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。     

崇明东滩盐沼植被变化对滩涂湿地促淤消浪功能的影响

30年来在海平面上升、人类围垦、自然保护、外来物种入侵等自然与人为作用共同影响下,崇明东滩盐沼植被群落结构发生了巨大变化。基于长江口四期遥感影像解译结果,得到盐沼植被群落结构变化,结合对盐沼植被促淤消浪功能已有研究成果,量化崇明东滩盐沼植被促淤消浪功能潜力及其变化。研究表明:1980、1990、2000和2010年崇明东滩芦苇、互花米草、藨草群落面积比例分别为23∶0∶77、73∶0∶27、33∶9∶58、34∶34∶32,同期总植被覆盖面积分别为51、83、37、44 km2。30年来滩涂湿地促淤消浪能力均有下降,1990—2000年变化最大。其中,植被黏附悬浮颗粒物量分别为1976、4645、2192、4695 t;沉积量分别为960、1579、195、286万m3;常规波高情况下堤外没有足够植被保护的岸段长度分别为5、0、7、6 km;风暴潮情况下堤外没有足够植被保护的岸段长度分别为19、5、26、20 km。因此保护堤外盐沼植被对消浪促淤,特别是抵御风暴潮等恶劣气候灾害的影响具有重要意义。     

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．     

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.     

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.     

上海地区外来种互花米草的分布现状

遥感技术(RS)现已广泛应用于海岸带资源调查、资源与环境动态监测以及滩涂植被定量分析。作者应用2003年8月2日Landsat5-TM多光谱遥感影像,利用遥感处理软件ERDASImagine8.6TM,经几何校正和分幅裁剪等图像预处理后,采用监督分类和目视解译相结合的方法对上海地区互花米草(Spartinaalterniflora)扩散现状进行解译分析,并结合全球定位系统(GPS)样点定位,对解译结果进行全面的野外验证和修正。同时,应用地理信息系统(GIS)对解译结果进行数据合成,统计出互花米草分布区域及面积等数据。实际调查与分析统计显示:上海地区互花米草群落总面积(2003年)为4,553.37hm2,占滩涂植被总面积的22.1%。除了崇明西滩和横沙岛外,互花米草群落已广泛分布于长江河口地区,其中南汇边滩最多,为2,069.01hm2,其次是崇明东滩和九段沙,分别为910.17hm2和769.05hm2。人工引种是互花米草种群在上海地区滩涂成功扩散的重要原因。大尺度的上海滩涂互花米草群落空间分布现状及其数量调查为外来物种的宏观定量调查提供了有效的手段,也为上海市滩涂资源生物多样性保护和可持续开发利用提供了科学依据。     

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。     

崇明东滩湿地营养盐与重金属的分布与累积

测定了崇明东滩湿地盐沼植物和沉积物中TN、TP、重金属Cu、Zn、Pb和Cd的含量,阐明了它们在湿地中的分布与累积特征,评估3种盐沼植物对营养盐和重金属的富集能力,并讨论了互花米草入侵对长江口湿地生态系统可能造成的影响.海三棱镳草地上部分的TN、Cu、Pb和Cd的含量均显著高于芦苇和互花米草（p＜0.01）,而地上部分TP和Zn却表现为：海三棱镳草和互花米草无显著性差异（p＞0.05）,但均显著高于芦苇（p＜0.01）.东滩湿地沉积物中TN和重金属的分布与累积特征为：芦苇带＞互花米草带＞海三棱镳草带＞光滩,即随着高程的增加,沉积物中TN和重金属的含量逐步上升;但沉积物中TP含量变化不大,基本维持在0.06%左右.基于盐沼植物地上部分的生物量,估算了3种盐沼植物地上部分的营养盐和重金属库,结果表明：互花米草地上部分的养分库和重金属库均大于芦苇和海三棱镳草,表明收获互花米草对环境的净化效果最佳,特别对磷的去除效率是最高的.     

不同发育时间的互花米草盐沼对大型底栖动物群落的影响

2004-2006年对长江口崇明东滩湿地芦苇(Phragmites australis)盐沼和不同发育时间的互花米草(Spartina alterniflora)盐沼的大型底栖动物群落特征进行分析研究.结果表明:互花米草盐沼发育初期,大型底栖动物群落以腹足类为主,物种丰富度(D=2.18)和多样性(H′=2.19)均低于芦苇盐沼(D=2.61, H′=2.29);随着时间的推移,互花米草与本地生物逐渐形成互动和稳定的格局,大型底栖动物群落组成中多毛类的种类逐渐上升(由3种变为6种),物种数和物种丰富度也上升,从而逐步形成新的大型底栖动物群落,物种丰富度(D=2.70)和多样性(H′=2.48)逐渐上升并高于芦苇盐沼(D=2.19, H′=2.09);从大型底栖动物群落的重新形成到稳定阶段,需要若干年的时间.     

