基于植被数量分类的排水疏干影响下若尔盖高原沼泽退化特征

2009年,在对若尔盖高原沼泽的生态特征、环境质量考察和排水疏干沼泽样带生态调查的基础上,采用TWINSPAN分类方法,将研究区20个典型沼泽样地划分为原始沼泽、长期排水退化沼泽和短期排水退化沼泽3种类型,每类退化沼泽包含轻度退化、中度退化和重度退化3个退化等级,研究不同程度退化沼泽的植被和土壤退化特征.结果表明: 若尔盖高原沼泽退化主要受排水方式、排水强度和土壤水分梯度的驱动.植物群落退化过程较土壤退化过程变化明显.其中,植物群落水分生态型的结构变化最显著,在长期排水和短期排水的影响下,沼生植物重要值由0.920分别下降至0.183和0.053,中生植物重要值由0.029分别上升至0.613和0.686.土壤对沼泽退化的响应具有滞后性,其理化性质呈一定的变化规律,但差异尚未达到显著水平.土壤水分和氮、钾等养分含量是影响若尔盖高原排水疏干退化沼泽植物物种分布的关键因素.     

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。     

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.     

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.     

基于地表土壤动物与植物完整性指数评估若尔盖沼泽湿地受扰现状

利用地表土壤动物与植物群落生物完整性指数评价若尔盖沼泽湿地受扰现状,为若尔盖沼泽湿地恢复提供依据。2018年7月与2019年7月对若尔盖10处典型湿地(参照区4个,受扰区6个)地表土壤动物与湿地植被群落进行调查。通过对74个候选指标的分布范围、判别能力及相关分析,确定中生性植物、一年生植物、龙胆科植物、一年生植物/多年生植物比4个植物核心指标,地表土壤动物总个体数量、中小型动物类群数量、蜘蛛目物种数量、菌食性土壤动物与腐食性土壤动物5个核心指标,构建若尔盖沼泽湿地地表土壤动物与植物完整性指数。以所有采样点95%分位数为最佳期望值,四分位法确定研究区域未受干扰、轻度干扰程度、中度干扰与重度干扰4个等级,作为判断若尔盖沼泽湿地受扰状况。结果显示,若尔盖沼泽湿地相对原始沼泽、花湖沼泽化草甸2、长期低强度排水疏干区、短期高强度排水疏干区分别处于未受干扰、轻度干扰、中度干扰与重度干扰状态。所调查的若尔盖典型湿地中,20%的湿地未受到干扰,30%的湿地受到轻度干扰,30%的湿地受到中度干扰,20%的湿地受到重度干扰。Pearson相关系数分析显示,地表土壤动物完整性指数与植物完整性指数存在显著正相...     

三江平原沼泽湿地景观空间格局变化

景观空间格局是指大小和形状不一的景观斑块在空间上的排列,它是景观异质性的重要表现,同时又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。这一研究可为环境资源的合理管理提供有价值的资料,已成为景观生态学研究的核心之一。通过选取斑块连接指数、分布质心和扩展等模型,来表征三江平原沼泽湿地景观近20a来空间格局变化情况。结果表明：（1）三江平原沼泽湿地的破碎化较为严重,斑块数量增加了46％,斑块密度净增加2倍。与1980年相比,1996年最大斑块面积缩小了63.57％,最大斑块周长缩短了52.47％。（2）三江平原沼泽湿地斑块间隙在不同时期都较大,且随着沼泽湿地面积的减小和斑块数量的增加,其斑块间隙越来越大,进一步说明沼泽湿地的破碎化较为厉害。（3）1980-1996年间三江平原沼泽湿地的分布质心向西南方向偏移了7.05km,1996-2000年向西北方向偏移了6.01km。（4）1980、1996、2000年三江平原沼泽湿地的扩展度分别接近于14.222、11.101和11.262。其值都远大于1,说明斑块形状与圆形相差较大,形状不规则。近20a来,人类活动对沼泽湿地空间格局变化的影响程度较大,1980-1996年尤为明显,而在1996-2000年,由于采取了保护措施,其影响程度开始变弱。     

