方福祉。

针对生境类型单一导致的生物多样性丧失、生态系统服务功能削弱问题,依据生态位原理与生物多样性理论,试验站构建了基于微生境营造—水位调控的严重盐碱化退化湿地的修复技术体系,提出了“健康滨海湿地”理论与技术模式,丰富和发展了具有区域特色的滨海湿地生态学。

针对重度盐渍化退化湿地,试验站在黄河三角洲自然保护区内建立了1000亩湿地生态修复示范区,有效提高了植被覆盖度,丰富了微生境类型,提升了底栖动物、鱼类和鸟类生物多样性,实现了景观效果与生态系统功能同步提升,极大促进了保护区及地方的可持续发展。

值得一提的是,该模式得到黄河三角洲国家级自然保护区管理局的认可。以该技术模式为依据,黄河三角洲国家级自然保护区管理局提出了《黄河三角洲国际重要湿地生物多样性保护工程实施方案》。该工程总面积3200公顷,总投资逾亿元,2017年获国家发改委评审通过。相关技术及成果得到中国科学院院长白春礼的批示:“可考虑其他生态治理项目,将此工作做成更有影响的示范性项目”。

依托该技术模式,黄河三角洲湿地站承担了东营市现代农业示范区管理委员会委托的“东营市东八路生态环境综合整治工程畜牧区段湿地生态修复项目”,修复河岸带退化湿地13公里,应用推广1700亩,为东营市建设富有活力的现代化湿地城市提供技术支持和实用范例。

另外,依托该技术体系,2019年,黄河三角洲湿地站承担了中国科学院A类战略性先导科技专项“美丽中国生态文明建设科技工程”中的任务“健康滨海湿地构建关键技术与工程示范”,已建成示范区1万亩,为“渤海综合治理攻坚战行动计划”中的滨海湿地整治修复提供示范和样板。

在湿地修复的基础上,黄河三角洲湿地站构建了基于微生境营造—生态服务功能提升的“盐碱地湿地生态农业”理论方法和技术模式。

基于多样化的微生境组合模式,他们营造了12个生境岛;建立了“耐盐牧草—人工湿地-耐盐花卉苗木—特色产品—湿地生态农业园”综合利用模式,其中核心试验区面积约200亩。

该理论和技术体系既专注于提质增效和产能提升,又根植于生态环境安全与可持续发展,形成盐碱地湿地生态农业新模式,为滨海湿地生态保护与修复以及盐碱地改良与利用提供理论与技术支撑。

2019年5月,新华社《瞭望》杂志对这一模式进行了专门报道,认为“这一将保护与发展相结合的探索,高度契合了东营现实发展的需要”,在生态高效上探索出了新思路。

为了当好保护与发展的“参谋”,黄河三角洲湿地站还建立起自然湿地景观功能量化评估体系,确定多解的湿地景观网络规划方案,提出湿地景观网络规划方案和自然湿地保护对策;确定黄河三角洲湿地生态保护、整治修复与利用功能区划方案,明确其主导功能和开发利用方向,提出分区管制、指标控制、政策调控等措施;提出湿地生态红线分区方案和湿地保护利用综合管理对策,为黄河三角洲区域生态经济建设提出了众多有针对性的措施建议。例如,《关于加强沿海陆海生态连通性保护和修复的提案》被生态环境部、科技部、农业农村部、水利部4部委办理/答复。

三角洲湿地保护路漫漫兮不辱使命上下求索

2019年9月18日,习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上发表重要讲话。他指出,黄河流域生态保护和高质量发展,同京津冀协同发展、长江经济带发展、粤港澳大湾区建设、长三角一体化发展一样,是重大国家战略。

习近平总书记指出,下游的黄河三角洲是我国暖温带最完整的湿地生态系统,要做好保护工作,促进河流生态系统健康,提高生物多样性。

十年不短,已是硕果累累;十年不长,全是汗水写就。在“黄河流域生态保护和高质量发展”重大国家战略的指导下,中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态试验站全体科技工作者将在新的起点、新的航程中,乘风破浪,勇往直前。

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黄河三角洲潮间带湿地观测场

在未来的观测研究中,黄河三角洲湿地站将加强海洋生态学、物理海洋学等学科建设,从全流域的视角加强陆海河相互作用对河道和湿地生态系统健康的影响研究,重点研究黄河入海河段水沙运移的时空变化特征与沉积动力过程,探讨黄河输运物质的来源、分布、迁移、转化和归趋等的关键生态过程。

同时,黄河三角洲湿地站将拓展滨海湿地生态过程数据库与模型研究及应用,构建滨海湿地生源元素生物地球化学循环、植物累积与分解、陆源物质输运通量、滨海湿地水文水质等滨海湿地生态过程模型,为海岸带演化预测、海岸带环境与健康评价、海岸带优化管理及保证区域生态安全等提供理论和技术支持。

此外,黄河三角洲湿地站还将加强滨海湿地结构与功能调控机理的联网实验研究。通过联网合作,阐明滨海湿地富营养化和生物入侵等因素对滨海湿地结构和功能的影响;建立滨海湿地碳通量网络和土壤地表沉积速率观测网络,分析未来气候下滨海湿地碳汇功能的变化特征以及滨海湿地演变动态。通过这些联网实验最终阐明我国滨海湿地结构与功能的多营养级水平和多尺度变化机理,以及滨海湿地服务功能的形成与维持机制,为我国滨海湿地资源管理、环境保护、生态建设、减灾防灾作出基础性、战略性、前瞻性科技创新贡献!

(编辑:逍遥客)

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