基于遥感的九段沙湿地植被群落动态变化分析

九段沙是长江口重要的新生湿地.作为主要地物类型之一的植被群落,是反映潮滩湿地生态环境变化重要而又敏感的指标因子.本文通过1987～2008年六景Landsat卫星遥感数据对九段沙植被群落进行了分类提取,并利用ArcGIS软件分析了长江口九段沙植被群落20年来的时空动态变化.结果显示1987～1997年间,九段沙湿地植被以先锋植被海三棱藨草为主,植被面积随潮滩不断淤涨而增长;1997年人工促淤种植了芦苇和互花米草,至2008年,芦苇、互花米草和海三棱藨草三种植被群落所占植被总面积百分比分别为31.47%、39.35%和29.17%,其中外来物种互花米草优势明显,当地植被海三棱藨草所占面积比例显著下降.     

九段沙湿地植被群落演替与格局变化趋势

长江口新生湿地九段沙由上沙、中沙和下沙三部分组成。2004年对湿地植被群落的演替与格局变化进行了研究。结果表明,九段沙湿地植被群落由芦苇(Phragmites austra-lis)、互花米草(Spartina alterniflora)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)和藨草(S.triqueter)构成。芦苇和互花米草生长于潮滩高程,海三棱藨草和藨草生长于低潮位。1998—2004年,上沙植被覆盖面积年平均约增长17%,中沙22%,下沙38%~39%,植被群落处于快速增长演替状态,这可能与沙洲发育速度有关。由于在中沙、下沙人为种植过外来物种互花米草,其增长速度最快,覆盖面积占九段沙植被总面积的比例从1998年不足1%上升到2004年的22%,地上部分总生物量的年平均增长率为79.79%,互花米草对藨草-海三棱藨草的竞争压力较大。鉴于互花米草对九段沙的影响尚无定论,本文提出了初步的植被管理措施。     

生境异质性及源株密度对互花米草入侵力的影响

外来物种互花米草(Spartina alterniflora)被引种到我国海岸带后,已带来一系列生态危害,严重影响了入侵地生态系统结构和功能,深入了解其入侵机制是实施有效控制的基础和理论依据。长江口的滩涂湿地是我国典型的异质潮滩,拥有多种生境。为了探究异质潮滩环境中互花米草初始源株对其入侵力的影响,研究通过野外移栽实验,模拟不同源株密度,探讨潮滩湿地生境异质性及源株密度对互花米草定居、生长和扩散的影响。结果表明:1)生境异质性及源株密度均对互花米草存活率、株高及种群增长率有极显著影响(P0.01)。2)至生长季末,植被区内互花米草存活率、株高均显著高于前沿光滩(P0.05)。此外,淤泥质潮滩植被区内互花米草株高、种群增长率也显著高于粉砂质潮滩植被区(P0.05)。3)互花米草入侵植被区不受源株密度的限制,但随源株密度增加,互花米草种群增长率显著降低(P0.05),而株高无显著差异(P0.05);在光滩区,只有高源株密度才可入侵成功。4)异质生境的冲淤动态、淹水时间和淹水深度是影响互花米草存活和生长的主要环境因子。丰富了河口湿地互花米草入侵力的机理研究,也为我国开展互花米草防控及海岸带保护、修复和管理提供了科学依据,具有重要的理论和实践意义。     

长江口九段沙植物群落研究

长江口九段沙属于发育早期的河口沙洲,植被完全保持着自然演替的早期状况。对九段沙湿地高等植物群落的结构特点及演替特征进行研究。研究结果表明：九段沙湿地植被分布几乎覆盖整个沙岛,生物量丰富。高等植物中多克隆植物,植物群落结构简单,生物多样性低,植被具原生性,群落演替的早期原生特征明显,演替过程在没有引种互花米草之前人为干扰少,互花米草的引种加速了九段沙湿地植被的陆地化演替进程。最后提出保护和开发利用九段沙植被的适应原则。     

