三江平原沟渠网络结构对区域景观格局的影响

农业开发进程中产生的沟渠作为农业景观中廊道内部的动因主体,会对周围自然生态系统产生不同程度的影响;同时沟渠网络的形成,又使得这种影响作用更加深入和复杂.以根据三江平原建三江管局辖区2004年的Landsat-TM卫星影像解译的土地利用现状图以及沟渠分布水利图为基础资料,在地理信息系统(GIS)支持下,选择3个30×30km2的取样区为研究对象,分析了各样区的景观结构特征和沟渠网络结构.在此基础上,用典范相关分析(CCA)定量研究了沟渠网络结构对于区域景观格局的影响.结果表明:沟渠网络的结构对区域景观格局有显著影响,沟渠密度越大,网络结构越复杂,则区域景观中斑块数目越多,平均斑块面积越小;同时农业用地所占比例越大,自然湿地所占比例越小.通过各沟渠网络结构指标与CCA排序轴的相关性分析发现,对区域景观格局影响最大的指标是沟渠密度,其次是线点率和环度,而反映沟渠网络连通性的连通度指标影响相对较小.     

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。     

垦殖对沼泽湿地CH4和N2O排放的影响

三江平原是我国最大的沼泽化低平原,同时也是受人类活动影响最剧烈的区域之一。选取三江平原两类典型湿地-常年积水的毛果苔草(Carexlasiocapa)沼泽和季节性积水的小叶章(Deyeuxia angustifolia)草甸及其垦殖水田和旱田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法进行CH4和N2O的田间原位观测。研究结果表明,垦殖导致沼泽湿地CH4排放量大幅度降低,而N2O排放量有所升高。三江平原沼泽湿地、水田、旱田的CH4排放量分别为329.56、94.82kg.hm-.2a-1和-1.37kg.hm-.2a-1,N2O排放量分别为1.93、2.09kg.hm-.2a-1和4.90kg.hm-.2a-1。沼泽湿地垦殖使CH4和N2O的综合温室效应降低,在20a到500a的时间尺度上,水田综合GWP为沼泽湿地的30.8%~37.9%,旱田综合GWP仅为沼泽湿地的6.0%~28.7%。垦殖同时也改变了沼泽湿地对大气CO2的源汇功能,2004年,小叶章草甸、水田和旱田碳排放量分别为-3.08、1.79t.hm-2和3.35t.hm-2,沼泽湿地垦殖为旱田后碳源的功能较水田更强。     

基于历史生物多样性与湿地景观结构的三江平原湿地恢复优先性研究

三江平原是我国最大的淡水沼泽分布区,建国后大规模的农业开发活动导致湿地面积锐减,湿地生态系统服务功能退化,产生一系列的生态环境问题,有必要进行湿地恢复。生物多样性的历史分布和湿地景观结构特征对湿地恢复具有重要指导意义。在分析三江平原湿地景观格局变化的基础上,结合三江平原历史生物多样性保护价值(即湿地恢复价值)以及各县市内湿地景观结构(现有湿地分布比例)对湿地恢复进行了优先性分析,确定了不同县市内不同空间位置上湿地恢复优先等级。景观格局变化分析结果表明,三江平原在20年间,湿地面积大幅减少,且破碎化现象严重,70%以上的退化或消失湿地被耕地侵占;基于历史生物多样性保护价值的湿地恢复价值评估表明,目前已经退化或消失的湿地有57.56%具有相对较高的恢复价值,而且还有22.02%的区域处于中等恢复价值水平,恢复潜力较大;结合现有湿地分布比例的结果表明,在三江平原的19个受湿地影响的市县中,有2个一级恢复区,6个二级恢复区,9个三级恢复区和2个四级恢复区。研究为今后三江平原湿地恢复行动的时空顺序确定提供了参考,同时为缺少生物多样性历史监测数据的区域提供了快速的湿地恢复评估方法。     

