《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Vulnerability of mangrove resources to sea-level rise on Sanibel Island, Florida, USA
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加速海平面上升正重塑沿海环境，Ding Darling国家野生动物保护区红树林的耐升海平面能力及碳汇潜力受到威胁。通过WARMER3模型预测，至2100年红树林面积可能减少19%-70%，临界淹没速率达6.5毫米/年。当前碳储量约214,000兆克，但未来半世纪可能因红树林消亡导致碳释放。研究为南佛罗里达红树林管理提供时空优先级依据。
凯文·J·布芬顿（Kevin J. Buffington）|肯·W·克劳斯（Ken W. Krauss）|凯伦·M·索恩（Karen M. Thorne）|杰里米·R·康拉德（Jeremy R. Conrad）|朱迪思·Z·德雷克斯勒（Judith Z. Drexler）|朱志良（Zhiliang Zhu）
美国地质调查局，西部生态研究中心，加利福尼亚州戴维斯市，95616，美国
摘要
海平面上升（SLR）的加速趋势将在未来几十年内重塑沿海环境，这对需要可操作信息的土地管理者来说是一个挑战。红树林具有适应部分海平面上升的能力，但在本世纪末预测的更高上升速度下可能会被淹没。要了解红树林对海平面上升的抵抗力，需要了解其历史和当前的沉积速率、生产力以及相对于潮汐淹没的海拔高度。我们应用了WARMER3建模框架来评估美国佛罗里达州西南部圣伊贝尔岛（Sanibel Island）“丁”达林国家野生动物保护区（“Ding” Darling National Wildlife Refuge）内红树林对海平面上升的抵抗力及蓝碳储存能力。研究发现，圣伊贝尔岛的红树林对海平面上升非常敏感，预计到2100年其面积将减少19%至70%。在不同海平面上升情景下，预计的面积变化在2035年之前相似，之后开始分化，这与海平面上升速度的加速相吻合。阈值分析表明，当海平面上升速率超过每年6.5毫米时，圣伊贝尔岛的红树林很可能会被淹没。目前，研究区域内的红树林大约储存了214,000兆克的碳，但由于本世纪下半叶红树林可能转变为开阔水域，这一储量可能会减少。这些针对特定地点的预测有助于确定优先开展的地方管理措施和保护工作。
引言
全球范围内，红树林覆盖面积达1480万公顷（Giri等人，2011年；Bunting等人，2022年），为许多生态系统服务提供了重要支持。特别是在美国佛罗里达州南部，红树林具有很高的价值，包括美学价值、风暴防护、海产品供应、休闲垂钓和观鸟等（Ewel等人，1998年）。美国内政部负责保护并提升这些公共土地上的生态系统服务，并探索其社会价值。近年来，人们致力于通过有针对性的活动来增强管理土地上的生物碳（C）封存能力（Krauss等人，2022年）。美国佛罗里达州西南部的圣伊贝尔岛是一个典型的研究地点，这里住宅开发、屏障岛生态、红树林生态系统健康以及联邦土地管理相互交织，所有这些方面都受到海平面上升的威胁。对于红树林和所有潮汐湿地而言，海平面上升与碳封存潜力密切相关（Rogers等人，2019年；McKee等人，2007年）。
圣伊贝尔岛大部分长期的生物碳封存发生在常年湿润的潮间带土壤中。虽然盐沼和海草也能以类似的速度封存碳（Mcleod等人，2011年），但红树林的木质结构及其对海平面上升的长期抵抗力（Krauss等人，2014年）使其成为增强碳储存和改善其他生态系统服务的理想选择。例如，红树林的地上结构能够有效减缓风暴潮的影响，其抑制效果最高可达每线性公里9.4厘米（基于实证数据）至超过40厘米（模型预测，Krauss等人，2009年；Zhang等人，2012年）。
红树林生态系统还提供了其他生态系统服务，如养分封存（例如每年每平方米高达24克氮；Cormier等人，2022年）和促进反硝化作用。然而，尽管红树林能有效过滤市政排放的养分，但对某些特定养分的敏感性存在阈值（Reef等人，2010年；Conrad等人，2024年），超过这一阈值后，森林结构健康、碳封存、地表高度变化以及风暴潮抑制能力可能会受损，甚至可能导致数十年形成的泥炭氧化并释放储存的碳回环境中。最近的管理工作重点在于提前识别压力因素，以防止栖息地崩溃和大规模红树林死亡（Lewis等人，2016年）。
