【中國科學報】認知陸海河相互作用支持黃河三角洲溼地保護

黃河三角洲秋季植被調查

中科院黃河三角洲濱海溼地生態試驗站生活區

黃河三角洲濱海溼地立體觀測體系

黃河三角洲濱海溼地野外控制試驗

　　黃河作為中華民族的搖籃和母親河，傳承著幾千年的歷史文明。中華民族在古老的黃河流域，上演了一幕幕壯麗輝煌的劇目。

　　9月18日，習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上發表重要講話。他指出，黃河流域生態保護和高質量發展，同京津冀協同發展、長江經濟帶發展、粵港澳大灣區建設、長三角一體化發展一樣，是重大國家戰略。

　　習近平總書記指出，黃河生態系統是一個有機整體，要充分考慮上中下遊的差異。上遊要以三江源、祁連山、甘南黃河上遊水源涵養區等為重點，推進實施一批重大生態保護修復和建設工程，提升水源涵養能力。中遊要突出抓好水土保持和汙染治理。水土保持不是簡單挖幾個坑種幾棵樹，黃土高原降雨量少，能不能種樹、種什麼樹合適，要搞清楚再幹。有條件的地方要大力建設旱作梯田、淤地壩等，有的地方則要以自然恢復為主，減少人為幹擾，逐步改善局部小氣候。對汾河等汙染嚴重的支流，則要下大氣力推進治理。下遊的黃河三角洲是我國暖溫帶最完整的溼地生態系統，要做好保護工作，促進河流生態系統健康，提高生物多樣性。

　　九曲黃河萬裡沙，浪淘風簸自天涯。黃河，中華民族的母親河，像一條昂首跳躍的巨龍，從青藏高原巴顏喀拉山北麓海拔4500米的約古宗列盆地奔騰而下，左盤右旋，自西向東，迤邐橫穿我國北方遼闊大地。這條巨龍在注入渤海前，以它那如椽的巨筆，在河海交匯處施以濃墨重彩，描繪出最後一片綠洲。這就是位於山東東營的黃河三角洲溼地。

　　黃河三角洲溼地總面積15.3萬公頃，是世界上形成年代最晚的大河三角洲溼地，也是我國暖溫帶最完整的溼地生態系統。同時，黃河三角洲溼地也是陸海河相互作用典型區和我國重點開發區，已成為我國乃至世界上研究河口新生溼地生態系統形成、演化及發展規律的最佳場所之一。

　　我國暖溫帶最完整的溼地

　　監測與保護迫在眉睫

　　黃河三角洲具有世界典型的快速變化特性及獨特的沉積動力過程。同時，黃河尾閭改道頻繁，黃河自1855年奪大清河河道入渤海以來發生較大改道11次，造成各海岸段的淤積與侵蝕歷史各不相同。因此，黃河三角洲受到陸—海—河作用，陸海物質交匯、鹹淡水混合、徑流和潮流相互作用、動力過程複雜。不同海域由於各底質、地形、地貌、水動力學過程等特徵不同，其衝淤演變以及沉積動力過程具有明顯差異。另外，從2001年開始，黃河調水調沙使得黃河三角洲河口及鄰近海域地貌環境、水沙場、化學場等發生劇烈變化。調水調沙下營養鹽、沉積物和汙染物質等的集中輸運對濱海溼地生源要素循環、生態系統結構和功能產生重要影響。

　　黃河水少沙多，水沙量季節性集中，黃河每年攜帶的大量泥沙淤積於河口區域，促使新生溼地發育和擴張。同時，黃河流路頻繁變遷和河口衝淤演變塑造出了形態複雜、類型較多的陸上地貌、潮灘地貌和潮下帶地貌，形成了河流溼地、河口溼地、潮間帶灘涂溼地、潮上帶重鹽鹼化溼地、蘆葦沼澤、疏林沼澤、灌叢沼澤和溼草甸等溼地類型，構成我國沿海最大的植被群。