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。     

垦殖对沼泽湿地土壤呼吸速率的影响

三江平原是我国最大的沼泽化低平原,同时也是受人类活动影响最剧烈的区域之一。选取三江平原两类典型湿地-常年积水的毛果苔草(Carex lasiocapa)沼泽和季节性积水的小叶章(Deyeuxia angustifolia)草甸及由其垦殖的水田和旱田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法对土壤呼吸速率进行了观测。研究结果表明,小叶章草甸与毛果苔草沼泽土壤呼吸速率的季节变化形式相同,为单峰型,在夏季出现排放峰值,而冬季呼吸速率最低。沼泽湿地垦殖为旱田后,土壤呼吸速率的季节变化形式未发生变化,但垦殖为水田后,土壤呼吸速率排放峰值的时间延后在秋季出现。毛果苔草沼泽、小叶章草甸、旱田及水田通过土壤呼吸释放的碳量分别为(3.1±0.4)、(4.8±0.7)、(2.8±0.4)、(2.2±0.3)tC.hm-2.a-1。毛果苔草沼泽土壤呼吸速率低于小叶章草甸是由沼泽湿地的积水环境差异造成的,而沼泽湿地垦殖为农田后土壤呼吸作用减弱,主要是由于垦殖后土壤有机碳含量大幅降低所致。相关分析表明,温度和土壤湿度(或积水深度)是影响土壤呼吸速率的重要因素,温度与小叶章草甸、毛果苔草沼泽以及旱田土壤呼吸速率呈显著指数关系,Q10值分别为2.1、2.5和1.8,沼泽湿地垦殖为旱田后温度敏感性指数降低,主要是由于土壤微生物营养源减少从而对微生物营养供应受限造成的。小叶章草甸、毛果苔草沼泽、旱田以及水田土壤呼吸速率与土壤湿度/积水深度之间的关系可用线性或二次曲线方程来描述。     

城市湿地动态的背景效应研究

以肇庆市1991、2001和2009年3期Landsat TM和ETM+影像为基本数据源,利用遥感和GIS技术并结合景观格局和邻域分析等方法对1991～2009年肇庆湿地的动态变化进行了研究.结果表明:(1)1991～2001年间肇庆地区湿地面积大幅增长,而2001～2009年间则少量减少,湿地的面积变化和农业经济结构调整显著正相关.(2)研究区湿地景观格局变化明显,破碎化程度和空间异质性程度均减小,湿地斑块在空间上趋向于集中和连片分布.(3)湿地占地率的相对变幅在不同占地率区间表现出较大差异,在低占地率区间主要表现为相对变幅的增长,在高占地率区间主要变现为相对变幅的减少,而在其他区间保持相对稳定的变化幅度.(4)湿地占地率的绝对增长幅度和减少幅度分别在占地率10%和95%时达到阈值,而在其他区间则显现出与湿地占地率紧密相关的非线性变化特征.研究表明,湿地景观动态存在明显的背景效应,其面积变化的速度、程度与湿地占地率密切相关,不同湿地占地率区间的湿地应予以有区别的管理和保护.     

三江平原不同强度干扰下湿地植物群落的物种组成和多样性变化

以三江平原湿地-农田景观中沟渠的密度作为反映干扰强度的指标,研究了不同沟渠密度下湿地斑块植物群落的物种组成和多样性变化.结果表明:(1)在不同的干扰强度下,湿地植物群落的物种组成差异很大, 随干扰强度增大,原有湿生物种减少,而中湿生、中生物种显著增加;(2)湿地植物群落的多样性随干扰强度的增大,整体上呈降低趋势,群落多样性在中等沟渠密度下(0.6～1.2km/km2)达到最大,但不同沟渠密度下群落间多样性差异基本不显著;(3)位点间的干扰强度差异越大,Whittaker指数值越高;(4)不同的干扰强度下,各湿地斑块内部的物种周转速率同样在沟渠密度中等(0.6～1.2km/km2)时最高.     

