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。     

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。     

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.     

基于遥感的湿地景观格局季相分析

以中国东北地区三江平原北部为研究区域,利用2012年多季相遥感影像作为数据源,结合野外调查数据,应用面向对象的分类方法,根据影像的物候、时相等特征,提取不同月份的湿地信息,进行景观格局季相分析。结果表明:(1)研究区湿地面积、类型格局在同一年不同季节不同月份会有不同幅度的变化,总体呈现缓增骤减的态势。湿地主要分布在低洼地区,主要湿地类型为草本沼泽,其次为河流,其他湿地占总面积比例较小。(2)研究区各阶段湿地都有转化,主要发生在湿地和非湿地之间,多数表现在草本沼泽和草地之间的转化。(3)湿地分布和湿地转化面积主要集中在低海拔区域和低坡度区域,其中海拔100 m和坡度5°以下范围内的湿地分布面积和湿地转化面积占湿地总面积及湿地转化面积的绝大部分。(4)年内季节性湿地转化与降水、温度和湿地植被物候关系密切。     

2000-2015年丹顶鹤重要繁殖地景观格局变化研究

以18个自然保护区为研究对象,全面系统地研究了我国丹顶鹤大陆种群重要繁殖地景观格局变化,结果表明：2000-2015年丹顶鹤重要繁殖地土地利用变化明显,突出表现为沼泽湿地面积急剧减少了1400.5 km²,主要转化为耕地、水体和草地,耕地面积大幅增加了1085.4 km²,主要由沼泽湿地、草地和林地转化而来;丹顶鹤重要繁殖地2000-2015年景观连通性保持稳定,但吉林莫莫格、黑龙江七星河、挠力河等自然保护区景观破碎化程度明显增加;东部种群重要繁殖地沼泽湿地缩减面积和不适宜生境增加面积均大于西部种群,表明东部种群繁殖地的恶化程度更为严重,需引起高度关注。首次基于长时间序列对丹顶鹤大陆种群繁殖地的变化开展了较为全面的研究,为有针对性地开展栖息地保护管理工作、促进丹顶鹤野生种群健康可持续发展提供了依据。     

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。     

青藏高原生态屏障生态系统时空演变及驱动机制

青藏高原生态屏障是我国生态安全战略格局的重要组成部分,对我国乃至亚洲生态安全具有重要的屏障作用。研究青藏高原生态屏障生态格局的演变规律,探究影响生态系统变化的驱动机制,对青藏高原生态屏障建设和保障国家生态安全具有重要的意义。利用多源遥感数据,分析了2000-2015年国家屏障区生态格局演变规律,选取了自然和社会经济等驱动要素,采用冗余分析等方法解析了青藏高原生态屏障生态系统演变机制。结果表明：（1）2000-2015年间,青藏高原生态屏障生态系统格局发生明显变化,草地生态系统减少了1792 km²,主要转化为荒漠生态系统和河流生态系统,转换面积分别为1088 km²和832 km²;河流生态系统增加了1600 km²,主要由荒漠生态系统和草地生态系统转换而来,分别转换了1152 km²和832 km²。（2）2000-2015年青藏高原生态屏障生态系统格局演变驱动机制中以社会经济因子为主。冗余分析结果显示国内生产总值（83%）和人口数量（72%）贡献率最大;方差分析结果中国内生产总值和人口数量的共同贡献率达到了77%;地理加权回归结果显示生态系统演变受社会经济因子主导的区域面积比例为60.41%。（3）青藏高原生态屏障内人口数量的总贡献率达到了72%,在人口数量作用下生态系统呈正向转换的面积占比达到了86.24%,且人口数量与河流、森林生态系统的相关程度较高,综合说明了青藏高原生态屏障内生态保护政策的实施、生态工程的建设卓有成效。     

塔里木河中下游地区湿地景观格局变化

在RS和GIS技术的支持下,结合塔里木河中下游的区域特点,确定了塔里木河中下游湿地景观分类系统.通过采用景观多样性指数、优势度、景观破碎化指数、分布质心和平均斑块形状指数等景观的空间格局指数,较系统地分析了1980～2000年塔里木河中下游湿地景观空间格局变化.结果表明：塔里木河中下游湿地的分布面积呈显著下降趋势.1980～1990年湿地面积减少,斑块数量和密度增加.1990～2000年湿地面积有所增加,斑块数量和密度持续增加;随着人类干扰强度增加,景观多样性增加,优势度降低,湿地的破碎化程度越来越大;湿地景观要素中,河渠湿地、水库坑塘湿地面积有所增加,而湖泊、滩地、沼泽面积均在不断减少,其中沼泽湿地面积减少幅度最大.     