若尔盖高原沼泽湿地N_2O排放通量研究

应用静态箱/气相色谱法,测定了若尔盖高原沼泽N2O排放能量,测定期为该地植物生长期,即2004年4 月末至10月初。结果表明,若尔盖高原沼泽湿地N2O排放通量平均值为0.010 mg·m-2h-1,最大值为0.079 mg·m-2h-1, 最小值为-0.051mg·m-2h-1。高峰排放期为5月,最低排放期为地表水深最大的6月。沼泽湿地N2O排放通量季节变化与沼泽湿地水深呈负相关关系。沼泽湿地N2O排放通量日变化与大气温度呈正相关关系,排放高值出现在午后。若尔盖高原沼泽湿地在植物生长期的年排放总量约为0.159Gg·a-1。     

若尔盖高原沼泽湿地N2O排放通量研究

应用静态箱/气相色谱法,测定了若尔盖高原沼泽N₂O排放能量,测定期为该地植物生长期,即2004年4月末至10月初。结果表明,若尔盖高原沼泽湿地N₂O排放通量平均值为0.010mg·m^-2h^-1,最大值为0.079mg·m^-2h^-1,最小值为-0.051mg·m^-2h^-1。高峰排放期为5月,最低排放期为地表水深最大的6月。沼泽湿地N₂O排放通量季节变化与沼泽湿地水深呈负相关关系。沼泽湿地N₂O排放通量日变化与大气温度呈正相关关系,排放高值出现在午后。若尔盖高原沼泽湿地在植物生长期的年排放总量约为0.159Gg·a^-1。     

滇西北高原典型退化湿地纳帕海植物群落景观多样性

采用时空替代法,运用3S技术,结合植物群落实地调查,研究了云南西北高原典型退化湿地纳帕海的植物群落景观多样性格局。结果表明:人为干扰加速了纳帕海原生沼泽、沼泽化草甸植物群落景观向草甸、垦后湿地植物群落景观演替,湿地环境不断丧失,湿地功能逐渐退化;不同演替阶段沼泽植物群落景观多样性在空间上呈现出不同的格局是对湿地环境变化的响应,体现了湿地环境变化与功能现状,并在一定程度上反映了人为干扰的类型与强度。     

放牧胁迫下若尔盖高原沼泽退化特征及其影响因子

根据原生和退化沼泽水体、植被与土壤信息,将放牧胁迫下若尔盖高原沼泽划分为5个等级,即原始沼泽、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化沼泽,系统地研究了若尔盖高原沼泽的退化特征及其影响因子。沼泽退化特征表现为:退化沼泽水体总氮含量较高,硝态氮、总磷含量以及碱度、矿化度随沼泽退化程度加剧而上升。退化沼泽物种丰富度增加,群落组成和结构趋于多样化;群落水分生态型结构变化明显,中生植物逐渐取代沼生植物优势地位;沿沼泽退化梯度,植被演替速率降低。沼泽退化序列上,土壤含水率、毛管孔隙度、全氮含量降低,土壤容重、全磷和全钾含量上升;土壤垂直剖面上,退化沼泽较原始沼泽和轻度退化沼泽全量养分含量变化大,并且,全氮和全磷含量具有表聚性。退化沼泽环境指标PCA分析显示,沼泽退化受土壤养分和水分含量的影响较大。     