长江口新生湿地大型底栖动物群落时空变化格局

为了解长江口新生湿地大型底栖动物时空变化格局,2004年11月—2005年10月对九段沙湿地的3个沙洲以及各主要生境进行了调查。结果表明:九段沙湿地大型底栖动物密度和生物量均呈春季最高,夏、秋季下降,秋季末和冬季回升的趋势,整体生物多样性水平较低,分布不均匀。夏季上沙和中沙底栖动物密度存在显著差异,四季生物密度和生物量空间梯度为下沙>上沙>中沙。由物种组成分析可知,九段沙湿地大型底栖动物群落时空变化与优势种的消长有关。各季海三棱藨草带和藨草带底栖动物密度和生物量最高,芦苇和互花米草次之,光滩区域最低,且群落季节波动大。外来物种互花米草生境下底栖动物群落特征与土著种芦苇生境下无显著差异。     

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。     

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．     

互花米草入侵对黄河三角洲湿地表层沉积物金属元素分布格局的影响

互花米草被引入后迅速生长蔓延,已成为黄河三角洲河口湿地主要入侵物种,极大影响了河口湿地沉积物表层重金属元素分布格局。本研究选取不同入侵年限(3、5、7、10、15和20年)的互花米草湿地以及芦苇湿地、盐地碱蓬湿地、柽柳湿地和光滩湿地,采集表层沉积物并测定Ca、Fe、Mg、Mn、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd、Cu和Li元素含量,采用富集系数及地累积指数法对污染水平进行评价,分析互花米草入侵对元素分布格局的影响。结果表明：(1)随入侵时间推进,互花米草湿地表层沉积物有机碳(SOC)和总氮(TN)含量要大于本土植被覆盖湿地表层沉积物含量。本土植物所在湿地沉积物重金属含量要高于互花米草入侵湿地沉积物重金属含量。(2)Ca处于中度富集状态,而Cd可能造成本地区中度污染。(3)重金属元素之间具有显著相关关系,尤其是Fe、Mn元素与Mg、Zn、Cu元素相关性较大,互花米草湿地中的大多数元素变化主要受岩石圈基岩风化和泥沙搬运沉积影响。     

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。     

杭州湾滨海湿地土壤有机碳含量及其分布格局

通过研究杭州湾自然潮滩湿地和围垦湿地土壤有机碳含量及其分布格局,揭示湿地植被演替、外来物种入侵和围垦活动对土壤有机碳分布的影响.结果表明:潮滩湿地土壤表层有机碳含量在4.41～8.58 g·kg-1,平均值6.45 g·kg-1.不同植被类型下表层土壤有机碳表现为:芦苇(8.56±0.04 g·kg-1)＞互花米草(7.31±0.08 g·kg-1)＞海三棱蔗草(5.48±0.29 g·kg-1)＞光滩(4.47±0.09 g·kg-1);围垦湿地表层土壤有机碳表现为:20世纪60年代(7.46±0.25 g·kg-1)＞2003年(5.12±0.16 g·kg-1)＞20世纪80年代(1.96±0.46 g·kg-1),即土壤有机碳含量随围垦时间延长表现为先降低后升高的趋势;土壤有机碳在垂直剖面上均表现为由表向下逐渐降低的趋势.潮滩湿地和围垦湿地的土壤有机碳与pH呈显著负相关,与总氮呈显著正相关,表明在土壤中氮主要以有机氮的形态存在.潮滩湿地有机碳与碳氮比相关性不明显,而围垦湿地具有显著正相关性,说明围垦利用对湿地土壤碳氮比产生了一定影响.研究表明,潮滩湿地土壤固碳能力随着植物群落演替逐步增强,而外来入侵种互花米草的大量入侵和扩散将有可能降低潮滩湿地生态系统土壤的储碳功能.围垦引起的土壤水分、颗粒组成的变化以及耕作、土地利用和利用历史是影响围垦湿地土壤有机碳分布的主要原因.     

