上海滩涂植被资源遥感分析

利用2003年8月2日L andsat5-TM多光谱遥感影像,运用遥感处理软件ERDA S Im ag ine 8.6,经几何校正分幅裁剪等图像预处理后,采用监督分类和目视解译相结合对上海市滩涂植被进行解译分析。结合全球定位系统(GPS)样点定位,对分类结果进行全面的野外核实和修正,同时利用地理信息系统(G IS)对解译结果进行数据合成,统计出滩涂各类植被的分布区域及面积等数据。实际调查及其分析统计显示,上海滩涂植物群落总面积为21302.1hm2,主要植被组成为芦苇、海三棱草及互花米草三大群落,滩涂植物群落具有明显的高程梯度分布规律。大尺度的上海市滩涂植被的空间分布现状及其数量调查为上海市滩涂资源的合理规划、生物多样性保护和可持续开发利用提供科学依据。     

崇明东滩自然保护区盐沼植被的时空动态

盐沼植被是滩涂湿地的重要组成部分,其动态变化直接影响着湿地的生态服务功能和价值。通过对1998~2005年间4景不同时相的LandsatTM遥感影像的解译分析,结合历史资料数据和近年来的现场调查,分析了崇明东滩鸟类自然保护区自建立以来,盐沼植被的时空演替动态过程。结果显示,随着滩涂的淤涨,东滩盐沼植被的面积从1998年的2478.32hm2增加到2005年的4687.74hm2,而互花米草(Spartina alterniflora)自人为引入至2005年,其面积已增加到1283.4hm2,其增加速率显著高于土著种芦苇(Phragmites australis)和海三棱藨草(Scirpus mariqueter),并且已在东滩保护区相当区域内形成单优势种群落。受1998年和2001年两次高滩围垦和互花米草入侵影响,崇明东滩的芦苇群落面积大大减少,虽随着滩涂的淤涨,芦苇群落的面积逐年有所增加,但增加的速度缓慢。互花米草有着更广的生态幅和竞争优势,是滩涂中扩散最快的植被,而淤涨型滩涂为其提供了可扩张的空生态位,如不加以控制和治理,其快速扩散将会对崇明东滩保护区的生态系统造成更大的威胁和影响。     

上海九段沙互花米草种群动态遥感研究

该研究应用遥感技术(RS),结合地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)和野外实地调查,对长江口新生沙洲九段沙互花米草(Spartina alterniflora)引种7年来的种群扩散过程进行了调查分析。通过不同时相遥感卫星影像的解译,结合现场调查,分析了外来种互花米草种群自1997年引种后7年期间的种群扩散动态过程。至2004年,互花米草群落已从种植的100 hm²扩展到1 014 hm²。互花米草种群扩散过程可分为3个阶段:1997年的成活定居期;1998至2000年的滞缓期;2000年以后的快速扩散期。互花米草种群的增长速度远高于土著种芦苇(Phragmites australis),显示了互花米草极强的扩散能力、竞争优势和更广的生态幅。研究结果表明,3S技术可应用于植被分类、群落动态和生物入侵动态监测。3S技术具有宏观、快速、动态和综合的优势,可为外来植物的定量调查、分布格局和扩散动态研究提供有效的手段,为滩涂资源生物多样性保护和可持续开发利用提供科学依据。     

滩涂湿地入侵种互花米草植被覆盖度的高空间分辨率遥感估算

互花米草是沿海滩涂生态系统的重要入侵物种,其分布状况和覆盖度是湿地生态研究的重要参数和基础。以宁德三沙湾(三都澳)滩涂湿地为研究区,以SPOT6 6 m空间分辨率卫星影像为数据源,对互花米草分布和植被覆盖度进行研究,并与同期10 cm空间分辨率无人机影像进行比较验证。结果表明,影像覆盖区域内互花米草总面积为20.19 km~2,其中蕉城区互花米草分布较广,面积为9.63 km~2,占研究区互花米草总面积的47.70%。互花米草植被覆盖度整体上以40%-60%和60%-80%的中、高覆盖度分布为主,其分布面积分别为5.44 km~2和4.95 km~2,占互花米草总分布面积的26.92%和24.52%,而40%以下的低覆盖度和80%以上较高覆盖度分布相对较少。SPOT6遥感影像估算得到的互花米草植被覆盖度具有较好的精度,与无人机影像值之间的均方根误差RMSE为0.117,线性回归决定系数R~2为0.918,可用于滩涂湿地植被覆盖度分析。     

