稳定同位素在滨海湿地生态系统研究中的应用现状与前景

滨海湿地生态系统位于海陆交错地区,具有独特的生态系统特征、很高的服务功能和巨大的资源潜力,但同时也受到人为活动的严峻威胁.作为天然示踪物的稳定同位素为研究滨海湿地生态环境问题提供了重要手段.本文着重探讨了稳定同位素在滨海湿地动物食物源和食物网结构、滨海植物水分来源和利用效率、环境污染和生物入侵等全球变化对滨海湿地结构和功能的影响等方面的应用,指出了当前应用中存在的不足,如食物网研究中样品处理方式和富集度的确定,水分来源研究中水分抽提方法和仪器选择等,展望了稳定同位素在滨海湿地生态系统修复评价以及碳循环和温室气体排放研究中的应用前景.     

基于BP神经网络与ETM+遥感数据的盐城滨海自然湿地覆被分类

高效而精确的湿地遥感分类是大范围湿地资源动态监测与管理的必要保障。本研究使用ETM 遥感数据,借助Matlab神经网络工具箱,构建了基于BP神经网络的滨海湿地覆被分类模型,并将其应用于江苏盐城沿海湿地珍禽国家级自然保护区的核心区的自然湿地覆被分类研究中。本研究选择3、4、7、8波段作为输入层变量,单隐藏层设为10个节点,输出层变量对应待划分的8种覆被类型,构建三层式BP神经网络滨海湿地覆被分类模型。结果显示,BP分类总精度为85.91%,Kappa系数为0.8328,与最小距离法和极大似然法的分类总精度相比,分别提高了7.99%和6.08%,Kappa系数也相比提高。研究结果表明,BP神经网络分类法是一种较为有效的湿地遥感影像分类技术,能够提高分类精度。     

人工管理和自然驱动下盐城海滨湿地互花米草沼泽演变及空间差异

将盐城国家级自然保护区核心区划分为人工管理区和自然湿地区两种模式,根据2000年、2006年、2011年3个时相的ETM+影像,运用RS、GIS技术和景观生态学方法,分析不同驱动力下互花米草沼泽景观变化的差异.结果表明:(1)人工管理区,2000-2011年,互花米草沼泽面积由272hm2增加到781hm2;平均分维数呈下降的趋势,聚合度指数呈上升的趋势,表明互花米草沼泽在空间上趋于聚集,在形状上趋于规则;从互花米草沼泽增长速率看,2000-2011年,呈现先快后慢的特征.在景观空间演变上,互花米草沼泽的平均宽度从598.679m增加到1719.002m,表现出向海陆两个方向扩张的特征.(2)自然湿地区,2000-2011年互花米草沼泽面积由2023hm2增加到3974hm2;平均分维数和聚合度指数呈先上升后下降的趋势;米草沼泽增长稳定,年增长约160-180 hm2/a,单位长度岸线年增长面积约为15 hm2· km-1·a-1左右;比较发现,自然湿地区互花米草沼泽的增长速度高于人工管理区的增长速度.在景观空间演变上,互花米草沼泽平均宽度从1625.586m增加到3193.317m,2000-2006年表现出向海洋单方向扩张的特征,2006-2011年表现出向海陆两个方向扩张的性质.(3)在自然条件下互花米草沼泽扩张受到气候、地貌过程、水文过程、植被类型及种间竞争的影响,表现出明显的带状特征.在人工管理下,通过建设拦水堤坝等,阻止了潮汐作用下海水的扩散能力,生态过程发生改变,致使生态系统类型向淡水湿地方向演变,抑制了互花米草沼泽的扩张,表现出一定的镶嵌格局.     

安徽新安江干流滩涂湿地草本植物区系及物种多样性

以新安江干流(安徽段)滩涂湿地草本植物群落为研究对象,探讨其区系组成及不同江段物种多样性的变化规律.结果表明:(1)该区共有草本被子植物48科、131属、194种(含种下分类单位);以禾本科(Gramineae)、莎草科(Cyperaceae)、菊科(Compositae)和蓼科(Polygonaceae)为优势科;以蓼属(Polygonum)、莎草属(Cyperus)、大戟属(Euphorbia)和蒿属(Artemisia)等为优势属,属的组成相对较为分散,寡种属和单种属占总属数的97.7％;(2)从分布区类型看,科以世界分布占明显优势(43.8％);属的分布区类型以泛热带分布最多(30.5％),其次是世界分布(26.0％),总体上热带成分略多于温带成分(57/40);表明该区草本植物区系地理成分较为复杂,分布区类型多样,具有热带、亚热带与暖温带的多重性质,但以亚热带性质为主;(3)各滩涂湿地植物群落的建群种、优势种及伴生种的种类等组成特征均存在一定差异,狗牙根(Cynodon dactylon)、双穗雀稗(Paspalum distichum)和假俭草(Eremochloa ophiuroides)等为滩涂湿地的主要优势种;江段干流不同流域滩涂湿地草本植物群落的α多样性的变化格局与丰富度指数的变化格局比较一致,总体上呈现逐渐减小的趋势,表现为上游＞中游＞下游;与之相反,植物群落的β多样性——相异性系数和Cody指数总体上呈现上升的格局.这种多样性格局的成因需要进一步分析和探讨.     

