基于阈值的海岸盐沼修复适宜性空间预评估框架

《Land》：A Threshold-Based Framework for Spatial Pre-Assessment of Coastal Salt Marsh Restoration Suitability

　　

沿海盐沼修复可支撑蓝碳封存，但需要在修复设计和碳核算之前进行空间预评估，以确定哪些区域的环境条件支持植被建立。本研究开发了一个基于阈值的海岸盐沼修复适宜性空间预评估框架。该框架在地理信息系统工作流程中，将物种特定的潮汐淹没持续时间、海水盐度和沉积物盐度限制与沉积物类型相结合。潮汐淹没限制被转化为临界高程边界，保留的多边形进一步对照规划、历史分布和用海权属条件进行核查。研究人员为五种具有代表性的本土盐沼植物汇编了一个通用阈值库，而区域记录则界定每次应用时的候选物种集合。在中国营口，候选物种集合由碱蓬（Suaeda heteroptera）和芦苇（Phragmites australis）构成。对于碱蓬而言，3 h d^?1的淹没限制对应1.90 m的临界高程。2024年7月的沉积物盐度（0.96–1.08%）和2025年9月的海水盐度（29.715–29.825‰）满足碱蓬的相应筛选限值，而将芦苇排除在外。整合后的修复适宜性面积为76.5 ha，测绘得出的当前碱蓬分布区中有99.5%位于该适宜性范围内。该框架为野外验证、修复规划及后续碳核算确定了候选修复空间。

**海岸盐沼修复适宜性空间预评估框架的构建与应用——论文解读**

**一、研究背景与科学问题**

湿地生态系统因其长期碳储存功能而受到广泛关注，淹水土壤能够减缓有机物分解并促进碳的长期积累。滨海盐沼与红树林、海草床一并被公认为蓝碳生态系统。盐沼的碳储存能力依赖于较高的植物生产力、沉积物捕获、厌氧沉积环境以及土壤有机碳的埋藏。修复活动可以在改善栖息地质量和海岸防护功能的同时恢复这些生态功能，并对气候减缓、海岸韧性和可持续海岸发展目标做出贡献。然而，修复的生态成效高度依赖于立地条件和物种选择。不同空间位置的环境条件差异显著，沉积物有机碳储量、植被组成和修复后的蓝碳效益均呈现明显的空间异质性。潮汐淹没和降雨影响滨海湿地修复的碳潜力，沉积物沉积、有机质生产和海平面驱动的淹没塑造盐沼碳积累过程，盐度和淹没也会改变修复过程中土壤碳的分解速率。这些空间上变化的过程同样控制着植被的建立和持续。因此，在修复设计和碳核算之前，需要识别环境条件支持目标植被建立的空间范围。现有蓝碳和湿地修复规划的空间支持方法，如景观尺度蓝碳框架、基于GIS的决策支持工具和盐沼状况地理空间评估，为修复规划提供了重要组成部分，但物种特定的生态耐受性直接转化为空间筛选边界这一方法论需求仍未得到满足。特别是潮汐淹没这一环节，植物耐受性通常以淹没持续时间表达，而GIS分析需要明确的空间边界，二者之间的衔接是当前研究的关键缺口。

**二、研究方法**

本论文通过一个七步工作流程构建了基于阈值的空间预评估框架，涵盖案例定义与数据输入、候选物种阈值参数化、生物物理适宜性筛选和实施适宜性评估四个模块。框架以潮汐淹没持续时间、海水盐度、沉积物类型和沉积物盐度四个核心环境筛选指标为基础。物种特定的淹没持续时间上限通过逐日平均潮位曲线或连续水位序列转化为临界高程，作为GIS中潮汐淹没适宜性图层的空间边界。候选物种的盐度阈值通过汇总已发表生态证据、野外调查经验、专家咨询及技术指南草案中的相关内容进行编制，建立包含五种代表性本土盐沼植物的通用阈值库。地理处理采用二值分类方式生成各单一因子适宜性图层，通过空间叠加获得物种适宜性面积和整合修复适宜性面积，并以规划一致性、历史分布证据和用海用岛权属信息进行实施适宜性分级。研究以中国辽宁省营口市大辽河口红海滩湿地为案例区域，GIS评估边界为1162.4 ha。区域试点调查确定碱蓬和芦苇为候选物种集合，但当前植被图层仅测绘到碱蓬。数据分析在ArcGIS Pro 3.5.4环境中完成，所有图层统一至CGCS2000坐标系。

