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。     

基于胁迫梯度假说和互惠理论的海三棱藨草种群恢复技术

滨海湿地生态修复已成为阻止海岸带生态系统退化、保护生物多样性以及提供生态服务的关键措施。以长江口原生盐沼植物海三棱藨草(Scirpus mariqueter)为研究对象,选取崇明东滩新生滩涂湿地为研究区域,通过沿潮滩高程梯度的海三棱藨草植株斑块的移植实验,探究胁迫梯度假说和互惠理论(即种内的正相互作用)对长江口海三棱藨草种群恢复的指导意义。研究结果显示:(1)在一定的胁迫梯度范围内(潮滩高程2.0 m以上),增大种植斑块可以促进海三棱藨草的种内正相互作用,显著提高种植斑块的存活率和植株密度(P0.05);(2)潮滩水文动力沉积条件与潮滩高程梯度密切相关(P0.05),水文动力沉积作用对海三棱藨草定居和生长的胁迫随高程梯度下降而增强。潮滩高程2.0 m以下处强烈的水文动力条件干扰限制了生物-物理因素的正反馈作用。滨海湿地盐沼植被修复工作的成功率可以通过改进种植方式,增强种内的正相互作用得到极大的提高。研究可为开展大规模滨海湿地盐沼植被修复工程和提高生态修复效率提供科学依据和技术支持。     

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。     

基于CASA模型的长江口崇明东滩湿地植被净初级生产力与固碳潜力

湿地生态系统具有很强的储碳、固碳能力,在全球碳循环中占有重要地位.为了解盐沼的固碳能力,以崇明东滩南部典型盐沼潮沟体系为对象,结合实验观测与遥感影像解译,估算了盐沼湿地的净初级生产力,并探讨了环境变化下盐沼湿地固碳潜力的变化.结果 表明:盐沼植物净初级生产力表现出显著的时空差异,时间差异体现在年际和季节差异,即2013...     

长江河口潮间带盐沼植被分布区及邻近光滩鱼类组成特征

研究鱼类群落在不同生境中的差异或者变化,是评价与预测生境丧失、环境退化等对湿地生物多样性与生态系统功能影响的重要基础。2006年4—11月,在长江河口崇明东滩盐沼植被分布区(简称草滩)和邻近的光滩区域分别设置采样站位,每月大潮期采用定制插网对鱼类群落进行了取样调查。分析研究了长江河口潮间带盐沼植被分布区和邻近光滩区域的鱼类组成及其月际变化,并对影响鱼类分布的主要因子进行了探讨。调查期间共采集鱼类标本1638尾,分属9目14科22种;其中,淡水鱼类2种,定居性河口鱼类12种,海洋鱼类5种,洄游鱼类3种。植被分布区和光滩区域鱼类组成及优势种特征存在明显差异。调查期间,植被分布区记录鱼类13种,主要优势种为斑尾刺虾虎鱼(Acanthogobius ommaturus)、鲻(Mugil cephalus)和棱鮻(Liza carinatus)(IRI>20),其他种类基本不具有优势度特征(IRI<0.05);光滩区域记录鱼类20种,主要优势种鲻(IRI>20),其他包括斑尾刺虾虎鱼、狼牙鳗虾虎鱼(Taenioides rubicundus)、棱鮻和棘头梅童鱼(Collichthys lucidus)也具有一定的优势特征(20>IRI>10);两个区域共有种为11种,部分种类只出现在光滩或植被分布区,但主要优势种均为定居性河口鱼类。与世界其他河口盐沼湿地鱼类研究结果不同的是,光滩区域记录的鱼类物种数、个体数、生物量和整体物种多样性水平均高于植被分布区;光滩和植被分布区鱼类相应的量比关系存在明显的月际变化,但两种生境鱼类组成间的关联性和差异性均不显著。通过比较两种生境共有的优势种体长发现,长江河口盐沼植被分布区鱼类优势种的平均体长大于光滩区域,而且植被分布区部分优势种体长的上、下限范围也大于光滩区域。长江河口盐沼植被分布区,除了育幼场外,还是许多鱼类成鱼的重要栖息地。影响河口潮间带盐沼湿地鱼类组成与分布的主要因素包括鱼类自身的生物学与生活史特征、饵料生物的组成与分布、植被出现与表形特征等生物因素和水温、盐度、淡水径流、潮汐特性等非生物因素,其对长江河口潮间带盐沼湿地中鱼类群落的组成与分布的综合作用机理有待进一步研究。     