排水对小兴安岭森林沼泽湿地溶解性有机碳和有效氮磷的影响

选取不同排水年限的兴安落叶松人工林湿地(1974年排水、1985年排水、1992年排水、2003年排水)和天然森林沼泽湿地(兴安落叶松沼泽湿地)为研究对象,探讨排水对小兴安岭森林沼泽湿地土壤溶解性有机碳(DOC)和有效氮磷的影响。结果表明,天然沼泽排水后,在土壤垂直剖面上,不同排水年限的森林湿地与天然沼泽湿地的土壤溶解性有机碳含量均呈递减变化。与天然森林沼泽湿地相比,排水湿地各土层DOC含量均显著低于天然沼泽湿地(P0.05)。天然森林沼泽,表层(0—10 cm)的土壤SOC含量、DOC/SOC、土壤有效氮含量均大于排水森林沼泽,但是有效磷含量却低于排水森林沼泽(P0.05)。在土壤表层(0—10 cm),排水年限与DOC、SOC、DOC/SOC、土壤有效氮呈显著性负相关,与有效磷呈显著性正相关(P0.05)。天然沼泽排水后,表层(0—10 cm)土壤的DOC含量与有效氮(铵态氮、硝态氮)含量成正比,与有效磷含量成反比(P0.05)。     

若尔盖高原沼泽湿地与草地二氧化碳通量的比较

采用静止箱/气相色谱法,在2003—2005年的植物生长期对若尔盖高原沼泽湿地和草地的CO₂通量进行了对比观测.结果表明：若尔盖高原沼泽湿地和草地CO₂通量的平均值分别为203.22和323.03 mg·m^-2·h^-1,前者为后者的60%左右.沼泽湿地常年积水的环境条件限制了土壤中的植物残体、根系及有机物质的分解,是沼泽湿地CO₂通量低于草地并形成泥炭积累的重要因素.研究区沼泽湿地与草地CO₂通量的季节变化与气温变化呈正相关,峰值一般出现在7月和8月;其日变化也与气温呈正相关,峰值一般出现在11:00—17:00.5 cm深的土壤温度与CO₂通量的相关性高于10和15 cm深的土壤温度.     

基于历史生物多样性与湿地景观结构的三江平原湿地恢复优先性研究

三江平原是我国最大的淡水沼泽分布区,建国后大规模的农业开发活动导致湿地面积锐减,湿地生态系统服务功能退化,产生一系列的生态环境问题,有必要进行湿地恢复。生物多样性的历史分布和湿地景观结构特征对湿地恢复具有重要指导意义。在分析三江平原湿地景观格局变化的基础上,结合三江平原历史生物多样性保护价值(即湿地恢复价值)以及各县市内湿地景观结构(现有湿地分布比例)对湿地恢复进行了优先性分析,确定了不同县市内不同空间位置上湿地恢复优先等级。景观格局变化分析结果表明,三江平原在20年间,湿地面积大幅减少,且破碎化现象严重,70%以上的退化或消失湿地被耕地侵占;基于历史生物多样性保护价值的湿地恢复价值评估表明,目前已经退化或消失的湿地有57.56%具有相对较高的恢复价值,而且还有22.02%的区域处于中等恢复价值水平,恢复潜力较大;结合现有湿地分布比例的结果表明,在三江平原的19个受湿地影响的市县中,有2个一级恢复区,6个二级恢复区,9个三级恢复区和2个四级恢复区。研究为今后三江平原湿地恢复行动的时空顺序确定提供了参考,同时为缺少生物多样性历史监测数据的区域提供了快速的湿地恢复评估方法。     

