黄河三角洲盐沼湿地退化与生态保护机制研究

Under the disturbance of high intense human activities, saltmarsh wetland in the Yellow River Delta faces a series of problems such as ecosystem structure and service degradation induced by ecological pattern breaking and process blocking. This research focus on the importance of ecological pattern-process interactions in maintaining the stability of saltmarsh wetland system and benefiting ecological restoration. Through a break of the key scientific problems on interpreting the process-driven mechanism, cumulative ecological effects, and regulation mode trade-off, the research reveal the structural and functional adjustment mechanism of saltmarsh wetland ecosystem under environmental stress in the Yellow River Delta. In addition, by constructing a spatial pattern dynamic model of saltmarsh vegetation, the research identify the stability maintenance mechanism and elastic recovery threshold of salt marsh ecosystem under multi-environmental stresses. Finally, through interpreting the synergistic effects of pattern regulation on system key node and process regulation on hydrological situation, the research propose a pattern-process integrated regulation mode to maintain the stability of saltmarsh ecosystem. By enriching the theoretical understanding of the saltmarsh ecosystem degradation and protection mechanism under environmental stresses, this research can provide new ideas and methods to improve the ecological response and effect model of estuarine wetlands under the interaction of land and sea, and promote the development of systemic ecological protection framework under the integrated regulation of both wetland structure and function in the Yellow River Delta.

高强度人类活动影响下，黄河三角洲盐沼湿地面临着格局破碎和过程阻断引起的生态系统结构和服务功能退化等系列问题。本项目强调生态格局与过程交互作用对维持盐沼湿地系统稳定性以及发挥生态修复和调控效益的核心作用，着重突破多因素作用下盐沼湿地系统格局演变的过程驱动机制、累积生态效应以及调控模式权衡关系的关键科学问题，揭示环境胁迫下黄河三角洲盐沼湿地生态系统结构与功能调节适应机制，构建盐沼植被空间格局演变动力过程模型，明确多重胁迫下盐沼湿地系统稳定性维持机制及弹性恢复阈值，阐释系统关键节点格局调控及水文情势过程调控的协同效应，提出面向盐沼湿地系统稳定性维持的格局-过程综合调控模式。从内涵和机制上丰富环境胁迫下盐沼湿地生态系统退化和保护机制理论认识，为完善陆海交互作用河口三角洲湿地生态响应及效应模型构建提供新思路和新方法，促进黄河三角洲湿地结构和功能综合调控下的系统性生态保护新发展。

以黄河三角洲滨海盐沼湿地为研究区，采用野外监测数据分析、室内控制实验模拟及理论机制模型构建等方法，从环境、生态要素及食物网结构时空分布特征分析、典型生物种群分布格局模型构建、系统稳定性维持机制及其累积效应模拟、综合调控模式等方面开展了系统研究。研究辨析了黄河三角洲盐沼湿地水、土、生要素时空格局变化特征及其主要影响因素，明确了水盐胁迫下湿地植被群落演替对根际微生态的影响机制，阐释了环境胁迫-生物反馈交互作用生物种群密度限制及种间关系转换机制，发现湿地传粉者通过密度制约扩散行为提高了对低密度、远距离植被斑块的访问率，相应提高了柽柳种群低密度阶段的繁殖力以及胁迫环境下的适应性和系统稳定性；底栖动物移动与底栖微藻斑图的相互作用关系是维持湿地底栖生态系统稳定性以及抵御底栖生物入侵的关键过程；在系统层面，湿地生态系统食物网的正反馈杂食性环内正相互作用强度和负相互作用强度之间存在约束效应，形成了对食物网最大环重的缓冲效应，促进了食物网稳定。进一步在资源限制条件下生物耐受与扩散竞争权衡关系分析基础上，耦合盐沼植物种子生成和空间扩散过程，底栖生物摄食扩散过程，构建了湿地植物、底栖生物等典型生物种群格局演变模型，实现了耦合异质生境条件下生物扩散过程的生态格局演变模拟，模拟分析提出了柽柳-传粉者交互作用影响盐沼植被空间分布的关键盐度区域，发现泥螺在底栖微藻斑块边缘聚集的空间分布特征降低了其对底栖微藻的获得能力削弱下行控制效应。最后提出了面向系统稳定性维持的水文过程与生态格局调控模式,提出在生境破碎化背景下维持柽柳-传粉者共生关系稳定，柽柳种群格局非生境比例临界阈值应不高于0.6，提出维持湿地底栖生态系统稳定，泥螺最大密度不应超过40 g/m2以及4 ~ 6月上游淡水输入量不应小于600 m3/s等关键控制参数。研究成果丰富了多重胁迫下滨海湿地系统稳定性维持机制理论认识，支撑了面向系统稳定性维持的生态保护与修复技术发展。