辽河口湿地潮滩区淤蚀动态特征与生态稳定性研究
河口湿地潮滩是海岸带重要组成部分，是陆海物质、能量及信息交换最频繁的区域，其淤蚀演变过程及生态稳定状态对河口湿地安全至关重要。受自然和人为多重因素影响，潮滩蚀退已成为全球重要河口主要特征，但其淤蚀及生态稳定过程尚不明确。因此本研究以辽河口湿地潮滩区为研究对象，旨在探究河口湿地潮滩区淤蚀规律及其生态稳定性，理清影响潮滩淤蚀和生态稳定的关键驱动力。采用同位素示踪和地理信息系统分析了近30余年辽河口湿地潮滩区在水平空间和垂向的淤蚀动态过程；基于定年结果重建了潮滩沉积过程时间维度，分析了辽河径流输送泥沙与潮滩沉积物间的作用规律，探明了径流对潮滩细粒物质输送临界输沙动力条件；采用频谱分析法解析了潮滩泥沙沉积与上游径流变化间的周期响应规律；通过沉积物粒度分布特征探究了潮滩区水动力变化过程；采用PSR-Rough Sets和ARIMA模型探讨了自然和人为多因素耦合作用下潮滩空间结构的生态稳定性，明确了关键驱动因子，预测了辽河口湿地潮滩未来发展趋势。研究结果探索了河口湿地潮滩淤蚀规律与生态稳定理论，对区域河口湿地安全及潮滩资源的可持续利用具有重要的指导意义。主要研究结论如下： （1）辽河口湿地潮滩区垂向沉积速率呈阶段性变化，1963-2017年间平均沉积速率为2.24cm/a。基于137Cs和210Pb相结合的定年分析法确定1963至1986年平均沉积速率为1.80cm/a，1986至2017年平均沉积速率为2.62cm/a。 （2）辽河口湿地潮滩区近30余年在水平空间上总体呈淤积状态，潮滩岸线总体向海迁移，但受辽河径流输沙及人为开发活动影响，潮滩面积总体呈萎缩态势，潮滩人工岸线逐年增加，岸线长度呈减少趋势。辽河口湿地潮滩区1985至2017年间平均淤积侵蚀速率为342.42hm2/a，平均岸线位移为36.76m/a，潮滩岸线长度减少5.09km，潮滩自然岸线不断被人工岸线代替，人工岸线比例逐年增加，岸线曲折性变化不大。 （3）辽河口湿地潮滩区沉积物沿陆至海方向，沉积物运移方式在空间上由均匀悬浮逐渐过渡为递变悬浮，沉积物粒径呈粗化趋势。潮滩区沉积物沿陆至海方向粘粒和粉粒含量呈减小趋势，砂粒含量呈增加趋势，沉积物粒径呈粗化趋势，沉积物类型总体以砂质粉砂为主。 （4）辽河季节性径流过程影响辽河口湿地径流与潮汐交互区水动力平衡过程，进而引起潮滩沉积物在空间上的分布差异。夏季交互区水动力以辽河径流为主，沉积物处于细化阶段；冬季和春季以潮汐作用为主，沉积物转向粗化阶段。沿辽河行进方向存在明显的水动力转变临界区段，在此之前沉积过程由径流主导，沿水流方向沉积物具有细化趋势，之后沉积过程由潮汐主导，沉积物呈粗化趋势。 （5）辽河口湿地潮滩沉积物与辽河径流变化间具有明显的周期响应，辽河径流对输送至潮滩的细粒物质量具有明显的输沙动力限制条件。辽河汛期流量与潮滩沉积物中值粒径间具有14-15年的周期对应关系，年均流量和年输沙量与沉积物中值粒径间具有5-6年周期对应关系。辽河输送至河口的泥沙总量与径流动力呈正比，细粒物质量与径流动力呈反比，但径流动力降低至一定程度后细粒物质量与输沙能力不再呈反比关系，存在明显的输沙动力限制条件。总体上以辽河汛期流量400m3/s，年均流量100m3/s，年均输沙量200万t/a为界，大于该组界限值时，辽河径流携带细粒物质量与径流动力成反比，沉积物粗化明显；反之，随径流动力减弱，携带细粒物质量也减少，沉积粒径有一定程度的粗化。 （6）辽河口湿地潮滩区生态稳定性是自然和人为多因素耦合作用的结果，近30余年总体上处于较稳定状态，现状2017年处于不稳定状态，在未来10年内潮滩生态稳定性总体仍将处于较稳定状态。其中，1986-2000年间辽河口湿地潮滩区处于较稳定状态，生态稳定性综合指数平均为0.51；2001年后进入不稳定状态，至2017年生态稳定性综合指数降低至到最小值0.25；2018-2022年将处于不稳定状态；2023至2025年由不稳定向较稳定状态发展；2026年后由较稳定状态向稳定状态发展，至2027生态稳定性综合指数达到0.63，辽河口湿地潮滩区生态稳定性趋于良性发展。 （7）辽河口湿地潮滩区生态稳定性对人为因素变化的响应较自然因素敏感，人为开发活动干扰是引起潮滩区生态稳定性降低的关键因素。其中城镇化发展和交通道路建设等是导致潮滩区退化失稳的关键驱动因子，年降水量、年输沙量、汛期流量等是维持潮滩区沉积物质供应的关键保障因子。 综上，辽河口湿地潮滩淤蚀动态及生态稳定状态是自然与人为因素耦合作用的结果。潮滩区在水平空间上呈明显的淤积和侵蚀过程，垂向沉积速率具有阶段性变化。潮滩区沉积物运移方式随着潮滩水动力条件的改变，沿陆至海方向逐渐由均匀悬浮过渡为递变悬浮，沉积物粒径呈粗化趋势。辽河季节性径流过程影响着河口径流和潮汐交互区的水动力平衡过程，径流年际变化与河口潮滩沉积过程具有明显的周期响应，引起潮滩淤蚀状态和沉积物空间分布特征的改变。辽河径流动力与输送至河口的泥沙总量呈正比，总体上与输送至潮滩的细粒物质量呈反比，且存在临界输沙动力限制条件。人为开发活动是引起潮滩生态稳定性降低的关键因素。在辽河口湿地潮滩的综合利用与保护中应合理化控制人为开发活动对潮滩生态稳定的干扰。
河口湿地;潮滩区;淤蚀动态;生态稳定性
山东农业大学
博士
生态学
高鹏
2020
中文
X37
2020-10-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）