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.     

若尔盖高原湿地甲烷排放的时空异质性

集中于北美落基山高山湿地甲烷排放的零星报道远不能解析全球高山湿地甲烷源强. 因此,世界范围内其他区域高山湿地甲烷排放的研究对于合理估计全球高山湿地甲烷源强,意义重大.采用静态箱-气相色谱法,基于3种典型湿地类型的甲烷排放数据,认为若尔盖高原湿地生长季甲烷的平均排放量为4.69 mg CH4 m-2 h-1.同时根据2a数据,初步分析了甲烷通量及其对环境因素和生物因素的响应特征,结果表明:(1)甲烷排放昼夜变化具有双峰模式 (主峰出现在15:00,次峰出现在06:00),可由土壤温度以及植物气孔开启来解释.(2)若尔盖湿地甲烷排放季节动态较为典型,即在7月份或8月份出现排放高峰,冬季甲烷排放较少.生长季,对3类群落类型,表面温度与甲烷排放显著相关 (r2=0.55,P<0.05,n=30),地表水位和植物群落高度与甲烷排放相关性更为显著 (r2=0.32,0.61,P<0.01,n=30).分析认为该季节节律是由温度以及植物生长状况直接影响的,而水位则是使该节律发生波动的原因(高原气候).(3)群落尺度下,物候学上相当重要的两个时期,甲烷排放通量均有较高的空间变异 (植物生长高峰变异系数为38%,积雪融化高峰为61%).通过逐步回归线性分析,发现植物生长高峰期,地表水位和群落高度是影响甲烷排放空间差异的主要因素 (r2= 0.43,0.59,P<0.01,n=30).(4)景观尺度下,生长季,景观尺度下甲烷排放有较大的空间变异,湖滨湿地甲烷平排放量最高为11.95 mg CH4 m-2h-1,其次为宽谷湿地,其排放量为2 12 mg CH4 m-2h-1,河岸湿地表现为甲烷吸收,其吸收量为0.007 mg CH4 m-2h-1.地表水位、植物地上生物量以及植物高度能够很好地解释甲烷排放的景观差异.     

黄河首曲玛曲县高寒湿地景观格局演变

高寒湿地是青藏高原地区最重要的生态水源涵养区之一, 也是局部气候的有效调节者, 其动态变化与成因亟待深入研究。该研究基于遥感图像分析、地理信息系统空间分析和景观生态指数分析结合的方法, 以黄河首曲玛曲县高寒湿地为研究对象, 对1995-2018年6期湿地的动态变化进行研究。结果表明, 研究区湿地在1995-2010年间不断退化, 1995-2010年湿地面积总共减少了18 680.31 hm²。在2010-2018年间黄河首曲高寒湿地面积有所增加, 但与20世纪90年代相比, 21世纪初开始湿地的面积普遍呈现下降趋势; 1995-2010年湿地斑块数不断增加, 斑块密度不断增大, 平均斑块面积下降, 景观的破碎度升高; 2010-2015年湿地斑块数和斑块密度减少, 2015-2018年湿地斑块数和斑块密度增加, 平均斑块面积先增大后减小, 景观的破碎度先降低后升高。1995-2010年研究区高寒湿地景观Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数均呈现下降的趋势, 湿地的景观结构趋于简单, 景观类型分布更加集中。2010-2018年湿地景观Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数均呈现上升趋势, 湿地的景观结构趋于复杂, 景观类型增加且分布更加分散。进一步的驱动力分析表明, 引起黄河首曲高寒湿地景观格局演变的主要因素是蒸发量和降水量, 其次是人口数量和大牲畜数量等人类活动影响。气候因子是影响黄河首曲高寒湿地面积变化的主要原因, 过度的人类经济活动在一定程度上加剧了湿地的变化。     