黄河三角洲湿地生态系统的形成及其保护

通过对黄河三角洲新生湿地的野外调查,利用TM陆地卫星影像图的判读,结合黄河尾闾变动的历史资料分析,结果表明,黄河三角洲新生湿地是多泥沙的黄河淤积和海岸蚀退所形成.受区域气候、地貌、地质沉积、土壤、植被的相互作用和互相影响,形成4.5×105hm2的湿地,其中有6.84×104hm2的人工湿地.湿地生态类型随着黄河尾闾摆动和海退陆进程度而变化,自海洋向陆地依次为潮下带水生生态系统潮间带湿地生态系统潮上带盐生生态系统芦苇獐茅湿地生态系统草甸湿地生态系统陆上农田生态系统.该系统资源丰富,共有野生动物1524种,鸟类300种,鱼类1040种.石油开发和近年来黄河断流对湿地产生一定影响,应在开发利用中加强管理和保护     

滨海盐沼湿地有机碳的沉积与埋藏研究进展

滨海盐沼湿地有着较高的碳沉积速率和固碳能力,在缓解全球变暖方面发挥着重要作用,而盐渍土壤是滨海盐沼湿地碳收支研究中最大的有机碳库,研究其碳沉积与埋藏对于理解滨海湿地碳收支有着重要的意义.本文从滨海盐沼湿地土壤有机碳的来源、土壤有机碳库与沉积速率、盐沼湿地有机碳的埋藏机制、全球变化与滨海盐沼湿地碳封存等几方面对滨海盐沼湿地有机碳沉积与埋藏的相关研究进行综述.今后研究应侧重:1)加强对控制滨海盐沼湿地碳储存变异的基本因素的进一步研究;2)对测量滨海盐沼湿地沉积物碳储量和沉积碳埋藏速率的方法进行标准化;3)对潮汐影响下滨海盐沼湿地碳与邻近生态系统之间的横向交换通量进行量化;4)探明全球变暖的影响和生产力的提高是否可以抵消因呼吸增强而造成的有机碳降解速率的升高.确定固碳速率变化驱动因子,理解气候变化和人类活动对碳埋藏的影响机制,有助于提升我国滨海盐沼湿地的固碳能力.     

滨海盐沼湿地有机碳的沉积与埋藏研究进展

滨海盐沼湿地有着较高的碳沉积速率和固碳能力,在缓解全球变暖方面发挥着重要作用,而盐渍土壤是滨海盐沼湿地碳收支研究中最大的有机碳库,研究其碳沉积与埋藏对于理解滨海湿地碳收支有着重要的意义.本文从滨海盐沼湿地土壤有机碳的来源、土壤有机碳库与沉积速率、盐沼湿地有机碳的埋藏机制、全球变化与滨海盐沼湿地碳封存等几方面对滨海盐沼湿地有机碳沉积与埋藏的相关研究进行综述.今后研究应侧重:1)加强对控制滨海盐沼湿地碳储存变异的基本因素的迸一步研究;2)对测量滨海盐沼湿地沉积物碳储量和沉积碳埋藏速率的方法进行标准化;3)对潮汐影响下滨海盐沼湿地碳与邻近生态系统之间的横向交换通量进行量化;4)探明全球变暖的影响和生产力的提高是否可以抵消因呼吸增强而造成的有机碳降解速率的升高.确定固碳速率变化驱动因子,理解气候变化和人类活动对碳埋藏的影响机制,有助于提升我国滨海盐沼湿地的固碳能力.     