**三、研究结果**

**5.1 基于潮汐淹没阈值的碱蓬临界高程推导。** 在营口案例中，碱蓬和芦苇的日淹没上限均为3 h d^?1。潮位–高程关系显示，1.80 m处平均淹没持续时间为3.68 h d^?1，1.85 m处为3.42 h d^?1，超过阈值；1.90 m处降至2.99 h d^?1，满足阈值要求。因此将1.90 m确定为碱蓬潮汐淹没阈值空间化的临界高程。

**5.2 单因子适宜性约束。** 潮汐淹没适宜性方面，1.90 m等高线被确认为碱蓬适宜区的向海边界。沉积物类型适宜性方面，整个1162.4 ha评估边界内均为泥质沉积物，占比100.0%，未发现砂质或不适宜类型，该因子未对筛选构成空间约束。沉积物盐度适宜性方面，2024年7月八个监测样点的盐度范围为0.96%至1.08%，均低于碱蓬2.00%的上限，但均高于芦苇0.90%的筛选阈值，因此保留碱蓬而排除芦苇。海水盐度适宜性方面，2025年9月四个监测站点的盐度范围为29.715‰至29.825‰，均满足碱蓬30‰的筛选阈值且超过芦苇12‰的阈值，进一步支持物种筛选结果。

**5.3 整合修复适宜性面积。** 四种环境组分叠加后，碱蓬的整合修复适宜性面积为76.5 ha，集中于临界高程1.90 m及以上的泥质潮间带区域。当前碱蓬分布面积为39.8 ha，其中39.6 ha位于整合适宜性范围内，另有36.9 ha适宜性区域位于当前测绘分布之外，作为待野外验证的候选空间。仅有0.2 ha当前分布落于适宜性范围之外。

**5.4 与当前碱蓬分布的内部空间一致性检验。** 适宜性面积重叠率为51.8%，表明76.5 ha的适宜性面积中有39.6 ha与当前碱蓬分布重叠。当前分布覆盖率达到99.5%，即测绘得到的当前碱蓬分布区绝大部分落入识别出的适宜性范围内，验证了阈值筛选结果与目标物种现有分布格局具有高度空间一致性。

**5.5 实施适宜性评价。** 76.5 ha适宜性面积极与《营口市国土空间总体规划（2021—2035年）》中的生态修复安排重叠，当地历史资料显示该区域为碱蓬的历史自然分布区，适宜性多边形内未发现用海用岛权属冲突。三项实施条件均得到确认，该区域被赋予“适宜”实施等级。

**四、讨论与结论总结**

讨论部分指出，该框架的空间预评估贡献在于将物种特定的淹没耐受性转化为可制图的临界高程边界，这是区别于既有蓝碳空间方法的关键步骤。环境筛选结果与当前分布的高度吻合，说明选定的环境过滤器在评估边界内与绝大多数现有分布具有空间一致性。潮汐淹没、沉积物条件与盐度共同约束修复适宜性，并影响与碳积累相关的过程，如植被存活、沉积物氧化还原条件、有机质分解和碳储存。该框架的产出可用于后续碳核算，包括基线植被碳储量、土壤有机碳密度、沉积物淤积速率、碳埋藏以及CH₄和N₂O通量等参数的实地测定。框架适用于其他潮滩湿地系统，但需根据当地潮汐类型调整临界高程推求方法，并确保盐度数据的季节性代表性。局限性方面，物种特定操作阈值来自多源证据的综合，可能存在区域差异；二值阈值简化了生态过渡带；盐度具有时间动态特征，需补充季节和多年观测。研究结论表明，该框架成功将物种生态耐受性转化为空间筛选边界，营口案例中碱蓬的整合修复适宜性面积为76.5 ha，当前分布的99.5%落于该范围内，为野外验证、修复规划和后续碳核算提供了候选空间。