胡 杰
(福建師范大學 地理科學學院,福建 福州 350007)
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廈門紅樹林天然宜林地空間評價初探
胡 杰
(福建師范大學 地理科學學院,福建 福州 350007)
采用文獻查閱、實地考察以及3S技術應用相結合的方法,建立了廈門紅樹林天然宜林地評估指標體系,調查了廈門紅樹林生長現狀,評價了廈門周邊現存天然灘涂中紅樹林宜林地的空間格局,并在海平面上升情景下預測了紅樹林天然宜林地的變化趨勢,為廈門市紅樹林天然宜林地規劃以及紅樹林生態恢復的空間格局提供基礎數據和可行性建議。
紅樹林;宜林地;灘涂;空間格局;評價;廈門
紅樹林是生長在熱帶、亞熱帶沿海潮間帶灘涂上特有的木本植物群落[1]。紅樹林生態系統具有重要的生態、社會與經濟價值,尤其在固岸護堤、防治災害、維持生物多樣性和海岸帶生態平衡、防治污染、凈化環境、美化景觀、發展旅游和科學研究等方面具有重要的功能。然而近幾十年來,由于人口壓力以及經濟發展的原因,全球各地區紅樹林都遭受不同程度的破壞,導致紅樹林大面積減少。直到20世紀80年代開始,人們開始意識到紅樹林重要存在價值,紅樹林的保護和恢復越來越受到世界各地的重視[2]。紅樹林生態恢復的關鍵正是對于宜林地的選擇[4],紅樹植物生長必需具有一定溫度范圍、沉積物粒度、內灣等一系列隱蔽的海岸線、適當的淹水環境、海流環境和一定寬度的潮間帶[2],不同的地區紅樹林生長的影響因素在選擇上都有所不同。在紅樹林生態恢復過程中,造林失敗,紅樹林幼苗成活率低的情況時有發生,最主要原因包括選址不合適以及所選樹種單一。全球海平面上升加重了紅樹林生長與恢復的風險,這使得紅樹林的整體恢復效率不高,幼苗資源大量浪費。因此,建立合理的紅樹林宜林地評估體系有助于紅樹林的恢復研究。研究以廈門市為研究區域,利用3S技術探討如何解決紅樹林宜林地規劃所面臨的問題。
2.1評估指標確定
影響廈門紅樹林天然宜林地選擇的自然因素主要包括鹽度、底質、生境坡度、潮水浸淹、風浪作用等,社會經濟因素包括海岸堤壩,港口碼頭以及養殖塘的影響,由此確立了廈門紅樹林天然宜林地評估模式和指標體系(圖1)。鹽度:海水鹽度決定了土壤鹽度,因此海水鹽度是關鍵因素。廈門紅樹林生長區附近海水鹽度在0.3‰~26‰之間,秋茄和白骨壤幾乎遍布每個生長區,且生長良好,因此把該鹽度范圍作為宜林地附近海域海水鹽度是否合適的根據。

