中国滨海盐沼湿地受损严重,人工修复策略已成为保护滨海生境的主要措施之一.本研究探讨了在长江口上海崇明东滩鸟类国家级自然保护区,互花米草控制和鸟类栖息地优化工程项目内空白生境的本土盐沼植物高效恢复技术.通过野外小试和中试试验,分析了长江口盐沼湿地建群种海三棱藨草恢复过程中繁殖体种类和移植方式对恢复效率的影响,并评估了不同恢复策略的恢复成本和效率.结果表明:1)海三棱藨草球茎苗耐淹性较强,适用于环境异质性较高的优化区;2)在4种恢复海三棱藨草群落的处理中,最经济高效的处理为无泥低密度球茎苗的移植方式,其每公顷的投入成本约为10100元.相较之下,无泥高密度、带泥低密度及带泥高密度的处理每公顷所需成本分别为41100、30000和120100元;3)经过近5年的努力,海三棱藨草群落在崇明东滩优化区C3区域覆盖度已超过60％,是相对成功的大规模野外恢复示范.本研究可为大规模滨海盐沼植物的恢复工程提供依据及支撑.

栖息地是生物生存和繁衍的场所.栖息地丧失和质量下降都会对野生生物的种群维持带来严重影响.通过2个案例介绍栖息地保护对鸟类保护的重要性:1)韩国西海岸大滨鹬的关键迁徙停歇地丧失导致其种群快速下降;2)崇明东滩鸟类自然保护区通过治理外来植物互花米草和优化鸟类栖息地,鸟类多样性明显提升.栖息地是生物赖以生存的“家园”,开展栖息地保护对野生生物的保护起着关键作用.

湿地快速丧失和退化是全球水鸟面临的严重威胁.位于长江口的上海崇明东滩鸟类自然保护区是亚太地区水鸟重要分布区,为了应对互花米草快速扩张所带来的水鸟栖息地丧失和质量下降,保护区于2011年开展互花米草治理和鸟类栖息地重建生态项目,为鸟类提供补偿栖息地.通过直接计数法调查了栖息地重建区域的水鸟种类和数量,以了解该区域对水鸟的支持作用并为湿地管理提供依据.2011年11月-2016年10月,在该区域共记录到水鸟7目13科69种,共计38 238只次.不同水鸟类群在不同年份和不同季节的变化较大,这可能与不同水鸟类群在栖息地需求方面存在较大差异,以及不同年份研究区域在植被、水文条件及人类活动干扰等方面发生的明显变化有关.建议根据水鸟的生态习性和时空分布特征,针对性地开展植被、水文特征等栖息地要素的管理,以达到为多种水鸟提供适宜栖息地的目标.

以崇明东滩芦苇湿地为对象,采用开顶室生长箱(Open top chambers OTCs)原位模拟大气升温试验,研究了连续升温8a对崇明东滩湿地0-40cm土层土壤微生物生物量碳氮含量的影响.结果表明:连续升温显著提高了崇明东滩湿地土壤微生物生物量碳氮含量,从土壤表层到深层(0-10,10-20,20-30,30-40cm),微生物生物量碳分别增加了39.32％、70.79％、65.20％、74.09％,微生物生物量氮分别增加了66.46％、178.27％ 、47.24％ 、64.11％.但升温对土壤微生物生物量的影响因不同土层和不同季节并未表现出统一的规律,长期模拟升温显著提高4月0-20cm土层和7月0-40cm土层微生物生物量碳氮含量,对10月0-40cm土层微生物生物量碳含量没有影响,但是显著提高了10月0-40cm土层微生物生物量氮含量,同时,微生物生物量碳氮比在7月也显著提高.相关分析表明:无论在升温条件还是在对照条件下,土壤温度、含水量、总氮与土壤微生物生物量碳氮及微生物生物量碳氮比均无相关关系,升温条件下,有机碳与微生物生物量碳氮含量以及微生物生物量碳氮比呈显著正相关,但是在对照条件下有机碳与微生物生物量碳氮含量以及微生物生物量碳氮比呈显著负相关.因此,土壤有机碳是影响土壤微生物生物量碳氮含量对长期模拟升温响应的重要生态因子.

