中國網/中國發展門戶網訊 濱海溼地是介於陸地和海洋生態系統間複雜的自然綜合體。由於地理位置特殊，濱海溼地具有豐富的生物多樣性，是重要經濟魚類資源的產卵場、索餌場和越冬場，也是鳥類遷徙的重要越冬地和停歇地。濱海溼地具有物質生產、汙染淨化、抵禦海嘯和風暴潮災害、造陸和固碳等多重生態服務功能。黃河三角洲濱海溼地地處大河河口，因其獨特的生態環境，得天獨厚的自然條件，使黃河三角洲濱海溼地具有多樣化的景觀類型和豐富的溼地類型，是我國暖溫帶最完整的溼地生態系統。黃河三角洲溼地也是陸-海相互作用典型區和我國重點開發區。近年來，黃河三角洲濱海溼地演變劇烈，導致生態服務功能降低、生物多樣性喪失等一系列問題。
中國科學院黃河三角洲濱海溼地生態試驗站（以下簡稱「黃河三角洲站」）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，致力於濱海溼地生態環境保護與可持續發展，以陸-海相互作用過程、溼地保護與可持續利用為主線，以長期穩定觀測與監測、科學研究、示範與服務為目標，重點研究陸-海相互作用下溼地生態系統物質運移與動力學機制，濱海溼地生態系統演變過程、穩定性與驅動機制，退化濱海溼地生態修復與生物多樣性保護，以及濱海溼地保護與合理利用對策，為提升我國濱海和河口溼地研究的國際化理論水平和促進區域可持續發展提供科技支撐平臺。
黃河三角洲溼地長期定位監測體系
針對黃河三角洲陸-海相互作用強烈、陸-海過渡帶明顯、溼地類型多樣等特點，黃河三角洲站建立了長期定位監測體系，由海洋到陸地建立了不同溼地類型定位觀測場，與大氣觀測網絡、地下水鹽觀測網絡構成溼地長期定位監測體系（圖 1），實現對黃河三角洲溼地環境、生態、資源、災害等數據進行綜合立體連續觀測。
建立了河口/近海、潮汐溼地、非潮汐溼地和鹽鹼地農田 4 個地表觀測場。基於長期定位觀測，重點研究黃河三角洲溼地元素生物地球化學過程，濱海溼地物種組成、結構、功能演變過程及其調控機制；溼地生態過程與陸-海界面物質通量的相互關係；濱海溼地生態水文過程與生態需水閾值；濱海溼地主要生態過程對全球變化的響應。
建成了 12 個濱海溼地與氣候變化野外控制試驗平臺。包括潮汐溼地增溫、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野外控制試驗平臺（圖 2）。用以模擬單因子和多因子氣候變化對濱海溼地結構與功能的影響，研究濱海溼地對全球氣候變化的響應和適應機制。
建成了黃河三角洲溼地常規監測資料庫和基礎地理信息資料庫。基於黃河三角洲溼地長期定位監測體系，按照中國生態系統研究網絡（CERN）長期監測規範，建立了溼地監測指標體系和常規監測資料庫；資料庫涵蓋「濱海溼地水、土、氣、生、碳通量和近海水文水質」6 個方向數據資料，已有數據 100 多萬條。黃河三角洲基礎地理信息資料庫涵蓋河道和溝渠演變數據、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體系、石油烴分布及汙染源解析、重金屬空間分布及風險評估、近岸海域主導功能分區、濱海溼地生態紅線區、海岸線分級管控與自然岸線格局等多個方向的信息數據。
建成了我國第一個區域綜合性濱海溼地生物多樣性信息系統網站。該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、兩棲爬行類和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。
濱海溼地碳交換規律及其機制
濱海溼地富含土壤有機碳，其土壤有機質分解率低，並且能夠捕獲和掩埋大量有機碳。因此，濱海溼地被認為是全球重要的碳匯，也是全球「藍碳」資源的重要貢獻者。黃河三角洲站建立了潮汐溼地、非潮汐溼地和鹽鹼地農田等綜合觀測場，還先後建成模擬增溫、潮汐氮輸入、降雨量增減、季節性氣候變化等系列長期控制試驗。集成分析長期監測資料和實驗數據，在濱海溼地生態系統碳交換規律及機理方面取得了一系列理論成果。
基於 8 年的連續定位觀測，闡明了黃河三角洲濱海溼地生態系統碳交換的日、季節和年際變化規律，定量評估了濱海溼地的碳源匯功能。潮汐作用作為濱海溼地最基本的水文特徵，也是影響濱海溼地碳交換過程的關鍵因素。利用小波分析技術發現了潮汐作用在多日尺度和季節尺度上對於濱海溼地的生態系統 CO2 交換過程具有顯著影響（圖 3）。此外，周期性的潮汐淹水過程使得濱海溼地土壤和植被交替浸沒於潮水或暴露在大氣中，因此，濱海溼地生態系統 CO2 和 CH4 交換隨著潮汐淹水不同階段的交替進行而發生變化。