二维与三维景观格局指数在山区县域景观格局分析中的应用

景观格局指数是景观格局分析中常用的定量分析工具,而传统二维景观格局指数却忽略了地形对景观的影响,在定量描述山区景观格局时可能存在一定局限.本文以典型山地丘陵区山东栖霞市为研究区,在地形结构分析的基础上,选择面积/密度(类型面积、平均斑块大小)、边缘/形状(边缘密度、景观形状指数、平均斑块分维数)、多样性(香农多样性指数、香农均匀度指数)、聚散性(聚集度)4个方面的8个景观格局指数,比较分析传统二维景观格局指数与三维景观格局指数对山区景观格局及其动态变化定量描述的差异.结果表明:三维类型面积、平均斑块大小和边缘密度与其相应二维指数差异显著,三维景观形状指数、平均斑块分维数、香农多样性指数和香农均匀度指数与其相应二维指数差异不显著,三维聚集度与二维聚集度无差别.由于采用斑块表面面积和表面周长计算三维景观格局指数,采用各斑块的投影面积和投影周长计算二维景观格局指数,所以在描述山区景观面积、密度、边界等指标时三维景观格局指数相对精确,但在测定景观形状、多样性和聚散性等指数时,则与传统的二维景观格局指数差异不显著.三维景观格局指数引入了地形特征,对景观格局及其动态变化的反映相对精确.     

放牧对若尔盖高原湿地CH4排放的影响

湿地是大气甲烷(CH_4)的主要排放源,而有关放牧对湿地CH_4排放的影响特征仍未得到足够的报道。因此,通过静态箱法,研究了放牧对四川省若尔盖高原湿地CH_4排放的影响,CH_4气体通过快速温室气体分析仪测量。结果表明:放牧样地和围栏内样地生长季CH_4排放量为(31.32±19.57)g/m~2和(30.31±23.46)g/m~2,它们之间无差异显著;但是集中放牧期间(7—9月),放牧样地(21.01±12.35)g/m~2较围栏内样地显著增加了CH_4排放量为54.3%。2014年生长季期间通过刈割植物模拟放牧表明两种刈割强度CH_4排放量为(5.01±5.37)g/m~2和(4.69±5.99)g/m~2,较未刈割样地(1.15±1.89)g/m~2增加了335.9%和308.0%,其原因可能是放牧或者刈割减少地表植物生物量,降低植物高度,缩短了CH_4排放的路径距离。该结果可为我国高原湿地保护与管理决策提供基础数据支撑。     

荒漠景观下柠条豆象的空间分布及其对景观斑块格局的反应

柠条豆象Kytorhinus immixtus Motschulsky是危害柠条种子的主要种实害虫之一。本文应用了多个聚集度指标和回归分析方法,研究探讨了柠条豆象卵、幼虫在宁夏盐池、灵武、银川等荒漠景观中11个生境斑块中的空间分布型及种群对景观斑块格局的反应情况。结果表明:在11个景观样地中,柠条豆象卵和幼虫在各种生境斑块中均呈聚集型的负二项分布;卵和幼虫空间分布的Iwao回归方程分别为m*=2.23695+1.64742m(r=0.8273)和m*=2.24418+1.42084m(r=0.8889)、Taylor幂模型分别为logS2=0.51292+1.41118logm(r=0.9344)和logS2=0.59645+1.14736logm(r=0.9786),种群分布的基本成分为个体群,个体间相互吸引,有密度依赖性,聚集主要由环境因素和种间竞争引起的,聚集强度随种群密度的升高而增加。在荒漠景观下,柠条豆象的种群发生与寄主植物的种类、在斑块内的分布格局有着密切的关系,与斑块面积相关性较低(R2=0.1995)。主成分分析显示柠条林生长的土壤类型、生长方式是影响柠条豆象寄生的主要因素。     

生态植被建设对黄土高原农林复合流域景观格局的影响

自1999年以来,黄土高原大规模地实施了退耕还林工程,生态环境呈显著恢复态势。采用2002年和2008年两期Spot5遥感影像,评估了退耕还林工程实施前后黄土高原典型农林复合流域土地利用与景观格局的动态变化。结果表明:在退耕还林工程实施的驱动下,流域土地利用变化剧烈,总变化率高达36.77%,主要变化的土地利用类型包括耕地、果园、幼林地、林地等。28.95%的耕地转为其他土地利用类型,其中48.83%转为果园,44.69%转为幼林地。景观格局变化呈明显的空间分布规律,山腰缓坡区以转化为果园为主,中、高海拔多转化为幼林地。退耕后流域生态景观得以优化,呈现良好发展态势。     