基于CLUE-S模型的三江平原景观格局变化及模拟

三江平原是我国沼泽地集中连片且分布面积最大的地区之一,在维持区域生态安全方面发挥着不可替代的作用.本研究基于3S技术,对1980-2010年三江平原土地利用和景观格局变化进行分析.结果发现: 1980-2010年,研究区景观格局主要变化特征为沼泽地面积减少7135 km²,减幅达59.1%,水田面积增加18010 km²,增幅达610.1%;景观指数分析结果表明,斑块数量增加,景观破碎化越来越严重,景观异质性增加,各景观类型向均匀化方向发展.基于1980-2010年5期土地利用图对CLUE-S模型进行校正和验证,30年时间尺度上模拟结果与真实景观的Kappa指数为0.71,说明模型适宜研究区30年内的模拟研究.基于校正好的模型对2010-2030年湿地变化进行多预案模拟(历史预案、规划预案、生态恢复预案),结果显示,历史预案下,沼泽地面积减少2515.44 km²,水田面积增加19656.24 km²;规划预案下,沼泽地面积减少303.28 km²,水田面积增加1392.08 km²;生态恢复预案下,沼泽地面积增加3585.60 km²,水田面积增加289.72 km².应用景观指数评价模拟结果为:历史预案下,景观格局破碎化越来越严重;规划预案下,景观格局变化不大;生态恢复预案下,湿地面积不断增加,湿地连通性升高,各景观类型向均衡方向发展,景观格局不断优化.     

形态学图像处理方法在湿地破碎化格局中的应用

以三江平原沼泽湿地为研究单元,应用形态学图像处理技术在基于像元水平的二元沼泽湿地图上对沼泽湿地类型进行分类,并应用形态学模型和类型统计模型系统分析了三江平原1980-2000年间沼泽湿地景观破碎化的时空变化格局.结果表明,20年间,三江平原沼泽湿地面积由快速下降趋于缓慢下降.核心湿地面积急剧减小,由大面积分布逐步向三江平原东北部的别拉洪河和挠力河流域集中.孔隙湿地面积减小比例最大,目前处于消亡状态,由原来的沼泽湿地内部异质景观向同质景观过渡.核心和孔隙湿地大部分转化为斑块湿地,主要位于三江平原西北部、中部和南部,有逐步取代东北部核心湿地的趋势.边缘湿地面积比例年增长最快,且边缘像元宽度越来越宽,三江平原西部、南部和东部地区的核心湿地几乎全部由边缘湿地取代,易产生一定的边缘效应,导致种群间的竞争更加激烈.     

Conversion from natural wetlands to paddy field alters the composition of soil bacterial communities in Sanjiang Plain,Northeast China

The Sanjiang Plain is the largest freshwater wetlands in Northeast China. In order to feed the growing population, about 84 % of the wetlands in this area have been converted to farmland, especially to paddy fields, since the 1950s. However, little is known about the influence of this conversion on soil microbial community composition. In this study, soil samples were collected from two natural wetlands dominated by plant species Carex lasiocarpa and Deyeuxia angustifolia and from a neighboring paddy field that was changed from wetland more than 10 years ago. The composition and diversity of bacterial communities in the soils were estimated by clone library analysis of nearly full length of 16S rDNA sequences. The results revealed that bacterial diversity was higher in paddy fields, and that the composition of bacterial communities differed among the three samples; the difference was more notable between the paddy field and two natural wetlands than between two natural wetlands. The distribution of clones into different bacterial phyla differed among soil samples, and the conversion from natural wetlands to paddy field increased the abundance of Proteobacteria and Firmicutes but decreased the abundance of Chloroflexi. About 63 % and 71 % of clones from two natural wetlands and 49 % of clones from the paddy field had <93 % similarity with known bacteria, suggesting that the majority of bacteria in natural wetland soils in the Sanjiang Plain are phylogenetically novel. In general, this study demonstrated that long-term conversion from natural wetlands to paddy field changes soil bacterial communities in the Sanjiang Plain.     

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。     

珠三角典型稻田生态沟渠型人工湿地的非点源污染削减功能

为了评价珠江三角洲地区农业非点源污染控制技术的开发与削减功能,本研究以珠海市斗门区上洲村典型稻田系统为例,提出了一种适应当地实际情况的生态沟渠型人工湿地构建技术,并进行了示范工程建设和防治效果评价。结果表明:该生态沟渠利用农田既有的排灌系统,经过适当改建而成;在满足原有排灌功能的前提下,对稻田排水径流中固体悬浮物(SS)、总磷(TP)、总氮(TN)、化学需氧量(CODCr)、铵态氮(NH4+-N)、生化需氧量(BOD5)的去除效率分别达到71.7%、63.4%、49.9%、26.6%、14.5%和11.6%;对营养型和颗粒态污染物质净化作用效果较好,对有机型污染物净化作用有限;其中对SS和TP的作用最为明显。该技术和工程成本效益良好,既减轻了稻田排水对附近水体的污染负荷,又增加了农田的景观效果。在珠三角及类似的经济发达而人地关系紧张的地区具有一定的推广价值。     