互花米草入侵对红树林底栖甲壳动物和鱼类功能群及生态位的影响

为了解互花米草入侵对红树林湿地生态系统底栖甲壳动物和鱼类的影响,本研究利用地笼方式于2020年8月、2021年1月和4月对福建漳江口2个原生红树林样地(白骨壤和秋茄)、2个互花米草入侵样地以及1个光滩样地的底栖甲壳动物和鱼类进行采样调查。采用相对重要性指数、Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数分析底栖甲壳动物和鱼类的优势种及物种多样性,统计其功能群,并计算其生态位宽度和生态位重叠指数。结果表明: 3个季节共采集到底栖甲壳动物和鱼类种类37种,隶属于2门2纲8目17科,其中大多数为暖水性和广盐性物种,且以肉食性和杂食性功能群为主。双因素方差分析和非度量多维尺度分析结果表明,相比光滩,互花米草入侵后,底栖甲壳动物和鱼类的群落多样性指数变化不显著,但功能群发生了显著变化,浮游生物食性功能群以及肉食性和植食性功能群物种均有一定程度的增加。相比红树林样地,互花米草样地内底栖甲壳动物和鱼类物种丰富度更高。优势物种的时空生态位宽度变化范围在0～1.4186,其中棱鮻最高(1.4186),其次是中华乌塘鳢(1.0168)、刀额新对虾(0.9469)、脊尾白虾(0.8922)。     

互花米草入侵对滨海湿地生态系统的影响研究进展

滨海湿地受海、陆生态系统的交互影响,是典型的生态脆弱带和敏感区。互花米草是全球海岸带最为成功的外来入侵物种,对滨海湿地生态系统已经产生了重要的影响。本文对已有相关研究进行了系统梳理,揭示了互花米草入侵对滨海湿地生态系统生物地球化学循环(碳循环、氮循环、磷循环及土壤重金属迁移)和入侵地生物群落(微生物、植物和动物)的影响。并在此基础上对今后研究的重点提出了展望: 加强互花米草入侵对滨海湿地生态系统健康影响机制研究;重点关注全球变化背景下互花米草群落与湿地环境互馈耦合;开展长时序定位监测,厘清滨海湿地生态系统对互米草不同入侵阶段的响应差异,以期对互花米草的生态利用和治理提供指导。     

1995-2019年广西山口红树林国家级自然保护区互花米草和红树林面积变化

互花米草根系发达,适应环境的能力强,在与其他植物争夺空间和养分的过程中容易占据优势.其作为外来入侵物种已对我国海岸带生态系统造成危害.为了探讨互花米草的入侵对我国红树林生长和扩张所造成的影响,本研究以广西山口红树林国家级自然保护区的红树林为例,通过对1995-2019年8景Land-sat多光谱遥感影像的解译,分析互花...     

广西北海西村港互花米草对红树林湿地大型底栖动物群落的影响

为了解互花米草(Spartina alterniflora)入侵红树林的生态影响, 作者对位于北海市西村港的红树林湿地以及周边互花米草盐沼的大型底栖动物群落多样性和群落结构进行了研究。2012年10月至2013年9月连续4次取样, 按照取样时间研究大型底栖动物的种类、物种组成、生物量和生物多样性等群落特征的差异, 探讨互花米草入侵红树林湿地对大型底栖动物的影响。本研究共采集底栖动物16种, 隶属于5门7纲15科, 其中互花米草群落10种, 红树林湿地12种。研究发现互花米草入侵后中国绿螂(Glauconome chinensis)个体数量剧增, 导致不同采样时间互花米草盐沼的大型底栖动物生物量均显著高于红树林湿地; 除个别月份外, 红树林湿地大型底栖动物的Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数均显著高于互花米草群落。基于生境-采样时间的双因素方差分析结果表明, Shannon-Wiener多样性指数和Simpson指数在两种生境间差异显著; 两种生境的Margalef丰富度和Pielou均匀度指数在不同采样时间差异显著; 大型底栖动物生物量和物种数量在两种生境间和不同采样时间差异均显著。基于多元回归分析的研究结果表明, 互花米草密度是影响大型底栖动物生物量的关键因子, 而互花米草株高可以解释物种个体数量、Shannon-Wiener多样性指数和Simpson指数在两种生境的变化。对不同采样时间大型底栖动物群落结构的非度量多维度(non-metric multidimensional scaling, NMDS)分析结果表明, 红树林与互花米草群落的大型底栖动物群落相似性很低。总而言之, 在西村港地区, 互花米草入侵虽然增加了大型底栖动物的生物量, 但由于优势物种的凸显, 显著降低了大型底栖动物群落的多样性, 且种类组成与群落结构与红树林群落相比已有差异。由此可见, 互花米草入侵红树林对当地的大型底栖动物群落多样性造成影响。     