黄河三角洲湿地生态系统的形成及其保护

通过对黄河三角洲新生湿地的野外调查,利用TM陆地卫星影像图的判读,结合黄河尾闾变动的历史资料分析,结果表明,黄河三角洲新生湿地是多泥沙的黄河淤积和海岸蚀退所形成.受区域气候、地貌、地质沉积、土壤、植被的相互作用和互相影响,形成4.5×10⁵hm²的湿地,其中有6.84×10⁴hm²的人工湿地.湿地生态类型随着黄河尾闾摆动和海退陆进程度而变化,自海洋向陆地依次为潮下带水生生态系统潮间带湿地生态系统潮上带盐生生态系统芦苇獐茅湿地生态系统草甸湿地生态系统陆上农田生态系统.该系统资源丰富,共有野生动物1524种,鸟类300种,鱼类1040种.石油开发和近年来黄河断流对湿地产生一定影响,应在开发利用中加强管理和保护.     

崇明东滩湿地不同盐沼植物群落土壤碳储量分布

海岸带盐沼植被的高生产力对湿地土壤碳库的形成具有重要意义.本文研究了长江口崇明东滩湿地3种主要盐沼植物(芦苇、互花米草和海三棱藨草)群落生物量差异、土壤碳储量时空动态和垂向分布特征.结果表明： 湿地盐沼植被总生物量表现为互花米草群落(5750.7 g·m^-2)>芦苇群落(4655.1 g·m^-2)>海三棱藨草群落(812.7 g·m^-2),且地上生物量在夏、秋季最高,地下生物量在冬季最高.湿地土壤碳储量(0～50 cm)在春季最低,随后逐渐增加,至冬季达到最大值.土壤碳储量年增量从高潮滩向低潮滩递减,表现为芦苇群落(711.8 g·m^-2)>互花米草群落(646.2 g·m^-2)>海三棱藨草群落(185.3 g·m^-2)>光滩(65.6 g·m^-2).光滩土壤碳储量在25～30 cm处最高,海三棱藨草、互花米草和芦苇群落土壤碳储量分别在10～15、30～35和30～40 cm处达到最大值,且不同群落土壤碳储量与植被地下生物量具有显著的线性关系.     

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 草(Scirpus mariqueter)群落、芦苇(Phragmites australis)群落和互花米草(Spartina alterniflora)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、815~824 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。     

上海市潮滩湿地大型底栖动物的空间分布格局

通过对上海市6个典型潮滩湿地（崇明东滩、崇明北滩、九段沙、青草沙、南汇边滩和杭州湾北岸）的调查,共记录到大型底栖动物112种,甲壳动物、软体动物和环节动物分别占总物种数的51．8％、22．3％和18．8％。6个潮滩湿地中大型底栖动物生物量的空间分布呈现一致的规律,即高潮区〉中潮区〉低潮区;在生物量构成中,甲壳动物是最为重要的类群,其总体平均相对贡献率在51％～97％之间,软体动物的总体平均相对贡献率在2％～48％之间。大型底栖动物密度的空间分布在地点间存在较大差异,在崇明东滩、九段沙和杭州湾北岸湿地中,软体动物在数量上占优势;而在崇明北滩、青草沙和南汇边滩,甲壳动物却是优势类群。与20世纪80和90年代的调查资料相比,近20多年来上海市潮滩湿地中大型底栖动物生物量明显增加,但群落结构发生了根本改变,优势类群由个体较小的软体动物转变为平均体重较大的甲壳动物,这主要与人类活动（过度采捕、环境污染和生物促淤等因素）的强度干扰有关,也反映上海市潮滩湿地的环境质量和生态功能正在逐步下降。     