圖1 廈門紅樹林天然宜林地評估模式
紅樹林可以生長在各種底質的海岸上,以淤泥質潮灘最普遍和生長最好[18],大多數紅樹植物在砂質潮灘生長受限。紅樹林土壤肥力上,土壤全氮和全碳含量不高, C/ N 偏大, 全磷和速效磷水平也較低,略高于光灘的肥力[19],只要宜林地土壤肥力接近紅樹林生長區土壤肥力,則不會成為限制因素,因此該研究在有限的實驗條件下對紅樹林生長區與預定宜林地的土壤進行全氮、全碳、C/N的測定比較。廈門紅樹林的生境坡度較為平坦,有利于沉積促淤,海岸動力過程對紅樹林海岸的影響不大。
不同的紅樹植物對于淹水脅迫的適應度都不同,研究選用廈門的優勢種秋茄與白骨壤,根據陳鷺真等關于廈門秋茄、白骨壤宜林線劃定的研究成果[3],做出以下規定。黃零1.31~1.62 m的天然灘涂定義為秋茄次級宜林地,黃零1.62 m至堤壩外圍5 m緩沖區或沙灘泥灘分界線定義為秋茄一級宜林地。黃零0.55~0.86 m的天然灘涂定義為白骨壤次級宜林地,黃零0.86 m至堤壩外圍5 m緩沖區或沙灘泥灘分界線定義為白骨壤一級宜林地。潮水浸淹是紅樹林生長的主要限制因素之一,是導致目前紅樹林造林成活率低的關鍵因子[6]。紅樹植物是一類生長在海岸潮間帶的植被類型 ,生長過程需要一定的潮汐作用, 適當的淹水對其生長有利。但其植株淹水過深、淹水時間過長也會導致生長發育減慢、葉面積減少、生存率下降[7~9],并且不同的紅樹林群系有著不同的淹水脅迫響應。因此,劃定不同群系良好生長的淹水時間以及臨界高程是宜林地規劃的關鍵,也為解決樹種單一問題創造種植混交林的條件,研究以秋茄、白骨壤兩種廈門地區優勢本地種進行宜林地分析,探討混合種植的可行性。由于紅樹林幼苗發展為穩定群落需要長期性的恢復過程,由于氣候變化所導致的海平面上升將一定程度上改變宜林地的淹水時間,而紅樹植物對于海平面上升尤為敏感[10]。因此,在宜林地規劃過程中需充分掌握不同時間尺度下紅樹林宜林地的變化情況,避免幼苗由于宜林臨界線的上移而導致的損失。
由于強波浪作用不僅妨礙有利于紅樹林生長的泥沙沉積而且直接阻礙紅樹林胎生胚軸著床定植過程和幼苗生長,與優勢風向垂直的岸線紅樹林很少生長,故垂直于優勢風向的岸線排除宜林地以外。
由于社會經濟因素的干擾復雜,難以有效量化,故根據專家建議做出以下規定:①紅樹林生長上限為堤壩外圍平均5 m緩沖區以外;②港口碼頭外圍10 m范圍內不歸入紅樹林宜林地;③部分天然宜林地上的養殖塘納為可退塘區域。
2.2天然灘涂典型樣地土壤采樣及化學分析
廈門現有紅樹林資源分布情況可以劃分為4塊區域:北部同安灣、西部海域、東部海域和大嶝海,根據廈門沿岸海灘發育過程可以推測各區域土壤性質接近,研究于2015年7~8月分別收集4個區域典型紅樹林生長區以及相鄰區域交界海岸灘涂的土壤樣本,每個樣地隨機抽樣3組土壤樣本,每組土壤樣本分為兩層深度,即0~10 cm,10~20 cm,帶回實驗室分析,采用荷蘭Skalar TOC/TN分析儀測量TC、TN含量。
2.3紅樹林天然宜林地空間評估方法
通過參考林鵬和集美大學環保協會(2014)對廈門紅樹林資源調查結果,在Google Earth上進行GPS定位,對現有紅樹林生長地狀況的實地調察驗證。通過對廈門遙感影像的解譯得到天然灘涂的大致區域,結合實地考察驗證結合3S技術對多影響因子獨立疊加分析來確定廈門紅樹林天然宜林地的范圍[11]。
廈門市地處臺灣海峽西岸中部,該市土地面積1573.16 km2,其中海域面積約390 km2,海岸線總長約為226 km,其中12 m以上深水岸線約43 km。廈門市距北回歸線偏北約1.5°,為南亞熱帶海洋性季風氣候。年平均氣溫20.9 ℃,四季劃分不明顯。廈門地區屬于正規半日潮區[3],平均潮差3.98 m,歷史最高潮位7.77 m。廈門海岸線長達254 km , 灘涂面積廣闊,加上又位于九龍江出海口有淡水補充,適宜于紅樹林的生長 ,曾經分布有大面積的紅樹林。在1960年前后,廈門約有320 hm2的天然紅樹林。由于許多港灣圍海造田、養殖塘擴張、填灘造陸和碼頭與道路的建設 ,使得廈門的紅樹林面積迅速下降[4]。
結合2014年集美大學環保協會對廈門現有紅樹林的調查結果以及實地考察,并利用遙感圖像識別解譯統計得出,廈門現有紅樹林面積共約57.72 hm2,其中天然林10.3 hm2,人工林47.4 hm2,超過77.6 % 面積的紅樹林分布在翔安區(圖2),其中下壇尾約19.0 hm2,約占廈門紅樹林面積總和的33.3 %。秋茄和白骨壤為本地物種,為廈門紅樹林的優勢物種,對廈門各區生態環境具有較大的適應能力,常常分布于紅樹林區的外緣成為先鋒物種,兩者皆可作為進行紅樹林生態恢復的首選物種[12]。雖然2000年以來通過人工種植,廈門紅樹林總面積逐年回升,但天然林面積從1960~2016年呈現持續下降的趨勢。廈門紅樹林過去是在經濟建設和環境保護的動態融合中發展,在未來相當長的一段時間內也會如此,可以預見的是其面積會繼續增長,但是紅樹林群落的整體質量以及自身價值的發揮難以在短時間內達到預期效果。

