追踪东非最大河流三角洲——赞比西河三角洲中红树林动态的演变轨迹

《Journal of Environmental Management》：Tracking the trajectory of mangrove dynamics in the Zambezi Delta, East Africa's largest river Delta

　　

吴天亮|何傲阳|戴志军|李艳|何斌远|曹庆贤|林金兰|梁希兴

中国广西海洋研究所，南宁，530022

摘要

赞比西河三角洲拥有非洲最大的红树林生态系统之一，提供了包括碳储存、海岸保护和生物多样性支持在内的关键生态系统服务。然而，这些红树林的长期时空演变及其对环境变化的响应仍不甚明了。通过整合1989年至2024年间的35年Landsat影像数据以及河流沉积物和水动力数据集，本研究系统地分析了红树林的动态及其背后的机制。1989年至2001年间，红树林总面积以每年307.08公顷的速度扩张，随后在2001年至2024年间以每年107.47公顷的速度缩减。从空间上看，红树林向内陆扩展了2010公顷，侵入高潮区和水道，而其向海边缘则以每年1.54米的平均速度后退。尽管河流沉积物排放量增加，但红树林的响应表现出高度非线性和空间异质性，表明局部沉积物重新分布受到水动力过程的强烈影响。东南方向的波浪促进了红树林向海边缘的后退和沉积物的重新悬浮，而季节性的东北方向水流可能将部分重新悬浮的沉积物输送到水道中，从而促进了水道的狭窄。这种扩张可能减少了上游的水文连通性，导致上游水道中的红树林被陆地植被取代。我们的发现揭示了赞比西河三角洲红树林重新分布的耦合水动力和生物地貌机制，对管理混合能量类型的三角洲红树林系统具有重要意义。

引言

红树林是全球重要的潮间带生态系统，覆盖面积约为1450万公顷，其中约40.5%位于三角洲海岸（Jia等人，2023年；Worthington等人，2020年）。由于其巨大的碳储存能力（碳储量可达每公顷1023吨，Donato等人，2011年），红树林在减缓气候变化方面发挥着重要作用（Murdiyarso等人，2015年）。它们通过减弱波浪能量来增强海岸的韧性；例如，一条宽100米的红树林带可以消散高达66%的入射波浪能量，有效保护沿海社区、基础设施和海堤（Menéndez等人，2020年；Zhou等人，2022年）。此外，红树林对生物多样性保护、水质净化和渔业发展也至关重要（Barbier等人，2011年；Hasim，2021年；Sasmito等人，2023年）。

尽管红树林具有重要的生态和社会经济价值，但全球红树林覆盖率在过去二十年里大幅下降，减少了约52.45万至67.7万公顷（Bunting等人，2022年；FAO，2023年）。然而，这种总体下降掩盖了显著的区域和局部差异；例如，东南亚和美洲的红树林广泛减少，而中国和澳大利亚等国家的红树林却有所扩张（Bryan-Brown等人，2020年；Lymburner等人，2020年；Wang等人，2022年）。这种空间异质性在三角洲系统中尤为明显，红树林经常表现出同时存在但相互矛盾的动态——如向内陆退缩或入侵、向海扩展或侵蚀，以及在水道中的殖民（Dai等人，2024年；Wu等人，2025a；Xiong等人，2024年；Zhou等人，2024年）。这些复杂的动态高度依赖于地貌环境、沉积物输送、水动力作用和人为影响的局部相互作用。

先前的研究显著提高了我们对纯河流主导、波浪主导或潮汐主导的三角洲中红树林动态的理解（Besset等人，2019年；Long等人，2025年；Rogers和Goodbred Jr，2014年）。例如，湄公河、印度河和恒河三角洲的红树林广泛退缩主要是由于河流沉积物负荷减少、地下水抽取和海岸侵蚀（Besset等人，2019年；Bhargava等人，2021年；Zhou等人，2024年）。相反，南柳河、红河和波罗河三角洲的红树林扩张主要是由沉积物堆积和潮间带前积作用推动的（Beselly等人，2021年；Long等人，2021年，2022年）。然而，这些分类往往难以解释潮汐作用和波浪作用共同重塑海岸线并重新分配沉积物的系统。在混合能量类型的三角洲中，红树林可能在受保护的潮道中扩展，因为潮汐渗透促进了沉积物沉积；同时，在暴露于波浪的海岸边缘则因侵蚀超过幼苗存活阈值而退缩。

赞比西河三角洲被归类为受潮汐主导的系统，受到显著的补充波浪能量的影响（Nienhuis等人，2020年），其红树林分布在不同的地貌环境中——从受保护的潮道到暴露的海岸前沿。这种环境使得能够全面分析红树林迁移的多种驱动因素。因此，本研究旨在：（1）量化赞比西河三角洲红树林的时空演变；（2）描述不同地貌环境中的损失、增加和迁移的空间模式；（3）诊断这些变化的环境和人为驱动因素。通过揭示这一代表性混合能量系统中的红树林响应，本研究为理解全球复杂三角洲环境中的红树林演变提供了更一般的预测框架。

章节摘录

研究区域

赞比西河流域起源于安哥拉东部的高地，是东非海岸最大的河流系统，主河道长2660公里，流域面积达1,380,000平方公里（图1A）。赞比西河三角洲具有热带草原气候（月平均气温：27–37°C；年降水量：约1400毫米），并经历半日潮汐，最大潮差为4.1米，在旱季时潮水可向上游延伸80公里（Barbosa等人，2001年；Bento等人，2007年；

红树林范围的时间趋势

在1989年至2024年的35年期间，赞比西河三角洲的红树林范围经历了两个明显的扩张和随后的收缩阶段（图2A）。红树林总面积从1989年的42,010公顷增加到2001年的45,680公顷，年均扩张率为307.08公顷（95%置信区间：224.03–390.12；P<0.001），随后在2024年缩减至43,080公顷，年均缩减率为-107.47公顷（95%置信区间：-143.78至-71.16；P<0.001）。

这些全三角洲范围的趋势掩盖了明显的次区域差异（图2B–D）。

水动力控制与红树林响应的空间异质性

红树林的殖民需要河流沉积物沉积提供的裸露、坡度平缓的基底（Swales等人，2019年）。在赞比西河三角洲，河流悬浮沉积物的排放量从1989年到2020年呈上升趋势（图1C）；然而，这一趋势必须放在更长的时间背景下进行解释，即上游的沉积物调节作用。

结论

通过使用1989年至2024年的35年Landsat影像数据以及河流沉积物和水动力数据集，本研究首次全面评估了赞比西河三角洲（一个典型的混合能量类型三角洲系统）中红树林的时空动态。主要发现如下：

• (1)
  整个三角洲范围内的红树林面积经历了两个阶段的变化：1989年至2001年以每年307.08公顷的速度扩张，2024年则以每年-107.47公顷的速度收缩。这一总体趋势掩盖了强烈的次区域差异

CRediT作者贡献声明

吴天亮：数据管理、正式分析、方法论、初稿撰写。何傲阳：数据管理、方法论、资源获取、可视化、初稿撰写。戴志军：概念构思、数据管理、资金获取、方法论、项目管理、监督、初稿撰写及审稿编辑。李艳：正式分析、方法论、验证、可视化。何斌远：方法论、资源获取、可视化。曹庆贤：验证，

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了上海国际科技合作基金项目（中国）（23230713800；23590780200；24230740100）的支持。