长江口滨海湿地潮间带生态系统的多稳态特征

多稳态现象普遍存在于多种生态系统中,它与生态系统的健康和可持续发展密切相关,已成为生态学研究的热点与难点,但是目前有关滨海湿地生态系统多稳态的形成机制还缺乏深入研究.本文以崇明东滩鸟类自然保护区的潮间带生态系统为研究对象,通过以下内容,开展滨海湿地多稳态研究: 1)通过验证多稳态的判定依据“双峰”和“阈值”特征,证实长江口潮间带生态系统存在多稳态,并确定其稳态类型;2)通过监测潮间带生态系统水动力过程、沉积动力过程以及盐沼植物生长和扩散情况,分析盐沼植被与沉积地貌之间的正反馈作用,进而探讨潮间带生态系统多稳态的形成机制.结果表明: 1)潮间带生态系统的归一化植被指数(NDVI)频度分布存在明显的双峰特征,且盐沼植物成活存在生物量阈值效应,均证实潮间带生态系统存在多稳态,“盐沼”和“光滩”是潮间带生态系统的两种相对稳定状态;2)崇明东滩盐沼前沿的沉积地貌表现出泥沙快速淤积的趋势,显著促进了盐沼植物的生长,盐沼植物与泥沙淤积之间的这种正反馈作用是潮间带生态系统形成多稳态的主要原因;3)盐沼植被扩散格局监测结果在景观尺度上也表明,泥沙淤积作用促进了潮间带生态系统“盐沼”和“光滩”多稳态的形成.本研究既丰富了滨海湿地稳态转换的机理研究,也为我国开展海岸带保护、修复和管理提供了科学依据,具有重要的理论和实践意义.     

水位调控措施治理互花米草对大型底栖动物群落的影响

采用物理控制措施治理崇明东滩自然保护区外来入侵植物互花米草(Spartina alterniflora)的蔓延和扩散,对保护该地区的生物多样性具有重要的意义.研究跟踪了崇明东滩治理互花米草示范样地内水位调控措施对大型底栖动物群落的影响.结果显示,潮间带大型底栖动物的密度和生物量具有显著的季节性波动,实施持续水位调控措施样地中大型底栖动物的密度、生物量和丰富度指数均显著低于同时期对照样地.破堤排水后的恢复样地中,随着恢复时间延长,大型底栖动物密度、生物量和丰富度指数均有不同程度的恢复.应用DCA排序方法有助于进一步分析大型底栖动物群落与水位调控措施强度之间的相互关系.研究结果表明,水位调控措施会对盐沼植被中大型底栖动物的密度、生物量和多样性产生负面影响,但这种影响在治理互花米草水位调控措施结束后可逐渐自然恢复.     

大型沉水植物苦草的光谱特征识别

地物特征与其光谱特征的关系是解译遥感影像的关键.利用地物光谱仪在实验室和上海“梦清园”人工湿地中,分别实测了不同盖度沉水植物苦草的反射光谱特征.结果表明随着苦草盖度的增加,其光谱反射率也相应增加,不同盖度苦草的光谱反射率差异主要表现在500～650 nm和700～900 nm 波段范围.受水体环境影响,实验室模拟试验与室外控制试验测得的苦草光谱反射率差异主要表现在近红外波段（700～900 nm）.分别将苦草的不同盖度与其在QuickBird多光谱遥感影像4个波段与盖度相关性最大波段处的光谱反射率进行回归分析,得到了较好的线性关系.应用回归分析得到的线性方程,可以根据测定的光谱反射率定量反演水体中的苦草盖度.研究结果可为监测沉水植物的高光谱遥感影像判读和解译分类提供技术支撑,为大尺度遥感监测沉水植物的分布和动态变化提供科学依据.     

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、海三棱藨草 (Scirpus mariqueter)群落、芦苇(Phragmites australis)群落和互花米草(Spartina al terniflora)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、8 15～824 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。     

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．     

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1014 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。     

芦苇与入侵植物互花米草的光合特性比较

以上海崇明东滩湿地外来入侵植物互花米草与本地种芦苇为研究对象,对它们的光合特性进行了比较研究,结果表明:(1)与芦苇相比,互花米草具有更高的表观量子效率(AQY)、CO2羟化效率(CE)和最大净光合速率(pmax);(2)生长季节初期,互花米草午间时段的光合、气孔导度和蒸腾速率均高于芦苇,各指标与光、温的变化基本一致;(3)互花米草的净光合速率曲线呈“单峰”型,测定指标在强光合辐射、高温条件下迅速上升,芦苇则表现出明显的“午休”现象;(4)在生长季节初期(5月份)和活跃期(9月份),互花米草的净光合速率显著高于芦苇,而在生长季节后期(11月份)则低于芦苇。该项研究有利于解释互花米草生长迅速,生产力高,竞争性强的生理生态学特性。     

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。