上海盐沼植被的多季相地面光谱测量与分析

遥感是大尺度生态研究的重要工具之一,而地面植物群落特征与其光谱特征之间的关系是解译遥感影像的关键.研究选择上海崇明东滩候鸟自然保护区的盐沼植被为研究对象,使用ASD便携式地物光谱仪测定芦苇、互花米草、海三棱藨草和糙叶苔草4类主要群落的春、夏、秋各季冠层反射光谱,并计算生成350～1000nm的反射率曲线的一阶导数曲线,在此基础上分析反射率与一阶导数曲线在可见光与近红外波段以及物候特征的“绿峰”和“红边”等波段的差异.分析显示,不同盐沼群落在各生长季都有较独特的光谱特征,四类盐沼群落的光谱特征在季相上表现各异.上海地区盐沼植被各类群落的遥感识别和分类的适宜季相不尽相同,应用多季相影像进行综合分类可取得较好的效果.研究结果可为遥感监测外来种互花米草的空间分布与动态提供技术支撑,为高光谱遥感的影像判读和解译分类以及盐沼植被制图提供科学依据.     

应用间接排序识别盐沼植被的光谱特征:以崇明东滩为例

遥感技术已成为大尺度植被分类的重要手段,而地面植物群落特征与其光谱特征之间的关系是解译遥感影像的关键。该研究选择上海崇明东滩自然保护区的盐沼植物群落为对象,应用ASD地物光谱仪测定其植物群落的光谱反射率,并采用10个小型机载成像光谱仪(CASI)默认植被波段组,应用主分量分析法和相关分析分析了不同群落光谱特征与生态环境因子之间的关系。分析结果表明,间接排序法PCA能够识别盐沼植被中光滩、海三棱 草(Scirpus mariqueter)群落、芦苇(Phragmites australis)群落和互花米草(Spartina alterniflora)等群落的光谱特征,绝大多数盐沼湿地植物群落组成与光谱特征之间有显著的相关,识别效果最好的波段组是736~744 nm、746~753 nm、775~784 nm、815~824 nm和860~870 nm;对光谱反射率影响最大的生态环境因子分别是植物群落的高度和盖度,高程和其它环境因子的影响次之。研究成果可为遥感监测崇明东滩自然保护区内入侵种互花米草的空间分布和扩散规律提供技术支撑,为高光谱遥感影像的影像判读和解译分类以及盐沼湿地植被制图提供科学依据。     

互花米草入侵对鸟类的生态影响

生物入侵威胁本地物种生存,破坏生态系统的结构和功能,是导致全球生物多样性丧失的重要原因之一。外来植物是入侵生物中的重要一类,可以显著改变本地植被群落,并影响其他生物类群。鸟类作为生态系统中的较高营养级,对由入侵植物引起的栖息地变化十分敏感。互花米草自引入中国沿海以来,其分布区域不断扩散,多数研究认为互花米草入侵造成本地生物多样性降低和生态系统退化。系统梳理了互花米草入侵对鸟类栖息地、食物资源、繁殖、群落等方面的生态影响。主要负面影响有:(1)植被群落结构不利于鸟类栖息、筑巢、觅食;(2)鸟类食物资源丰度和多样性下降;(3)本地鸟类种群数量和物种多样性显著下降。在我国东部沿海湿地,互花米草入侵已经显著改变了植被与鸟类分布格局。但随着入侵历史的增长,少数小型雀形目鸟类却可以逐渐适应互花米草生境。互花米草入侵为某些非本地鸟类提供了空白生态位,在一定程度上丰富了本地物种多样性,对互花米草的快速清除反而可能不利于已适应并依赖互花米草生境的鸟类。综上,认为互花米草入侵对鸟类群落甚至整个生态系统的影响可能需要更多研究进行综合评价,应开展长期、大尺度、多因子的监测研究和多物种比较研究,建立生态评价模型并制定科学有效的互花米草管理对策。     

基于CA模型的上海九段沙互花米草和芦苇种群扩散动态

基于1997年以来上海九段沙栽种芦苇和互花米草种群扩散格局的多年现场调查与遥感解译分析,并结合3S技术,构建了适合滩涂盐沼植物种群动态的元胞自动机（CA）模型．结果表明：该模型能较好地模拟九段沙上芦苇和互花米草种群扩散的格局和趋势,并验证了互花米草和芦苇的空间抢先占有模型以及锋面状连续扩散格局;土著植物芦苇与外来植物互花米草占据相同的生态位,而互花米草的种群扩散速度是芦苇的3—5倍,随着九段沙的不断淤涨,互花米草种群的快速扩展还将持续．构建的CA模型有助于深入研究外来物种扩散格局与其生态学过程之间的相互关系,对湿地生物多样性保护和资源管理具有重要意义．     