若尔盖高原湿地木里苔草生理生态特征对水深梯度的响应

木里苔草作为一种典型的高原湿地植被景观,其生理生态特征受到水深梯度变化的显著影响。选取若尔盖高原沼泽湿地典型植物木里苔草（Carex muliensis）作为研究对象,通过模拟实验,研究了其在-5cm、-3.5cm、0cm、8cm和22cm水深梯度下株高、叶长和叶宽的生长特征及增长量的变化规律,以及叶绿素、叶氮和生物量的变化趋势。结果表明：木里苔草在水深为8cm时呈现最大的株高、叶长和叶宽,其中以株高对水深梯度的响应最为显著,叶宽对水深梯度的响应并不明显,适度干旱或淹水都对木里苔草生长起到促进作用。此外,叶绿素、叶氮含量和生物量也都在8cm水位下达到最大。通过此实验,可以阐明木里苔草生长对水深条件的响应,为若尔盖湿地保护和恢复提供数据支撑与实践依据。     

若尔盖高原土地利用变化对生态系统服务价值的影响

运用GIS和遥感技术分析了若尔盖高原1990年、2000年和2005年的土地利用/覆盖特征, 在此基础上, 使用生态价值系数(C)计算出该区生态系统服务价值, 并使用敏感性指数(CS)对所选的C值进行验证. 结果表明, 该区域1990-2005年间生态系统服务价值从603.10?108元减少到586.07?108元, 共损失17.03?108元, 且损失量和损失幅度呈加速增加趋势; 该区域生态系统服务价值中, 废物处理价值最高, 水源涵养价值次之, 食物生产价值最低, 且各服务类型的价值均呈持续减小趋势; 若尔盖高原1990和2005年人均生态系统服务价值分别为38.93万元和27.03万元, 表明若尔盖高原由于人口增长和土地退化, 环境压力呈明显增大趋势. 湿地和草地退化是导致该区域生态系统服务价值减少的主要原因, 尤其是湿地退化. CS检验说明本文所选C值较为合理.     

黄土丘陵小流域景观格局指数的粒度效应

采用基于GIS的景观格局分析法,研究了1975-2007年黄土丘陵沟壑区大南沟小流域景观格局指数在1～50 m粒度范围内的粒度效应.结果表明：研究区小流域景观格局指数的粒度效应明显,不同年份之间的差异显著;该区景观格局指数的粒度效应可分为5种类型,即稳定不变型、平稳降低型、波动降低型、波幅增强型和不规则变化型.研究区景观的斑块丰富度属于稳定不变型,即随着粒度增大保持不变;边界长度、边界密度、景观形状指数、聚合度指数和蔓延度指数属于平衡降低型,即随着粒度增大呈显著的线性降低趋势;分维数随粒度增大呈波动递减趋势,属于波动降低型粒度效应;景观总面积、Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数的波幅呈显著增大趋势,属于波幅增强型粒度效应;不规则变化型粒度效应的景观格局指数包括斑块数、斑块密度、平均斑块面积、最大斑块指数、破碎度指数和景观分离度指数.1975年研究区上述景观格局指数的粒度效应与其他年份之间的差异显著,甚至截然相反.     

青藏高原东北部5000年来气候变化与若尔盖湿地历史生态学研究进展

全球变化背景下古气候学的研究越来越受到关注。利用多年来的文献记载和自然证据,对青藏高原东北部气候变化进行重建。并以若尔盖湿地为例,梳理了区域5000 a来气候变化对湿地植被类型、泥炭沼泽发育和文化发展产生的影响,探讨了气候变化、文化发展、沼泽发育三者之间可能具有的相互关系。指出青藏高原东北部5000—3000 a B.P.之间气候较为暖湿,其平均温度要高出现在2℃左右;3000 a B.P.至今为气候干冷期,其中1000 a B.P.左右是过去5000 a中最寒冷时期,近1000 a来气温呈缓慢回升趋势。区域的气候变化决定了植被类型,对泥炭沼泽的形成和发育发挥了重要作用,对文明进程的影响主要体现在气候变化通过影响沼泽的演替,从而改变人类活动的范围与早期文明的形成,同时人类的过度活动也在一定程度上影响了沼泽的分布格局及动态。但气候变化、沼泽发育和文化发展三者之间的关系有赖于多因素耦合,其具体机理有待更深入的研究。     