　　黃河三角洲河口與近海魚類資源豐富，其中魚類共有46科、96種，包括白鱘、達氏鱘等國家一級保護動物2種，松江鱸魚等國家二級保護動物7種。黃河三角洲溼地是大量蝦蟹類和貝類的天然索餌場，有大型底棲動物195種，優勢類群是多毛類。

　　這裡是鳥類重要的越冬棲息地和繁殖地，也是東北亞內陸和環西太平洋鳥類遷徙的重要中轉站。每年有超過200種候鳥在此棲息、停歇和越冬，鳥類種群數量超過600萬隻，其中38種水鳥種群數量超過全球種群總數的1%。

　　但是，黃河三角洲地區也是我國重點開發區域，石油開採、農業生產、水資源利用以及水利工程等人類活動都在不同程度上破壞了溼地生態與環境，造成溼地退化和生物多樣性降低。例如，過去30年 (1986~2015年)，黃河三角洲約35%的自然溼地被破壞，而退化溼地面積佔溼地總面積的40%。同時，黃河三角洲濱海溼地生態系統的破碎度及分離度日益加劇，導致棲息地退化、生物多樣性喪失等一系列問題。

　　另外，近年來黃河三角洲集約化的圍填海活動隔斷了溼地的生態連通性，使淺海溼地生物失去陸地食物源，同時陸域溼地棲息地逐漸消失，影響溼地生物棲息地的完整和生物多樣性的維持，導致黃河三角洲溼地生態系統服務功能下降。

　　由於河口三角洲具有明顯區別於大陸和海洋系統的交錯性、複雜性和動態性等特徵，這決定了對其進行綜合觀測和集成研究的必要性。只有經過長期連續的動態監測，才能捕捉到河口三角洲變化的信息。特別是在全球變化的背景下，三角洲溼地及近海生態系統在結構與功能、能量流動和物質循環等方面的變化都必須依靠對其長期動態監測才能掌控。加強長期的監測、模擬試驗和研究，獲取定點長期穩定的監測數據，是揭示河口三角洲溼地演變過程與機制，開展保護、預警、預測研究的關鍵。

　　在這樣的背景下，中國科學院黃河三角洲濱海溼地生態試驗站應運而生。該臺站位於山東省東營市墾利區黃河入海口，2009年4月由中國科學院煙臺海岸帶研究所和東營市人民政府共同籌建。

　　試驗站位置偏遠，周邊荒無人煙雜草叢生，最近的村莊也在10多公裡外。臺站工作人員深知要想紮根在這片土地，需要付出太多辛苦與努力。

　　最初，這裡的科研條件十分艱苦。沒有房間，科研人員就住在帳篷裡，白天做實驗，晚上檢查數據，野外工作時帶著饅頭、鹹菜，一待就是一整天。團隊從零開始，在沒有水、沒有電的條件下，發揚艱苦奮鬥精神開荒建站，硬是在一片「北大荒」上開拓出溼地科學研究的「新糧倉」。

　　冬春季，凜冽的北風如刀子般劃著臉頰；夏季，毒辣的太陽會讓人在一天之內擁有誘人的小麥色；秋季，無處不在成群結隊的蚊子大軍即便是厚厚的牛仔褲也無法抵禦。面對惡劣的環境條件，科研人員沒有退縮。不管春夏秋冬，他們都穿著厚重的防水皮衣、頻繁穿梭於泥濘的潮間帶；跟潮汐打遊擊戰，潮來我退，潮走我進。

　　他們長期奔波於煙臺、東營與試驗站之間，白天監工跑手續，晚上整理材料寫報告。在此期間，除負責完成試驗站基礎設施工作外，臺站工作人員還建立了兩個氣象—渦度觀測場，進行生態系統土壤呼吸、光合等的數據採集。

　　遵循「邊建設邊發展」的思路，濱海溼地團隊用了短短兩年時間建立起了國內首個濱海溼地野外生態試驗站，2011年成為中國科學院院級野外臺站。

　　黃河三角洲溼地站圍繞我國濱海和河口溼地環境保護與生態建設國家戰略科技需求，以黃河三角洲陸海相互作用過程和區域可持續發展為主線，以長期穩定觀測與監測、科學研究與示範為目標，開展黃河三角洲濱海與河口溼地生態與環境演變動態過程及機制、退化生態系統修復和生物多樣性保護、濱海溼地保護與合理利用對策等方面的研究。