黑河中游湿地景观破碎化过程及其驱动力分析

在遥感和GIS技术支持下,基于1975-2010年长时间序列遥感影像,选取斑块密度指数(PD)、景观内部生境面积指数(IA)、斑块平均面积指数(MPS)、斑块形状破碎化指数(FS1、FS2)等具有典型生态意义的景观指数模型,系统分析了黑河中游湿地景观的破碎化过程,并结合灰色关联分析、主成分分析等方法,探讨了影响研究区湿地景观破碎化过程的各驱动因子.结果表明:近35年来,研究区湿地景观破碎化主要表现为斑块平均面积的萎缩,斑块密度的上升以及斑块形状破碎化指数的增大.整个研究时段内,研究区湿地斑块平均面积减少了48.95hm2,斑块密度的上升0.006个/hm2;导致黑河中游湿地景观破碎化发生和发展的驱动力包含自然和人文两个方面.自然因子对湿地景观破碎化进程的影响则主要体现在气温和降水上,而且气温对湿地景观破碎化进程的影响程度明显大于降水.但在1975-2010年间的这一较小时间尺度上,人类活动对湿地景观破碎化的贡献率明显高于自然因子,人类活动能力的增强以及影响范围的不断扩大是引发黑河中游湿地景观破碎化的主因.     

珠海鹤洲水道沿岸红树林湿地大型底栖动物群落特征

对珠海鹤洲水道沿岸的4个红树人工林(包括老鼠簕Acanthus ilicifolius、木榄Bruguiera gymnorrhiza、秋茄Kandelia candel和无瓣海桑Sonneratia apetala)样地和2个挺水植被(短叶茳芏Cyperus malaccensis和芦苇Phragmites australis)样地的大型底栖动物群落进行为期一年(2010年12月、2011年3、6、9月共4次野外采样)的生物调查。研究与分析了大型底栖动物的种类、生活型及功能群、栖息密度、平均生物量、多样性指数等群落特征,并结合等级聚类和非参数多变量标序(MDS)方法对大型底栖动物的群落结构进行深入探讨。本调查共采集大型底栖动物35种,包括环节动物(7种)、软体动物(10种)、甲壳动物(10种)、鱼类(1种)和其他无脊椎动物(7种)。优势种包括谭氏泥蟹(Ilyrplax deschampsi)(占总个体数的34%)、麦克碟尾虫(Discapseudes mackiei)(占总个体数的25%)、羽须鳃沙蚕(Dendronereis prinnaticirris)(占总个体数的12%)。在6种生境类型中,老鼠簕站位大型底栖动物物种数量最多,为19种,均匀度和多样性指数均较高;短叶茳芏样地大型底栖动物栖息密度最高,为254.7 ind/m2,但是多样性指数(H"=1.25)最低;无瓣海桑站位平均生物量最高,为32.0613 g/m2。研究结果表明：(1)不同生境下大型底栖动物群落结构存在显著差异,尤其是无瓣海桑站位,无论群落结构、优势种还是生活型等都与其它站位有明显不同;(2)围垦区人工湿地与自然滩涂大型底栖动物群落结构差异显著;(3)潮汐作用对大型底栖动物群落结构影响显著。     

基于光谱特征变量的湿地典型植物生态类型识别方法——以北京野鸭湖湿地为例

光谱特征变量的选择对于湿地植被识别的精度和效率有着直接的影响作用.以华北地区典型的淡水湿地——野鸭湖湿地为研究区,采用Field Spec 3野外高光谱辐射仪,获取了野鸭湖典型湿地植物的冠层光谱.以野外高光谱数据为基础,首先利用一阶导数与包络线去除的方法,分析和对比不同植物生态类型的光谱特征,选定了用于识别植物生态类型的光谱特征变量,选定的8个光谱特征变量为红边位置WP_r、红边幅值Dr、绿峰位置WP_g、绿峰幅值Rg、510 nm附近的吸收深度DEP-510和吸收面积AREA-510、675 nm附近的吸收深度DEP-675和吸收面积AREA-675.其中,7种植物生态类型的一阶导数光谱特征差异较小,吸收特征差异性相对较大.除WP_r和WP _g外,沉水植物Rg和Dr平均值最低,湿生植物的Rg平均值最高,达到0.164,栽培植物的Dr平均值最高,达到0.012.7种植物生态类型在675 nm附近的DEP-675和AREA-675均高于510 nm附近的DEP-510与AREA-510,除去栽培植物,随着水分梯度的变化,其他6种植物生态类型的吸收深度和吸收面积都表现出先升高后降低的趋势.然后利用单因素方差分析(One-way ANOVA)验证了所选光谱特征变量的区分度,在P≤0.01的置信水平下,选取的8个光谱特征变量都能够较好的区分7种植物生态类型,区分度的最小值为13,最大值为18,并且吸收特征参数的区分度优于一阶导数参数.最后应用非线性的反向传播人工神经网络(BP-ANN)与线性判别分析(FLDA)的类型识别方法,利用选定的8个光谱特征变量进行湿地植物生态类型识别,取得了较好的识别精度,两种方法的总分类精度分别达到85.5％和87.98％.单因素方差分析(One-way ANOVA)和不同分类器的分类精度表明,所选的8个光谱特征变量具有一定的普适性和可靠性.     