1995—1999年黄河三角洲东部自然保护区湿地景观格局变化

基于1995和1999年的Landsat TM遥感影像,结合地理信息系统技术,分析黄河改道清8汊（1996年）前后的1995—1999年黄河三角洲东部自然保护区（位于黄河现行流路入海口处）湿地景观格局的变化特征,以及影响湿地景观格局变化的驱动因素.结果表明：1995—1999年,保护区湿地仍以天然湿地为主,人工湿地比重极小,期间非湿地面积大幅增加,而天然湿地和人工湿地面积则呈下降趋势,其中,裸露淤泥质滩涂和沼泽湿地面积明显萎缩;尽管保护区湿地景观类型、形状、结构的变化程度不均一,且各景观类型在空间分布上的团聚程度变化不均衡,但总的看来,保护区景观整体结构趋于复杂化,破碎化程度有所加深,内部各景观类型从大块连续的镶嵌分布向小块离散分布转变;影响保护区湿地景观格局变化的主要因素有3个：黄河改道、黄河断流和人类活动.     

拉萨河源头麦地卡湿地景观格局及功能动态分析

在全球变化的大背景下,如何保护好高原湿地显得非常迫切。为了有效保护拉萨河源头,采用遥感影像解译和模型评估方法,分析拉萨河源头麦地卡湿地的土地利用格局现状特征和服务功能变化,结果表明:麦地卡湿地保护区湿地面积减少5825hm2,湿地面积减少以沼泽湿地为主,草地面积增加5727 hm2,未利用地面积仅增加98.5 hm2;近30年来因气温和地表温度升高明显,暖干化的气候变化趋势导致湿地面积萎缩,天然牧草地面积显著增加;调节服务是麦地卡湿地保护区主要的生态服务功能,占总服务价值的70%,湿地面积尤其是沼泽湿地面积的萎缩是麦地卡湿地保护区生态服务功能减弱的主要原因。     

排水对若尔盖高原泥炭地土壤有机碳储量的影响

泥炭地作为陆地上生态系统一个重要碳汇,存储了全球土壤有机碳储量的25%—43%。泥炭地排水与其他土地利用导致了大量的土壤有机碳损失。然而,有关排水对中国泥炭地土壤有机碳储量的影响研究报道较少,因此,为了获得更多可靠的泥炭地碳储量信息,以便减少它们估算的不确定性。选取了我国若尔盖高原未排水泥炭地和排水泥炭地进行土壤剖面取样,定量评价排水对泥炭地土壤有机碳储量的影响。研究表明:(1)未排水泥炭地土壤有机碳储量平均值为(923.71±107.18)t C/hm~2,为中国陆地和全球陆地土壤有机碳储量的8.1和9.4倍;而排水泥炭地土壤有机碳储量平均值为(574.01±66.86)t C/hm~2,为中国和全球陆地的5.1和5.8倍。(2)泥炭地排水后,导致表层(0—30 cm)土壤有机碳储量增加(59.11±9.31)t C/hm~2,可能源于土壤容重增加。(3)然而,完全考虑泥炭剖面深度后,排水泥炭地土壤有机碳储量较对照样地减少了349.7 t C/hm~2,这可能是由于泥炭地排水后,水位降低,加速了泥炭氧化,降低了泥炭厚度。     

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.     

若尔盖高寒湿地干湿土壤条件下微生物群落结构特征

土壤水分含量的空间异质性是引起湿地生态系统结构和功能空间变异的关键因素。目前有关低纬度高寒湿地土壤水分对微生物群落结构影响的研究较少。于2007年4月(冷季)和8月(暖季)采集若尔盖高寒湿地常年淹水和无淹水两种水分条件的土壤样品,利用磷脂脂肪酸方法分析其微生物群落结构。结果表明,土壤微生物总生物量、细菌生物量、革兰氏阳性细菌及革兰氏阴性细菌生物量均表现为常年淹水土壤高于无淹水土壤,且4月份高于8月份;与土壤通气量关系密切的真菌、放线菌,其生物量表现为无淹水土壤显著高于常年淹水土壤;反映群落组成的真菌:细菌磷脂脂肪酸比值也表现为无淹水土壤显著高于常年淹水土壤。磷脂脂肪酸的主成分分析表明,水分条件不同的两种土壤中微生物群落结构显著不同,季节变化并未引起土壤微生物群落结构的改变。     

