揭示密西西比河鸟足状三角洲湿地仍旧在增加且展现“东部弃守、南部挺进、中部扩张 ”变化格局

  三角洲湿地是地球上最重要的生态屏障之一,不仅是候鸟的栖息地、鱼类的繁殖场,更在防风减灾、固碳储水等方面发挥着不可替代的作用。然而,随着人类活动加剧与海平面持续上升,全球三角洲湿地正面临前所未有的生存压力。密西西比河鸟足状三角洲长期面临海平面上升、泥沙供应锐减和湿地退化等多重压力,被认为是本世纪受淹风险最高的三角洲区域之一。那么,它是否真的在“沉溺”?湿地正在全面退缩? 
 
  近日,华东师范大学戴志军研究员团队与波士顿大学Sergio Fagherazzi教授合作,联合开展了针对密西西比河鸟足状三角洲湿地演变的系统研究。研究团队综合分析了1990-2022年间的遥感影像、水文泥沙、海平面上升和波浪等多源数据,追踪并揭示了该三角洲湿地的空间演变机制。研究表明:尽管32年间湿地净增仅1.21平方千米,总体变化幅度不大,但区域内部经历了明显重塑;边缘湿地持续退化,内陆区域则显著扩张,共同推动三角洲形态朝向“边缘退缩、内陆扩张”的紧凑化格局演变。这一发现不仅揭示了密西西比河鸟足状三角洲湿地复杂的空间动态,也为在全球变暖与强烈人类干扰背景下理解三角洲湿地的适应机制提供了重要科学支撑。
 
  相关成果以Wetland gain and loss in the Mississippi River Bird-foot Delta为题,发表于地球科学顶级期刊Earth’s Future。戴志军研究员及博士后楼亚颖为通讯作者,博士研究生杨江洁为第一作者,其他合作者包括梅雪菲研究员、波士顿大学Sergio Fagherazzi教授。
 
湿地呈“东部失守、南部挺进、中部扩张”的演化格局
  1990-2022年间,密西西比河鸟足状三角洲湿地总面积保持相对稳定,湿地面积净增仅1.21平方千米,其中损失湿地约159.62 平方千米,同时新增160.83 平方千米,表现出强烈的空间异质性:三角洲湿地边缘显著蚀退,内陆区域明显扩张。其中,三角洲东部及东南部分别损失湿地52.51平方千米和69.14平方千米,湿地外缘退化最为显著,岸线蚀退速率分别为58.0±48.2 米/年和38.6±15.8 米/年;相比之下,三角洲的北部、东部和西部的内部湿地显著扩张,分别增加37.04平方千米、38.61平方千米和43.17平方千米,成为维持整体湿地稳定的主要“增量区”。岸线变化进一步印证了这一空间变异格局:南部和西部岸线分别以13.6±10.1米/年和7.4±19.4米/年的速度缓慢前进,而东部和东南部岸线则持续大幅后退,呈现出强烈的空间对比和格局分化。
 
图1 密西西比河鸟足状三角洲湿地面积与岸线变化特征 A. 三角洲各区域湿地面积的长期变化趋势;B.海岸线及横断面分布;C.岸线变化速率
 
外力侵蚀是三角洲边缘湿地退缩的主因
  相对海平面上升与波浪侵蚀是驱动密西西比河鸟足状三角洲边缘湿地持续退缩的核心外力驱动。虽然当前区域垂向淤积速率(32.4 毫米/年)高于相对海平面上升速率(22.08 毫米/年),在一定程度上减缓了淹没风险,但海平面上升所引发的回水效应会抬升河道水位、减缓流速,使得泥沙更易在三角洲内部沉积,边缘区域泥沙供给显著削弱。这一过程还可能增加堤坝溢流与决口风险,进一步威胁湿地边缘稳定性。在波浪作用方面,来自东至南方向的持续强劲波浪是三角洲东部和东南部湿地快速退缩的直接原因,分别造成约45.9平方千米和34.8平方千米的湿地损失。相较之下,西部地区因受到西湾(West Bay)湿地的遮蔽,有效减弱了波浪能量,使得该区域岸线相对稳定,湿地退缩现象明显减缓,甚至局部表现出向海推进的趋势。
 
图2 密西西比河鸟足状三角洲湿地的空间变化特征A–H. 各时段湿地得失空间分布;I. 各时段湿地得失面积的时间序列变化图
 
 
自生过程促进三角洲内部湿地聚集与扩张
  在密西西比河鸟足状三角洲,自生过程推动湿地向内陆聚集,促使三角洲结构趋于紧凑和稳定。研究表明,河水的自然决口与局部改道使泥沙得以输送至三角洲内部,形成新的沉积平台,为植被定居提供了物理基础。随着植被稳定泥沙、减缓水流并增强滞沙能力,内陆湿地逐渐由零散斑块演化为大片连片湿地,呈现出明显的聚集趋势。此外,主河道(如Main Pass、South Pass)受海平面上升引发的回水效应影响,水流速度减缓,进一步促使局地泥沙沉积,形成沙洲并引发河道缩窄。这种局部泥沙富集虽促进了相邻湿地的扩张,却削弱了远端边缘区域的泥沙补给,从而间接加剧了边缘湿地的退化。
 
  综上,自生动力与外部扰动的共同作用下,三角洲湿地逐步呈现出“外退内聚”的空间演变格局,整体向更集中、更紧凑的形态发展。这一过程揭示了湿地演化中的内在机制与地貌响应之间的耦合关系,为理解三角洲系统的长期演变提供了新的视角。
 
图3 密西西比河鸟足状三角洲湿地演化概念模型
 
通讯作者戴志军研究员(左四)、博士研究生杨江洁(左二) 
 
  本研究主要得到国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项(2023YFE0121200)、国家自然科学重点基金(42430406)、上海市国际科技合作基金项目(23230713800)等项目的联合资助。原文链接:https://doi.org/10.1029/2024EF005003.