　　黃河三角洲溼地站成立10年來，從無到有，從小到大，直至初具規模，為黃河三角洲溼地保護提供基礎數據、科學依據和關鍵技術，彌補了我國特別是北方河口三角洲溼地長期觀測研究的不足，為提升我國濱海與河口溼地研究的理論水平和促進區域可持續發展提供支撐平臺，實現了華麗蝶變。

　　紮根野外十年磨一劍

　　建成溼地立體觀測體系

　　記者了解到，針對黃河三角洲陸海交互作用強烈、溼地類型多樣、生物多樣性複雜等特點，黃河三角洲溼地站團隊建立了由河口/近海、潮間帶、溼地和鹽鹼地四個地表觀測場，與大氣觀測網絡、地下水鹽觀測網絡組成的立體觀測體系，實現了對黃河三角洲濱海溼地環境、生態、資源、災害等數據的綜合立體連續觀測。

　　黃河三角洲溼地站團隊建成了潮間帶增溫、潮汐氮輸入、非潮汐溼地增溫、降雨量增減、春季降雨分配、季節性氣候變化、氮沉降、氮磷養分添加、刈割和凋落物清除等12個野外控制試驗平臺。基於黃河三角洲溼地立體監測體系，按照中國生態系統研究網絡（CERN）監測規範，建立了溼地監測指標體系和常規監測資料庫，資料庫涵蓋「溼地水、土、氣、生、碳通量和近海水文水質」6個方向數據資料、超過100萬條記錄。

　　此外，黃河三角洲溼地站團隊還建成了黃河三角洲基礎地理信息資料庫，涵蓋河道溝渠演變數據、土壤環境因子空間分布、濱海溼地優勢種潛在分布、濱海溼地脆弱性評估指標、重金屬空間分布及風險評估、石油烴分布及汙染源解析、修復示範區魚類和大型底棲動物、修復示範區鳥類監測、溼地生態經濟發展信息數據、近岸海域主導功能分區、濱海溼地生態紅線區和海岸線分級管控與自然岸線格局等多個方向的信息數據。

　　同時，黃河三角洲溼地站團隊建成了我國第一個濱海溼地生物多樣性信息系統網站（http://yrdbd.yic.ac.cn/），信息系統包括維管植物382種、底棲動物23種、鳥類367種，昆蟲、魚類、兩棲爬行類及哺乳動物等編目數據，以及生態環境專題圖件圖片資料庫和溼地基礎知識資料庫等，為科學研究、保護管理、民眾旅遊與科普教育提供信息保障與數據支持。

　　黃河三角洲溼地站自建站以來，一直秉承開放、共享的理念，為科研人員提供觀測平臺和監測數據支持。以2018年為例，臺站共接納科研人員研究與合作交流4500人次，其中所外單位45個、所外人員1744人次，支撐國家重點研發計劃項目等近20個課題，涉及經費3000萬元。同時，與美國俄克拉何馬大學、路易斯安那州立大學，丹麥奧胡斯大學等國外科研機構開展形式多樣的合作交流。

　　堅守長期定位觀測

　　揭秘溼地演變規律與機制

　　黃河三角洲溼地站團隊一直在進步，從最初只能採集簡單數據到現在每年都能發表高質量、高影響力的文章。藉助全面的監測體系，黃河三角洲溼地站團隊的理論技術研究水平不斷提升。

　　堅守長期定位觀測，黃河三角洲溼地站闡明了黃河調水調沙過程中顆粒有機碳、鹽度與懸浮物的運移特徵及動力學機制，率先查明了土壤紅黏層的分布特徵及形成機制；系統研究了濱海溼地碳交換動態規律及其關鍵調控機制，為科學評估黃河三角洲溼地碳匯功能提供基礎理論依據和系統數據支持。

