快速淤积海岸盐沼植物斑块的生物地貌过程研究

The dynamics of vegetation patches provides significant signals for salt marsh development, particularly in the studies of the competition between exotic and local species. Here, we propose a biogeomorphological study to investigate the development of the vegetation patches within the pioneer zone and the ecotone of a saltmarsh developed on a tidal flat dominated by a rapid sediment accretion. Time series analysis of high-resolution remote sensing images, in situ sediment dynamic and morphodynamic observations, together with biological investigations and in situ transplantation experiments, will be carried out on the saltmarsh of the Andong Shoal, Hangzhou Bay. This study aims to quantitatively describe the organization behavior and the status of vegetation patches within pioneer zone and ecotone, to observe the feedbacks between vegetation patches and morphodynamics, and further to describe the mechanisms controlling the spatial organization and the competition of saltmarsh vegetation patches. The output of this study is expected to strengthen the fundamental theory of biogeomorphology concerning ‘two-way coupling’ interaction between biota and physical environments, to reveal the importance of morphodynamics in coastal wetland development, and to clarify the explanations for the occurrence of self-organization phenomenon. Further, the findings of this project are able to technically support the creation and the restoration of salt marshes, together with the management of invasive species.

植物斑块的动态演化是盐沼发育和演替的显著信号，特别是外来物种和本地物种竞争关系研究的关键对象。本项目以杭州湾庵东浅滩盐沼作为研究对象，综合运用沉积动力学和地貌学现场观测技术、生物学现场调查和野外移植实验手段，结合遥感影像的时间序列分析，开展快速淤积海岸盐沼先锋区和本地种-外来种交错区内植物斑块的生物地貌过程研究。研究目的在于刻画快速淤积状态下，先锋区和交错区内植物斑块空间组织规律和状态转换，揭示植物斑块和沉积动力地貌过程之间的双向交互作用过程和关键反馈机制，以及这些过程和机制对盐沼扩张和物种竞争的影响。其结果不仅可以完善生物地貌学中关于“生物-物理环境交互作用”的基础理论，揭示沉积动力地貌过程在滨海湿地发育过程中的重要作用，厘清生物斑块空间自组织现象的发生机制，也能够应用于盐沼修复和重建、外来物种防控的技术上。

为揭示盐沼植物斑块空间竞争和沉积动力地貌过程之间的双向交互作用，本项目以杭州湾庵东浅滩盐沼作为研究对象，综合运用高分辨率遥感影像时间序列分析、机载激光雷达测量、沉积动力学现场观测、生物学现场调查和植物温室移植实验等手段，开展了快速淤积海岸本地种-外来种交错型盐沼内互花米草和海三棱藨草植物斑块的生物地貌过程研究。在项目执行期间，定制了8景高分辨率遥感影像，完成了11次野外现场观测，采集了15个柱状样和100多个沉积物样品用于实验室分析，在温室内培育了120盆植物并完成了本地种-外来种生长对比实验。通过以上工作，取得了以下几点认识：1）从遥感影像分析结果来看，该区域的盐沼呈现快速扩张的趋势，整体呈现“双峰态”模式，两者的竞争结果与高程有关，而潮沟的存在对外来物种水平扩散起到了一定的促进作用；2）本地种和外来物种盐沼植物斑块对沉积动力过程的调制作用存在差异性，互花米草呈现线性，而海三棱藨草呈现非线性特征，结合两者的空间自组织形式差异，发现10-15m直径是两种植物斑块发生临界状态转换的特征尺度；3）通过现场观测，庵东浅滩的沉积速率年内可以达到10cm以上，属于快速淤积环境，而室内植物移植实验表明，两种植物对沉积物输入量的响应具有明显差异性，当沉积物厚度超过6cm时会影响两者的竞争结果；4）以上结果说明沉积物输入量和植物斑块大小是盐沼本地种-外来种交错带的生物地貌学的关键因素，共同决定了系统的临界状态。通过本项目的执行，不仅在理论上检验了生物地貌过程对于盐沼植被群落演化的重要影响，而且在技术上发展了ADV波流分离、盐沼内机载激光雷达地形数据提取等相关算法。基于本项研究的结果，提出了“大型促淤堤如何影响本地种-外来种空间竞争格局”这一新的科学问题，建议开展下一步研究。本项目的研究成果共20项，包括论文、著作、专利等，可以应用在将来的盐沼生态修复、外来物种防控、海岸带监测新技术等应用领域。