遼河口潮灘典型鹽沼植被退化影響因素分析

陳 旭，詹澤榮，弓 耘，2，郭聰聰，張明亮，3

（1.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023； 2.盤錦紅海灘旅游發(fā)展有限公司，遼寧 盤錦 124216； 3.大連理工大學(xué) 海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧 大連 116025）

遼河是我國七大河流之一，遼河流域面積約21.9萬km2，河長約1400 km，流經(jīng)河北、內(nèi)蒙古、遼寧等多個省（區(qū)）。 遼河在遼東灣灣頂入海，入海口區(qū)自然地貌包括大面積潮灘、水下三角洲、攔門淺灘及海底沖刷槽等［1］。 遼河口濕地主要位于遼東灣海域和遼河陸海交界潮間帶，河流與海洋水體交互，在淡水與咸水混合作用下，河口大量營養(yǎng)物質(zhì)沉積，并與海水混合形成了適宜多種生物繁衍的潮灘濕地［2］。 遼河口濕地生長著一種特殊的鹽堿植物——翅堿蓬，又稱鹽地堿蓬，屬一年生草本植物。 遼河入海徑流和河口潮汐相互作用為翅堿蓬的生長提供了適宜的溫度和鹽度，復(fù)雜水動力侵蝕與沉積下形成的淺海灘涂為翅堿蓬提供了適宜的土壤生境［3］。 近年來隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類對遼河口潮灘濕地過度圍墾開發(fā)，造成水體污染、局部海岸和海床沖淤嚴(yán)重、濕地退化等一系列生態(tài)環(huán)境問題，典型濕地植被翅堿蓬呈現(xiàn)明顯退化趨勢［4-5］。 因此，了解和認(rèn)識遼河口潮灘水環(huán)境變化對翅堿蓬的影響，揭示翅堿蓬退化的主要驅(qū)動因素，對遼河口潮灘植被的保護和恢復(fù)具有重要意義，也是當(dāng)前研究的熱點之一。

為探究河口濕地植被退化的驅(qū)動因素，有學(xué)者從不同角度開展了大量研究工作。 崔保山等［6］認(rèn)為圍填海工程給濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能等帶來了較大負(fù)面影響，進而改變了濱海濕地格局。 李雪等［7］研究表明，降水量和降水時間改變CH4與CO2的比率，調(diào)控土壤鹽度，進而影響翅堿蓬面積。 趙肖依等［8］開展不同鹽度梯度翅堿蓬室內(nèi)水培試驗結(jié)果顯示，高鹽條件下翅堿蓬植株生長受抑制。 許婕等［9］研究表明，潮灘濕地土壤養(yǎng)分分布是影響翅堿蓬面積的重要因素。 此外，有學(xué)者對潮灘濕地污染物濃度變化趨勢進行了深入研究。 齊玥等［10］認(rèn)為灘涂濕地植被初級階段主要受鹽度控制，隨著由鹽生植被向陸生植被過渡，植被分布特征與總有機碳、總氮和總磷含量密切相關(guān)。王艷等［11］研究表明，翅堿蓬退化顯著影響土壤氮磷等營養(yǎng)元素含量。 前人針對河口翅堿蓬退化問題進行了眾多研究與探討，但并沒有深入分析翅堿蓬退化的誘因，且基于實測數(shù)據(jù)分析水鹽環(huán)境變化與濕地植被退化關(guān)系的較少。 筆者基于遼河口水體鹽度、沉積質(zhì)鹽度及水體污染物濃度等監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合研究區(qū)遙感圖像，探尋潮灘濕地翅堿蓬退化的主要原因，以期為遼河口潮灘濕地生態(tài)修復(fù)提供參考。

1 研究區(qū)概況

遼河口潮灘濕地位于我國遼東灣北部，總面積約11.9 萬hm2，毗鄰遼寧省盤錦市，見圖1。 該濕地受河流徑流和外海潮汐共同作用，水文條件復(fù)雜，地貌類型屬沖海積-洪積平原，地勢較為平坦低洼，呈寬喇叭口狀。 研究區(qū)為暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，春季多風(fēng)干燥，夏季高溫多雨，夏季降水量約占全年降水量的60%，秋季低溫少雨，冬季寒冷干燥。 該濕地優(yōu)勢種為蘆葦和翅堿蓬，鹽沼植被的密集生長形成了壯麗的“紅灘”和“綠毯”景象。

2 數(shù)據(jù)來源與遙感解譯

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)包括遙感影像與監(jiān)測數(shù)據(jù)兩部分。 遙感影像為2017—2020年Lansat8 OLI 影像；監(jiān)測數(shù)據(jù)選取可能影響翅堿蓬群落退化的水體鹽度、沉積質(zhì)鹽度及水質(zhì)指標(biāo)（包括pH 值、COD、亞硝酸鹽氮與活性磷酸鹽），布設(shè)6 個點（V1～V6）進行定期監(jiān)測，監(jiān)測點主要分布在遼河口東岸（見圖1），每周采集水樣1次。水體鹽度、沉積質(zhì)鹽度監(jiān)測時段為2017—2020年；水質(zhì)監(jiān)測于2019年和2020年5月開始，9月底結(jié)束。