景观格局指标对不同景观格局的反应

探讨了在人为控制不同因子变量的条件下各景观格局指标对由中性随机模型产生的不同景观格局系列的反应 ,以评价一些常用指标的实用性和局限性。研究结果表明 ,大部分指标所指示的格局特征往往是不全面的 ,即它们只对格局系列中个别因子的变化敏感 ,而对另一些因子的变化反应迟钝。比较值得推荐的指标有 :总斑块数目 ,平均斑块大小 ,总边界密度 ,分维数 ,蔓延度 ,聚集度。但即使是这些指标 ,也各有其局限性 ,且存在冗余。由此提醒读者在运用景观格局指标时应在了解其实际意义的基础上 ,结合生态学过程慎重选择和解释 ,避免陷于数字游戏。     

庐山风景名胜区景观格局动态及其模拟

在遥感和GIS技术支持下,以1988和2000年的TM影像为主要数据源,采用景观格局指数方法分析了庐山风景名胜区的景观空间格局特征和变化情况。结果表明,庐山的景观格局在过去的12a内发生了较大的变化,阔叶林由1988年的25.88%上升到2000年的54.51%,年均增加782.43hm2,总增加面积与针叶林、灌草地和耕地的总减少面积相当。针叶林、灌草地、建设用地和未利用地的斑块数量和斑块密度呈现出快速增长的趋势,其中以灌草地年均增加123.42块为最高;与此相反的是水体、阔叶林和耕地的衰减,其中耕地以年减少约246.42块的减速最为迅速。针叶林和灌草地的破碎化进一步加强,而阔叶林则填补了前两者减少面积的空白。1988年灌草地的最大斑块指数列居各景观类型之首,12a后这一优势为阔叶林景观所取代。建设用地总体变化幅度不大,但已经呈现出明显的扩散化趋势。两期的灌草地的景观形状指数和分维度位居各类型景观之首,表明受外来干扰强度最小;耕地的复杂性变化最快,形状指数和分维度分别下降了44.5744和0.0726。庐山的香农多样性和香农均匀度随时间的迁移而有所下降,分别下降了0.2394和0.1231,同期景观破碎化指数上升了0.1633。基于马尔柯夫模型的景观格局模拟值与实测值大致相当,结果表明目前景区的景观生态安全格局面临严重危机。导致庐山景观格局动态变化的驱动力主要来自于城市化的快速推进、旅游业的快速发展和政策的调控作用。     

基于格局-过程生态适应性循环三维框架的自然景观生态风险评价——以黄土高原为例

传统的景观生态风险评估侧重于评价景观镶嵌体相对于最优格局的偏离程度,忽视生态系统过程和景观类型内部分异,使得黄土高原景观生态风险评估存在一定的片面性。综合"格局-过程"的生态适应性循环三维框架,构建适合自然生态系统的景观生态风险评价指标体系,对黄土高原2000年、2010年、2017年的景观生态风险进行评估。从空间分异来看,相较于传统的景观格局风险指数法仅在沙漠景观呈现高风险单一结果,本研究结果显示黄土高原景观生态风险由高到低依次为城市和沙漠景观、中部丘陵沟壑区草地景观、西北荒漠草地景观和东南部农田景观、东南部高山林地景观,具有明显空间分异。从时间变化来看,生态工程实施以来黄土高原景观生态风险总体呈现持续下降趋势,平均值由0.410降低到0.385,但2010-2017年下降不明显,生态工程持续实施对景观生态风险持续下降作用变弱。其中,自然景观（林地和草地）受生态工程促进生态风险持续降低,而人工景观（城市和农田）尤其是城市范围的不断扩大促使区域生态风险升高明显,建议加强城市土地集约高效利用,同时限制北部环境恶劣小城镇的发展。此外,中部丘陵沟壑区草地恢复力不足和降水侵蚀力增强也会促使风险升高,建议在生态保护时给予重点考虑。