三江平原自然湿地与人工湿地双向演替动态过程研究

基于遥感和GIS技术,分析1986～2005年三江平原自然湿地(湖泊、河流、沼泽湿地)与人工湿地(水田)的双向演替过程,统计分析自然地理环境背景(土壤类型、海拔高度、坡度和地貌类型)对此过程的影响。研究结果表明,1986～2005年间三江平原湿地双向演替过程以沼泽湿地与水田之间的相互转化为主。1986～1995年、1995～2000年和2000～2005年三时段内沼泽湿地转化为水田的面积占同期沼泽湿地转出总面积的比例分别为7.61%、37.99%和28.81%,相反,水田转化为沼泽湿地的面积占同期水田转出总面积的4.83%、13.69%和4.84%。三江平原发生沼泽湿地与水田双向演替过程的主要自然地理环境背景为土壤类型为草甸土和沼泽土,海拔高度为0～100 m,坡度为0～1°,地貌类型为低河漫滩、高河漫滩、洼地和一级阶地。     

长江源区土地覆盖变化与草地退化格局的时空分异

基于野外调查、遥感影像和统计资料,分析了1987-2007年长江源头地区土地覆盖变化和草地退化格局的时空分异特点,并从海拔、坡度和坡向3方面探讨了导致长江源区草地生态环境变化的主要自然因素.结果表明： 研究期间,长江源头地区土地类型破碎化整体呈增加趋势,自然地理条件和气候变化是导致土地格局变化的主要驱动因素;不同海拔草地退化面积差异显著,研究区草地退化主要发生在海拔4800～5100 m范围内,且退化面积随海拔的升高呈增加趋势,退化面积比重在不同坡度和坡向的差异较大.1987-2007年,长江源头地区气候呈暖干化趋势,区域土地覆盖类型空间结构变化明显;不同坡向、坡度和海拔的草地退化分布格局与高寒环境和人为干扰的格局基本一致,高寒环境和气候演化对草地生态系统格局起决定作用.     

横断山区草本沼泽湿地水体氮含量空间分布特征

草本沼泽是横断山区重要的湿地类型,为探明横断山区草本沼泽湿地水体中总氮、硝氮和氨氮的空间分布特征及其控制因素,于2014—2017年在横断山区对典型草本沼泽湿地开展水样采集和分析工作,同时收集降水量、地表大气温度、水温、水深、人口数量、GDP、家畜数量等环境数据。结果表明：1）横断山区草本沼泽湿地水体中总氮含量表现出明显的纬向地带性和垂直地带性：总氮含量随纬度和海拔增加而下降,水温是控制这种地带性特征的主要因素。同时,随经度增加,水体中总氮含量也显著增加,社会经济发展因素是导致这种分布特征的主要原因;2）横断山区沼泽湿地水体中硝氮和氨氮含量在海拔梯度上的变化趋势不明显;3）随经度和纬度增加,沼泽湿地水体中硝氮含量逐渐增加,导致这种现象的主要原因是水深和水温;4）随经度增加,沼泽湿地水体中氨氮的含量逐渐增加,但氨氮含量与自然环境因素和社会经济发展因素均无显著相关性。     

中国东北区沼泽湿地景观的动态变化

以GIS和RS技术为关键技术平台,分析了1986~2000年东北区沼泽湿地的动态变化特征。东北区沼泽湿地较为丰富,多年平均沼泽率为3.66%;但地区分布不均匀,最大沼泽率(乌苏里江区)是最小沼泽率(绥芬河区)的407.67倍;沼泽湿地分布面积整体上呈下降趋势。东北地区沼泽湿地多年平均分布重心位于东北区几何中心北东方向,距离为150.62 km,反应了东北地区沼泽湿地景观“北多南少”的整体态势;从分布重心的年均变化程度来看,东北地区沼泽湿地受干扰的程度在1986~1996年小于1996~2000年,但各分布区间的差异明显;从各分区沼泽湿地的景观类型的动态变化来看,东北区沼泽湿地的动态变化主要受到农业开发活动(包括牧业)的影响;从沼泽湿地景观格局的动态变化来看,东北地区多年平均斑块面积为1.99 km2,但呈增加趋势;从分维特征的角度来看,东北区沼泽湿地景观平均分维指数整体上呈增加趋势,表现为斑块形状渐趋复杂。     