上海崇明东滩震旦鸦雀冬季种群栖息地的生境选择

2008年11月-2009年3月,在崇明东滩对震旦鸦雀(Paradoxornis heudei)种群生态进行调查研究,并对震旦鸦雀种群和生境因子的相关性进行分析。运用单因素方差对互花米草(Spartina alterniflora)入侵和芦苇(Phragmites australis)收割造成的芦苇滩涂变化进行分析,并运用多元回归的方法对震旦鸦雀种群的密度和分布以及相关环境因子进行生境选择分析。结果表明,崇明东滩震旦鸦雀种群的密度为(5.08±3.11)只/hm2;震旦鸦雀种群的密度和芦苇直径呈极显著正相关,震旦鸦雀种群的分布和芦苇的高度、密度呈极显著正相关,和食物资源量呈显著正相关;互花米草和震旦鸦雀种群的密度和分布呈显著负相关;互花米草入侵和芦苇收割降低了震旦鸦雀越冬期的栖息地质量,保留一部分生长质量较好的芦苇可以缓解震旦鸦雀冬季种群的生存压力。     

崇明东滩盐沼植被扩散格局及其形成机制

长江河口盐沼植被的形成和演化是生物与其生长环境相互作用的结果。以崇明东滩盐沼植被典型扩散前沿为研究对象,2011至2012年期间调查了盐沼植被扩散前沿实生苗扩散、定居以及形成的扩散格局,同时测定了盐沼植被扩散前沿的潮滩冲淤动态和水文动力条件。研究结果表明,崇明东滩盐沼植被在扩散前沿形成了互花米草-光滩(Spartina alterniflora-Mudflat,SM)和互花米草-海三棱藨草-光滩(Spartina alterniflora-Scirpus mariqueter-Mudflat,SSM)两种典型的扩散格局。冲淤动态和水文动力条件是影响盐沼植被扩散格局的重要因子,尤其是在4—6月盐沼植物实生苗传播和定居的关键阶段。在此基础上,分析了东滩盐沼植被扩散前沿的生物-物理相互作用以及盐沼植被扩散格局的形成机制。研究结果不仅有助于理解长江河口地区盐沼植被扩散的生物物理过程,并对全球气候变化和海平面上升条件下滨海生态系统动态预测与湿地保护与管理具有重要的意义。     

上海崇明东滩互花米草种子产量及其萌发对温度的响应

外来物种互花米草通过快速的无性和有性繁殖,已在崇明东滩形成了大面积的单优势种群。研究了崇明东滩互花米草入侵区种子产量及温度对其萌发的影响。结果表明,互花米草在潮间带的中潮间带种子产量最高,为44523粒/m²,高潮间带次之,为31150粒/m²,低潮间带最低,为17250粒/m²。各潮间带的种子在10 30℃范围内均能萌发,而且随着温度的升高,萌发率和萌发速度总体呈现先增大后减小的趋势。互花米草种子在25℃恒温与20/30℃变温处理下的萌发率最高和萌发速度最快,而且互花米草种子在变温环境下的萌发率高于恒温处理。研究表明,崇明东滩中潮间带互花米草的种子产量和活性最高,是提供有性扩散种源的主要区域,适合种子萌发温度的4-5月是互花米草进行有性扩散的主要季节。研究结果对了解互花米草有性繁殖扩散的时空格局和入侵生态学过程,以及有效控制和管理入侵物种互花米草提供了科学依据。     

外来种互花米草对盐沼土壤微生物多样性的影响——以江苏滨海为例

研究了江苏滨海外来种互花米草的生长对潮间带土壤微生物特征的影响,结果显示:与原有光滩相比,互花米草的大面积生长,使当地潮间带土壤微生物量增加,并随植被的生长状况发生变化,潮间带土壤微生物对碳和营养物质的利用相对较少;同时微生物生理功能群中占优势的活动组分发生了变化,组成可能更复杂。土壤微生物群落生理功能多样性(CLPP)分析结果显示,潮间带土壤微生物群落对碳源底物的利用能力不高,所利用碳源以糖类、氨基酸类、羧酸类占优势;其中互花米草盐沼微生物利用的碳源种类多于光滩,并且不同季节土壤微生物群落碳源利用类型存在差异;潮间带土壤微生物在不同的季节中其生理功能群组成发生着变化,互花米草盐沼的土壤微生物在植被生长减弱时具有与光滩相近的代谢类群,在生理功能上具有一定的相似性;当植被生长旺盛时,其代谢类群增多,代谢强度升高,微生物群落功能多样性增加。外来种互花米草在滨海潮间带的大面积生长,改善了土壤理化性质,为该处土壤微生物提供了不同的碳源,增强了土壤微生物的活动,改变了土壤微生物群落生理功能结构。     