圖2 廈門各區現有紅樹林面積比較
目前廈門適合紅樹林生長的中高潮帶灘涂多數已被改變功能和用途, 且留存于中高潮帶的天然灘涂利用率很低,現存的灘涂大部分處于中低潮帶[4],從人工林的恢復情況來看,大部分是通過人工填土,甚至是填海造灘的方式改變灘涂高程進行造林,這將帶來諸多的海洋環境問題,影響海洋生物的棲息地。典型的區域正是造林面積最大的下壇尾,雖然今后這片區域將建造為濕地公園,但是紅樹林本身防岸護堤的功能消失,相反將帶來對于海域環境的副作用。因此,充分利用天然宜林地,適度實施退塘還林,才是紅樹林生態恢復的可行方向。
西漢揚雄在其《法言》中說:“書,心畫也。”大意是:一個人的字跡,是其德行的反映。唐朝著名書法家孫過庭在其《書譜》中認為,書法可以“達其性情,形其哀樂”。清代學者劉熙載在《藝概》中則說得更具體:“書,如也,如其學,如其志,如其才,總之曰,如其人而已。”這就是我們今天說的“字如其人”。
4.1評估模式和指標
4.1.1鹽度
紅樹林可在相當大的鹽度范圍內生長,鹽度不僅對紅樹林分布整體上的宏觀控制以外,而不同的紅樹林樹種對鹽度有著不同的要求。廈門紅樹林生長區附近海水鹽度0.3 ‰~26.0 ‰之間,一定程度上顯示了廈門地區各紅樹物種對鹽度的適應,白骨壤和秋茄有較大的鹽度適應范圍,尤其是秋茄,遍布了每個生長區,因此海水鹽度符合秋茄、白骨壤的恢復種植條件[2]。
4.1.2地貌特征
研究表明,沉積物及其上發育的土壤是直接影響紅樹植物生長發育重要的環境因素之一。沉積物豐富松軟的海岸灘涂才可能生長出紅樹林。廈門沿岸海灘的底質基本上分為砂質土與泥質土兩部分。本次研究以廈門2016年的Landsat-8遙感影像作為解譯對象, 根據淤泥質海岸海岸類型的地貌特點采用專門的海岸線解譯方法,以獲取適合紅樹林生長的天然宜林地。本次研究結合潮灘環境特性和潮情特點,利用灰度形態學方法對圖像進行預處理, 將水邊線附近的破碎區域進行合并, 形成相對閉合的海陸輪廓, 得到水陸輪廓圖。使用局部模極大值的邊緣檢測方式將會有效地解決潮灘環境的不均一性而形成很多噪聲點的問題。再選用二維高斯函數作為平滑函數, 以高斯函數的一階倒數作為小波,用小波局部模極大值法對影像進行邊緣檢測, 多尺度提取潮灘水邊線[14],最終實現了淤泥質海岸帶潮灘模糊邊界的水邊線自動提取,提取成果如圖3所示。

圖3廈門地區淤泥質海岸遙感提取結果
依據該提取結果以及GPS定位,對廈門各天熱灘涂濕地進行濕地考察,進一步確定紅樹林天然宜林地的分布范圍與面積。實地測量得出,各處天然灘涂的高程跨度普遍較小,潮間帶較寬闊。廈門地區自第四紀以來,地殼活動性具趨向減緩的特征,廈門海岸帶的沉積物基本上是同一時期的產物[15],通過對紅樹林生長地和經考察驗證的天然灘涂選取典型樣地進行實地土壤抽樣,實驗室測定表明,樣地灘涂在總N、總C、C/N數值上皆處于紅樹林生長地測得數據的閾值內(圖4),由此說明廈門天然灘涂的土壤條件適合紅樹林生長。
4.1.3風浪作用
風浪是控制紅樹植物沿海岸縱向分布格局的主要因素。廈門紅樹林基本上分布于受到良好掩護的港灣,海岸堤壩或島嶼的背風側后緣,與優勢風向平行的岸線很少生長,是由于強風浪作用不僅妨礙有利于紅樹林生長的泥沙沉積而且直接阻礙紅樹林胎生胚軸著床定植過程和幼苗生長。考慮到廈門全年盛行東北風,東南風次之,在天然宜林地的規劃上,對于廈門海岸東側沿岸灘涂進行適當調整,岸線與盛行風向垂直的部分不規入宜林地范圍。
4.1.4社會經濟因素
紅樹林天然宜林地的選擇同樣需要考慮港口碼頭,養殖塘,堤壩等社會經濟因素的影響。通過對紅樹林生長地的考察發現,堤壩外圍平均5m處沒有紅樹林生長,港口碼頭范圍內若有紅樹林生長會干擾航運暢通度,養殖塘錯雜分布于部分天然宜林地內,使天然宜林地變得破碎。因此,此次研究做以下規定:①紅樹林生長上限為堤壩外圍平均5 m緩沖區以外;②港口碼頭外圍10 m范圍內不歸入紅樹林宜林地;③部分天然宜林地上的養殖塘納為可退塘區域(圖5)。

