潮间带介于海陆交界面上，是地球上生物多样性最丰富、生产力最高、生态系统服务价值最大的生态系统之一，为整个海岸带湿地生态系统提供营养物质，控制着生态系统的总生物容量，亦可为生物提供栖息地，尤其是为珍稀动物和濒危生物物种提供自然栖息地和繁殖场所（图1）。然而，目前潮间带生态系统在全球气候变化与人类强烈干扰的双重压力下，面临着前所未有的挑战。全球变暖加快海平面上升已成不争事实，必然会引起风暴潮等极端天气事件强度呈增大趋势，加上人类活动（如大规模围垦、潮滩养殖、建港、建闸等）日益强烈，这些自然因素和人为因素使得潮间带生态系统面临着严峻挑战。
潮间带的水深、盐度、近底流速、波浪、悬沙浓度、沉积物侵蚀、搬运和堆积等物理过程都会影响底栖生物的分布和生物群落结构。我国位于太平洋西岸，是世界上受风暴潮影响最严重的国家之一，平均每年有7个台风或热带气旋在沿海地区登陆并造成重大影响，每年因风暴造成的损失超过百亿元。潮间带环境属于较浅水环境，极易受到风暴潮影响，进而改变潮间带的物理过程。有研究表明，风暴天气期间悬沙浓度和悬沙输运率比平静天气期间高数倍，其滩面侵蚀幅度一般可达数厘米，局部侵蚀最大可达数十厘米。可见，风暴潮等极端天气事件大大改变潮间带动力地貌过程、底床结构和地貌演化模式，这必然会干扰潮间带上的底栖生物群落（图2），影响整个潮间带生态系统。反之，潮间带底栖动物对动力-沉积-地貌过程也有重要影响。目前这方面的研究仅停留在定性研究，缺乏现场自然环境下的定量研究。
潮间带上动力地貌过程是沉积物侵蚀、搬运、堆积及其产物的全过程。国内外学者试图用各种方法获得地貌变化信息，如同位素测量法（用210Pb 和137Cs的半衰期测量沉积速率）、遥感图像法（提取高程信息）、RTK-GPS法（直接测量滩面高程）等。这些研究方法可以为我们提供潮间带大范围/长时间尺度冲淤变化信息，但难以获得海水淹没期间滩面冲淤变化细节。近年来，各种先进声学仪器的问世，为淹没期间底床冲淤变化的精细测量提供了契机，能够对近底边界层物理过程进行高分辨率高精准刻画，这使得研究潮间带湿地浅水环境底栖动物对动力-沉积-地貌的影响过程与机制成为可能。
为探索潮间带湿地动力-沉积-地貌过程与底栖动物相互影响过程与机理，我们选取两个典型区域进行对比观测研究（图3），并开展台风前、中、后的连续动力-沉积-地貌过程观测和同步底栖动物取样等多学科交叉观测 (图3和4)。文蛤养殖区内的测点A (文蛤密度多达137个每平方米)有大量的文蛤分布，与之对应在文蛤养殖区外的测点B (文蛤密度仅3.7个每平方米, 距离测点A只有500米)文蛤很少（图3）。我们发现在距观测点1000多公里远的“狮子山”台风影响下，潮间带在2-3天内发生了10厘米量级的持续性严重侵蚀(图6)。台风过后，大型底栖动物文蛤的密度和生物量减少了近一半(与台风前相比)(图5)，说明这次严重侵蚀事件对大型底栖动物产生了致命的影响。原因是潮间带上大多数底栖动物生活在最上层 0-10 厘米范围内，由于“狮子山”台风的影响，导致了滩面发生10厘米量级的侵蚀，最终对底栖动物造成致命打击(文蛤密度和生物量减少了近一半)。
另一方面，我们也发现测点A和B的底床侵蚀临界剪切应力（表征底床沉积物是否稳定的参数）分别为0.22和0.32 N/m2, 且测点A侵蚀淤积幅度明显大于测点B (图6)。这一结果揭示了大型底栖动物文蛤降低了沉积物稳定性，当底部切应力大于底床临界侵蚀剪切应力时，加速了滩面侵蚀过程，反之，当底部切应力小于底床临界侵蚀剪切应力时，加速了潮面淤积过程(图6)，表明底栖动物文蛤在底床沉积物中的上下打洞活动（为了觅食 ）改变了沉积动力学关键参数(如底床侵蚀临界剪切应力)，这种底栖动物活动作用可能对潮间带浅水环境地貌演化产生重要影响。
我们研究结果表明，距测点1000多公里的远程台风可引起滩面多达10厘米侵蚀，这种量级的侵蚀事件对潮间带底栖动物产生重要影响，可推测直接登陆区的台风会给底栖动物栖息地造成更大的破坏，导致本地底栖动物受到更大威胁。这一发现对潮间带湿地生态系统保护与修复实践具有重要的启示：因为台风在未来可能会增加发生频率和增大发生强度，潮间带湿地动物栖息地及大型底栖动物可能会受到更大的物理扰动。此外，现场动力地貌过程观测和同步大型底栖动物取样结果表明大型底栖动物活动对沉积动力学关键参数有显著影响，这种多学科交叉观测结果有助于精准量化潮间带浅水环境动力-沉积-地貌模型的关键参数，进而提高潮间带浅水环境地貌演化模型精度，同时这种定量化研究也有助于我们加深潮间带湿地底栖动物对动力-沉积-地貌过程影响的认识，进而推动生物地貌学理论的发展与实践。
上述研究成果发表在地学权威刊物 Journal of Geophysical Research: Biogeosciences 和Limnology and Oceanography 。史本伟副研究员为第一作者，主要合作者包括河口海岸学国家重点实验室杨世伦教授和汪亚平教授、比利时安特卫普大学Stijn Temmerman教授、荷兰皇家海洋研究所Tjeerd Bouma教授和Tom Ysebaert教授，以及复旦大学吴纪华教授等。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、科技部中荷战略合作项目、国家杰出青年科学基金项目等资助。
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