　　黃河三角洲溼地站團隊揭示了40年來黃河三角洲及環渤海濱海溼地及物種的時空演變過程，明確了圍填海、圍墾養殖、農業開墾等對岸線和溼地演變的影響，發現圍填海和河口三角洲發育是導致渤海岸線變化的主要因素，為《國務院關於加強濱海溼地保護嚴格管控圍填海的通知》提供了重要依據。他們分析了黃河口及近海大型底棲動物近60年演替趨勢，發現大型底棲動物群落在物種數、生物量、豐度以及群落結構組成等方面都發生了較大的變動，具體表現為壽命長、體積大、具有高競爭力的K對策種的優勢地位正逐漸喪失，而被壽命短、適應能力寬、具有高繁殖能力的R對策種所取代。該發現得到業內廣泛關注，美國科學促進會（AAAS）主辦的EureKAlert對該研究進行專門報導，評價認為具有較高學術價值。

　　10年來，黃河三角洲溼地站承擔了國家科技支撐計劃、中科院、基金委、山東省等科研項目100多項，總經費8000多萬元；在濱海溼地生源要素關鍵生物地球化學過程、濱海溼地生態系統演變過程與驅動機制、濱海溼地生態環境脆弱性評估、生態修復技術與示範、溼地保護與合理利用綜合管理對策等方面取得了重要進展。

　　黃河三角洲溼地站團隊共發表論文336篇，其中SCI文章225篇，出版專著28部、英文專輯1期，授權發明專利19項，登記計算機軟體著作權16項，發表資料庫3項，國家和地方政府採納諮詢報告和建言9項。

　　黃河三角洲溼地站培養碩博士研究生40多人，1人享受國務院政府特殊津貼，1人獲得山東省首批自然科學傑出青年基金資助，1人被聘為東營市首屆黃河三角洲學者，1人當選中國生態學學會長期生態學專業委員會委員，1人當選中國生態學學會溼地生態專業委員會副秘書長。

　　營建退化溼地新生境

　　再現草豐鳥美黃三角

　　黃河三角洲溼地站試驗站地處黃河三角洲國家級自然保護區，面對保護區環境出現的各種問題，試驗站主動與自然保護區務實合作，積極進行科學研究，促進地方福祉。

　　針對生境類型單一導致的生物多樣性喪失、生態系統服務功能削弱問題，依據生態位原理與生物多樣性理論，試驗站構建了基於微生境營造—水位調控的嚴重鹽鹼化退化溼地的修復技術體系，提出了「健康濱海溼地」理論與技術模式，豐富和發展了具有區域特色的濱海溼地生態學。

　　針對重度鹽漬化退化溼地，試驗站在黃河三角洲自然保護區內建立了1000畝溼地生態修復示範區，有效提高了植被覆蓋度，豐富了微生境類型，提升了底棲動物、魚類和鳥類生物多樣性，實現了景觀效果與生態系統功能同步提升，極大促進了保護區及地方的可持續發展。

　　值得一提的是，該模式得到黃河三角洲國家級自然保護區管理局的認可。以該技術模式為依據，黃河三角洲國家級自然保護區管理局提出了《黃河三角洲國際重要溼地生物多樣性保護工程實施方案》。該工程總面積3200公頃，總投資逾億元，2017年獲國家發改委評審通過。相關技術及成果得到中國科學院院長白春禮的批示：「可考慮其他生態治理項目，將此工作做成更有影響的示範性項目」。

　　依託該技術模式，黃河三角洲溼地站承擔了東營市現代農業示範區管理委員會委託的「東營市東八路生態環境綜合整治工程畜牧區段溼地生態修復項目」，修復河岸帶退化溼地13公裡，應用推廣1700畝，為東營市建設富有活力的現代化溼地城市提供技術支持和實用範例。

　　另外，依託該技術體系，2019年，黃河三角洲溼地站承擔了中國科學院A類戰略性先導科技專項「美麗中國生態文明建設科技工程」中的任務「健康濱海溼地構建關鍵技術與工程示範」，已建成示範區1萬畝，為「渤海綜合治理攻堅戰行動計劃」中的濱海溼地整治修復提供示範和樣板。

