河口岛屿盐水入侵生态脆弱性形成机制与集成评估--以崇明岛为例

An estuarine island located in the transition zone of River Estuary, vulnerable to climate change, marine disasters and large basin projects, is one of the most fragile ecological types and geographical units. Because of its complex multi-interface interactions, an estuarine island is a typical type of theoretical researches on vulnerability. Saltwater intrusion with diverse ecosystem stress paths, unique mode of action and wide influence, is one of the most popular disasters in an estuarine island. Past researches focused on the formation mechanism and the pattern of saltwater intrusion, and the influence on the estuary water source safety. Few researches paid little attention to the island ecological vulnerability drove by saltwater intrusion. This study takes the Chongming Island as an example. The main aims are: (1) to systematically analyze saltwater intrusion process stressing on ecosystems of the island and their exposure characteristics , (2) to identify the key coupling relationships and linkage effects, (3) to interpret the sensitivity of ecosystems to saltwater intrusion. The research results can be used not only to enrich vulnerability science, but also to provide scientific support of ecological risk management of the island.

河口岛屿位于河海过渡带，生态系统相对孤立，容易受到气候变化、海洋灾害和流域大型工程等多源胁迫，是十分脆弱的生态类型和景观单元，具有多界面、复杂性等特点，可作为脆弱性研究的典型类型。盐水入侵是河口岛屿常见的代表性灾害类型，胁迫路径多样、作用方式独特，对生态系统威胁大。过去研究主要聚焦在盐水入侵机制、格局以及对河口水源地安全的影响，很少关注其对岛屿生态脆弱性驱动作用。本项研究以崇明岛为例，基于3S技术，综合利用长期监测、野外实验模拟及历史数据，系统分析盐水入侵对岛屿生态系统的胁迫过程、作用方式和暴露性特征，辨识关键耦合关系和连锁效应；模拟阐释生态系统对盐水入侵的敏感性特征，为阐明崇明岛盐水入侵生态脆弱性机制奠定基础，研究结果不仅可以丰富脆弱性科学理论和方法，也为崇明岛生态岛建设和风险管理提供科学依据。

海平面上升将改变河口岛屿水文过程，使得河口岛屿面临潮汐淹没、海滩土壤侵蚀、生物入侵及咸水入侵等风险，其生态脆弱性评价亟待解决。本项目构建了气候变化和人类活动双重驱动的河口岛屿生态系统脆弱性评价指标体系，以崇明岛为例，利用实测数据、遥感数据和气象数据对其进行生态脆弱性的评价，评价研究了崇明岛生态脆弱性的时空差异及关键影响因素。主要结果如下： .（1）采用“压力—状态—响应”评价框架，构建出河口岛屿生态脆弱性评价体系。指标包括土地利用强度、洪涝灾害强度、风暴潮强度以及咸水入侵强度；土壤盐分强度、归一化植被指数（NDVI）、增强型植被指数（EVI）、景观破碎度、生物多样性指标、土壤有机质和净第一生产力（NPP）；生态保护等级和堤坝防护能力。通过空间主成分分析，确定指标权重。.（2）暴露性指标在崇明岛北沿区域和东滩区域较高，主要受到咸水入侵和洪涝灾害的影响；敏感性指标在崇明岛中部和北沿区域较高，主要是受植被生长状况和生物多样性影响，2005年和2015年的空间格局基本一致，但2015年整体偏低；恢复力指标在崇明岛南部和中部较高，在北沿区域和东滩区域较低，主要受堤坝保护等级影响，同时受到生态用地等级影响，年际变化上，2015年较2005年响应指标较高。.（3）从2005年到2015年，崇明岛生态脆弱性由0.39转化为0.36。2005年到2015年之间，原来较低的生态脆弱性区域（<0.2）和较高的区域（>0.6）转化为了中等等级的生态脆弱性（0.2~0.6），主要是林地转化为农业用地和部分建设用地，而在北沿区域和东滩外围由于泥沙淤积导致海水直接淹没的区域逐渐转化为湿地及林地。在空间上，崇明东滩和启隆镇受咸水入侵及洪涝灾害等影响，生态脆弱性最高；新村乡和上实农业园区相对较高，其余区域生态脆弱性较低。本研究可指导崇明岛生态管理方案设计，在脆弱性较高区域加强工程建设来控制咸水入侵，种植耐盐碱性的植物构建稳定的生态系统等。本项研究成果河口岛屿生态脆弱性理论框架具有一定的借鉴意义。