四川省湿地类型变化的自然-社会经济驱动力分析

利用Landsat系列遥感影像对四川湿地进行遥感制图,通过GIS空间叠加分析获取2000—2015年间2期(2000—2010年和2010—2015年)湿地变化时空数据库,选取平均风速、降雨量、平均气温、平均日照时间、平均相对湿度、国内生产总值、人均国内生产总值、农业生产总值和人口数量9个自然和社会经济影响因子,采用典型相关分析(CCA)方法,对四川省湿地类型变化的驱动力进行研究。(1)从2000年到2015年,四川省湿地变化面积705374 hm~2,沼泽和河流湿地是每期湿地面积变化的主体,库塘是变化最大的湿地类型,湖泊湿地最为稳定,主要的湿地变化类型是沼泽转化为非湿地、河流和非湿地转变为库塘。(2)平均气温、国内生产总值和人口数量分别解释湿地类型变化的16.6%、30.7%和2.1%,而降雨量和平均相对湿度仅能解释0.6%和0.3%,表明国内生产总值、平均气温和人口数量是四川省湿地类型变化的主要驱动因子。(3)四川不同湿地类型变化的驱动因子存在差异。具体表现为,随着国内生产总值的增加,沼泽湿地转化为非湿地的量减少,而且国内生产总值越高,非湿地和河流湿地转变为库塘的量越多;随着平均气温的增加,沼泽湿地转化为非湿地的面积增加。研究结果说明社会经济的快速发展对四川湿地面积的保护和增加起到了积极作用,但全球变暖仍然导致沼泽湿地在不断减少,因此在全球变化的背景下,加强对沼泽湿地的保护和恢复,对于稳定四川湿地资源具有重要的作用。     

厦门湾海岸带景观格局时空动态演变研究

以厦门湾海岸带为研究区, 基于1989 年与1997 年Landsat TM、2010 年SPOT5 遥感影像, 在遥感和GIS 技术支持下, 建立了厦门湾海岸带景观类型空间数据库。运用景观类型变化表征模型与景观格局指数方法, 对近22 年来研究区景观格局变化时空动态特征进行了定量分析。研究结果表明: 厦门湾海岸带景观格局发生了较大的变化。农用地面积持续减少且降幅最显著, 而城镇用地与建设用地则快速扩展; 其中前者由占总面积的72.75%下降到30.67%,后者由占总面积的4.60%上升到38.97%。土地利用类型之间、以及各土地利用类型与滨海湿地之间的动态转化频繁,土地利用类型之间的转化以农用地和滨海湿地向城镇用地与建设用地转化为主。在1989-1997 年农用地净转出面积为13862.55 hm2, 滨海湿地转出面积为4268.82 hm2; 在1997-2010 年农用地转出达到20910.24 hm2, 典型滨海则转出 5931.64 hm2。在景观水平尺度上, 景观格局向着多样化方向发展, 景观的异质性增强, 景观破碎化程度加深。景观格局变化的驱动因素主要为社会经济发展与政策调整。     

1995—1999年黄河三角洲东部自然保护区湿地景观格局变化

基于1995和1999年的LandsatTM遥感影像,结合地理信息系统技术,分析黄河改道清8汊(1996年)前后的1995—1999年黄河三角洲东部自然保护区(位于黄河现行流路入海口处)湿地景观格局的变化特征,以及影响湿地景观格局变化的驱动因素.结果表明:1995—1999年,保护区湿地仍以天然湿地为主,人工湿地比重极小,期间非湿地面积大幅增加,而天然湿地和人工湿地面积则呈下降趋势,其中,裸露淤泥质滩涂和沼泽湿地面积明显萎缩;尽管保护区湿地景观类型、形状、结构的变化程度不均一,且各景观类型在空间分布上的团聚程度变化不均衡,但总的看来,保护区景观整体结构趋于复杂化,破碎化程度有所加深,内部各景观类型从大块连续的镶嵌分布向小块离散分布转变;影响保护区湿地景观格局变化的主要因素有3个:黄河改道、黄河断流和人类活动.     

