垦殖对沼泽湿地CH4和N2O排放的影响

三江平原是我国最大的沼泽化低平原,同时也是受人类活动影响最剧烈的区域之一。选取三江平原两类典型湿地-常年积水的毛果苔草(Carexlasiocapa)沼泽和季节性积水的小叶章(Deyeuxia angustifolia)草甸及其垦殖水田和旱田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法进行CH4和N2O的田间原位观测。研究结果表明,垦殖导致沼泽湿地CH4排放量大幅度降低,而N2O排放量有所升高。三江平原沼泽湿地、水田、旱田的CH4排放量分别为329.56、94.82kg.hm-.2a-1和-1.37kg.hm-.2a-1,N2O排放量分别为1.93、2.09kg.hm-.2a-1和4.90kg.hm-.2a-1。沼泽湿地垦殖使CH4和N2O的综合温室效应降低,在20a到500a的时间尺度上,水田综合GWP为沼泽湿地的30.8%~37.9%,旱田综合GWP仅为沼泽湿地的6.0%~28.7%。垦殖同时也改变了沼泽湿地对大气CO2的源汇功能,2004年,小叶章草甸、水田和旱田碳排放量分别为-3.08、1.79t.hm-2和3.35t.hm-2,沼泽湿地垦殖为旱田后碳源的功能较水田更强。     

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。     

三江平原沼泽湿地生态承载能力综合评价

从湿地水资源、土地资源、水环境、生物资源等多方面入手,研究湿地生态系统的承载能力,采用分级评价方法,建立分级评价指标和承载模式,评价了沼泽湿地生态系统的生态弹性度、资源与环境承载力和承载压力度。利用基于加速遗传算法的层次分析技术确定承载模型的权重,计算得出的排序权值具有结果稳定、计算精度高的特点。应用到三江平原沼泽湿地生态承载力的综合评价中,结果表明整个三江平原大部分生态系统处于中稳、较高承载、中低压区。这说明三江平原生态承载能力比较高,人口压力不大,但要进一步提高生态承载能力,则需改善沼泽湿地生态环境,提高水资源利用效率。     

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。     

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.     

基于水生态因子的沼泽安全阈值研究——以三江平原沼泽为例

在分析沼泽的蒸发,蒸腾,降雨,产流等水循环节和沼泽水量的季节动态基础上,利用系统动力学原理和方法对沼泽湿地蓄水量进行动态仿真,以预测沼泽蓄水量的动态变化;通过对比研究,分析沼泽的冷湿效应及其与治泽面积消长的相互关系,建立相关的统计模型;再通过植物生长的现场实验,研究沼泽代表植物对水分条件的依赖性,找出沼泽最小生态需水量临界;最后以沼泽最小生态需水量临界值为依据,结合统计模型和沼泽蓄水量动态仿真手段,计算沼泽的安全阈值,对三江平原沼泽湿地的案例分析验证了该方法的可行性。     

气候变化对东北沼泽湿地潜在分布的影响

东北地区是我国沼泽湿地分布最广泛的地区。为研究沼泽湿地对气候变化的响应,选取了对沼泽湿地分布可能存在影响的26个环境因子,利用最大熵(Maximum Entropy, MaxEnt)模型模拟了沼泽湿地基准气候条件下的潜在分布,并预测了气候变化情景下2011-2040 年、2041-2070 年和2071-2100 年3个研究阶段东北沼泽湿地潜在分布。研究结果表明:最大熵模型预测精度较高(平均AUC(Aera Under Curve)为(0.826±0.005))。基准气候条件下东北沼泽潜在分布区主要为大小兴安岭和三江平原地区。随着时间的推进,东北地区沼泽湿地原有潜在分布面积明显减少,而新增潜在分布面积较少,总面积呈现急剧减少趋势。至2071-2100年,原有沼泽湿地潜在分布面积将减少99.80%,新增潜在分布面积仅2.48%,总潜在分布面积减少97.32%。空间分布上,东北沼泽湿地潜在分布呈现由东向西迁移,南北向中心收缩的趋势。研究结果可为东北地区沼泽湿地保护政策的制定提供参考。     