Plant nutrient dynamics and stoichiometric homeostasis of invasive species Spartina alterniflora and native Cyperus malaccensis var. brevifolius in the Minjiang River estuarine wetlands

Aims Stoichiometric homeostasis is an important mechanism in maintaining ecosystem structure, function, and stability. The invasion of exotic species, Spartina alterniflora, has largely threatened the structure and function of native ecosystems in the Minjiang River estuarine wetland. However, how S. alterniflora invasion affect plant stoichiometric homeostasis is largely unknown. This could enhance our understanding on wetland ecosystem stability and expand the applications of ecological stoichiometry theory.
Methods Nitrogen (N) and phosphorus (P) contents of plant organs and soils in the S. alterniflora, Cyperus malaccensis var. brevifolius, and S. alterniflora-C. malaccensis var. brevifolius mixture were measured, and the homeostatic index (H) was calculated according to the stoichiometric homeostasis theory.
Important findings Our results showed that the invasion of S. alterniflora significantly increased soil N:P ratio (p < 0.05), but did not affect soil N or P contents. The N and P contents of leaf and stem were the highest for S. alterniflora, and those of the stem were the highest for C. malaccensis var. brevifolius. At the ecosystem level, the average of homeostatic index (H) of N (H_N, 25.31) was larger than those of P (H_P, 10.33) and N:P (H_N:P, 2.50). At the organ level, root H_N was significantly larger than stem H_N (p < 0.05) and sheath H_N:P was greater than root H_N:P (p < 0.05), while there was no significant difference for H_P among root, stem, leaf, and sheath (p > 0.05). As for species, root H_N of S. alterniflora was significantly larger than that of C. malaccensis var. brevifolius in the mixture community (p < 0.05). In the monoculture, stem H_N:P of S. alterniflora was significantly higher than that of C. malaccensis var. brevifolius (p < 0.05). Furthermore, root H_N, leaf H_N and sheath H_N of S. alterniflora in the mixed community was significantly larger than that of S. alterniflora in the monoculture (p < 0.05), suggesting that S. alterniflora invasions increased their stoichiometric homeostasis. Meanwhile, the stoichiometric homeostasis of invasive and native plants were influenced by multiple factors, such as nutrients, organs, vegetation, and invasion. However, larger homeostasis was found in S. alterniflora than in C. malaccensis var. brevifolius in some particular organs either in mixture or monoculture communities. Therefore, the successful invasion of S. alterniflora may result from higher homeostatic index than the native species, C. malaccensis var. brevifolius.     

互花米草入侵对黄河三角洲秋季底栖食物网的影响

为了保滩护岸,互花米草于1990年被引种至黄河三角洲,随后迅速蔓延,给滨海湿地生态系统带来了严重威胁。为了明晰互花米草入侵对黄河三角洲湿地底栖食物网结构的影响,本研究基于稳定同位素技术,于2020年11月对互花米草入侵区域大型底栖动物的潜在食源、营养级和食物网结构进行了采样分析。结果表明: 调查区域潜在食源δ¹³C平均值的变化规律为沉积物(SOM)>互花米草>底栖微藻>悬浮颗粒物(POM)>盐地碱蓬,潜在食源δ¹⁵N值的变化范围为1.24‰～9.03‰,且不同食源间的δ¹⁵N值存在差异。调查区域大型底栖动物的营养级范围为1.73～4.19,其中双壳类的营养级最低;互花米草及其腐败后的碎屑是大型底栖动物的重要食源之一,但对大型底栖动物的营养级结构没有显著影响。互花米草入侵通过上行效应改变了底栖生物的食源组成,进而可能影响黄河三角洲湿地食物网的结构。     