圖1 研究區(qū)位置及監(jiān)測點分布

2.2 遙感解譯

通過面向?qū)ο蟮姆椒▽⑦b感影像劃分為具有相同性質(zhì)的“對象”，利用各對象間光譜信息、條紋形狀及空間關(guān)系等多種屬性的差異對地物進行分類。 首先通過ENVI5.4 對選取的遙感影像進行輻射定標(biāo)及大氣校正，使用eCognition9.0 對增強后的影像進行分類。 在面向?qū)ο蠓诸惙ɑA(chǔ)上，對遼河口潮灘濕地植被遙感影像進行人機交互式目視解譯，分類結(jié)果見圖2。 遼河口潮灘濕地主要植物群落為蘆葦與翅堿蓬，2017—2020年蘆葦主要分布于遼河口上游潮灘，隨著向河口下游潮灘區(qū)域推進蘆葦面積逐漸較小，總體來說，蘆葦分布偏北，更接近河道和內(nèi)陸地區(qū)。 翅堿蓬作為濱海濕地的指示性植物，呈條帶狀分布在研究區(qū)左右兩岸灘地，整體分布偏南。 遼河口南部潮灘翅堿蓬分布面積較小，只有零星分布，有的區(qū)域呈光灘特征。

圖2 2017—2020年遼河口潮灘翅堿蓬空間分布

通過對遼河口潮灘濕地遙感圖像解譯結(jié)果進行分析，并結(jié)合實地調(diào)查可知：2017—2019年，研究區(qū)翅堿蓬面積逐漸減小，2020年遼河口潮灘濕地植被面積與2017—2019年相比呈增大趨勢。 與遼河口上游相比，下游潮灘翅堿蓬長勢較差，南部區(qū)域翅堿蓬面積逐漸縮小，直至退化為光灘。 其中：監(jiān)測點V1 和V2 翅堿蓬長勢最好，為茂盛區(qū)；監(jiān)測點V3 和V4 翅堿蓬生長狀態(tài)稍差，為退化區(qū)；監(jiān)測點V5、V6 幾乎無翅堿蓬生長，為光灘區(qū)。

3 結(jié)果與分析

3.1 水體鹽度

2017—2020年各監(jiān)測點翅堿蓬生長季水體鹽度變化見圖3。 2017—2019年4—8月，各監(jiān)測點水體鹽度呈下降趨勢，而2020年5—8月各監(jiān)測點水體鹽度變化不大，2020年各監(jiān)測點水體鹽度整體低于2017—2019年的。 此外，2017—2019年各監(jiān)測點水體鹽度逐年升高，而2020年水體鹽度明顯下降。 監(jiān)測點V1 ～V6 水體鹽度年均值總體呈增大趨勢，即越靠近遼河口潮灘南部區(qū)域，水體鹽度越高，這與李晉等［12］的研究結(jié)論一致。

圖3 2017—2020年各監(jiān)測點水體鹽度變化

對2017—2020年研究區(qū)遙感影像解譯可知，2020年遼河口潮灘濕地植被面積與2017—2019年相比增大。 2020年遼河口水體鹽度年均值降低，翅堿蓬長勢良好。 2020年水體鹽度下降的原因是受臺風(fēng)影響降水增多，上游河流徑流量增大，咸淡水混合對海水起到很好淡化作用，水體鹽度下降有利于翅堿蓬生長［13］。綜上所述，遼河口水體鹽度對濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能有重要影響，可通過降低水體鹽度的方式促進翅堿蓬的生長定植。

3.2 沉積質(zhì)鹽度

2018年不同月份各監(jiān)測點沉積質(zhì)鹽度變化曲線見圖4。 4—5月監(jiān)測點V1～V5 沉積質(zhì)鹽度大幅增大，監(jiān)測點V6 沉積質(zhì)鹽度變化不明顯；5—8月各監(jiān)測點沉積質(zhì)鹽度增速放緩，而8—10月各監(jiān)測點沉積質(zhì)鹽度增大趨勢不明顯。 4—10月監(jiān)測點V1 ～V4 沉積質(zhì)鹽度均不高于16 g／kg（抑制翅堿蓬生長的鹽度閾值），8—10月監(jiān)測點V5、V6 沉積質(zhì)鹽度超出16 g／kg，沉積質(zhì)鹽度總體呈增大趨勢。

