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海洋恢复生态学
1.4.1.3.4 四、 河口生态系统
四、 河口生态系统

河口(estuary)通常指入海河口,即海水和淡水交汇混合的部分封闭的水域,具有咸淡水交汇、陆海邻接的特点,是河流生态系统和海洋生态系统之间的交替区,受潮汐作用影响剧烈(图5-19和图5-20)。

图5-19 北加州克拉玛斯河(Klamath River)河口

图5-20 亚马逊河口卫星图

通常将河口区分为三段:海洋段,位于河口下游,至淡水舌锋缘,与开阔海洋连通;河口中游段,在此咸、淡水混合;河流段,位于河口上游,主要为淡水控制,但每天受潮汐的影响。

(一)河口的环境特征

1.盐度

盐度是河口环境中变化最明显的环境因子,潮汐引起盐度的周期性变化。河口中游段,低潮时盐度可接近淡水,高潮时则接近海水;在河口区的上游段和下游段盐度的变化幅度则小得多。

此外,河口的盐度还存在与降水和蒸发相关的季节变化。在热带和亚热带海区,春、夏季的雨季通常出现低盐状况,秋、冬季的旱季通常出现高盐状况;在温带海区,由于冰雪融化产生大量淡水,冬、春季也可出现低盐状况。

2.温度

由于有河水的输入,河口的温度变化相比开阔海区和近岸海区要更为明显。在温带海区,由于流入的河水冬天水温低,夏天水温高,因此河口水温在冬季比周围低,在夏季比周围高。此外,相比表层水,河口底层水的温度变化范围较小。同时,工业废水排放等人类活动也会影响河口的水温。

3.沉积物

河口水体中,盐水和淡水混合可使悬浮物质发生絮凝而沉降,使河口泥沙发生强烈淤积。此外,细颗粒物质受海洋生物的作用而聚集成团,也促使河口泥沙的沉积。河口沉积物多为富含有机质的灰色泥质浅滩,常覆有一层厚的还原带,扰动后会发出含硫的臭味。这种细小的、具流动性的沉积物十分不利于除了细菌(包括好氧和嫌氧种类)之外的其他生物的定居。例如,大型藻类和固着生物很难在此找到固着点,细小的颗粒还很容易堵塞纤细的摄食和呼吸结构。

河口区的底质除了泥质,在上、下两端,因流速较快,阻碍细小颗粒的下沉,沉积物以粒径较粗的砂砾(和贝壳)为主。只有在河口区的中游段,潮汐与河流交汇,流速降低使得细小的泥质颗粒沉积下来形成泥滩。由于随潮汐流入的海水体积一般大于河水,因此泥滩中的沉积颗粒主要来自海洋。在泥滩和砂砾之间,还存在粒径介于两者之间的砂地。

4.溶解氧

河口区的水体和沉积物中均含有丰富的有机物,细菌的活动水平也就很高。在较深的峡湾河口,夏季可能形成温跃层,使得底层水的溶解氧水平较低。

沉积物中有机物质的分解消耗大量氧气,使得间隙水中的需氧量很高。在河口中游段的泥滩,微细颗粒会阻碍水层中溶解氧向间隙水中的扩散,因此在表层以下就呈缺氧状态;同时,伴随甲烷、硫化氢等有毒物质的产生,进一步提高了对栖居于其中的底栖生物的生理压力。不过,一些掘穴动物,如虾、蟹和多毛类等的活动会使底质的缺氧状态有所改善。

5.波浪和流

河口区三面被陆地包围,由风产生的波浪较小,因而相对来说,是个较平静的区域。大部分的河口水深较浅,来自大海的波浪传至河口后会很快消减,加速了细小颗粒的沉积,使得一些有根植物得以生长。河口区的流受潮汐和陆地径流的共同影响。

6.浑浊度

河口水中有大量的悬浮颗粒,其浑浊度一般较高,特别是在有大量河水注入的时期。通常靠近海洋的区域浊度较低,越往内陆越高。浑浊度的主要生态效应是使透明度下降,浮游植物和底栖植物的光合作用率也随之下降。在浑浊度很高时,浮游植物的产量能达到可忽略不计的程度,这时有机物的产生主要来自盐沼植物(温带和北方河口区)。

(二)河口的生物多样性和生产力

过去通常认为河口环境条件比较恶劣,生物种类组成比较简单,多样性水平较低。这种观点显然只是调查了河口中游段泥滩区的生物组成状况,并以此代表整个河口生态系统而形成的。实际上,就整体而言,作为河流和海洋生态系统的过渡区,河口区的生物群落是海洋和淡水生物的集合体,所涉及的生物门类很多,物种多样性水平很高,而且有些种类为河口特有种类。对泰晤士河口(Thames Estuary)的调查显示,整个河口区的无脊椎动物就有750种以上(Kaiser等,2005)。尽管如此,由于河口区温度、盐度的剧烈变化,再加上高浊度和低溶解氧的环境特征,使得与邻近其他海洋生境相比,分布在这一区域的种类要少,但某一种的丰度和生物量往往明显增加。

通常,河口区的生物随盐度的逐渐升高(向海方向)海洋种类增多;随盐度的逐渐下降(向河流上游方向)淡水种类增多(图5-21)。

图5-21 河口生态系统的生物群落图解

一般认为,不同河口区的物种多样性水平有一定的规律性差别,若其他条件相同,热带河口区的生物多样性水平要高于温带河口区。因此,不同河口之间可能存在一个纬度方向的多样性梯度,这可能与冰川的影响有密切关系。与温带河口相比,热带河口受冰川干扰的时间较短,从而有更长的有效进化时间。而温带河口由于受冰川的影响,形成时间较短,物种多样性水平也较低。

河口生态系统的初级生产者包括盐沼植物、海草、底栖藻类和浮游植物,虽然营养盐丰富,但由于水体浑浊度高,限制了植物的光合作用,因此,河口区的植物总生物量和初级生产力相对偏低。然而,河口区是次级生产力水平最高的海洋生态系统之一。沉积物和水体中大量存在的有机碎屑是河口区次级生产力高的成因。通常,河口区水体中有机物的含量可高达110mg/L(干重),而外海为1~3mg/L(干重)。同样,由于河口泥滩有机碳含量十分丰富,使得其中食碎屑者的生物量可达近岸沉积物中的10倍。

作为河口食物网的基础,有机碎屑一部分来自河口周围环境,包括陆地(如河流带入的植物叶片)、海洋(潮汐引入的藻类、大型海藻和动物)和半陆生的边界系统(如盐沼和红树林等);另一部分则来自河口内部。

(三) 河口生态系统的生态功能

河流带来丰富的营养物质滞留于河口区,使河口成为最富有生产力的海洋生态系统之一。因此,河口区常常为重要的海洋渔场,为许多海洋生物提供产卵、育幼和索饵的场所。盐沼植物群落和海草植物群落不仅是多种动物的栖息地和隐蔽所,更为它们提供了丰富的食物来源。此外,河口还具有净化水质的功能,陆地径流入海前,河口能够截留水体中的污染物,可以起到“过滤器”的作用,有助于改善水质。