在全球變暖背景下，降雨分配導致的乾旱或者季節性積水會通過改變土壤及大氣環境，調控植被生理代謝過程，進而影響濱海溼地的「藍碳」功能。定位監測發現，在植被快速生長期，由於降雨少、蒸發量大，乾旱導致的鹽脅迫降低植被的光合強度，對碳吸收產生抑制作用；在植被生長中期，受降雨以及淺地下水位影響，強降雨導致的淹水脅迫降低植被光合作用和自養呼吸，最終對碳吸收產生抑制作用。長期監測（2011—2018 年）表明，黃河三角洲鹽地鹼蓬溼地年均固碳能力為 51.7±9.7 g C m−2；植物生長前期的降雨量通過影響水鹽運移控制植被萌發生長進而影響植物生物量累積，成為影響年際間淨生態系統 CO2 交換（NEE）波動的主控因子（圖 4）。
由於受淺層地下水位的影響，即使沒有降水，濱海溼地土壤水分也相對較高。當降水發生時，土壤迅速飽和，形成厭氧條件，減少土壤有機碳分解。基於連續 4 年的土壤呼吸自動化監測數據，揭示了降雨脈衝對濱海溼地土壤碳排放的影響機制。即使小的降雨事件也會通過增加土壤水分而迅速降低土壤呼吸。此外，在缺氧條件下，大量硫酸鹽輸入和高鹽度抑制了濱海溼地 CH4 的產生和排放。因此，降水事件可通過增加濱海溼地土壤水分和誘發土壤缺氧條件，限制根系和微生物的氧利用度和生物活性，進而抑制土壤有機碳分解。這些研究為預測未來極端降雨事件對溼地碳收支的影響及其反饋機制提供數據支持和理論依據。
另外，儘管越來越多的證據表明，土壤呼吸與地上部分的植物光合作用有著密切聯繫，但是對於光合作用如何控制土壤呼吸及兩者之間的時間間隔尚未得到很好的詮釋和闡明。基於濱海溼地生態系統光合作用與土壤呼吸作用的同步觀測，揭示了植被群落和植物光合作用對溼地土壤呼吸的影響機制，發現植物冠層光合作用在日尺度上對土壤呼吸的動態變化具有明顯的調節作用 （圖 5）。因此，在中短期時間尺度上，要準確模擬土壤呼吸的通量和動態變化，必須考慮植物冠層光合作用的控制作用。這些研究為科學解釋地上部分生產力對地下部分碳過程的控制機理提供了理論和實證依據。
濱海溼地對氣候變化的響應
研究闡明了近 40 年黃河三角洲濱海溼地景觀演變過程及其驅動機制，結合優勢種群的潛在分布和現實分布對濱海溼地進行景觀優化，劃出了喬木和灌草的用地紅線，在宏觀上和空間上對黃河三角洲濱海溼地恢復和重建提供技術保障和決策支持（圖 6）。近 40 年黃河三角洲自然溼地總體上呈退化趨勢，人工溼地和非溼地面積增加；黃河三角洲溼地景觀的破碎化程度不斷加重，斑塊類型向多樣化、均勻性發展；灘涂開發、圍填海活動和水利工程等是導致黃河三角洲濱海溼地退化的主要因素。
研究揭示了近 30 年黃河三角洲岸線與面積演變過程及其驅動機制，黃河流域降水量的年際波動與黃河利津水文站入海輸沙量年際波動保持著同步性和相關性，說明黃河流域降水量的年際波動是引起入海徑流量和輸沙量波動的重要原因。根據黃河三角洲濱海溼地景觀中優勢植物群落潛在分布模擬（圖 7）、現實分布、土地利用、幹擾等級和社會經濟狀況分布的疊加，從空間布局上對濱海溼地進行了景觀優化，在宏觀上和空間上對黃河三角洲濱海溼地恢復和重建提供技術保障和決策支持。
全球變化和人類活動導致物種生境的萎縮，造成很多植物種群數量縮減，遺傳多樣性快速喪失。系統分析了黃河三角洲濱海溼地入侵物種互花米草種群和本地種蘆葦種群的遺傳多樣性。研究發現，互花米草擴散順序與地理距離不相關，說明其種子通過海水傳播可以實現「跳躍式」長距離擴散，這為外來物種入侵機制及植被的保育提供科學參考。另外，濱海溼地植物物種間譜系關係顯著影響種間作用，隨著種間譜系距離的增大，物種競爭作用減少，促進作用增強；在黃河三角洲蘆葦鹽沼溼地，中高環境壓力下種間促進關係更明顯。該規律可以應用於濱海溼地稀有物種保護以及物種多樣性的恢復。
大氣氮沉降增加對濱海溼地生態系統功能產生了顯著影響。連續 5 年的野外控制試驗表明，氮沉降量的增加顯著提高黃河三角洲蘆葦鹽沼溼地土壤酶活性，促進了蘆葦株高和生產力的提高（圖 8），土壤表層鹽分含量顯著降低，進而改善鹽鹼化蘆葦溼地生態系統的功能。基於連續 4 年的氮、磷添加試驗，發現氮、磷供給量和供應比例對土壤無機氮、速效磷濃度和氮磷比值均有顯著影響，而物種重要值和植物多樣性僅受供應總量顯著影響；同時，磷素對植物群落的影響尤為重要。
黃河尾閭改變也是三角洲濱海溼地演變的重要驅動力。研究發現黃河改道對地表植被產生了顯著的影響，但與地表植被相比，新舊河道土壤種子庫具有相似性，這說明黃河故道土壤種子庫對於外界幹擾特別是水鹽的幹擾具有一定程度的耐受性（圖 9）。黃河改道後，廢棄河道受到海水的影響加劇，導致植被群落髮生退化，但其土壤種子庫中仍然蘊藏豐富的種質資源。