鄱阳湖湿地两种优势植物叶片C、N、P动态特征

2011年2—6月在鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区逐月测定了灰化苔草(Carex cinerascens)、南荻(Triarrhena lutarioriparia)叶片C、N、P含量及其地上生物量,以阐明鄱阳湖湿地优势植物C、N、P含量及化学计量比动态特征与控制因子,探讨湿地养分利用与限制状况。结果表明：1）两种优势植物叶有机碳含量变化范围分别为365.3—386.6 mg/g和352.6—393.2 mg/g,平均值(?标准差)分别为(375.5?17.4) mg/g和(371.7?12.5) mg/g;叶N含量分别为6.96—17.59 mg/g和5.50—20.68 mg/g,平均值分别为(11.35?1.40) mg/g和(11.54?0.84) mg/g;叶P含量变化范围为0.65—2.14 mg/g和0.57—2.25 mg/g,平均含量为(1.56?0.69) mg/g和(1.55?0.68) mg/g。两种植物C:N、C:P、N:P平均值分别为37.65、413.60、9.62和41.05、410.29、9.57,C、N、P及其化学计量比种间差异不显著(P>0.05)。2）气温与地上生物量是N、P及其化学计量比季节变化的主要控制因子,气温和生物量对两种优势植物叶片氮、磷含量的影响要高于对叶有机碳含量的影响。3）植物C:N、C:P与地上生物量变化趋势基本一致,显示N、P养分利用效率随植物的快速生长而提高;根据两种优势植物及土壤N、P含量与化学计量比来判断,研究区植物更多地受氮限制。     

河漫滩湿地生态阈值——以二卡自然保护区为例

以典型河漫滩湿地 —— 二卡自然保护区为研究区域,进行生态阈值研究。根据湿地补给河流 —— 海拉尔河的月均流量频率分布特征,选取58.72 m³/s(P=74.6%)、119.26 m³/s(P=44.4%)、190.35 m³/s(P=23.8%)分别代表河流的低、中、高径流期,分析各径流期湿地分布特征。结果表明,低、中径流期内草本沼泽及盐化沼泽所占比例较高,而高径流期则以季节性河流湿地及湖泊湿地为主。低径流期内,作为湿地中心区的湖泊湿地景观破碎度出现一个较明显的跃变,由中径流期的0.57增加到1.37。此时的湿地状态可近似的作为区域的生态阈值,即维持湿地面积占全区域面积的43.03%。而中、高径流期湿地面积比例可近似作为保护区湿地面积的适宜值和理想值,分别为53.66%和69.53%。其研究结果为二卡自然保护区的管理及保护提供支持,并为河漫滩湿地研究提供思路。     

大兴安岭天然沼泽湿地生态系统碳储量

采用碳/氮分析仪测定法与标准木解析法,研究大兴安岭5种典型天然沼泽湿地(草丛沼泽、灌丛沼泽、毛赤杨沼泽、白桦沼泽和落叶松沼泽)的生态系统碳储量(植被和土壤)、净初级生产力、植被年净固碳量及其沿沼泽至森林方向过渡带水分环境梯度的分布格局,揭示其空间变异规律性,并定量评价寒温带5种典型天然沼泽湿地的碳储量与固碳能力及其长期碳汇作用。结果表明:①5种天然沼泽湿地的植被碳储量分布在(0.48±0.08)—(8.33±0.66)kgC/m2之间,沿过渡带环境梯度呈递增趋势;②土壤碳储量分布在(19.21±6.17)—(38.28±4.86)kgC/m2之间,沿过渡带环境梯度却呈递减趋势;③生态系统碳储量分布在(27.54±7.16)—(38.76±4.58)kgC/m2之间,沿过渡带环境梯度基本呈恒定分布规律性,且以湿地土壤碳储量占优势地位(69.8%—98.8%);④植被净初级生产力分布在(0.68±0.10)—(1.08±0.12)kg.m-.2a-1之间,毛赤杨沼泽最高,草丛沼泽、灌丛沼泽、白桦沼泽居中,落叶松沼泽最低,且总体上低于温带森林湿地而高于寒温带天然落叶松林;⑤植被年净固碳量分布在(0.32±0.09)—(0.51±0.06)kgC.m-.2a-1,毛赤杨沼泽最高(高于全球植被平均年净固碳量)、灌丛沼泽和白桦沼泽居中(达到或接近全球平均值)、草丛沼泽和落叶松沼泽最低(略低于全球平均值),故这5种沼泽湿地均属于碳汇功能相对较强的湿地植被类型。