南四湖湿地景观空间格局动态演变

以山东省南四湖湿地为例,选取1987、2002、2014年3期遥感影像,应用景观格局指数、动态度、景观梯度和格网化模型等方法,对南四湖湿地景观格局的动态变化进行研究.结果表明: 1987—2014年,研究区景观蔓延度指数和聚集度指数逐渐减小,景观多样性指数和均匀度指数逐渐增大,景观类型面积趋于均匀且分布格局间断零散,人类活动对南四湖湿地景观的干扰度呈现增强趋势.研究期间,南四湖湿地总面积逐渐增加,其中,湖泊面积先减少后增加,2014年面积达到最大;湖滨池塘面积也呈现持续增加趋势,但增速减缓;河流面积基本保持稳定;沼泽面积持续减少.南四湖地区的农业活动、南四湖自然保护区的成立及南水北调工程在南四湖湿地景观格局的变化中起着重要作用.     

白洋淀流域湿地连通性研究

湿地在流域防洪减灾、水资源调节、缓解环境污染、保护生物多样性和维持区域生态环境方面具有重要功能和价值。作为我国北方平原湿地系统之一,白洋淀流域湿地对于保障雄安新区的水资源安全和良好生态环境等方面具有关键性作用。了解目前白洋淀流域湿地生态系统的现状对于新区建设和未来科学规划也具有重要意义。以2017年9月欧空局提供的10米分辨率的Sentinel-2B影像为主要数据源,并结合谷歌地球高分辨率卫星影像(分辨率0.23m),通过人工目视解译和机器自动分类等多种方式,绘制了白洋淀流域最新的湿地生态系统网络分布图;在此基础上,利用地理信息系统分析了白洋淀流域湿地的连通性(包括水文连通性和景观连通性)。结果显示:(1)2017年白洋淀流域湿地面积为4596.6km~2,包括沼泽、洪泛区、沟渠、湖泊、河流,主要分布在坡度为0°至2°,海拔在100m以下的平坦地区;而流域内非湿地面积约86%,以耕地和林地为主。(2)2017年白洋淀流域河道长度为2440km,面积为514 km~2,其中山区河道177 km~2,平原河道337 km~2。河道内耕地面积比例达27%,建设用地比例约为8%,河道占用明显。河道两侧1km、2km和3km距离范围内耕地比例分别占61.77%、62.53%、62.63%。随着距离的扩大,湿地面积减少,非湿地面积增加。(3)由于人类活动的直接和间接影响,河道的水文连通性下降,与河道没有受到干扰时的连通性水平相比,减少了三分之一。(4)从景观格局指数SPLIT和DIVISION指示的流域湿地连通性看,景观级别上流域内自然湿地的景观连通性最差,人工湿地次之。在类型级别上沼泽类型的连通性最差,河流、沟渠与洪泛区湿地类型的连通性较好,湖泊的景观连通性最好。为保障白洋淀流域水安全,以流域湿地网络为整体,恢复和增强流域湿地网络连通性,将有效提高雄安新区水资源安全和生态环境保护的能力。     

基于NPP的重庆市“一圈两群”生态系统服务重要性评价及其机理研究

生态系统服务功能重要性的研究可为生态功能定位及生态环境的建设和保护提供重要的科学依据。采用NPP定量指标评价法, 评价重庆市2018年水源涵养服务、水土保持服务、生物多样性服务与生态系统综合服务重要性, 识别生态系统服务热点区域, 从土地利用及主控因子识别方面对重庆市“一圈两群”发展格局下生态系统服务功能进行综合研究, 揭示研究区生态系统服务重要性的内在机理。结果表明:(1)水源涵养与生物多样性重要性级别中, 重庆市主城区都市圈级别较低, 渝东南武陵山区城镇群和渝东北三峡库区城镇群级别较高, 水土保持重要性级别则相反。(2)重庆市生态系统综合服务中等重要区域面积最大, 占总面积的44.70%, 一般重要区域面积最小, 占比4.92%, 空间上呈现出中部及东南部较高, 西北部较低的分布态势; (3)研究区一类服务热点区占总面积的39.6%, 主要分布在主城区都市圈的西北和东南处, 二类占35.3%, 主要分布在渝东南城镇群的西南处和渝东北城镇群的东南处, 三类占6.8%, 零散分布于渝东北城镇群; (4)耕地与林地在研究区整体与各区域的生态系统综合服务重要性级别中占比最大, 均为不同重要性级别区域的主要用地类型; (5)研究区生态系统服务重要性各级别区域内主控因子存在差异, 但NPP、坡度、海拔对研究区生态系统综合服务重要性结果影响较大。客观评价和揭示了重庆市生态系统服务功能在重要性特征及其内在机理, 以期为重庆市分区发展过程中的生态保护提供科学依据及理论支持。     