垦殖对沼泽湿地土壤呼吸速率的影响

三江平原是我国最大的沼泽化低平原,同时也是受人类活动影响最剧烈的区域之一。选取三江平原两类典型湿地-常年积水的毛果苔草(Carex lasiocapa)沼泽和季节性积水的小叶章(Deyeuxia angustifolia)草甸及由其垦殖的水田和旱田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法对土壤呼吸速率进行了观测。研究结果表明,小叶章草甸与毛果苔草沼泽土壤呼吸速率的季节变化形式相同,为单峰型,在夏季出现排放峰值,而冬季呼吸速率最低。沼泽湿地垦殖为旱田后,土壤呼吸速率的季节变化形式未发生变化,但垦殖为水田后,土壤呼吸速率排放峰值的时间延后在秋季出现。毛果苔草沼泽、小叶章草甸、旱田及水田通过土壤呼吸释放的碳量分别为(3.1±0.4)、(4.8±0.7)、(2.8±0.4)、(2.2±0.3)tC.hm-2.a-1。毛果苔草沼泽土壤呼吸速率低于小叶章草甸是由沼泽湿地的积水环境差异造成的,而沼泽湿地垦殖为农田后土壤呼吸作用减弱,主要是由于垦殖后土壤有机碳含量大幅降低所致。相关分析表明,温度和土壤湿度(或积水深度)是影响土壤呼吸速率的重要因素,温度与小叶章草甸、毛果苔草沼泽以及旱田土壤呼吸速率呈显著指数关系,Q10值分别为2.1、2.5和1.8,沼泽湿地垦殖为旱田后温度敏感性指数降低,主要是由于土壤微生物营养源减少从而对微生物营养供应受限造成的。小叶章草甸、毛果苔草沼泽、旱田以及水田土壤呼吸速率与土壤湿度/积水深度之间的关系可用线性或二次曲线方程来描述。     

三江平原沼泽湿地群落演替系列β多样性

选择三江平原沼泽湿地4个群落演替系列,采用样方法研究其β多样性的变化.结果表明:以水分条件最充分的群落为起点,随着水分梯度递减和水平距离的增大,各群落与起始群落的相似性系数呈减小趋势.不同演替系列内群落间物种更替速率从低地向高地呈现增大趋势.各系列的基本演替趋势是物种数逐渐增多,共有种逐渐减少,群落间卢多样性增大.演替机制分析支持了"初始植物区系组成说".在三江平原沼泽湿地中,小叶章的优势地位将进一步扩大.     

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。     

三江平原沼泽湿地群落演替系列β多样性

选择三江平原沼泽湿地4个群落演替系列,采用样方法研究其β多样性的变化.结果表明:以水分条件最充分的群落为起点,随着水分梯度递减和水平距离的增大,各群落与起始群落的相似性系数呈减小趋势.不同演替系列内群落间物种更替速率从低地向高地呈现增大趋势.各系列的基本演替趋势是物种数逐渐增多,共有种逐渐减少,群落间β多样性增大.演替机制分析支持了“初始植物区系组成说”.在三江平原沼泽湿地中,小叶章的优势地位将进一步扩大.     

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.     

1985-2015年向海沼泽湿地斑块稳定性的空间变化

湿地稳定性对湿地生态系统的结构和功能起着至关重要的作用。为了研究湿地斑块稳定性的区域分异规律及时空动态变化,采用专家打分法,在斑块尺度上构建了湿地斑块稳定性模型,并以遥感影像为数据源,对1985-2015年的向海自然保护区及其周边地区沼泽湿地斑块稳定性的时空变化进行研究。结果表明：1985年与2015年的沼泽湿地斑块稳定性呈现中部最强、东部最弱、西部较强的特点;1985-2015年间研究区沼泽湿地斑块稳定性总体向东偏移,空间集聚性增强;1985-2015年研究区沼泽湿地斑块稳定性呈上升趋势,空间结构性变弱,离散程度增强;1985年沼泽湿地斑块稳定性由核心区向外逐渐递减,而2015年实验区的沼泽湿地斑块稳定性大于缓冲区。研究结果向海自然保护区及其周边地区沼泽湿地的规划与管理提供合理性建议。     

排水对三江平原和若尔盖沼泽生态影响的比较

沼泽是重要的湿地生态系统类型之一,蕴藏着丰富的生物和泥炭资源,排干后可开垦耕地、育林或辟为牧场。自20世纪60年代以来,我国农、林、畜牧业发展对土地需求急剧扩大,排水疏干成为自然沼泽湿地退化的主要原因之一。本文比较了中国最大的两处沼泽湿地——三江平原和若尔盖高原沼泽湿地排水前后景观格局、植物群落和土壤特征的变化。排水后三江平原和若尔盖高原沼泽湿地面积减少,出现不同程度沼泽破碎化;植物群落呈现从沼生到中生的演替;土壤表层有机质分解加速,使土壤碳、氮及其他营养元素含量下降。排水后水位下降是使沼泽湿地生态特征发生变化的主要驱动因子。排水后土地利用方式不同,两处沼泽湿地在景观破碎化模式、土壤营养元素变化等方面具有差异。     

