长江口九段沙湿地高盐沼植被对长期地貌演化的关键作用及其生态意义

推荐：针对海岸湿地地貌演化中不同植被类型的特异性作用不明问题，本研究基于39年(1984–2023)的1449幅卫星影像，揭示了长江口九段沙湿地高盐沼植被(Spartina alterniflora和Phragmites australis)通过促淤和抗蚀双重机制驱动长期地貌演化的规律，为全球海平面上升背景下湿地保护提供科学依据。

　　

在全球气候变化和人类活动加剧的背景下，海岸湿地正面临前所未有的威胁。海平面上升、极端气候事件频发以及上游筑坝导致的泥沙供应减少，使得全球约30%的滨海湿地面积面临本世纪末消失的风险。作为典型的动态生态系统，盐沼植被通过生物地貌反馈机制在塑造海岸形态中扮演着关键角色，但不同植被类型对长期地貌演化的特异性贡献仍不明确。长江口九段沙湿地——这个中国最大的无人居住河口沙洲，因其快速变化的湿地格局和丰富的植被群落，成为探究这一科学问题的天然实验室。

为揭示盐沼植被对长期地貌演化的影响机制，中国的研究团队在《Applied Ocean Research》发表了创新性研究成果。研究整合了Google Earth Engine平台上39年(1984–2023)的1449幅多源卫星影像，运用改进归一化水体指数(MNDWI)和随机森林(RF)分类算法，首次系统量化了九段沙三个区域(江亚沙洲JYS、上沙US、中下沙MLS)的地貌演变与盐沼植被(S.alterniflora、P.australis、S.mariqueter)的时空耦合关系。通过建立16条辐射状样带，采用线性截距法和皮尔逊相关性分析，揭示了植被-地貌互作的内在规律。

关键技术方法包括：(1)基于云评分算法的多时相遥感影像预处理；(2)融合光谱指数(NDVI、EVI、LSWI)和物候参数(TOS、SOS等)的盐沼植被分类；(3)概率水体检测与K-means聚类相结合的岸线提取；(4)样带法与相关性分析相结合的植被-地貌耦合评估。研究区域覆盖长江口最大浑浊带，样本来源于自然演替的植被群落。

研究结果揭示：

1. 长期地貌演化特征：九段沙整体呈扩张趋势，但分区异质性显著。JYS在1994-2013年快速淤涨(0.3→10.6 km²)，US呈现"增-减交替"模式，而MLS持续东扩(2000年后东向推进6.4 km)。
2. 盐沼植被分布规律：S.alterniflora在MLS快速扩张(2000年0.73 km²→2023年20.2 km²)，取代了原生S.mariqueter的生态位；P.australis在US形成优势群落(2005年5.4 km²→2012年14.3 km²)。
3. 植被-地貌耦合机制：高盐沼(S.alterniflora/P.australis)与岸线推进呈显著正相关(r=0.45-0.91)，在淤涨区促进前缘扩展(如MLS东向坡度增加0.13)，在侵蚀区(如US南岸)使侵蚀速率从85 m/年降至5 m/年；而低矮的S.mariqueter与岸线退缩负相关(r=-0.90--0.44)。

讨论部分强调，高盐沼通过双重机制塑造地貌：(1)地上部分：高大茎叶(平均高度1.8-2.5 m)通过植物正面面积密度(frontal area density)衰减水动力(波能耗散率0.1-4%/m)；(2)地下部分：发达根系提高临界剪切应力，增强沉积物稳定性。研究创新性地发现，在长江口高浊度(2.05 kg/m³)环境下，即使面临三峡工程导致的70%泥沙减少，高盐沼仍能维持湿地扩张，这为全球三角洲湿地应对海平面上升(长江口5.44 mm/年)提供了重要范例。

该研究对即将开展的S.alterniflora清除工程(2025年)具有直接指导价值，建议通过移植P.australis等本土高盐沼维持地貌稳定。成果不仅完善了生物地貌学理论，更为基于自然的解决方案(Nature-based Solutions)提供了科学依据，对全球受威胁的滨海湿地(如密西西比河三角洲、斯海尔德河口)的保护具有普适性参考意义。未来研究需结合过程模型，量化植被-潮沟微地貌对长期演化的多尺度影响。