Satellite remote sensing of wetlands

To conserve and manage wetland resources, it is important to inventoryand monitor wetlands and their adjacent uplands. Satellite remote sensing hasseveral advantages for monitoring wetland resources, especially for largegeographic areas. This review summarizes the literature on satellite remotesensing of wetlands, including what classification techniques were mostsuccessful in identifying wetlands and separating them from other land covertypes. All types of wetlands have been studied with satellite remote sensing.Landsat MSS, Landsat TM, and SPOT are the major satellite systems that have beenused to study wetlands; other systems are NOAA AVHRR, IRS-1B LISS-II and radarsystems, including JERS-1, ERS-1 and RADARSAT. Early work with satellite imageryused visual interpretation for classification. The most commonly used computerclassification method to map wetlands is unsupervised classification orclustering. Maximum likelihood is the most common supervised classificationmethod. Wetland classification is difficult because of spectral confusion withother landcover classes and among different types of wetlands. However,multi-temporal data usually improves the classification of wetlands, as doesancillary data such as soil data, elevation or topography data. Classifiedsatellite imagery and maps derived from aerial photography have been comparedwith the conclusion that they offer different but complimentary information.Change detection studies have taken advantage of the repeat coverage andarchival data available with satellite remote sensing. Detailed wetland maps canbe updated using satellite imagery. Given the spatial resolution of satelliteremote sensing systems, fuzzy classification, subpixel classification, spectralmixture analysis, and mixtures estimation may provide more detailed informationon wetlands. A layered, hybrid or rule-based approach may give better resultsthan more traditional methods. The combination of radar and optical data providethe most promise for improving wetland classification.     

基于CVM的三江平原湿地非使用价值评价

基于条件价值评估法(CVM)这一当前国际上流行的生态系统经济价值评价方法,对三江平原湿地的非使用价值进行了研究。研究中采用实地调研的方式,进行支付意愿问卷调查,共发放支付卡式CVM问卷552份,回收有效问卷513份。分别采用非参数估计和参数估计方法对调查数据进行分析处理,评价了三江平原湿地的非使用价值,得出三江平原湿地2007年人均支付意愿为71.66元/a,并进一步计算出三江平原湿地的非使用价值为24.638亿元/a。该值仅为三江平原湿地部分,如果扩大到三江平原涵盖的所有自然资源,其值还将大幅上扬。三江平原蕴含的自然资源价值是巨大的,保护三江平原的生态环境也将创造巨大的价值,研究结论使得湿地环境保护和开发的价值对比成为可能,为政府相关政策的制定提供理论基础。     

三江平原孤立湿地景观空间结构

受人类活动的影响,近几十年来三江平原大片连续湿地逐渐破碎化,形成了大量孤立湿地。湿地景观格局分析已成为湿地生态和全球变化研究领域的热点,因此以三江平原遥感影像为数据源,利用GIS技术和景观指数模型,在60m分析粒度下,对三江平原孤立湿地景观空间结构进行分析。结果表明:1研究区的中南部孤立湿地的斑块数量较多,而中东部孤立湿地的斑块面积较大,且孤立湿地斑块之间的邻近程度和连接度较高,三江、洪河自然保护区及研究区西部孤立湿地斑块的形状较复杂;2随着湿地斑块数量的递减,非孤立湿地在景观连接中起到的作用逐渐增加,孤立湿地在景观连接中起到的作用逐渐减小,但面积相对较大的孤立湿地斑块重要值一直处于较高水平,在景观连接中起着重要作用;3三江平原孤立湿地景观空间结构是地形地貌、农业开发活动、国家政策等因子综合作用的结果,应加强对孤立湿地的保护。     