圖4 2018年各監(jiān)測點沉積質(zhì)鹽度變化

遼河口潮灘沉積質(zhì)鹽度呈南高北低分布特征，監(jiān)測點距離遼河口潮灘南部區(qū)域越近，沉積質(zhì)鹽度越大。監(jiān)測點V5、V6 沉積質(zhì)鹽度8月后超出16 g／kg，所在區(qū)域潮灘翅堿蓬長勢較差，大部分退化為光灘。 4—5月為翅堿蓬萌芽生長期，此時沉積質(zhì)鹽度快速增大，促進翅堿蓬生長，但沉積質(zhì)鹽度超過翅堿蓬最適鹽度閾值將抑制其生長［14］，因此沉積質(zhì)鹽度影響翅堿蓬定植，這與崔保山等［15］在黃河三角洲得到的結(jié)論一致。

3.3 水體pH 值與水體污染物

遼河每年有大量N、P 等營養(yǎng)鹽及污染物流入海洋，河口水質(zhì)對潮灘濕地翅堿蓬生長也有一定影響［16-17］。 根據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3097—1997），水體pH 值、COD、活性磷酸鹽、無機氮（亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、氨氮）等共同決定海水水質(zhì)，為探究這些水質(zhì)指標(biāo)對潮灘翅堿蓬退化的影響，選取部分水質(zhì)指標(biāo)進行分析。 2019—2020年各監(jiān)測點水質(zhì)指標(biāo)年均值變化見表1。 與2019年相比，2020年監(jiān)測點V1 ～V6 水體pH 值年均值顯著下降；2019—2020年下游監(jiān)測點 （V4～V6）水體pH 值低于上游監(jiān)測點（V1～V3）的。

表1 2019—2020年各監(jiān)測點水質(zhì)指標(biāo)年均值（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）變化情況

2019—2020年各監(jiān)測點COD、亞硝酸鹽氮、活性磷酸鹽質(zhì)量濃度變化見圖5。 翅堿蓬生長中期，各監(jiān)測點COD 質(zhì)量濃度均呈減小趨勢，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度顯著下降，活性磷酸鹽質(zhì)量濃度呈不規(guī)則變化。 此外，與2019年相比，2020年各監(jiān)測點活性磷酸鹽質(zhì)量濃度年均值顯著增大，而COD年均值與亞硝酸鹽氮年均值減小。 2019—2020年監(jiān)測點V6 污染物年均值均顯著高于監(jiān)測點V1 的，與上游相比，遼河口下游COD、亞硝酸鹽氮、活性磷酸鹽質(zhì)量濃度年均值增大。5—8月為遼河口豐水期，隨著上游河流徑流量增大，6個監(jiān)測點COD、亞硝酸鹽氮、活性磷酸鹽質(zhì)量濃度變化趨勢基本一致，表明COD、亞硝酸鹽氮、活性磷酸鹽具有同源性，主要來自于上游河流輸送。 綜上所述，豐水期上游河流徑流量增大顯著影響遼河口各類污染物濃度。

圖5 2019—2020年各監(jiān)測點污染物濃度變化情況

結(jié)合遙感影像解譯可知，2020年翅堿蓬面積高于2019年的，此時研究區(qū)水體pH 值、COD 與亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度年均值顯著減小，活性磷酸鹽質(zhì)量濃度年均值顯著增大；下游COD、亞硝酸鹽氮、活性磷酸鹽質(zhì)量濃度高于上游的，而下游水體pH 值低于上游的，此時下游潮灘翅堿蓬面積顯著低于上游的，因此潮灘濕地水環(huán)境變化對翅堿蓬面積影響不顯著。 上述結(jié)論與朱浩崢等［18］關(guān)于水質(zhì)超標(biāo)在一定范圍內(nèi)不會對翅堿蓬生長造成危害，翅堿蓬生長受抑制主要由沉積質(zhì)鹽度過高導(dǎo)致的結(jié)論相符。

4 結(jié)語

2017—2020年遼河口潮灘濕地翅堿蓬時空分布變化顯著，靠近遼河口潮灘南部區(qū)域翅堿蓬面積逐漸縮減，直至退化為光灘。 2020年水體鹽度年均值顯著低于2017—2019年的，此時翅堿蓬長勢良好，面積增大，遼河口潮灘濕地水體鹽度與翅堿蓬生長顯著相關(guān)，因此可通過調(diào)控上游河流徑流量有效降低水體鹽度對翅堿蓬的生態(tài)脅迫。 遼河口潮灘沉積質(zhì)鹽度超過翅堿蓬生長最適鹽度閾值，將抑制植被生長，因此可以通過降低水體鹽度調(diào)控沉積質(zhì)鹽度的方式促進翅堿蓬定植，從而促進遼河口濕地的生態(tài)修復(fù)。 豐水期上游河流徑流量增加顯著影響遼河口區(qū)域各污染物濃度，COD、亞硝酸鹽氮、活性磷酸鹽主要來自上游河流輸送，且遼河口潮灘濕地小范圍水質(zhì)變化不會危害翅堿蓬的生長。