盐沼生态系统环境梯度明显,物种组成较简单,是研究生物多样性与生态系统功能关系的理想对象.本研究以崇明东滩盐沼湿地为研究区域,研究优势种去除对植物群落结构以及底栖动物群落的影响.结果表明:(1)去除处理仅对植物群落分株密度有极显著效应(P＜0.01).去除组和对照组物种组成差异随时间增加而减小,处理效应逐渐减弱.(2)去除组底栖动物密度均低于对照组,但差异不显著.(3)盐沼植物群落特征与底栖动物群落有密切关系,植物密度、冠层高度与底栖动物密度相关性极显著.去除优势种后,植物群落分株密度升高,群落内剩余物种占比有所上升,次优势种对群落的补偿效应具有较大贡献;而底栖动物群落密度下降,其生物量和多样性指数的变化趋势与密度并不一致.上述结果表明生物多样性变化影响了盐沼湿地生态系统植物群落和底栖动物群落结构,进而可能影响物质循环和能量流动过程.

多稳态现象普遍存在于多种生态系统中,它与生态系统的健康和可持续发展密切相关,已成为生态学研究的热点与难点,但是目前有关滨海湿地生态系统多稳态的形成机制还缺乏深入研究.本文以崇明东滩鸟类自然保护区的潮间带生态系统为研究对象,通过以下内容,开展滨海湿地多稳态研究:1)通过验证多稳态的判定依据“双峰”和“阈值”特征,证实长江口潮间带生态系统存在多稳态,并确定其稳态类型;2)通过监测潮间带生态系统水动力过程、沉积动力过程以及盐沼植物生长和扩散情况,分析盐沼植被与沉积地貌之间的正反馈作用,进而探讨潮间带生态系统多稳态的形成机制.结果表明:1)潮间带生态系统的归一化植被指数(NDVI)频度分布存在明显的双峰特征,且盐沼植物成活存在生物量阈值效应,均证实潮间带生态系统存在多稳态,“盐沼”和“光滩”是潮间带生态系统的两种相对稳定状态;2)崇明东滩盐沼前沿的沉积地貌表现出泥沙快速淤积的趋势,显著促进了盐沼植物的生长,盐沼植物与泥沙淤积之间的这种正反馈作用是潮间带生态系统形成多稳态的主要原因;3)盐沼植被扩散格局监测结果在景观尺度上也表明,泥沙淤积作用促进了潮间带生态系统“盐沼”和“光滩”多稳态的形成.本研究既丰富了滨海湿地稳态转换的机理研究,也为我国开展海岸带保护、修复和管理提供了科学依据,具有重要的理论和实践意义.

滨海湿地生态修复已成为阻止海岸带生态系统退化、保护生物多样性以及提供生态服务的关键措施.以长江口原生盐沼植物海三棱藨草(Scirpus mariqueter)为研究对象,选取崇明东滩新生滩涂湿地为研究区域,通过沿潮滩高程梯度的海三棱藨草植株斑块的移植实验,探究胁迫梯度假说和互惠理论(即种内的正相互作用)对长江口海三棱藨草种群恢复的指导意义.研究结果显示:(1)在一定的胁迫梯度范围内(潮滩高程2.0 m以上),增大种植斑块可以促进海三棱藨草的种内正相互作用,显著提高种植斑块的存活率和植株密度(P＜0.05);(2)潮滩水文动力沉积条件与潮滩高程梯度密切相关(P＜0.05),水文动力沉积作用对海三棱藨草定居和生长的胁迫随高程梯度下降而增强.潮滩高程2.0 m以下处强烈的水文动力条件干扰限制了生物-物理因素的正反馈作用.滨海湿地盐沼植被修复工作的成功率可以通过改进种植方式,增强种内的正相互作用得到极大的提高.研究可为开展大规模滨海湿地盐沼植被修复工程和提高生态修复效率提供科学依据和技术支持.