RS和GIS支持的洪河地区湿地生态健康评价

洪泛平原淡水自然湿地对于生态多样性保护具有重要意义。当前自然湿地普遍面临气候变化与人类活动干扰和影响,其生态健康的状况令人担忧,结合新的地学信息技术探索自然湿地生态健康评价分析方法具有重要意义。本研究选择位于三江平原东北部的洪河国家级自然保护区湿地及其周边农场湿地为研究区,依据遥感和地理信息系统技术支持,结合野外生态调查与水文气象监测数据,从水文地貌特征、景观特征和人类扰动3方面选取一系列评价指标因子,利用层次分析法和综合指数方法,对研究区湿地进行了定量生态健康分析评价。研究结果表明：（1）洪河自然保护区的湿地生态健康状况是最好的,其周边农场从鸭绿河农场、前锋农场到洪河农场的湿地生态健康状况依次递减。（2）洪河自然保护区功能分区生态健康状况由好到差的顺序为：核心区>缓冲区>实验区,与实际野外调查情况一致。（3）本研究建立的评价指标体系和相应分析方法能够科学的评价湿地生态健康。评价分析结果显示水文地貌要素是影响湿地生态健康的关键性因素。本研究利用RS和GIS技术与传统生态学评价分析方法结合,以栅格为单位基于区域生境特征进行湿地生态健康综合评价具有一定的方法先进性。     

三江平原植被水分利用效率时空变化及其对气象因子变化的响应

水分利用效率(water use efficiency,WUE)是陆地生态系统响应全球变化的重要参数,分析区域生态系统WUE的变化特征及其与气象因子之间的响应关系,对于区域生态系统碳水循环研究以及水资源的科学管理具有重要意义。本文以三江平原为研究区,基于MODIS GPP和ET遥感数据、气象数据以及2000年、2014年土地覆盖数据,分析2000-2014年间植被WUE的时空变化特征以及植被WUE与关键气象因子之间的响应关系,并分析了土地覆盖变化下各植被类型WUE的变化特征。结果表明:三江平原WUE年均值变化呈波动式减少趋势,多年平均植被WUE为1.44 g C·kg^-1H2O;WUE年内变化均近似呈"单峰型"曲线,1-3月及11、12月,WUE均处于最低值,在植被生长季(5-9月)期间,WUE均较高;季节WUE均值由高到低依次为夏季>秋季>春季>冬季;各植被类型WUE年内变化呈"双峰型"曲线,峰值主要分布在4-6月和9月;不同植被类型的年均WUE值从大到小依次为:混交林>针叶林>阔叶林>草地>耕地>永久湿地;三江平原植被WUE与降水、相对湿度、水气压呈正相关,与气温、日照时数呈负相关;随着耕地面积的减少,耕地WUE增加了11.1%,随着落叶阔叶林、草地面积的增加,其植被WUE分别增加了12.8%、15.9%。     

三江平原流域湿地景观破碎化过程研究

以流域为研究单元,利用历史图件和遥感数据资料及GIS技术,系统分析了该区典型流域50年来湿地景观的破碎化过程.结果表明,该区湿地景观破碎化在斑块个体和空间结构两方面变化极大.景观斑块个体变化主要表现为最大斑块、平均斑块面积不断缩小,斑块密度不断增大,斑块形状破碎化指数不断增大,景观内部生境面积破碎化指数不断上升;空间结构变化主要表现为湿地景观由初始基质景观逐渐变为河岸带景观;同时,随着农田面积逐渐扩大,隔离湿地斑体数量不断上升,隔离度不断增大;景观空间分布模式由“大陆-岛屿模式”向“卫星型模式”转变,最后变化为“完全隔离型模式”.导致该区湿地景观破碎化的主导因素是大规模的农业开发,反映了人类活动对湿地景观的巨大影响.     

高分辨率影像支持的群落尺度沼泽湿地分类制图

湿地作为众多野生动物和植物的栖息地,具有稳定环境及物种基因保护等重要功能.但是,湿地复杂的水陆交界生境特征及难以进入等客观条件限制给湿地研究造成了很大的困难.因此,遥感技术作为地表生态环境过程参量获取的重要工具,在当今湿地科学领域发挥着重要作用,特别是,当前高空间分辨率影像的性能与应用水平不断得到提高.以自然状态下的黑龙江三江平原洪河国家级自然保护区为研究对象,应用飞艇搭载的空间高分辨率摄像系统获取影像地面分辨率为0.13m的影像数据,主要结合面向对象分类方法,开展了基于湿地植物群落尺度的分类制图研究.结果表明:①因飞艇影像对植物形态、纹理等细致特征的刻画非常充分,沼泽植被型、草甸植被型和各种乔木、灌木植被型,都可以在合适的遥感分类方法下提取出来,总体分类精度能达到91.77％;②通过采用针对高分辨率影像面向对象的分类方法与传统的最大似然比遥感分类方法对比,前者达到很高的精度,而后者效果不理想,说明遥感分类方法的选择对于群落尺度湿地植物分类制图结果非常重要;③遥感分类制图的结果显示出研究区湿地植物群落分布格局受到水分环境梯度和微地貌的共同控制,呈现交替环带状分布规律.     