呼伦贝尔市湿地碳储量及分配格局研究

利采用RS、GIS 和GPS 技术对2012 年呼伦贝尔市TM 卫星假彩色数字影像进行遥感解译, 对湿地进行分类并计算其面积大小, 在此基础上, 开展呼伦贝尔市湿地碳储量研究, 量化呼伦贝尔市湿地生态系统碳储量, 研究湿地碳储量分配格局。结果表明: 呼伦贝尔市湿地总面积约734490 hm2, 共有沼泽湿地、湖泊湿地及河流湿地3 大类, 其中沼泽湿地所占面积最大。呼伦贝尔市共湿地总碳储量为26031.21×104 t。不同类型湿地的碳储量所占比例以沼泽湿地所占比例最大, 达到99.17%, 远超于其他两种湿地类型; 湖泊湿地, 所占比例为0.76%; 碳储量最少为河流湿地, 所占比例仅为0.07%。呼伦贝尔市湿地系统碳储量中底质、水体与植被储碳量分别占总碳储量的97.48%、0.13%、2.39%,说明了湿地底质强大的碳储量能力。     

滇西北纳帕海湿地景观格局变化及其对土壤碳库的影响

采用3S技术和In-situ原状土就地取样技术,对滇西北纳帕海湿地26a来的景观格局变化及其驱动下的湿地土壤碳库变化研究表明:纳帕海景观格局变化显著,与1974年相比,景观破碎化程度增强、斑块形状趋于复杂、呈离散分布,湿地景观类型总面积比例呈略有增加(1994年)至大幅减小(2000年)的变化,非湿地景观类型总面积比例则呈略有减小(1994年)至大幅增加(2000年)的变化并取代湿地景观成为基质景观.响应景观类型面积变化,土壤碳储量由1974年的33.46×104 t增至1994年的36.91×l04 t,2000年降至32.92×104 t;随景观类型的转化,1974-1994年土壤碳库积累量为6.08×104 t,择放量为2.63×104 t,1994-2000年积累量为2.01×l04 t,但碳释放量为5.99× 104 t,是前20a的2.28倍.纳帕海湿地景观格局和土壤碳库的变化是自然和人为因素共同作用的结果,在地质、水文和气候等自然因素提供的变化背景上,排水、垦殖、过度放牧、无序旅游、汇水区植被破坏等强烈的人为活动干扰加剧了变化.     

A synthesis of methane emissions from 71 northern,temperate, and subtropical wetlands

Wetlands are the largest natural source of atmospheric methane. Here, we assess controls on methane flux using a database of approximately 19 000 instantaneous measurements from 71 wetland sites located across subtropical, temperate, and northern high latitude regions. Our analyses confirm general controls on wetland methane emissions from soil temperature, water table, and vegetation, but also show that these relationships are modified depending on wetland type (bog, fen, or swamp), region (subarctic to temperate), and disturbance. Fen methane flux was more sensitive to vegetation and less sensitive to temperature than bog or swamp fluxes. The optimal water table for methane flux was consistently below the peat surface in bogs, close to the peat surface in poor fens, and above the peat surface in rich fens. However, the largest flux in bogs occurred when dry 30‐day averaged antecedent conditions were followed by wet conditions, while in fens and swamps, the largest flux occurred when both 30‐day averaged antecedent and current conditions were wet. Drained wetlands exhibited distinct characteristics, e.g. the absence of large flux following wet and warm conditions, suggesting that the same functional relationships between methane flux and environmental conditions cannot be used across pristine and disturbed wetlands. Together, our results suggest that water table and temperature are dominant controls on methane flux in pristine bogs and swamps, while other processes, such as vascular transport in pristine fens, have the potential to partially override the effect of these controls in other wetland types. Because wetland types vary in methane emissions and have distinct controls, these ecosystems need to be considered separately to yield reliable estimates of global wetland methane release.     

