从全新世和人类世的角度看巴西亚热带红树林的变迁

《CATENA》：Squeeze of Brazilian subtropical mangroves from a Holocene and Anthropocene perspective

红树林在巴比托纳湾的扩张与收缩受晚 Holocene 海平面变化（1700-530 cal yr BP）和 Little Ice Age 后的升温驱动，遥感与沉积物分析显示海平面下降导致红树林向内陆迁移，而升温促进 Rhizophora 等物种向更北温带扩张。当前地形坡度（1.3-14%）与城市化阻碍了红树林进一步向高海拔迁移，可能引发 2100-2160 年间的红树林面积净损失。

　　在全球气候变化和海平面上升的背景下，红树林生态系统的演变成为关注的焦点。红树林是沿海湿地的重要组成部分，它们不仅为多种生物提供栖息地，还在碳储存、海岸防护和水文调节方面发挥着关键作用。随着全球气温的上升和海平面的抬升，红树林的分布和结构正经历显著变化，这些变化不仅受到自然环境的影响，也受到人类活动的深刻影响。本研究聚焦于巴西圣卡塔琳娜州的巴比通加湾，探讨红树林在不同时间尺度上的响应机制，特别是过去千年以及近年来的动态变化。通过整合遥感图像、无人机测绘、沉积物核心分析、花粉数据和有机地球化学指标，研究揭示了红树林在面对海平面变化和气候变化时的适应能力及其所面临的挑战。

### 红树林的迁移历史与海平面变化

在巴比通加湾的红树林分布历史中，可以观察到一个显著的模式：红树林在1700年前后（约1700 cal yr BP）曾占据高于当前海平面1.5米的高台地区。随后，在大约530年前（约1420 CE），由于相对海平面（RSL）下降，红树林向较低的潮间带迁移，海拔下降至约70厘米低于当前海平面。这一迁移趋势与过去几个世纪的RSL变化趋势相矛盾，因为在小冰期（LIA，约1300-1850 CE）结束之后，RSL经历了上升，促使红树林向陆地迁移。然而，近年来的全球变暖不仅改变了红树林的分布范围，还导致其高度的显著增加。例如，红树林的树冠高度在最近几十年内从1米增加到3.5米，这种变化可能与RSL上升以及冬季温度升高有关。

红树林的迁移和高度变化反映了其对海平面变化和气候变化的适应性。然而，这种适应性并非无限制，尤其是在海平面变化速度加快的情况下。研究表明，当RSL上升速度超过6-10毫米/年时，红树林可能难以维持其生存。因此，红树林的扩展和退缩与海平面变化的速度密切相关。此外，地形因素在红树林的迁移过程中同样重要，缓坡（1.3-0.8%）有助于红树林的持续存在，而陡坡（>14%）则可能成为红树林生存的障碍。

### 气候变化与红树林的扩张趋势

全球变暖正推动红树林向更高纬度扩展，这一趋势在南美洲尤为明显。由于气温升高，红树林的北方边界正在向北移动，而南方边界也可能向南迁移。然而，这种扩张并非完全不受限制，它受到多种因素的影响，包括海平面变化、地形条件以及人类活动。例如，研究指出，巴西红树林的北界通常位于约30°N，这一限制主要源于冬季低温的影响。随着全球气温的上升，特别是南巴西地区冬季最低温度以每年0.5°C的速度增加，红树林的扩展潜力正在增强。

此外，红树林的扩张还受到其他生态因素的影响。例如，花粉分析表明，红树林的建立与海平面变化密切相关。在某些时间段，红树林的花粉比例会随着海平面的上升而增加，而随着海平面的下降，红树林的花粉比例则会减少。这表明红树林的分布与海平面的动态变化之间存在复杂的相互作用。同时，红树林的扩张还受到其他植物群落的影响，例如盐沼植被和陆地森林。在某些情况下，红树林的扩展会替代其他植被类型，而在其他情况下，这些植被类型则会因红树林的扩展而减少。

### 红树林的生存挑战与“红树林挤压”现象

尽管红树林在面对海平面变化和气候变化时展现出一定的适应能力，但其生存仍面临多重挑战。首先，海平面的上升速度可能超过红树林的迁移能力，导致其被淹没。其次，人类活动对红树林的分布产生了显著影响，特别是在城市化和土地利用变化的背景下。巴比通加湾的研究表明，过去的红树林栖息地已经被城市建筑、道路和基础设施占据，这些人类活动形成的物理屏障可能阻碍红树林向内陆迁移。