1954—2010年三江平原土地利用景观格局动态变化及驱动力

受自然因素和人为因素的影响,近60年三江平原土地利用景观格局发生了明显变化。以遥感影像为主要信息源,利用地理信息系统技术和数理统计方法,对1954—2010年三江平原土地利用景观格局动态变化及其驱动力进行分析。结果表明:1954—2010年三江平原耕地、居住建设用地和水域面积呈增长趋势,林地、草地和湿地面积呈减少趋势;土地利用综合动态度呈先增加后降低再增加的趋势;三江平原斑块密度、周长面积比、景观分离度和Simpson's多样性指数都呈先上升后下降的趋势,最小值出现在2010年,斑块密度和周长面积比的最大值出现在1976年,景观分离度和Simpson's多样性指数的最大值出现在1986年;1954—2010年三江平原斑块密度和周长面积比的高值区由东北向西南转移,低值区由中部向东部转移,景观分离度指数呈现先聚集后分散的趋势,Simpson's多样性指数由中间高四周低格局,逐渐转变为南部高北部低的格局。     

三江平原建三江地区30年湿地景观退化评价

因高强度农业开发,1975～2004年的30a间,三江平原自然湿地景观发生了剧变.评估该湿地景观面临的各种压力、分析其所处状态、揭示其演变规律,对于三江平原的湿地保护和恢复至关重要.选取1975年、1989年和2004年的三期Landsat TM遥感影像,基于压力-状态-响应的生态评价框架,对黑龙江省建三江地区景观演变进行分析.结果表明,(1)从1975年到2004年,建三江地区自然湿地大幅减少,农田大幅增加,景观多样性和破碎度显著提高;农业开发是自然湿地面临的主要压力,其中草甸和沼泽湿地是主要的开发对象.(2) 1975～1989年的农业开发强度高于1989～2004年.1975～1989年,农田、沟渠面积大幅增加,湿地面积大量减少;通过沟渠排水将湿地开发为旱田,导致该区生态环境质量下降,洪涝灾害频繁;1989～2004年,人们意识到湿地保护的重要性,自然湿地开垦减少,沟渠面积略有增加,并把部分旱田转为水田来达到"以稻治涝"的目的;同时,建立了多个湿地自然保护区并制定了相应的湿地保护条例,使得该区的湿地景观得到了一定的保护.(3) 当前三江平原湿地景观面临的问题依然严峻,尤其是排水沟渠的大量存在和旱田转化为水田后导致的水资源短缺和地下水位下降等问题,还将继续威胁现有湿地的存续,基于沟渠系统的综合性水资源管理势在必行.     

三江平原孤立湿地空间分布及其影响因素

以遥感影像为数据源,结合GIS技术,利用空间分析与统计方法对三江平原孤立湿地空间分布特征及影响因素进行定量分析。研究结果表明:孤立湿地的质心偏向西南,其椭圆的长轴方向为东北-西南方向,椭圆周长面积比大于全部湿地(沼泽湿地、河流湿地和湖泊湿地)椭圆周长面积比,分散性明显;孤立湿地的热点地区主要有3个,主要分布在受人为干扰影响较大的三江平原的中部、西北部和西南部;在自然因素影响下,孤立湿地于海拔高度51—54m、坡度1—3度、距离河流12—16km、河流阶地地貌部位处达到最大值;受人为因素的影响,孤立湿地主要分布在居民点、道路和保护区附近,与排水沟渠之间的关系是随着距离的增加,孤立湿地数量呈先增加后减少的趋势。三江平原孤立湿地空间分布是自然因素和人为因素综合作用的结果,人类活动对孤立湿地和非孤立湿地空间分布格局具有不同的影响,应加强对孤立湿地的保护。