圖4 樣地土壤各層深度TC, TN, C/N比較

圖5 廈門各區天然宜林地可退塘面積
4.2造林臨界線
潮水浸淹是紅樹林生長的主要限制因素之一,是導致目前紅樹林造林成活率低的一個關鍵因子[6]。紅樹植物是一類生長在海岸潮間帶的植被類型 ,生長過程需要一定的潮汐作用, 適當的淹水對其生長有利。但其植株淹水過深、淹水時間過長也會導致生長發育減慢、葉面積減少、生存率下降[7~9],并且不同的紅樹林群系有著不同的淹水脅迫響應。因此,劃定不同群系良好生長的淹水時間以及臨界高程是宜林地規劃的關鍵,也為解決樹種單一問題創造種植混交林的條件,研究以秋茄、白骨壤兩種廈門地區優勢本地種進行宜林地分析,探討混合種植的可行性。由于紅樹林幼苗發展為穩定群落需要長期性的恢復過程,由于氣候變化所導致的海平面上升將一定程度上改變宜林地的淹水時間,而紅樹植物對于海平面上升尤為敏感[10]。因此,在宜林地規劃過程中需充分掌握不同時間尺度下紅樹林宜林地的變化情況,避免幼苗由于宜林臨界線的上移而導致的損失。
紅樹林對生長環境有特殊要求,只能生長在平均海平面(或稍上)與回歸潮平均高高潮位(或大潮高潮位)之間的潮灘面[20](圖6), 潮水浸淹頻率過高或過低均會導致紅樹林退化、死亡或難自然更新。不同的紅樹植物生長對于潮水浸淹的適應度不同,因此形成了不同的臨界高程。
陳鷺真,林鵬等人已經通過在廈門大嶼島進行人工試種,研究了不同淹水時間對秋茄、白骨壤生長的影響,給出了適合廈門地區潮汐特點的秋茄和白骨壤造林臨界淹水時間和確切的宜林臨界線, 為秋茄造林宜林臨界線的確定提供科學依據[3]。試種結果表明,秋茄幼苗的在黃零0.99 m以下植物不能良好生長,生物量、株高等指標下降,成活率顯著下降,藤壺危害加重,白骨壤幼苗的在黃零0.55 m以下開始出現同樣的問題。
陳鷺真的研究成果給出了宜林臨界線的準確定義,即:造林6~12月內,紅樹植物幼苗的成活率高于65%的灘涂最低潮位的高程。并劃定了廈門地區秋茄造林的最適生長潮灘是高程黃零 1.62 m,平均淹水時間約在每個潮水周期浸淹5 h的淤泥質潮灘;而宜林臨界線為灘面高程高于黃零 1.31 m,平均淹水時間約為每個潮水周期浸淹約6 h 以內的淤泥質灘涂上。白骨壤的最佳生長高程是黃零 0.86 m 以上的灘涂;臨界高程是黃零 0.46~0.56 m(平均 0.55 m),屬于中低潮位。根據白骨壤和秋茄在潮灘上的分布位置,適宜白骨壤生存的臨界高程低于秋茄[16]。因此,結合上述試種成果對秋茄,白骨壤在宜林臨界線與最適生長線的劃分,并且為了實現秋茄與白骨壤混合種植,利用GIS空間疊加分析,確定一級宜林地與二級宜林地的范圍。綜合所有評估模式的內容,可以得到以下廈門各區天然宜林地規劃結果(圖7)。統計得出,廈門市秋茄天然宜林地面積達到了216.12 hm2,而白骨壤宜林地更是達到了259.34 hm2,其總面積約為廈門現有紅樹林面積的4.5倍,可見天然宜林地的利用空間極大。各區的紅樹林生長面積比較大小依次為:翔安區>集美區>海滄區>思明區>湖里區>同安區,紅樹林宜林地面積比較為海滄區>集美區>翔安區>同安區>思明區/湖里區,天然宜林地的利用潛力有待開發。
4.3海平面上升情景下宜林地面積變化
近幾十年來,溫室效應的加劇海平面不斷上升,紅樹林對海平面上升尤為敏感[10],這使得紅樹林的淹水時間和頻率增加,進而影響紅樹林尤其是幼苗的生長和發育,紅樹林生長地不得不向陸遷移。在恢復種植過程中,往往由于未充分考慮海平面上升對宜林地高程的影響,紅樹幼苗在未來幾年仍然采用先前的造林范圍標準,使得紅樹林的恢復效率不如預期。
林選躍,李磊等根據福建各潮位站數據分析得出福建沿海海平面變化模型,預測未來幾十年廈門海域海平面呈上升趨勢,平均上升速度為0.18 cm/a,并且沒有明顯加速上升的趨勢[17]。因此,本次研究基于近年來廈門海域海平面上升指數對不同時間尺度下,即分為短期2030年,中期2050年以及長期2100年,借助GIS對天然宜林地面積變化進行分析。
從圖8可以看出,廈門秋茄與白骨壤的一級宜林地面積皆顯著高于次級宜林地,秋茄與白骨壤次級宜林地面積相差不大,而白骨壤一級宜林地的面積比秋茄多了近1/4。在2016~2100年期間,秋茄與白骨壤的各級宜林地面積都呈現穩定下降的趨勢,到2100年,秋茄宜林地總面積相比2016年減少了11.14%,而秋茄宜林地則減少了8.68%。從圖9可以看出,廈門各地區兩種紅樹植物的天然宜林地面積分布極不均勻,海滄區天然宜林地最多,相反,人工林面積最大的翔安區卻排第三位。在2016~2100年期間,海滄區與集美區的天然宜林地減少幅度相對較大,秋茄和白骨壤的宜林地都減少了10%左右。