此外，红树林的扩张还受到地形和沉积物供应的限制。在微潮带（潮汐范围小于2米）和缓坡区域，红树林的迁移能力较强，但陡坡和低沉积物供应的环境则可能限制其扩展。例如，研究发现，在巴比通加湾，红树林的树冠高度和密度的变化与海平面变化和冬季温度升高有关。然而，随着海平面继续上升，这些红树林可能会被限制在较低的潮间带，而无法向更内陆的高台迁移。这种现象被称为“红树林挤压”，即由于海平面变化和人类活动的共同作用，红树林的生存空间被压缩，导致其面积减少。

### 红树林的生态功能与未来展望

红树林不仅是生物多样性的热点区域，还在碳储存和气候调节方面发挥着重要作用。研究表明，红树林的碳储存能力与其结构和植被类型密切相关。例如，红树林的树冠高度和密度的增加可能提高其碳储存能力，但同时也可能增加其对海平面变化的敏感性。在某些情况下，红树林的扩张可能导致其生物量的减少，因为高大的成熟树木可能被更年轻的、较低的树木所取代，而这些年轻的树木可能无法有效储存碳。

此外，红树林的生态功能还受到其与周边环境的相互作用影响。例如，红树林能够减少波浪和洋流的能量，促进沉积物的捕获，并通过内外部沉积物来源增强基底的堆积。然而，在沉积物供应不足和潮汐范围较小的环境中，红树林的适应能力可能受到限制。因此，红树林的未来不仅取决于海平面变化的速度，还取决于其能否在有限的空间内进行有效的迁移和适应。

### 研究方法与数据来源

为了全面了解红树林的动态变化，研究采用了多种方法，包括遥感图像分析、无人机测绘、沉积物核心采样、花粉分析以及有机地球化学研究。遥感图像和无人机数据提供了高分辨率的地形和植被信息，帮助研究人员识别红树林的分布范围和迁移趋势。沉积物核心的采样和分析则提供了更长时间尺度上的数据，揭示了红树林在不同历史时期的演变过程。

花粉分析是研究红树林历史分布的重要工具。通过分析沉积物中的花粉类型和比例，研究人员可以推断出红树林的扩展和退缩情况。例如，研究发现，红树林的花粉比例在某些时间段内显著增加，这可能与海平面的上升和冬季温度的升高有关。此外，有机地球化学数据（如δ13C和C/N比值）也提供了关于红树林来源和适应性的信息。这些数据表明，红树林的有机物来源可能随着海平面的变化而改变，从而影响其生态功能和结构。

### 红树林的未来发展趋势

根据研究结果，预计到2100年，红树林的迁移能力将受到严重限制。海平面的上升速度预计在5-10毫米/年之间，这将导致红树林的生存空间进一步缩小。特别是，在城市化程度较高的区域，红树林的迁移将面临更大的阻力，从而加剧“红树林挤压”现象。然而，尽管面临挑战，红树林仍然展现出一定的适应能力，尤其是在温度上升和海平面变化较慢的地区。

未来，红树林的生存将取决于多种因素的综合作用。一方面，海平面的变化速度将直接影响红树林的迁移能力；另一方面，地形和沉积物供应将决定红树林能否在新的环境中建立稳定的生态系统。此外，人类活动的影响也不容忽视，特别是在城市化和土地利用变化的背景下。因此，保护红树林生态系统不仅需要关注自然环境的变化，还需要采取措施减少人类活动对其的干扰。

### 结论

本研究通过对巴比通加湾红树林的多学科分析，揭示了红树林在面对海平面变化和气候变化时的适应机制及其面临的挑战。红树林的迁移和扩张不仅受到自然环境的影响，还受到人类活动的深刻影响。随着全球变暖的加剧和海平面的上升，红树林的生存空间可能进一步缩小，导致其面积减少和生物量下降。因此，未来的红树林研究需要综合考虑多种因素，包括海平面变化、地形条件、沉积物供应以及人类活动的影响，以制定有效的保护和管理策略。同时，红树林的适应能力也表明，它们在某些情况下仍可能通过迁移和扩展维持其生态功能，但这种能力将受到海平面变化速度和可用空间的限制。