互花米草入侵对黄河口潮沟形态特征和植物群落分布的影响

互花米草大规模入侵滨海湿地,对潮沟形态特征和植物群落的演变产生重大影响.本研究基于2008-2020年遥感影像,利用3S技术,结合回归分析与统计分析法,分析黄河口湿地互花米草入侵的演变特征,探究其对潮沟形态特征和植物群落分布的影响.结果 表明:2008年以来,黄河口互花米草面积增长迅速,增长速度为4.47 km2·a-...     

江苏盐城滨海湿地外来种互花米草的时空动态及景观格局

基于1992—2007年的遥感影像和野外调查数据,在地理信息系统的支持下,应用景观生态学理论和转移矩阵方法,定量分析了江苏盐城滨海湿地外来种互花米草的时空动态及其景观格局的演变规律.结果表明：研究区互花米草面积由1992年的3561 hm²上升至2007年的14491 hm²,增幅达306.94%,累计转入和转出面积分别为26291和15361 hm²;其中,江苏盐城国家级自然保护区核心区的互花米草面积由1992年的597 hm²增长到2007年的2814 hm ²,年增幅达24.74%.研究期间,该区互花米草空间分布格局由初始的河口地带零星斑块逐渐演变为连续带状,并扩展到射阳河口至梁跺河口之间的滩涂外围;研究区互花米草的斑块重心向东南方向移动（2.92 km）,平均斑块面积先增（1992—2002年）后降（2002—2007年）,最大斑块指数及面积加权临近度指数逐年递增,斑块形状趋向规则化.     

刈割与水位调节集成技术控制互花米草(Spartina alterniflora)

治理和控制外来物种互花米草（Spartina alterniflora）对维护崇明东滩自然保护区生物多样性具有重要的意义和必要性。研究在上海崇明东滩鸟类国家级自然保护区建立的受损滩涂湿地生态修复示范样地中开展“刈割与水位调节集成技术”治理互花米草的物理控制实验,以期寻求有效治理互花米草的控制技术。示范研究结果表明,单一的水位调节方法虽然可以降低互花米草群落的密度和叶面积指数（LAI）,但至水淹处理100d后,处理样区内互花米草的生长和生物量已与对照区无显著差异。单一的水位调节方法不能达到有效快速控制互花米草的效果。通过在互花米草生长关键期（7月的扬花期）刈割＋水位调节集成技术处理后,互花米草地上部分无再新生现象,至当年10月份（生长季末期）,样区内互花米草的地上部分和地下部分已完全死亡并开始腐烂,达到了有效控制互花米草的效果。因此,应用刈割＋水位调节集成技术治理互花米草,必须选择关键季节刈割互花米草地上部分,同时配合一定水位的持续淹水（约3个月）,才能有效发挥其迅速有效治理互花米草的效果。扬花期刈割＋水位调节集成技术可为沿海地区大范围防治互花米草扩散提供有效途径。     

基于胁迫梯度假说和互惠理论的海三棱藨草种群恢复技术

滨海湿地生态修复已成为阻止海岸带生态系统退化、保护生物多样性以及提供生态服务的关键措施。以长江口原生盐沼植物海三棱藨草(Scirpus mariqueter)为研究对象,选取崇明东滩新生滩涂湿地为研究区域,通过沿潮滩高程梯度的海三棱藨草植株斑块的移植实验,探究胁迫梯度假说和互惠理论(即种内的正相互作用)对长江口海三棱藨草种群恢复的指导意义。研究结果显示:(1)在一定的胁迫梯度范围内(潮滩高程2.0 m以上),增大种植斑块可以促进海三棱藨草的种内正相互作用,显著提高种植斑块的存活率和植株密度(P0.05);(2)潮滩水文动力沉积条件与潮滩高程梯度密切相关(P0.05),水文动力沉积作用对海三棱藨草定居和生长的胁迫随高程梯度下降而增强。潮滩高程2.0 m以下处强烈的水文动力条件干扰限制了生物-物理因素的正反馈作用。滨海湿地盐沼植被修复工作的成功率可以通过改进种植方式,增强种内的正相互作用得到极大的提高。研究可为开展大规模滨海湿地盐沼植被修复工程和提高生态修复效率提供科学依据和技术支持。