上海崇明东滩震旦鸦雀冬季种群栖息地的生境选择

2008年11月-2009年3月,在崇明东滩对震旦鸦雀(Paradoxornis heudei)种群生态进行调查研究,并对震旦鸦雀种群和生境因子的相关性进行分析。运用单因素方差对互花米草(Spartina alterniflora)入侵和芦苇(Phragmites australis)收割造成的芦苇滩涂变化进行分析,并运用多元回归的方法对震旦鸦雀种群的密度和分布以及相关环境因子进行生境选择分析。结果表明,崇明东滩震旦鸦雀种群的密度为(5.08±3.11)只/hm2;震旦鸦雀种群的密度和芦苇直径呈极显著正相关,震旦鸦雀种群的分布和芦苇的高度、密度呈极显著正相关,和食物资源量呈显著正相关;互花米草和震旦鸦雀种群的密度和分布呈显著负相关;互花米草入侵和芦苇收割降低了震旦鸦雀越冬期的栖息地质量,保留一部分生长质量较好的芦苇可以缓解震旦鸦雀冬季种群的生存压力。     

互花米草入侵对黄河口潮沟形态特征和植物群落分布的影响

互花米草大规模入侵滨海湿地,对潮沟形态特征和植物群落的演变产生重大影响.本研究基于2008-2020年遥感影像,利用3S技术,结合回归分析与统计分析法,分析黄河口湿地互花米草入侵的演变特征,探究其对潮沟形态特征和植物群落分布的影响.结果 表明:2008年以来,黄河口互花米草面积增长迅速,增长速度为4.47 km2·a-...     

培养基质、储藏方式和盐度对三种海滨植物种子萌发的影响

研究了培养基质、储藏方式和盐度对3种海滨植物互花米草(Spartina alterniflora)、盐地碱蓬(Suaeda salsa)和芦苇(Phragmites australis)种子萌发的影响,探索在潮间带环境下海滨植物种子萌发适应策略。结果表明:3种植物的干藏种子和湿藏芦苇种子随着盐度的升高,萌发率和萌发速率均显著下降,湿藏互花米草和盐地碱蓬种子在各盐度下萌发率和萌发速率差异不显著。各盐度-土培-干藏互花米草,中、高盐度-土培-干藏盐地碱蓬,土培各处理,中、高盐度-水培-干藏,高盐度-水培-湿藏芦苇种子萌发失败。湿藏提高了各盐度处理下土培互花米草,中、高盐度-水培和土培盐地碱蓬,淡水、中盐度-水培芦苇种子的萌发率和萌发速率。干藏互花米草种子在中、高盐度和土埋条件下种子的萌发受到抑制,限制了互花米草向高潮带与潮上带的扩展;而经常受潮水浸淹保持湿润的种子能抵抗高盐和泥沙沉积,导致互花米草种群逐步向低潮带方向发展;湿藏芦苇种子在淡水中萌发率和萌发速率最高,当潮上带盐度降低时,芦苇具有很强的竞争优势,但是对盐度和土埋敏感,限制了其向海的拓展;盐地碱蓬在中、高盐度和土培条件下萌发速率最高,快速萌发的适应策略和广适应性在盐地碱蓬占据高潮带和中潮带广大区域的过程中起到了重要的作用。     

Salt tolerance and osmotic adjustment of Spartina alterniflora (Poaceae) and the invasive M haplotype of Phragmites australis (Poaceae) along a salinity gradient

An invasive variety of Phragmites australis (Poaceae, common reed), the M haplotype, has been implicated in the spread of this species into North American salt marshes that are normally dominated by the salt marsh grass Spartina alterniflora (Poaceae, smooth cordgrass). In some European marshes, on the other hand, Spartina spp. derived from S. alterniflora have spread into brackish P. australis marshes. In both cases, the non-native grass is thought to degrade the habitat value of the marsh for wildlife, and it is important to understand the physiological processes that lead to these species replacements. We compared the growth, salt tolerance, and osmotic adjustment of M haplotype P. australis and S. alterniflora along a salinity gradient in greenhouse experiments. Spartina alterniflora produced new biomass up to 0.6 M NaCl, whereas P. australis did not grow well above 0.2 M NaCl. The greater salt tolerance of S. alterniflora compared with P. australis was due to its ability to use Na(+) for osmotic adjustment in the shoots. On the other hand, at low salinities P. australis produced more shoots per gram of rhizome tissue than did S. alterniflora. This study illustrates how ecophysiological differences can shift the competitive advantage from one species to another along a stress gradient. Phragmites australis is spreading into North American coastal marshes that are experiencing reduced salinities, while Spartina spp. are spreading into northern European brackish marshes that are experiencing increased salinities as land use patterns change on the two continents.     