　　在溼地修復的基礎上，黃河三角洲溼地站構建了基於微生境營造—生態服務功能提升的「鹽鹼地溼地生態農業」理論方法和技術模式。

　　基於多樣化的微生境組合模式，他們營造了12個生境島；建立了「耐鹽牧草—人工溼地-耐鹽花卉苗木—特色產品—溼地生態農業園」綜合利用模式，其中核心試驗區面積約200畝。

　　該理論和技術體系既專注於提質增效和產能提升，又根植於生態環境安全與可持續發展，形成鹽鹼地溼地生態農業新模式，為濱海溼地生態保護與修復以及鹽鹼地改良與利用提供理論與技術支撐。

　　2019年5月，新華社《瞭望》雜誌對這一模式進行了專門報導，認為「這一將保護與發展相結合的探索，高度契合了東營現實發展的需要」，在生態高效上探索出了新思路。

　　為了當好保護與發展的「參謀」，黃河三角洲溼地站還建立起自然溼地景觀功能量化評估體系，確定多解的溼地景觀網絡規劃方案，提出溼地景觀網絡規劃方案和自然溼地保護對策；確定黃河三角洲溼地生態保護、整治修復與利用功能區劃方案，明確其主導功能和開發利用方向，提出分區管制、指標控制、政策調控等措施；提出溼地生態紅線分區方案和溼地保護利用綜合管理對策，為黃河三角洲區域生態經濟建設提出了眾多有針對性的措施建議。例如，《關於加強沿海陸海生態連通性保護和修復的提案》被生態環境部、科技部、農業農村部、水利部4部委辦理/答覆。

　　三角洲溼地保護路漫漫兮

　　不辱使命上下求索

　　2019年9月18日，習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上發表重要講話。他指出，黃河流域生態保護和高質量發展，同京津冀協同發展、長江經濟帶發展、粵港澳大灣區建設、長三角一體化發展一樣，是重大國家戰略。

　　習近平總書記指出，下遊的黃河三角洲是我國暖溫帶最完整的溼地生態系統，要做好保護工作，促進河流生態系統健康，提高生物多樣性。

　　十年不短，已是碩果纍纍；十年不長，全是汗水寫就。在「黃河流域生態保護和高質量發展」重大國家戰略的指導下，中國科學院黃河三角洲濱海溼地生態試驗站全體科技工作者將在新的起點、新的航程中，乘風破浪，勇往直前。

　　在未來的觀測研究中，黃河三角洲溼地站將加強海洋生態學、物理海洋學等學科建設，從全流域的視角加強陸海河相互作用對河道和溼地生態系統健康的影響研究，重點研究黃河入海河段水沙運移的時空變化特徵與沉積動力過程，探討黃河輸運物質的來源、分布、遷移、轉化和歸趨等的關鍵生態過程。

　　同時，黃河三角洲溼地站將拓展濱海溼地生態過程資料庫與模型研究及應用，構建濱海溼地生源元素生物地球化學循環、植物累積與分解、陸源物質輸運通量、濱海溼地水文水質等濱海溼地生態過程模型，為海岸帶演化預測、海岸帶環境與健康評價、海岸帶優化管理及保證區域生態安全等提供理論和技術支持。

　　此外，黃河三角洲溼地站還將加強濱海溼地結構與功能調控機理的聯網實驗研究。通過聯網合作，闡明濱海溼地富營養化和生物入侵等因素對濱海溼地結構和功能的影響；建立濱海溼地碳通量網絡和土壤地表沉積速率觀測網絡，分析未來氣候下濱海溼地碳匯功能的變化特徵以及濱海溼地演變動態。通過這些聯網實驗最終闡明我國濱海溼地結構與功能的多營養級水平和多尺度變化機理，以及濱海溼地服務功能的形成與維持機制，為我國濱海溼地資源管理、環境保護、生態建設、減災防災作出基礎性、戰略性、前瞻性科技創新貢獻！

　　（原載於《中國科學報》 2019-10-29 第7版 專題)