若尔盖高原湿地土壤-植物系统有机碳的分布与流动

 湿地碳素变化对全球气候变化的影响一直是国内外湿地研究的热点。国内对沼泽湿地碳循环的研究主要集中在三江平原,其它地区则鲜见报道。若尔盖高原位于全球气候变化最敏感的区域之一——青藏高原的东北部,冷湿的气候条件下沼泽十分发育,泥炭贮量丰富,沼泽面积和泥炭资源贮量均居中国首位。为了评估该区湿地在全球气候变化中的作用,作者以该区分布最为广泛的3种沼泽植物群落——木里苔草（Carex muliensis）群落、乌拉苔草（Carex meyeriana）群落和藏嵩草（Kobresia tibetica）群落以及最为典型的3种湿地土壤——泥炭土、泥炭沼泽土和草甸沼泽土为对象,采用田间腐解试验方法,系统研究了高原湿地植物——土壤系统中有机碳的分布与流动,其目的在于：1)探明该区湿地土壤有机碳的数量与分布状况;2)了解植物碳在向土壤流动过程中的消失与残留情况。结果表明,若尔盖高原湿地土壤的有机碳含量一般较高且随土层加深而降低;在植物由活体—立枯—残落物的不同阶段,植物不同化学组分中碳的消失率各异,其中易分解组分碳的消失率最大（3种群落分别为61.37%、69.59%和66.34%）,木质素碳的消失率（44.53%～52.98%）略大于纤维素碳的消失率（38.23%～43.86%）,3种群落植物碳的总消失率分别为53.8%、60.03%和55.18%;3种群落的植物残落物在土壤中分解一年和两年后的残留碳量分别为30 g·m﹣2和25.5 g·m﹣2,而植物残根的相应数值则分别高达179～223 g·m﹣2和161～208 g·m﹣2,说明若尔盖高原湿地生态系统中植物残根是形成土壤有机碳的主要来源。由于该区湿地的生物量较高,有机碳的流动量也相应较大。     

近40年来若尔盖高原高寒湿地景观格局变化

基于Apack软件,通过选取景观面积指数、景观多样性指数和景观破碎化指数等景观格局指数,从景观水平上研究了近40a来若尔盖高原高寒湿地景观空间分布格局特征的动态变化过程.结果表明:(1)高寒湿地景观空间格局以自然湿地景观为主要特征,自然湿地景观的斑块数和平均斑块面积均明显高于人工湿地景观.沼泽湿地景观斑块数最多,面积最大,所占比例高于95%;(2)高寒湿地景观具有高度的空间异质性.若尔盖县湿地景观的面积最大,占该区湿地景观总面积的近50%,湿地率也居五县之首;红原县和玛曲县次之;阿坝县和碌曲县最小;(3)高寒湿地景观面积呈先减少后增加的变化趋势.但与20世纪60年代相比,2000年湿地景观面积仍呈萎缩状态,总面积减少59857.83 hm2;(4)近40a来,若尔盖高原湿地景观呈集中连片分布,聚集度均高于0.95;优势度水平较高,但多样性指数水平较低.湿地景观的斑块数呈先下降后持平的变化趋势,而平均斑块面积则表现为增加的变化趋势;湿地景观分布质心也发生了明显的空间位移,经历了先向西北方向偏移12.54km;再向东南方向偏移了11.33km;最后又向北偏移了1.1km.     

若尔盖湿地退化过程中土壤水源涵养功能

若尔盖湿地是青藏高原上面积最大的沼泽湿地,也是长江、黄河两大河流的水源区,对区域水循环起重要调节作用。近年来在全球变化及放牧的影响下,若尔盖湿地出现了不同程度的退化。为了查明若尔盖湿地退化过程中水源涵养功能的变化趋势,2009年8月对该区域的沼泽草甸、草原草甸和沙化草甸3个阶段的土壤水源涵养功能进行了调查。结果为:若尔盖湿地由沼泽草甸向草原草甸和沙化草甸的退化过程中,土壤容重显著增加(P<0.01),毛管孔隙度和总孔隙度显著下降(P<0.01),且容重和孔隙度在土壤剖面自然分布规律也发生变化;沼泽草甸的土壤自然含水量、毛管持水量、最小持水量和最大持水量均显著高于草原草甸和沙化草甸(P<0.01);0-100 cm 深度范围内的沼泽草甸土壤的最大持水量(8486.27 t/hm²)显著高于草原草甸(4944.98 t/hm²)和沙化草甸(4637.96 t/hm²)(P<0.01)。土壤持水量与有机质含量、毛管孔隙度和总孔隙度有显著正相关(P<0.01),与土壤容重呈显著负相关(P<0.01),并受植被盖度和泥炭层厚度的影响。研究结果表明,若尔盖湿地退化过程中植被盖度、土壤有机质含量及泥炭层厚度的下降和土壤质地沙化是导致若尔盖湿地水源涵养功能下降的主要原因。     