在植物逆境適應的生理機制方面。發現鹽脅迫誘導植物根系脫落酸（ABA）合成，但鹽脅迫下抑制根系 ABA 合成影響根系鈉離子外排，導致葉片鈉離子積累量增多，誘發離子毒害，造成葉片氧化損傷，其表現為葉片過氧化氫與丙二醛含量的上升。另外，探討了淹水脅迫對植物光合作用和光合機構的影響（圖 10）。淹水處理首先引起光合作用的氣孔限制，降低光合速率，反饋抑制光合電子傳遞，誘發光合機構的光抑制。同時，免疫印跡結果表明淹水脅迫導致了光合系統核蛋白量的損失，證實了淹水脅迫下植物光合系統光抑制的發生。
退化濱海溼地生態修復與示範
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，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和健康濱海溼地模式（圖11）。在黃河三角洲建立了 67 公頃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。黃河三角洲國家級自然保護區管理局以該技術模式為依據，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》，修復示範區面積 3200 公頃，總投資 1 億多元。相關技術及成果得到中國科學院院長白春禮的批示。依託該技術體系，黃河三角洲站 2019 年承擔了中國科學院戰略性先導科技專項（A 類）「美麗中國生態文明建設科技工程」中的子任務「健康濱海溼地構建關鍵技術與工程示範」，目前已建成示範區 670 公頃。
互花米草的迅速擴張對黃河三角洲潮間帶生態系統造成嚴重威脅。率先揭示了互花米草入侵黃河口鹽沼溼地的機制，發現互花米草擴散在不同時間和空間上的選擇策略不同，種子擴散是互花米草入侵新區域的主要途徑，而無性繁殖是成熟互花米草群落維持的主要繁殖方式。在此基礎上，探索出互花米草綜合治理措施，即同時限制互花米草的生長、有性繁殖和無性繁殖，從而達到控制互花米草擴散或清除的目的，構建了互花米草治理技術體系並建立了示範區（圖 12）。
在溼地修復的基礎上，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營造了 12 個生境島；建立「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；核心實驗區面積約13公頃（圖 13）。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》對這一模式進行了報導，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」。依託該技術模式，黃河三角洲站承擔了東營市東八路溼地生態修復項目，修復河岸帶退化溼地13公裡，應用推廣113公頃。
黃河三角洲站成立 10 年來，主持承擔了國家重點研發計劃重點專項項目、國家科技支撐計劃項目、國家自然科學基金、中國科學院重點部署項目等 100 多個項目。在濱海溼地物質運移的動力學機制、濱海溼地生態系統穩定性及影響機制、退化濱海溼地生態修復和生物多樣性保護技術與示範、濱海溼地保護與合理利用對策研究等方面取得了重要進展。10 年來，黃河三角洲站從無到有，從小到大，到初具規模，為黃河三角洲溼地生態保護與修復提供基礎數據、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。
2019 年 9月18日，習近平總書記在鄭州主持召開黃河流域生態保護和高質量發展座談會時指出，「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」。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，黃河三角洲站在未來的觀測研究中，將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，拓展濱海溼地生態過程資料庫與模型研究及應用，加強濱海溼地結構與功能調控機理的聯網實驗研究，為我國濱海溼地保護、資源利用、生態建設、減災防災作出基礎性、戰略性、前瞻性的科技創新貢獻。（作者：韓廣軒、宋維民、李培廣、王曉傑、王光美、初小靜，中國科學院煙臺海岸帶研究所黃河三角洲濱海溼地生態試驗站。《中國科學院院刊》供稿）