红树林生态调查与潮位监测

西班牙 阿鲁巴 泄湖 海水 潮位 盐分

目标

通过为期三个月的野外调查,了解西班牙泄湖(阿鲁巴)红树林水文状态,评估红树林生态服务功能(例如栖息地质量、海岸带保护功能)是否受到胁迫。定量评价盐分和淡水供给,估测森林生物量。

方案

利用Diver监测潮位。运用树木生长模型估测当前水文条件下的生物量。使用Diver数据验证模型。

结果

当前水文条件有利于泄湖地区红树林生长。估测了森林生物量,并与其它地区的红树林进行了对比。模拟结果显示,红树林生长不限于河道区与森林腹地区。


海岸带生态系统

红树林是热带和亚热带气候条件下生长于海陆过渡带的木本植物。它们能够适应潮汐环境下变化的盐分浓度,能够利用叶片排盐、根细胞膜超滤等机制,从盐水环境中汲取水分。不同品种的红树林在含盐环境中的生存能力也不同。

过去几十年,在城市化、水产养殖、矿产开发、过度捕捞等因素影响下,全球红树林面积中以每年1%~2%的速率锐减。保护红树林生态系统,对于维持生物多样性、防洪、以及水土保持来说具有重要意义。

《湿地公约》(又称《拉姆萨尔公约》)是一项国际自然保护公约,其宗旨是通过政府间合作,实现全球湿地资源的保护与合理利用。

西班牙泄湖保护区

西班牙泄湖保护区是《湿地公约》列出的保护地之一(第198号场地)。它位于加勒比海阿鲁巴岛,是一个占地70公顷的狭长河口地带,由潮汐泥滩和红树林沼泽组成。关于这一带的红树林,人们普遍认为其生长质量不错,应当符合公约中的准则,然而这仅仅是猜测而已,实际上很少有人针对这一问题进行过研究。鉴于此,我们启动了一项探索性研究项目——调查和评估西班牙泄湖区红树林的生长状态。



红树林的生长和构成受蒸发作用、淡水供应、水量水质等因素的影响。通过对水平衡各项进行定量分析,可以获得红树林的生长状态信息。

除了水均衡分析外,我们还构建了红树林生长模型,用于评估森林的生物量和面对变化水文条件的脆弱性。模型基于地面生物量来模拟树木生长,并对开放水域的红树林生物量和腹地的红树林生物量进行了比较,以分析局部水文通量的差异是否导致生物量生产差异。

海岸带生态系统水文学

红树林生态系统中的水文演变非常复杂,许多因素都能导致水文条件的改变。例如,潮汐作用是带动含盐水进入系统并与淡水混合的主要因素。然而,潮汐作用并非控制盐分的唯一因素,淡水河渠及其水力因素也起着重要作用,若红树林生长阻塞河渠,就会导致系统盐平衡发生改变。

测量和模拟海水入流

本研究采用Diver来记录潮位数据,进而计算出海水入流数据。考虑到咸水与海水的腐蚀性,本研究采用的仪器为陶瓷外壳的Cera-Diver。研究组选择了5个监测点位(4个位于河道,1个位于红树林腹地),点位两两之间相距400~600米。每个点位安装1台Cera-Diver,以每15分钟监测1次的频率工作。

在波浪条件下,水位不断发生小幅波动,若将这些波动纳入进来,就会导致入流量计算结果偏高,因此研究组对Cera-Diver记录的潮位数据进行了平滑变换。入流量的计算,是用过一次潮汐过程中的高潮水位减去低潮水位而得出的;若一天发生多次潮汐,则将计算结果累加。

下图展示的是监测到的潮位数据。在河道中安装的1~4号Diver呈现出相同的动态模式,水位在潮汐作用下的波动幅度在20~30厘米。5号Diver安装在红树林腹地,其数据展现出不规则模式,波动幅度仅约5厘米,这表明潮汐作用对腹地的影响相对较小。



利用红树林生物量模型,研究组也对潮汐进行了模拟,并将模拟的潮位结果与实测潮位数据与进行对比。结果显示,模拟潮位与实测潮位匹配良好。



结论

西班牙泄湖目前的水文条件有利于森林区和河道区的红树林生长。与入海口相比,腹地受潮汐的影响显著下降,其受纳的海水入流量约为入海口附近的10%。目前的入流量能够保证红树林不受水分和盐分胁迫。

在西班牙泄湖地区测得的平均地上生物量与同纬度的森林的平均值相当。

模型结果表明,海水入流量大幅下降(>50%)是西班牙泻湖红树林的最大威胁。入流减少将导致腹地盐度抬升,进而导致红树林死亡。因此,有必要采取措施,确保红树林腹地与河道连通,使海水入流量足以抵消腹地的盐碱化过程。总体结论,在目前的水文条件下,西班牙泄湖的栖息地功能没有受到威胁。

其他水源(包括地下水径流和地表径流)随季节和年度变化剧烈,且只是短期性存在。它们虽然对整个泄湖地区来说是重要的,但对红树林生长来说并非关键因素,因为红树林依赖的是持续性水源。


参考文献

[1]本案例中的文字、图表和数据源于Siebe Houtsma的硕士论文——The current status of mangrove forests in Spanish Lagoon (Aruba) evaluated from a hydrological point of view, July 2017, Soil Physics and Land Management, Wageningen University and Research.