遥感与GIS支持下的崇明东滩迁徙鸟类生境适宜性分析

崇明东滩鸟类自然保护区位于长江入海口,是国际迁徙鸟类重要的栖息地.受自然和社会因素影响,该地区鸟类栖息环境正处于快速变化.研究采用面向对象的图像分割方法提取鸟类生境适宜性多边形评价单元,根据近年来野外调查数据分析了影响迁徙鸟类生存的地类、植被、潮沟、底栖生物等关键环境因素,建立了鸟类与关键环境影响因素的定性定量关系.在此基础上利用GIS空间分析方法和技术,进行了崇明东滩鸟类保护区内主要四大鸟类种群雁鸭类、鸻鹬类、鹭类以及鸥类的生境适宜性分析.结果表明:(1)崇明东滩迁徙鸟类生境较适宜的面积占保护区总面积40%左右;(2)光滩区域、与光滩邻近的海三棱藨草带以及潮沟地带是鸟类生境适宜性较好的地理区域;(3)基于面向对象的遥感分析技术和GIS空间分析技术,能有效且简便地对生态环境处于快速动态变化中的物种生境适宜性进行快速、客观准确的分析评价,其结果可为崇明东滩鸟类种群及其生存环境规划、保护和管理提供基础科学依据.     

Potential for Sudden Shifts in Transient Systems: Distinguishing Between Local and Landscape-Scale Processes

Thorough understanding of the potential for threshold dynamics and catastrophic shifts to occur in natural systems is of great importance for ecosystem conservation and restoration. However, verifying the presence of alternative stable states, one of the theoretical explanations for sudden shifts in natural systems, has proven to be a major challenge. We examine processes on local and landscape scales in salt-marsh pioneer zones, to assess the presence of alternative stable states in this system. To that end, we investigated the presence of typical characteristics of alternative stable states: bimodality and threshold dynamics. We also studied whether vegetation patches remained stable over long time periods. Analysis of false-color aerial photographs revealed clear bimodality in plant biomass distribution. By transplanting Spartina anglica plants of three different biomass classes on three geographically different marshes, we showed that a biomass threshold limits the establishment of Spartina patches, potentially explaining their patchy distribution. The presence of bimodality and biomass thresholds points to the presence of alternative stable states and the potential for sudden shifts, at small, within-patch scales and on short time scales. However, overlay analysis of aerial photographs from a salt marsh in The Netherlands, covering a time span of 22 years, revealed that there was little long-term stability of patches, as vegetation cover in this area is slowly increasing. Our results suggest that the concept of alternative stable states is applicable to the salt-marsh pioneer vegetation on small spatio-temporal scales. However, the concept does not apply to long-term dynamics of decades or centuries of heterogeneous salt-marsh pioneer zones, as landscape-scale processes may determine the large-scale dynamics of salt marshes. Hence, our results provide the interesting perspective that threshold dynamics may occur in systems with, on the long term, only a single stable state. Author Contributions: Bregje van Wesenbeeck executed the major part of this research and wrote this paper. Johan van de Koppel was involved in every part of this study and restructured major parts of this paper. Peter Herman helped with statistical analyses. Mark Bertness adjusted the design of this study and provided new views. Daphne van der Wal performed GIS analyses. Jan Bakker supervised and facilitated field work. Tjeerd Bouma supervised design of study and paper and substantially contributed to the writing of this paper. All authors commented on several drafts of this paper.     

Evaluation of ecosystem health for the coastal wetlands at the Yangtze Estuary, Shanghai