寒温带岛状林沼泽土壤呼吸速率和季节变化

2011年生长季内利用静态箱-气相色谱法,研究了寒温带典型湿地白桦(Betula platyphylla)岛状林沼泽、兴安落叶松(Larix gmelinii)岛状林沼泽土壤呼吸速率的季节动态及其主要环境因子,利用壕沟隔断法对土壤呼吸各组分间的差异进行研究。结果表明:生长季白桦和兴安落叶松岛状林沼泽土壤呼吸速率具有明显的季节性规律,土壤呼吸总速率分别为368.60和312.46 mg m-2h-1,异养呼吸速率分别为300.57和215.70 mg m-2h-1,占土壤呼吸总速率的81.5%和69.0%;自养呼吸速率为68.03和96.76 mg m-2h-1,占土壤呼吸总速率的18.5%和31.0%。不同处理条件下的土壤呼吸在季节变化上表现基本一致,高峰期都发生在夏季;土壤呼吸与温度呈极显著相关性,但与土壤湿度的相关性较差。生长季白桦和兴安落叶松岛状林沼泽土壤呼吸总量分别为12.64和10.61 t/hm2。     

排水疏干胁迫下若尔盖高原沼泽退化评价指标体系

沼泽退化评价指标体系研究是国际湿地科学研究前沿领域的关键科学问题之一.在长期野外考察的基础上,根据2009年3个排水疏干沼泽退化研究样带20个沼泽的植物群落生态观测和土壤分析数据,基于沼泽植物群落物种重要值的双向指示种分析(TWINSPAN),将沼泽样地划分为未受干扰(A型)、受长期低强度排水干扰(B～D型)和受短期高强度排水干扰(E～G型)3类,其中又可分为7个植物群落类型.采用主成分分析法(PCA)对沼泽退化进行分级,建立了若尔盖高原沼泽评价的植被指标体系(SVEI)和土壤指标体系(SSEI).基于SVEI,将沼泽划分为原始沼泽、轻度退化沼泽、中度退化沼泽和重度退化沼泽.基于SSEI,将红原县沼泽划分为原始沼泽、轻度退化沼泽和重度退化沼泽3个等级,将若尔盖县沼泽划分为轻度退化沼泽、中度退化沼泽和重度退化沼泽3个等级.SVEI或SSEI评价结果与TWINSPAN分类结果相似度均在70%以上,说明SVEI或SSEI对沼泽退化分级均具有较好的效果,可采用不同方法相结合的方式对高原沼泽进行综合评价.     

青海湖3种类型高寒湿地甲烷氧化菌群落特征

【背景】甲烷氧化菌在维持湿地生态系统碳平衡方面发挥着重要作用,青海湖高寒湿地具有十分重要的生态地位,但目前有关该地区甲烷氧化菌的研究相对较少。【目的】探究不同类型高寒湿地土壤甲烷氧化菌的群落特征与驱动因素。【方法】以青海湖流域内的小泊湖沼泽湿地、鸟岛湖滨湿地、瓦颜山河源湿地为研究对象,通过高通量测序技术对土壤甲烷氧化菌进行检测。【结果】3种不同类型高寒湿地土壤甲烷氧化菌的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)。鸟岛湖滨湿地与瓦颜山河源湿地的甲烷氧化菌α多样性存在显著差异(P<0.05),而小泊湖沼泽湿地与二者的甲烷氧化菌α多样性的差异不显著(P>0.05)。LEfSe分析表明,不同类型高寒湿地共存在40个差异菌群,尤以瓦颜山河源湿地差异菌群数量最多,从门到属水平均存在显著差异。冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,甲烷氧化菌菌群变化的主要驱动因子为土壤温度、土壤水分、电导率。【结论】整体而言,青海湖3种类型高寒湿地土壤理化性质及甲烷氧化菌群落多样性均存在差异,且部分菌群的相对丰度具有显著性差异(P<0.05)。     

Plant species diversity and composition of wetlands within an upland forest

Though often overlooked, small wetlands in an upland matrix can support diverse plant communities that increase both local and regional species richness. Here we characterize the full range of wetland vegetation within an upland forest landscape and compare the diversity and composition of different wetland plant communities. In an old-growth forest reserve in southern Quebec, Canada, we sampled wet habitats including lakeshores, permanent and seasonal ponds, swamps, glades, and streamsides. We used clustering, indicator species analysis, and nonmetric multidimensional scaling ordination to identify and compare vegetation types. The wetlands contained 280 species of vascular plants, 45% of the reserve's flora, in only 1.1% of its area. Local diversity averaged 24 ± 0.7 species per 7 m(2), much higher than in the surrounding upland forests. Plant communities sorted into five types, whose strongest indicator species were Osmunda regalis, Glyceria striata, O. cinnamomea, Deparia acrostichoides, and Matteuccia struthiopteris, respectively. Both local species richness and compositional variation among sites differed among the vegetation types. By combining species representative of the region's major wetlands with species from the upland forest matrix, the plant assemblages of these wetlands make disproportionately important contributions to landscape-level diversity.     