土著昆虫素毒蛾在本地植物芦苇与入侵植物互花米草上的生活史

互花米草(Spartina alterniflora)入侵盐沼生态系统导致了土著广食性昆虫素毒蛾(Laelia coenosa)发生宿主转移。但是, 目前对素毒蛾在互花米草和芦苇(Phragmites australis)上的生活史规律的比较尚未见报道, 而此信息对评价素毒蛾能否持续利用互花米草具有重要的参考价值。为了明确素毒蛾在其原始宿主芦苇和外来新宿主互花米草上的生活史动态, 我们在上海崇明长江口盐沼湿地中, 对素毒蛾在芦苇和互花米草生境中的发生情况进行了系统调查。结果显示, 虽然素毒蛾在芦苇和互花米草上均一年发生3代, 并都以幼虫越冬, 但在互花米草生境中, 越冬代幼虫开始越冬的时间要比芦苇中晚20 d左右, 其他世代中的多个虫态在互花米草上持续出现的时间也比芦苇上延迟了约10 d。这些结果表明, 互花米草入侵后素毒蛾在外来植物上出现的持续时间虽然发生了延长, 但其年世代数未变化。我们推测素毒蛾在互花米草和芦苇上生长发育规律的差异可能受生境的资源可利用性及两种植物的营养与防御水平调控。     

胶州湾互花米草湿地氮、磷元素的垂直分布及季节变化

为了研究胶州湾互花米草湿地N、P的垂直分布及季节变化特征,分别于2015年4、7、9、10、11和12月对该区域互花米草湿地和光滩土壤全氮(TN)、铵态氮(NH₄⁺-N)、全磷(TP)、速效磷(AP)、总有机碳(TOC),以及pH、盐度、含水量进行了测定.结果表明: 胶州湾互花米草湿地土壤TN、NH₄⁺-N、TP、AP含量平均值分别为0.396 g·kg^-1、12.14 mg·kg^-1、0.419 g·kg^-1、16.52 mg·kg^-1,光滩平均值分别为0.385 g·kg^-1、8.13 mg·kg^-1、0.423 g·kg^-1、19.57 mg·kg^-1.总体来说,它们的含量随着土壤深度(0～60 cm)的增加逐渐降低;互花米草湿地N、P含量的季节变化明显,互花米草湿地土壤全氮含量在春季最高,秋季最低,而光滩土壤随着季节变化逐渐降低;二者土壤全磷含量的季节变化趋势相反,而速效磷含量的季节变化趋势一致;胶州湾互花米草湿地土壤TN、TP与土壤TOC含量呈显著相关,而在光滩土壤中无显著相关关系.pH、盐度显著影响互花米草湿地和光滩土壤N、P含量.     

互花米草入侵下湿地土壤碳氮磷变化及化学计量学特征

为阐明外来物种入侵对生态系统的改变,对闽江河口区本土植物短叶茳芏和不同入侵年限的互花米草湿地土壤总碳(TC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量进行了测定与分析.结果表明: 互花米草入侵后0～50 cm深度各层土壤TC、TN和TP含量均有不同程度的增加,其中TC、TN的变化比较一致,而TP的变化滞后;TC的增加引起土壤C/N持续增加,而TP是调节互花米草入侵过程中湿地土壤C/P和N/P的关键因子,C/P和N/P的变化基本一致.土壤TC、TN、TP的变化受到土壤盐度、容重、含水量和黏粒组成的影响,而它们之间计量比主要受土壤盐度、粒径组成的影响;C/N和C/P对互花米草湿地的土壤固碳效应具有良好的指示作用.互花米草入侵引起生物量和湿地生境改变,导致土壤碳氮磷含量及其生态化学计量比发生显著变化,且随入侵时间延长表现出不同的变化特征.