Despite the growing awareness of the important ecological functions and values provided by coastal and estuarine wetlands, wetland degradation continues worldwide due to increasing anthropogenic disturbances. Chongming Dongtan wetlands, adjacent to Shanghai, the largest city and industrial and trading port in China in rapid urban expansion and socioeconomic development are currently threatened with biodiversity reduction, wetland loss, contamination, and invasion of exotic plant. Sustainable protection and management of Dongtan Nature Reserve necessitate research to develop diagnostic tools and indicators for a comprehensive and objective assessment of wetland ecosystem health condition. Based on the pressure-state-response framework and ecological and environmental surveys at the Dongtan wetlands, an indicator system was established for evaluating the coastal wetlands ecosystem health, using indicators detected from satellite imagery and current field surveys. Through the establishment of health assessment units and spatial quantification of the indicators, the spatial clustering analysis, integrated with remote sensing and geographic information system technique was applied to make an accurate diagnosis of ecosystem health for Chongming Dongtan wetlands and highlight the areas in subhealthy and unhealthy condition and urgent need of conservation and management. The results from this research indicated that the ecosystem health condition at the Dongtan wetlands showed spatial variation, to a certain extent, corresponding to the distributions of elevation and land cover types. More than 75 % of the total study area was at a relatively healthy level, with 34.19 km² for the very healthy zone and 41.08 km² for the healthy zone, while the subhealthy and unhealthy zones covered 18.23 and 4.76 km², respectively. This study demonstrated the potential for this integrated approach to give objective and effective evaluation of ecosystem health for the dynamic coastal and estuarine wetlands and provide up-to-date information to assist with early warning for ecological security and management decisions for Chongming Dongtan Nature Reserve.     

Sediment characteristics of a restored saltmarsh and mudflat in a managed realignment scheme in Southeast England

Sediment characteristics and vegetation composition were measured in a restored and natural saltmarsh and mudflat at Wallasea Island managed realignment scheme (Essex, UK) from January to December 2007. The similar sediment characteristics in the restored and natural mudflat indicated that the sediment in the restored mudflat was approaching natural conditions. However, the sediment characteristics in the restored saltmarsh were not becoming similar to those in the natural saltmarsh. The sediment moisture content, organic matter content and porosity were lower while the sediment bulk density, salinity and pH were higher in the restored compared to the natural saltmarsh. The dissimilarities were mainly due to differences in the vegetation abundance and organic matter content. Although, 18 months after restoration the restored saltmarsh was only sparsely vegetated and there was no net change in the sediment characteristics, the occurrence of Salicornia europaea L. demonstrated that pioneer saltmarsh vegetation establishment preceded the development of sediment characteristics.     

盐地碱蓬盐沼与相邻泥质滩涂湿地迁徙期鸻鹬类的群落组成及行为差异

盐地碱蓬(Suaeda salsa)盐沼湿地是黄渤海地区河口区域的重要湿地类型, 是水鸟迁徙停歇期的重要栖息地。本研究以辽河口国家级自然保护区为研究地点, 通过对盐地碱蓬盐沼湿地和相邻泥质滩涂两个固定样区连续三年的水鸟组成调查和行为观察, 分析盐地碱蓬盐沼湿地在鸻鹬类多样性维持和栖息地利用中的作用。共记录到鸻鹬类水鸟28种6,348只次, 其中盐地碱蓬湿地记录到4科13种, 泥质滩涂记录到4科27种, 泥质滩涂的物种多样性显著高于盐地碱蓬盐沼湿地。此外, 盐地碱蓬盐沼湿地与相邻的泥质滩涂的鸻鹬类鸟类群落组成存在较大差异, 盐地碱蓬盐沼湿地的鸟类群落组成以体型较大的大杓鹬(Numenius madagascariensis)、白腰杓鹬(N. arquata)、灰鸻(Pluvialis squatarola)等为主, 而泥质滩涂以环颈鸻(Charadrius alexandrinus)、黑腹滨鹬(Calidris alpina)等小型鸻鹬类为主, 这说明两种生境在鸟类多样性维持中具有不同的功能。行为分析发现, 泥质滩涂中栖息鸟类的主要行为为取食(58.71%-93.26%), 而盐地碱蓬盐沼湿地鸟类的行为既包括较大比例的取食, 也包括休息, 特别是在春季迁徙期。这进一步说明, 两种生境在水鸟的栖息地利用中具有一定的生态功能差异。尽管盐地碱蓬盐沼湿地记录到的鸟类物种数和数量均低于泥质滩涂, 但是, 两种生境中存在较大比例的共同分布物种, 这说明其生态功能具有较强的生态互补性, 二者作为一种独特的湿地景观组合, 在鸻鹬类迁徙停歇期的栖息地利用和物种多样性维持中发挥着不可替代的作用。     

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。