对于佛罗里达州的居民来说，红树林具有最直接的价值。美国内政部在埃弗格莱兹（Everglades）和比斯坎国家公园（Biscayne National Parks）以及多个国家野生动物保护区管理着数千公顷的红树林。据估计，佛罗里达州的红树林覆盖面积为161,800至202,300公顷的潮间带栖息地（佛罗里达鱼类和野生动物保护委员会，2005年），范围从埃弗格莱兹和凯斯（Everglades and Keys）的亚热带地区延伸到锡达基（Cedar Key）和圣奥古斯丁（St. Augustine）的暖温带地区。佛罗里达州的红树林碳封存率与全球平均水平相当，坦帕湾（Tampa Bay）的人工红树林每公顷每年封存2.18兆克碳（Osland等人，2012年），而埃弗格莱兹的自然红树林则封存1.51至3.93兆克碳（Smoak等人，2013年）。我们的目标是了解位于佛罗里达州迈尔斯堡（Fort Myers）圣伊贝尔岛的“丁”达林国家野生动物保护区（J.N. “Ding” Darling National Wildlife Refuge）内红树林及其碳储量的海平面上升脆弱性。通过建模，我们描述了圣伊贝尔岛红树林到2100年的海平面上升敏感性。
研究地点
“丁”达林国家野生动物保护区（DDNWR）成立于1945年，旨在保护濒危和迁徙鸟类的栖息地，覆盖约2571公顷的开放水域、海滩和河口栖息地，其中包括大面积的红树林（图1）。该保护区由美国鱼类和野生动物服务局（U.S. Fish and Wildlife Service）与马特拉查通道国家野生动物保护区（Matlacha Pass NWR）、派恩岛国家野生动物保护区（Pine Island NWR）、岛湾国家野生动物保护区（Island Bay NWR）和卡卢萨哈奇国家野生动物保护区（Caloosahatchee NWR）共同管理，总面积达452公顷。
WARMER3模型的验证及其在圣伊贝尔岛红树林的应用
在用于模型校准的历史数据收集期间，模型预测的平均沉积速率为每年5.1 ± 0.5毫米，与通过210Pb测年法确定的50年沉积速率5.7 ± 0.11毫米/年没有显著差异（t检验，t=0.94，p=0.44）。SETs数据四年内的平均沉积速率为每年6.4 ± 0.8毫米（Conrad等人，2024年），而模型根据Fort Myers NOAA水文站的观测数据预测的沉积速率为每年6.2 ± 0.1毫米。圣伊贝尔岛的模型预测
研究发现，圣伊贝尔岛的红树林对历史上的海平面上升速率具有相对较强的抵抗力，但在预测的较低、中等和较高海平面上升速率下，红树林面积将显著减少。由于不同研究使用不同的海平面上升预测和时间线，直接比较其他模型的结果较为困难。然而，我们的预测与之前关于佛罗里达州南部红树林海平面上升影响的分析结果较为一致。结论
圣伊贝尔岛的红树林受到自然和人为因素的影响，这些因素也普遍存在于美国南部沿海的许多屏障岛上。海平面上升可能导致DDNWR区域内至少50%的栖息地丧失，并使112,000兆克的碳进入大气或水生环境。如果没有向内陆迁移的可能性，红树林的损失和碳排放量可能会更高。
作者贡献声明
杰里米·R·康拉德（Jeremy R. Conrad）：撰写、审稿与编辑、数据整理。朱迪思·Z·德雷克斯勒（Judith Z. Drexler）：撰写、审稿与编辑、数据整理。朱志良（Zhiliang Zhu）：资金筹集、概念构思。凯文·布芬顿（Kevin Buffington）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、可视化展示、方法论设计、数据整理、概念构思。肯·W·克劳斯（Ken W. Krauss）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、资金筹集、概念构思。凯伦·M·索恩（Karen M. Thorne）：项目监督未引用参考文献
Davis Jr和Barnard，2003年；Drexler等人，2009年；佛罗里达鱼类和野生动物保护委员会，2005年；Fox-Kemper等人，2021年；Krauss和Osland，2020年；Osland等人，2013年；Sherrod和McMillan，1985年；Snedaker，1995年。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了美国地质调查局LandCarbon项目、东南气候适应科学中心（Southeast Climate Adaptation Science Center）和土地管理研究项目（Land Management Research Program）的支持。我们感谢美国鱼类和野生动物服务局的Kevin Godsea、Mark Danaher、Kurt Johnson、Paul Tritiak和Scott Covington在该项目中的合作以及他们对资源管理问题的宝贵建议。同时，我们也感谢其他为项目提供信息的合作者，包括Brian W. Benscoter等。