1954-2015年不同地貌分区下湿地农田化过程的时空特征——以完达山以北三江平原为例

以完达山以北三江平原（以下简称为小三江平原）为研究区,依据样带选择原则选取具有湿地农田化典型性的区域（即典型样带）。在地质地貌分区的基础上,基于特定历史时期的土地利用/覆被数据集构建长时间序列的耕地和沼泽湿地动态变化数据集,利用RS和GIS技术分析小三江平原典型样带内湿地农田化的时空变化规律,探究近60年小三江平原内湿地农田化的区位特征,结果表明：（1）1954-2015年,小三江平原的耕地面积显著增加,垦殖率达到了79.47%,耕地结构发生了显著的变化;（2）小三江平原湿地农田化具有明显的历史阶段性：在改革开放之前（1954-1976年）湿地农田化程度不是很大,改革开放初期（1976-1985年）开始发生明显的湿地农田化,到全面改革开放期（1985-1995年）湿地农田化程度加重,在改革开放转型期（1995-2005年）湿地农田化最严重,在深化改革开放期（2005-2015年）湿地农田化程度有所减小;（3）区域大的自然背景决定了小三江平原湿地农田化整体趋势：1954-2015年间,小三江平原湿地农田化最初发生在中幅度沉降第四纪缓慢上升区,逐步扩展到大幅度沉降第四纪缓慢沉降区和小幅度沉降第四纪缓慢上升区;（4）小三江平原湿地农田化具有明显的地貌区位特征：湿地农田化最初发生在冲积平原上,然后扩展到河流低阶地和高河漫滩上,随着时间的推移逐步扩展到低河漫滩和微高地上,最后蔓延到洼地上。     

1976-2013年三江平原景观生态风险变化及驱动力

受自然过程和人类活动的影响,三江平原景观生态风险格局发生了明显变化。采用GIS和RS技术构建景观风险指数,结合网格分析法和地理探测器分析1976-2013年三江平原景观生态风险变化及驱动力。结果表明,从时间上看,1976-2013年三江平原农田、草地和湿地的景观损失度逐渐降低,林地和居民用地景观损失度不断升高,生态风险呈逐渐降低趋势;从空间上看,1976年以高风险区为主,2013年则以低风险区为主,1976-2013年低风险、较低风险和中风险区不断向三江平原西部和西南部扩张,高风险和较高风险区逐渐向北部的黑龙江和乌苏里江沿岸及保护区退缩,生态风险整体向西南方向运移,风险质心向西南转移37.8 km;三江平原景观生态风险格局变化受海拔、地貌、居民点、保护区距离和人为干扰度影响明显,其中人为干扰度、居民点以及保护区距离对景观生态风险解释力最为显著,1995年人为干扰度（71.2%）、居民点距离（64.6%）和保护区距离（43.7%）的因子解释力明显高于地貌类型（11.2%）和流域类型（8.9%）,2013年地貌类型（23.5%）解释力大于保护区距离（23.3%）。该研究为湿地保护和恢复提供科学参考。     

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。     

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。     

1954-2015年三江平原沼泽湿地变化的区域分异及影响因素

以湿地变化较为剧烈的三江平原为研究区域,结合GIS和RS技术,利用动态度、景观指数和地理探测器模型,在流域尺度上对1954-2015年三江平原沼泽湿地变化的区域分异及影响因素进行定量分析。结果表明：1954-2015年,三江平原各流域沼泽湿地面积呈现减少趋势,其中挠力河流域和同抚流域沼泽湿地面积丧失最多,安邦河流域、萝北流域和倭肯河流域沼泽湿地丧失速率较快;三江平原各流域沼泽湿地格局变化特征具有一定的差异性,倭肯河流域沼泽湿地斑块的集中化程度逐渐增强且破碎化程度逐渐减少,其他流域沼泽湿地的集中化程度逐渐减弱且破碎化程度增加,各子流域沼泽湿地斑块之间的连接性和稳定性均呈下降趋势,其中安邦河流域下降幅度最大,最能表现三江平原各子流域沼泽湿地景观格局变化的指数是斑块密度;人为干扰是影响三江平原各子流域沼泽湿地变化的主要因素,自然因素中对沼泽湿地变化影响最大的是地形地貌,其次是气温和降水量。