三江平原典型下垫面FAO Penman-Monteith模型适用性分析

提高蒸散量估算精度对于研究地表能量和水分平衡具有重要意义.基于涡度相关系统测量值和小气候观测资料,比较分析了FAO Penman-Monteith模型对三江平原典型下垫面沼泽湿地、水稻和大豆田蒸散量的模拟效果,以探讨模型在该区的适用性.结果表明:作物系数采用FAO推荐值时,FAO Penman-Monteith模型对沼泽湿地蒸散量的模拟值明显高于测量值,平均高估81.8%,模拟效率(ME)为负值,说明该模型不适用于沼泽湿地;该模型能够模拟水稻和大豆田蒸散量季节变化,且对稻田的模拟效果明显优于大豆田.沼泽湿地、水稻和大豆田3种类型下垫面的作物系数(Kc)值与叶面积指数(LAI)均呈极显著正相关关系,大豆田的Kc值还与饱和水汽压差(VPD)呈极显著负相关关系.依据线性回归方程校正Kc值后,FAO Penman-Monteith模型对沼泽湿地、水稻和大豆田估算精度均显著提高,平均偏差(MBE)为-0.1~0.3 mm·d-1,均方根误差(RMSE)为0.50~0.67 mm·d-1,ME为0.69~0.85,对水稻田蒸散量的模拟效果最好.无论是否校正作物系数,FAO Penman-Monteith模型都适用于模拟三江平原稻田蒸散量,如果用于模拟沼泽湿地和大豆田蒸散量,则必须要校正作物系数.     

三江平原土地利用/覆被变化对区域植被碳储量的影响

通过历史时期地图数字化和遥感图像解译得到三江平原1954～2005年的6期土地利用/覆被数据。根据IPCC《2006指南》提供的方法,评估土地利用/覆被变化对三江平原植被碳储量的影响。结果表明:三江平原1954～2005年土地利用/覆被变化显著,农田大面积增加,沼泽湿地、林地、草地面积锐减;土地利用/覆被变化主要发生在农田、沼泽湿地、林地和草地之间;农田是沼泽湿地、林地、草地的主要转出对象,林地的主要转入来源为农田和草地,沼泽湿地的主要转入来源为农田和林地。1954～2005年共有1.07×10³km²林地、5.73×10³km²草地和2.59×10⁴km²沼泽湿地转出为农田。土地利用/覆被变化导致三江平原植被碳储量不断减少,1954～2005年三江平原植被碳储量共减少57.48Tg。林地、沼泽湿地、草地向农田的转化及林地向草地、沼泽湿地的转化导致植被碳储量减少97.06Tg,农田向林地、沼泽湿地、草地的转化及草地、沼泽湿地向林地转化导致植被碳储量增加39.58Tg。     

沼泽湿地垦殖前后土壤温度变化及其对土壤热状况的影响

沼泽湿地具有重要的生态与环境功能,其对全球气候变化较为敏感,土壤温度变化能够很好地指示气候的波动.沼泽湿地土壤温度呈明显的"正弦曲线"型年、季动态,不同深度土壤年均温度呈"U"型特征.5～9月份沼泽湿地10 cm土壤平均温度为11.69±3.04℃,垦殖后农田土壤为1.80±3.41℃.沼泽湿地土壤8、9月份土壤呼吸分别为156.41±76.91 mg·m^-2·h^-1和116.75±57.43 m^-2·h^-1,是同时期农田土壤呼吸通量的14.6%和13.1%,土壤温度与土壤呼吸通量呈显著正相关关系.     

沼泽湿地垦殖前后土壤温度变化及其对土壤热状况的影响

沼泽湿地具有重要的生态与环境功能,其对全球气候变化较为敏感,土壤温度变化能够很好地指示气候的波动.沼泽湿地土壤温度呈明显的"正弦曲线"型年、季动态,不同深度土壤年均温度呈"U"型特征.5～9月份沼泽湿地10 cm土壤平均温度为11.69±3.04℃,垦殖后农田土壤为1.80±3.41℃.沼泽湿地土壤8、9月份土壤呼吸分别为156.41±76.91 mg·m^-2·h^-1和116.75±57.43 m^-2·h^-1,是同时期农田土壤呼吸通量的14.6%和13.1%,土壤温度与土壤呼吸通量呈显著正相关关系.     

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。     

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。