圖6紅樹林生長潮位

圖7 廈門市各區宜林地空間分布

圖8 不同時間尺度下廈門秋茄和白骨壤各級宜林地面積變化

圖9 不同時間尺度下廈門各區秋茄和白骨壤宜林地面積變化
紅樹林宜林地的選擇依據錯綜復雜,不同地區所要考慮的宜林因子都不盡相同。此次研究結合廈門實際狀況,探索紅樹林天然宜林地評估體系和指標,對每一個宜林因子進行分析,并在不同時間尺度上加以評估,力求在不破壞海洋環境的前提下,對廈門宜林地加以充分利用與合理規劃。研究表明:廈門紅樹林天然宜林地面積遠超過現有紅樹林面積,這將為廈門紅樹林生態恢復與建設提供科學的依據,同時預測了未來幾十年全球氣候變化導致的海平面上升對于紅樹林天然宜林地的影響,從而為提高廈門紅樹林生態恢復與建設的效率,減少不必要的幼苗損失提出合理建議。
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Primary Study on Spatial Assessment of Natural Suitable Forest Land of Mangrove in Xiamen
Hu Jie
(CollegeofGeographicalSciences,FujianNormalUniversity,Fuzhou,Fujian350117,China)
With literature reference, field survey and 3S technology application combined, the indicator system and model for natural mangrove suitable forest land were built, a comprehensive survey of mangrove growth status in Xiamen was also carried out, and finally spatial pattern of natural mangrove suitable forest land ares in the natural mudflat was assessed. Meanwhile, we also predicted changes in natural mangrove suitable forest land area at sea-level rise scenarios. The results provided basic data and available suggestions for the planning of natural mangrove suitable forest land area and the ecological restoration of mangrove ecosystems around the Ximen City.
mangrove;suitable forest land; mudflat; spatial pattern; assessment; Xiamen
2016-07-04
福建師范大學創新創業計劃項目(編號:cxxl-2015144);福建師范大學校級創新團隊項目(編號:IRTL1205)
胡杰(1994—),男,福建師范大學地理科學學院學生。
S757.2
A
1674-9944(2016)16-0182-06