Standard survey designs drive bias in the mapping of upland swamp communities

Vegetation maps are critical biodiversity planning instruments, but the classification of vegetation for mapping can be strongly biased by survey design. Standardization of survey design across different vegetation types is therefore increasingly recommended for vegetation mapping programs. However, some vegetation types have complex small‐scale vegetation patterns that are important in characterizing these vegetation types, and standard designs will often not capture these patterns. The objective of this paper was to investigate the magnitude of potential map bias that results from survey design standardization and recommend approaches to deal with this bias. We surveyed upland swamps of the Greater Blue Mountains World Heritage Area Australia using two contrasting survey designs, including the standard 400 m² single quadrat design recommended and used by authorities. We then derived a classification for these swamps and tested the effect of survey design on this classification, species richness and the type of species detected (obligate or facultative swamp species). Species richness and species type were not significantly different among survey techniques. However, more than 40% of swamps clustered differently among survey designs. Thus, one of the 10 derived communities (which is floristically consistent with a previously mapped endangered community) was indistinct, and some individual swamps misclassified using the standard survey design. An effect of landscape position on swamp floristic patterns and a significant trend for high similarity scores among swamps surveyed with multiple small quadrats compared to the standard survey design was also determined. Australian upland swamps are classified at the global scale as shrub‐dominated wetlands, and complex floristic patterns have been recorded in shrub‐dominated wetlands in both northern and southern hemispheres. We therefore advocate either multiple survey designs or different survey standards for upland swamp communities and other vegetation types that have complex floristic patterns at small scales.     

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.     

旱化对浙江山地沼泽湿地土壤与植物碳氮磷含量的影响

因受到气候变暖、人为干扰等因素的影响,浙江省山地沼泽湿地面临着缺水旱化的问题,泥炭藓沼泽、草本沼泽逐渐退化成旱化的沼泽。在山地沼泽旱化的过程中,山地沼泽湿地土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量比的变化趋势尚不明确。本研究选取浙江5块不同旱化程度的山地沼泽湿地,分析土壤表层0~60 cm剖面上土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、土壤pH值、土壤容重等,以及植物样方地上生物量、植物粉碎混合样的有机碳(OC)、TN、TP。结果表明: 浙江山区沼泽湿地SOC、TN含量丰富,但TP含量低;随着山区沼泽湿地的旱化,容重、pH值、地上生物量上升,而SOC、TN、TP、C∶N、C∶P、N∶P呈下降趋势,容重、pH值与SOC、TN、TP均呈显著线性负相关;不同旱化程度的浙江山区沼泽湿地土壤C、N、P等元素的累积量与植物凋落物输入量、湿地氧气条件、凋落物分解的难易程度等因素有关。浙江山地沼泽湿地旱化趋势明显,土壤C、N、P等营养元素的含量下降,而植物由湿生群落向中性群落演替,植物中C、N、P含量随着植物种类的变化而变化,与土壤C、N、P含量的变化关系不耦合。     

长江黄河源区湿地分布的时空变化及成因

通过整理解译1969年航片、1986年、2000年、2007年以及2013年TM影像数据,对长江黄河源区的高寒湿地分布的时空变化特征进行分析,并结合气象观测数据和人类活动状况,运用主成分分析和灰色关联度法定量分析造成高寒湿地退化的气候因素和人为因素的贡献,并揭示了高寒湿地退化与各环境因子之间的关联性。结果表明:1969年—2013年间,江河源区的高寒湿地面积减少了19.16%,各湿地类型的斑块分离度不断增大;空间上,高寒湿地的退化区主要分布在长江源区的东北部以及黄河源区的北部地区,与该区域冻土的退化有显著的一致性;1969年以来,江河源区的气候呈气温显著上升、相对湿度降低以及降水量微弱增加的暖干化趋势,湿地的退化与气候变化在时间上有明显的同步性,其中气温升高是形成湿地退化格局的主要原因,降水量和相对湿度的变化会对湿地的变化产生重要影响,尤其是对河流和湖泊的影响更为显著;此外,载畜量的变化是影响湿地变化最重要的人为因素。