以长江口崇明东滩典型盐沼分布区为研究区域,在不同站位固定样地月际取样调查基础上,分析了大型底栖动物食性功能群沿高程梯度的分布特征及其主要影响因子,特别是外来入侵植物的影响.结果 表明,不同高程区域,大型底栖动物优势种不同,除中潮带分布区以杂食性和植食性功能群为主外,其余各区域均以杂食性功能群为主.沿高程梯度,大型底栖动物各功能群的多度和生物量均发生极显著的变化(P＜0.01),而不同功能群在不同植被带间的差异情况有所不同.其中,高程最低的光滩区域,肉食性功能群多度和生物量均显著高于高程相对较高的植被带(P＜0.05);中潮带海三棱蔗草分布区植食性功能群多度和生物量均显著高于其他高程区域(P＜0.05).主要生境因子,包括沉积物总磷、总氮、有机质、速效磷、硝态氮、铵态氮、中值粒径,以及植物的植株高度和地上部分生物量干重等指标,均随高程梯度变化显著(P＜0.05),但不同因子变化特征有所不同.外来种互花米草的入侵并未造成相应区域大型底栖动物优势功能群的改变,但区域内杂食性功能群的多度和生物量均显著增加(P＜0.05);环境因子中的部分因子,包括沉积物速效磷、硝态氮、铵态氮和有机质含量,表现出与同高程的本地种芦苇分布区间的显著差异(P＜0.05).导致大型底栖动物食性功能群组成及分布发生变化是多种生境因子综合作用的结果,而对不同食性功能群起作用的主要影响因子存在差异.沉积物营养盐含量差异是造成大型底栖动物食性功能群多度变化的最主要因素;沉积物盐度是影响大型底栖动物食性功能群生物量的最主要因素.要完整揭示底栖动物功能群分布特征及其影响因子的作用机理,需要综合考虑水文、植被、沉积物等多种生境因子.

长江口崇明东滩盐沼湿地围堤工程是以清除入侵植物互花米草为目的而进行的生态修复工程.由于大型底栖动物可作为重要的环境指示生物,分析比较了围堤前后围堤工程内和工程外大型底栖动物群落结构及多样性的变化.结果 表明,在2013年围堤工程前和2016年围堤工程后两次调查共采集到大型底栖动物29种,分别隶属于无针纲、多毛纲、腹足纲、双壳纲、甲壳纲和昆虫纲.在2013和2016年围堤外光滩生境分别采集到底栖动物21种和27种,并且所有样线都表现出物种数量增加或持平;然而在围堤内区域,两条全封闭样线(样线2和样线3)由围堤前的12种减少到围堤后的6种,而在保留进出水口的半封闭样线1围堤内由围堤前7种增加到围堤后12种.底栖动物平均密度在半封闭样线1围堤内由围堤前的(75±0)个/m2增加到围堤后的(288±111)个/m2(P=0.091),在全封闭的样线2(2013:(120±17)个/m2;2016:(7±7)个/m2)和样线3(2013:(359±20)个/m2;2016:(93±93)个/m2)围堤内都表现出围堤前显著高于围堤后(P＜0.05);围堤外光滩区域所有样线虽然没有显著性差异,但是都表现出围堤后密度增加,总平均密度由围堤前的(410±83)个/m2增加到2016年的(1184±393)个/m2(p=0.072).因此,在长江口盐沼湿地进行互花米草生态治理的围堤工程,保留进出水口保持围堤区域与外界自然水域的连通性对围堤内底栖动物结构及多样性有积极作用,而围堤外底栖动物结构及多样性在所有样点均处上升趋势.围堤工程主要对软体动物和多毛类影响较大,而同时这些物种还是鸟类或者鱼类的重要食物资源,从而对鸟类和鱼类等次级消费者造成影响.从底栖动物群落变化及其生境来看,建议应该采取保留进出水口的围堤方式,维持潮水的出入,恢复围堤内与围堤外的生境连通性.

选取东部沿海最有代表性的3个区域分别为闽江口湿地、崇明东滩湿地以及盐城丹顶鹤保护区作为研究对象,分别从养分分配机制、群落特征和生物量及有机质的差异方面研究互花米草入侵的机制.分析显示,其入侵能力强的主要原因是高于其他植物的基因渗入能力和高遗传分化能力.同时,根据互花米草对滩涂动植物和水鸟种群分布两方面研究其对东部沿海的生境的影响.在此基础上,提出应更多地采取综合治理的方法,并以研发其利用价值为核心,进一步加强对互花米草入侵的控制和防治.