全球意义的湿地

<正>"棒打狍子瓢舀鱼,野鸡飞到饭锅里",曾是三江平原自然生态生动的写照。这里草莽丛生,沼泽密布,野兽出没,人迹罕见,草甸、沼泽茫茫无际。然而,随着半个世纪的开垦,三江平原在为国家粮食供应做出巨大贡献的同时,生态环境也遭到极大破坏。随着国家对环境保护的重视,黑龙江省全面停止持续了半个世纪的三江平原垦荒,保护这块被称为"绿色湿地"的沼泽。如今的三江平原湿地同盐城沼泽湿地、若尔盖高原湿地、洞庭湖湖泊湿地一起被列入世界上新增加的拉姆萨尔湿地进行重点保护。     

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.     

若尔盖高原沙化沼泽区植物群落物种组成及其驱动因素

若尔盖高原沼泽区土壤沙化过程中植物群落的变化及其成因机制是亟待解决的区域关键科学问题之一。在若尔盖高原红原县沙化沼泽区,研究了土壤沙化梯度上植物群落种类组成、物种多样性、地上生物量的变化及其与土壤湿度、容重和孔隙度的关系。随着土壤沙化程度增加,群落特征种组替代顺序为华扁穗草(Blysmus sinocompressus)种组→高山嵩草(Kobresia pygmaea)种组→四川嵩草(K.setchwanensi)种组→黑褐穗苔草(Carex atrofusca subsp.minor)种组→粗壮嵩草(Kobresia robusta)种组;植物种数(单位样方物种丰富度和总种数)和地上生物量均表现为单峰变化格局,但植物种数峰值出现在极轻度沙化的高山嵩草群落,地上生物量峰值出现在中度沙化的四川嵩草-黑褐穗苔草群落;β多样性表现为"U"型变化格局,最高值出现在未沙化的华扁穗草群落,最低值出现在极轻度沙化的高山嵩草群落;土壤湿度对植物种多度影响最大,可解释总方差的24.8%,其次为土壤容重,可解释总方差的1.4%;沙化过程中土壤湿度是影响植物群落生态分布和种类构成的关键因素之一,尤其影响群落特征种的多度和分布。粗壮嵩草可考虑作为沙化土地植被恢复的先锋物种。     

北方典型沼泽湿地高低土壤水分下植物群落特征

北方沼泽湿地在水源供给、缓解水土流失、遏制草地沙化等方面具有重要作用,明确其植物群落物种组成和多样性特征对提升其生态系统服务功能具有重要意义。目前,在北方地区开展大尺度湿地植被调查的研究仍相对较少。土壤水分是驱动植物群落发展的主导环境因素之一,为了解高低土壤水分背景下湿地植物群落特征差异及关键驱动要素,对我国7个北方典型沼泽湿地的植物群落物种组成及多样性特征进行了调查,分析了植物群落物种组成及多样性特征与环境因子的关系,以及沼泽湿地植物群落内克隆植物的分布特征。研究结果发现不同沼泽湿地的植物群落物种组成和多样性差异显著,但无明显的地带性分布规律,物种分布呈现区域性。群落物种多样性受降水、温度、土壤养分等多种环境因素的共同影响。沼泽湿地高低土壤水分背景下植物群落的物种组成和多样性差异显著,低土壤水分下植物群落物种多样性指数显著高于高土壤水分下植物群落。低土壤水分下物种多样性主要受降水和总氮影响,而高土壤水分下物种多样性主要受温度和总磷的影响。高土壤水分下克隆植物物种数和盖度在沼泽湿地植物中占有较高的比例,表明克隆植物比非克隆植物更适应高土壤水分环境。研究结果表明了7个沼泽湿地植被的区域性...