基于水沙-植被耦合动力学的盐沼景观长期模拟：未来稳定性评估与生态管理启示

面对海平面上升(SLR)和沉积物供给减少对盐沼生态的威胁，研究者创新性地将植被生命周期模型(Spartina alterniflora/Phragmites australis/Suaeda salsa)与Delft3D-FM水沙动力模块耦合，开展50年尺度景观模拟。揭示物种特异性响应机制：Spartina通过促淤作用展现强韧性，而Suaeda和Phragmites易受环境胁迫退化。研究为海岸带"生态-工程"协同管理提供理论支撑，成果发表于《Estuarine, Coastal and Shelf Science》。

　　

盐沼作为海岸带的"生态工程师"，每年为全球贡献价值超过140亿美元的生态系统服务，包括抵御风暴潮、固碳和维持生物多样性。然而这些"蓝色碳汇"正面临双重绞杀：卫星数据显示，全球盐沼正以每年1-2%的速度消失，罪魁祸首是海平面上升(SLR)叠加人类活动导致的沉积物供给锐减。更棘手的是，盐沼植被与水沙动力间的精妙平衡一旦打破，可能引发不可逆的生态崩溃——就像2021年荷兰Westerschelde河口发生的"盐沼突然死亡事件"，300公顷植被在3年内全部退化为光滩。这种非线性突变过程如同生态系统的"心肌梗塞"，传统监测手段难以预测。

针对这一科学难题，河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室的研究团队在《Estuarine, Coastal and Shelf Science》发表创新成果。研究首次将植被生命周期模型与Delft3D-FM水沙动力模型深度耦合，构建了能模拟50年演变的盐沼生物地貌模型。研究对象选取江苏中部潮滩的三种关键物种：外来入侵种互花米草(Spartina alterniflora)、本土芦苇(Phragmites australis)和碱蓬(Suaeda salsa)，通过非结构化网格精确刻画真实岸线地形。

关键技术包括：1) 基于植物物候的动力学模块，模拟种子扩散、克隆生长和种间竞争；2) Delft3D-FM水沙模块计算潮汐动力与沉积物输运；3) 参数校准采用江苏潮滩实测水文与植被数据；4) 设置12种情景组合模拟不同SLR(2-10 mm/yr)和悬浮沉积物浓度(SSC 0.1-0.5 kg/m³)下的长期响应。

Hydro-Sediment Dynamics Model
模型创新性地引入植被-沉积物正反馈机制：密集植被使流速降低76%，促淤效率提升3-5倍，这与江苏大丰潮滩实测数据吻合。模拟显示Spartina的拖曳系数(CD=0.8)是芦苇的2倍，形成更强的"生物坝"效应。

Baseline Model and Accuracy Verification
基准情景(SLR 4 mm/yr, SSC 0.3 kg/m³)下，Spartina在5年内迅速侵占中潮滩，将碱蓬挤压至高滩。10年后出现典型带状分异：海向侧Spartina带平均淤高8 cm/yr，陆向侧芦苇带形成侵蚀陡坎。这种"生态工程师的领地争夺战"与无人机航测结果误差<15%。

Model Performance, Limitations, and Improvement Space
当SLR>7 mm/yr且SSC<0.2 kg/m³时，系统发生相变：碱蓬首当其冲消亡，芦苇退缩至潮沟边缘，而Spartina凭借气孔调节能力维持生存。极端情景下，盐沼破碎化指数突增300%，与路易斯安那州湿地崩塌过程高度相似。

Conclusions
研究揭示盐沼存亡取决于"水沙-植被"双阈值：当SLR超过7.2 mm/yr且SSC低于0.15 kg/m³时，系统在20年内崩溃。特别重要的是，发现Spartina具有"生态双刃剑"特性——虽能短期稳滩，但其单种优势会降低系统多样性缓冲能力。这为海岸带管理提供新思路：在长江口等沉积物锐减区域，需通过疏浚泥沙补给维持SSC>0.25 kg/m³，同时控制Spartina扩张以保护本土物种避难所。

这项研究首次实现从"植被生命周期"到"景观演化"的全链条模拟，其预测框架已被纳入《全球海岸带韧性评估指南》。正如审稿人评价："这项工作为理解盐沼的临界转变机制设立了新标准，就像给海岸生态系统安装了CT扫描仪"。未来研究将纳入盐度、硫化物的生物地球化学过程，以更全面揭示这个"海洋边缘绿洲"的存亡密码。