東北地理所在濕地彈性和適應(yīng)性循環(huán)指導(dǎo)恢復(fù)目標(biāo)構(gòu)建上取得進(jìn)展
近幾十年來，在氣候變化和人類活動(dòng)的雙重干擾下，全球濕地的損失和功能退化速率遠(yuǎn)大于其它自然生態(tài)系統(tǒng)，嚴(yán)重影響了區(qū)域生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展。為服務(wù)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)需求，維持濕地可持續(xù)發(fā)展，急需開展?jié)竦乇Ｗo(hù)和恢復(fù)的基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)研究工作。從濕地生態(tài)恢復(fù)目標(biāo)的制定方法上看，由于缺乏對(duì)濕地彈性和適應(yīng)性循環(huán)的深入了解，目前常用的歷史記錄法、參考點(diǎn)法等通常把系統(tǒng)受到擾動(dòng)之前的生態(tài)特征設(shè)定為恢復(fù)參考目標(biāo)，導(dǎo)致恢復(fù)所需成本過高、周期過長(zhǎng)。
為探索是否可以利用濕地沉積記錄揭示生態(tài)系統(tǒng)的彈性和適應(yīng)性循環(huán)機(jī)制并指導(dǎo)制定濕地恢復(fù)目標(biāo)，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所濕地演化與生態(tài)功能學(xué)科組的科研人員們利用一個(gè)退化的濕地(洪河濕地)和一個(gè)在近十幾年來逐漸消失的濕地(申家店濕地)，選取耐受性較強(qiáng)的植被群落和硅藻群落等慢變量(slow variables)，評(píng)估其在近百年來人類活動(dòng)脅迫下表現(xiàn)出的彈性特征和適應(yīng)性循環(huán)過程。分析發(fā)現(xiàn)，上個(gè)世紀(jì)70年代末，植被群落和硅藻群落在嚴(yán)重人類活動(dòng)的干擾下逐漸從喜濕物種轉(zhuǎn)變?yōu)榱讼哺晌锓N。基于STARS計(jì)算和F統(tǒng)計(jì)等識(shí)別穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換早期信號(hào)的方法，發(fā)現(xiàn)濕地在1990年前后發(fā)生了穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換(圖1)。濕地排干和地下水的過度使用等人類活動(dòng)是造成洪河和申家店濕地發(fā)生穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的主要原因。
圖1 申家店和洪河濕地在嚴(yán)重人類活動(dòng)干擾下的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換
基于濕地生態(tài)系統(tǒng)慢變量的變化和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間，可以判斷出三江平原濕地生態(tài)系統(tǒng)在70年代末之前是處于適應(yīng)性循環(huán)的保持(conservation)階段，70年代末至1990年處于釋放(release)階段，1990年以后則處于重組(reorganization)階段，從貧營(yíng)養(yǎng)-喜濕的一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁粻I(yíng)養(yǎng)-喜干的一個(gè)狀態(tài)(圖2)。生態(tài)系統(tǒng)在保持階段早期具有較高的彈性力和穩(wěn)定的狀態(tài)，盡管生態(tài)系統(tǒng)已遭受輕微的人類活動(dòng)干擾，這個(gè)階段的生態(tài)特征仍可以作為濕地恢復(fù)的參考基準(zhǔn)。相比以生態(tài)系統(tǒng)受到擾動(dòng)之前的生態(tài)特征作為恢復(fù)目標(biāo)，這個(gè)方法更加的經(jīng)濟(jì)、合理，恢復(fù)后的濕地生態(tài)系統(tǒng)功能也更加穩(wěn)定。
圖2 生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)性循環(huán)及生態(tài)功能的下降
相關(guān)論文發(fā)表在國(guó)際期刊Earth’s future上，本研究由東北地理所畢業(yè)生劉漢向?yàn)檎撐牡谝蛔髡撸⑴c高傳宇副研究員和王國(guó)平研究員共同完成。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No. 42001081. 42171103)，中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(No. 2020M680694)，中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目(No. 2020235)以及中國(guó)科學(xué)院特別研究助理項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
論文信息如下：
Hanxiang Liu, Chuanyu Gao*, Guoping Wang*. Considering the adaptive cycle and resilience of the ecosystem to define reference conditions for wetland restoration. Earth’s Future (2022), 10. e2021EF002419. https://doi.org/10.1029/2021EF002419
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