Spartina alterniflora invasion increases soil inorganic nitrogen pools through interactions with tidal subsidies in the Yangtze Estuary, China

Invasive alien plants increase both plant N and soil inorganic N pools in many terrestrial ecosystems. This is believed to be the result of altered plant-soil-microbe feedbacks that accelerate N cycling. However, it may also be due to the greater ability of invasive species to uptake lateral N subsidies that can modify ecosystem N dynamics. We conducted manipulative field experiments to determine the impact of smooth cordgrass (Spartina alterniflora) invasion on the N cycling of salt marsh ecosystems in the Yangtze Estuary, China. The results showed that the aboveground plant N and soil inorganic N pools in S. alterniflora marshes, 14.39 and 3.16 g N m(-2), were significantly higher than those in native common reed (Phragmites australis) marshes, 11.61 and 2.29 g N m(-2). These increases after invasion were explained by a significantly higher uptake of dissolved inorganic N (DIN) from tidal subsidies in S. alterniflora marshes (6.59 g N m(-2)) than from those in P. australis marshes (1.61 g N m(-2)), and not by soil organic N mineralization, which was not significantly different between S. alterniflora (6.45 g N m(-2)) and P. australis marshes (6.84 g N m(-2)) during the growing season. Our study indicated that the ecosystem engineering effects of S. alterniflora, which increases the interception of external N input, can be an alternative mechanism that increases plant N and soil inorganic N pools--especially in ecosystems with ample anthropogenic N subsidies, such as the coastal wetlands of China.     

江苏盐城滨海湿地外来种互花米草的时空动态及景观格局

基于1992—2007年的遥感影像和野外调查数据,在地理信息系统的支持下,应用景观生态学理论和转移矩阵方法,定量分析了江苏盐城滨海湿地外来种互花米草的时空动态及其景观格局的演变规律.结果表明：研究区互花米草面积由1992年的3561 hm²上升至2007年的14491 hm²,增幅达306.94%,累计转入和转出面积分别为26291和15361 hm²;其中,江苏盐城国家级自然保护区核心区的互花米草面积由1992年的597 hm²增长到2007年的2814 hm ²,年增幅达24.74%.研究期间,该区互花米草空间分布格局由初始的河口地带零星斑块逐渐演变为连续带状,并扩展到射阳河口至梁跺河口之间的滩涂外围;研究区互花米草的斑块重心向东南方向移动（2.92 km）,平均斑块面积先增（1992—2002年）后降（2002—2007年）,最大斑块指数及面积加权临近度指数逐年递增,斑块形状趋向规则化.     

1973-2020年黄河三角洲滨海盐沼湿地景观格局演化模式和驱动因素

明晰滨海盐沼湿地景观格局演化模式和驱动因素,有助于制定合理的盐沼湿地修复策略、维护区域生态系统健康和可持续发展。以黄河三角洲滨海盐沼湿地为例,基于Landsat系列卫星影像获取1973—2020年共十个时期土地利用/覆被数据,得出盐沼湿地时空变化及其与周边土地利用/覆被的相互转化;利用改进的景观格局状态与演化识别模型(SEDMS),分析盐沼湿地景观格局演化模式,并利用地理探测器探究其空间分异驱动因素。结果表明：(1)1973—2020年,盐沼湿地面积减少了252.35 km²,空间范围总体向外海迁移且趋于集中。盐沼湿地转出类型主要为草地、养殖池/盐田和耕地,转入类型主要为滩涂未利用地和水体。(2)盐沼湿地景观格局演化模式呈明显的阶段性特征：1973—1995年为动荡期,演化模式以消失和破碎为主导;1995—2010为过渡期,格局演化模式逐渐由消失和破碎为主导转变为扩张为主导;2010年后为稳定期,格局发生演化的区域较少,总体以新增和扩张为主。(3)36%的盐沼湿地出现了多次格局演变模式的转变,滩涂未利用地、耕地对于景观格局演化频数的影响最为显著,人工表面、养殖池/...     

三种盐胁迫对互花米草和芦苇光合作用的影响北大核心CSCD

互花米草(Spartina alterniflora)的入侵给海岸带盐沼生态系统的结构和功能带来了显著影响。互花米草盐沼中的硫含量高于附近的土著芦苇(Phragmites australis)盐沼。为探讨硫元素对互花米草和芦苇竞争过程的可能影响及其作用机制,以50mmol·L–1的Na2SO4和Na2S对互花米草和芦苇进行处理,分析处理前后5天内两种植物光合气体交换和叶绿素荧光指标变化的差异,实验另设等Na+浓度的Na Cl处理作为比较。研究发现:Na2S对互花米草和芦苇光合作用影响的差异最大,Na Cl次之,Na2SO4最小。Na2S处理后,互花米草净光合速率(Pn)出现显著上升,芦苇Pn值大幅度下降。互花米草的光饱和点(Isat)上升而芦苇的Isat值无变化。表明Na2S处理对互花米草的光合能力有促进作用,但对芦苇的光合能力有抑制作用。Na Cl处理后互花米草Pn值也出现小幅上升,而芦苇Pn值略有下降。Na2SO4处理对互花米草和芦苇的Pn值均无显著影响。除Na2SO4处理的互花米草外,不同盐处理后的互花米草和芦苇非光化学淬灭(NPQ)均出现上升趋势。研究结果表明互花米草对环境硫胁迫的适应能力显著高于芦苇,暗示盐沼高硫环境尤其是硫化物有助于互花米草相对于芦苇的竞争,也很可能是其形成单一植被的重要原因之一。