太平洋岛屿红树林对气候与土地利用变化的生态韧性研究：基于斐济Dreketi湿地的百年预测模型

《CATENA》：Resilience of mangroves to climate and land-use changes in the Pacific Islands

本研究针对太平洋岛屿红树林在气候变化（海平面上升SLR）与人类活动（土地利用变化）双重压力下的生态韧性难题，通过耦合流域水文泥沙模型与湿地生态地貌模型，模拟斐济Dreketi河口红树林湿地未来100年的演化轨迹。研究发现，尽管流域泥沙输入增加能提升红树林的垂直淤积能力（生物地貌淤积，bio-geomorphic accretion），但在SSP5-8.5路径下海平面上升（700 mm/百年）仍将导致湿地面积损失30%-60%，且受地形限制与人工堤坝阻碍，红树林向陆迁移空间有限。该研究为全球数据稀缺地区的红树林脆弱性评估提供了可复制的遥感驱动建模框架。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，太平洋岛屿的低洼沿海区域正面临海平面上升（Sea Level Rise, SLR）与极端天气事件的双重威胁。红树林作为这些区域至关重要的生态系统，不仅为海洋生物提供栖息地、抵御洪水侵袭，还发挥着巨大的碳储存功能。然而，这些功能正因海平面持续上升及周边人类活动（如农业扩张、毁林）导致的沉积物输入变化而受到严重挑战。红树林的存续能力与其通过捕获泥沙和根系生长实现地表垂直抬升（即生物地貌淤积，bio-geomorphic accretion）的能力密切相关，但这种自适应过程能否抵消快速的海平面上升，尤其在沉积物供给受土地利用变化显著影响的流域，仍是一个亟待解答的科学问题。为了精确预测红树林湿地的未来命运，一项发表在《CATENA》上的研究对斐济Vanua Levu岛Dreketi河口的红树林湿地展开了长达百年的演化模拟。

本研究创新性地将流域尺度的水文泥沙模型与湿地尺度的生态地貌模型进行耦合。研究人员首先利用遥感数据（如ASTER GDEM、Landsat影像）和历史航海图构建了研究区域的数字高程模型（DEM），并进行了植被高度校正。随后，他们应用一个经过验证的生态地貌建模框架，该框架整合了水动力、植被演替和沉积/淤积过程。模型通过求解简化的圣维南方程组来模拟潮汐驱动的水流，进而计算每个网格单元的年均淹没时间（水文期，hydroperiod）和平均高潮位下的水深（D）。这些水文参数与红树林植被的建立/生存阈值（如水文期≤50%，D≥12 cm）相结合，决定了植被的分布。关键的生物地貌淤积过程采用Morris方程进行量化，该方程考虑了悬浮沉积物浓度（C）、植被地上生物量（B）以及沉积（q）和植被捕获效率（k）参数。流域模型提供的沉积物浓度变化被动态输入湿地模型，用于模拟不同情景下（包括土地利用变化和气候变化）的湿地演化。

研究结果清晰地揭示了Dreketi红树林湿地在未来百年间的脆弱性。在仅考虑海平面上升（SLR速率7.7 mm/年）的基线情景下，模型预测到2120年，适宜红树林生存的区域将减少超过40%。尽管红树林通过生物地貌淤积实现了平均5.5 mm/年的垂直抬升，但这一速率仍低于海平面上升的速度，导致湿地逐渐被淹没。此外，湿地周围陡峭的地形和南部的人工堤坝严重限制了红树林向更高海拔区域迁移的可能性，使得面积损失成为必然。

为了评估不同干扰情景下的生态韧性，研究人员设定了五种情景。土地利用变化情景（RA-I和RA-II，分别增加10%和30%的泥沙输入）表明，增加的泥沙确实能提升平均淤积速率，从而减缓湿地损失（RA-II情景下面积损失降至36.1%）。气候变化情景（RA-III，考虑降雨强度增加导致泥沙输入逐渐提升至60%）也显示出类似的积极效果，百年后面积损失约为30%，优于基线情景。然而，所有这些增加泥沙的情景均无法完全抵消海平面上升的负面影响，湿地面积仍会大幅缩减。相反，当考虑流域保护措施导致泥沙输入减少30%的情景（RA-IV）时，湿地损失急剧加速，面积减少超过55%，凸显了沉积物供给对于红树林韧性的极端重要性。

除了面积变化，研究还关注了红树林的健康状况，以上地生物量为指标。模拟结果显示，在所有情景下，随着海平面上升，剩余红树林区域的生物量均显著下降。在泥沙供给充足的情景下（如RA-II），保留下来的红树林生物量较高，生态系统相对健康；而在泥沙短缺的情景下（RA-IV），即使有部分区域得以存留，其生物量也极低，生态系统功能严重退化。这表明，沉积物供给不仅影响湿地的生存空间，也深刻影响其生态质量。

该研究的讨论部分强调，耦合流域-湿地模型的方法能够更全面地评估人类活动（如农业扩张）和气候变化（如降雨强度增加）对海岸带生态系统的综合影响。对于Dreketi湿地而言，管理启示明确：必须维持甚至增加流域的泥沙输入，并考虑移除阻碍红树林向陆迁移的人工设施以提供缓冲空间。尽管模型在参数化过程中因当地数据稀缺而依赖于区域研究数据，但其预测趋势与已有认识一致，证明了该遥感驱动方法在全球其他数据有限的红树林湿地 vulnerability（脆弱性）评估中的巨大潜力。

综上所述，这项研究通过先进的数值模拟手段，定量揭示了太平洋岛屿红树林在面对不可避免的海平面上升时，其命运高度依赖于来自流域的沉积物供给。研究结果发出了明确的警示：即使有额外的泥沙输入，Dreketi红树林湿地在本世纪末仍将面临严重的面积萎缩和生态功能退化。这项工作不仅为斐济的红树林保护提供了科学依据，也为全球类似生态系统的适应性管理策略制定提供了重要的方法论借鉴。