海滨湿地互花米草沼泽景观演变机制研究

摘要

研究海滨湿地互花米草沼泽景观演变的内在机制，对于生物保护、气候变化、生境管理、生态恢复决策等具有重要的指导意义。气候、地形、土壤、水文、植被等是海滨湿地景观演变的重要影响因子。本研究以互花米草沼泽景观格局时空动态分析、生态驱动机制研究和模型模拟预测为主线，开展了江苏盐城典型海滨湿地区域互花米草沼泽景观时空动态、生态过程及其景观动态模型模拟预测研究。通过分析研究区不同定居年龄的互花米草景观扩张的基本特征、时空演化规律及生态驱动机制，建立了较为完整的海滨湿地元胞自动机(CA)模型体系，模拟并预测了互花米草沼泽景观的空间分布格局。并针对互花米草入侵现状与未来扩张特征及其对海滨湿地生态环境的影响，提出了江苏海滨湿地景观保护与管理的对策与建议。研究结论如下: (1)互花米草入侵使盐城海滨湿地整体景观的结构和功能发生了巨大改变，景观演变已成为该湿地显著特征之一。 ①15年中，互花米草沼泽景观已经从零散分布的斑块演变为连续、带状分布的整体，占据了整个潮间带的中下部。这期间，互花米草沼泽面积迅速扩大，并且连续的带状分布的互花米草沼泽将研究区带状分布的碱蓬沼泽与光滩景观完全分隔。②景观指数研究显示互花米草沼泽景观斑块形状趋于简单;景观聚集程度加强。③15年中，互花米草的面积增加了2942.6 hm2，减少了363.02 hm2，互花米草沼泽主要向光滩和碱蓬沼泽扩张。④互花米草年均向海、向陆扩张显著。向海年均扩张速率为63.36 ma-1，向陆为26.01 ma-1。不同生长时期的互花米草沼泽向海、向陆年均扩张距离具有相似的规律，都是6～10年互花米草的年均扩张距离最大，年均向海扩张为92.63 ma-1，向陆为52.94 ma-1;10～16年的次之，向海为74.97 ma-1，向陆为30.31 ma-1;2～6年的最小，向海为17.69ma-1，向陆扩张不显著。 (2)地形、土壤、生物生产力等因子是驱动不同定居年龄互花米草沼泽景观演变的主要影响因子。 ①受互花米草扩张的影响，滩面高程(DEM)变化显著。典型剖面分析显示，互花米草沼泽滩面高程呈现中间高，两侧低的分布趋势。从2002～2011年互花米草沼泽高程均值从1.79 m增加到2.07 m。此外，除高程外的其他地形因子都发生了不同程度的变化。②各土壤影响因子主成分分析显示，驱动互花米草沼泽景观演变的主要土壤因子为土壤容重、土壤盐度和土壤水分。由陆地向海洋，互花米草沼泽土壤的容重呈现逐渐增大趋势;土壤盐度和土壤养分呈现中间低两头高的分布趋势;不同定居年龄的互花米草沼泽土壤水分则呈现出中间低两头高的分布趋势。③不同定居年龄的互花米草植物群落指标在海陆方向上呈现明显的规律性。在向海和向陆扩张的前沿，由于互花米草定居年龄小，其植株矮小，植被密度、盖度和地上生物量指标低;不同定居年龄互花米草植被生物量和土壤容重、有机质间在p＜0.05水平上存在显著的相关性。 (3)基于地形、土壤等主要影响因子过程驱动的互花米草沼泽景观演变模型，能够从机理上揭示互花米草沼泽景观演变特征与趋势;对海滨湿地景观保护与管理发挥重要的基础作用。 ①利用C语言编程和See5.0软件相结合的方法，自动挖掘互花米草景观转换规则。通过规则挖掘自动确定互花米草景观演变影响因子的阈值，该方法在提高模型模拟精度方面具有显著优势。②将CA与GIS集成，是解决基于生态过程的景观演变模型研究的重要手段之一。利用CA与GIS相结合的方法，确定空间变量、初始状态、邻居构型，最后在Matlab中编程实现生态过程驱动下的景观演变模型的模拟与预测。经检验，根据2006年数据对2011年的互花米草沼泽景观的模拟总体精度分别达到了95.20％，Kappa系数0.7589。通过以上检验，认为模型参数设置基本合理，模型有效。③基于CA模型模拟预测2012～2021年互花米草沼泽景观变化，预测显示互花米草沼泽景观呈不断增加的趋势;针对互花米草入侵现状、未来扩张形势及其对盐城海滨湿地整体景观和生物多样性等造成的影响，提出了加强生态建设和自然保护区建设是盐城海滨湿地景观格局和生态系统保护和管理的有效措施。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 论文选题的理由和意义

1．1．2 研究区确定的依据和意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 海滨湿地景观演变和互花米草沼泽动态研究进展

1．2．2 海滨湿地景观演变机制研究现状

1．2．3 海滨湿地景观演变机制模型研究现状

1．2．4 盐城海滨湿地互花米草沼泽研究现状

1．3 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 拟解决的关键问题

1．4 研究方法、技术路线及创新性

1．4．1 重要研究内容涉及的方法

1．4．2 研究总体技术路线

1．4．3 研究的创新性

1．5 本章小节

第二章 研究区概况

2．1 盐城海滨湿地自然概况

2．1．1 自然条件

2．1．2 自然资源

2．2 社会经济概况

2．2．1 经济发展概况

2．2．2 社会发展水平

2．3 研究区范围的界定

2．3．1 盐城国家级珍禽自然保护区范围

2．3．2 研究区范围界定

2．4 本章小结

第三章 研究区数据的来源与处理

3．1 景观数据来源与处理

3．1．1 遥感影像数据来源

3．1．2 遥感影像处理

3．2 生态数据采集与处理

3．2．1 野外样点的设置

3．2．2 实验室分析

3．2．3 样点植被生长年龄的确定

3．3 本章小结

第四章 互花米草沼泽景观时空演变特征

4．1 研究内容与方法

4．1．1 景观格局变化适宜尺度的选择

4．1．2 景观指数分析

4．1．3 景观转移矩阵分析

4．1．4 景观斑块分布质心变化分析

4．2 互花米草沼泽景观演变特征

4．2．1 互花米草沼泽景观结构及其时间变化

4．2．2 互花米草沼泽景观空间演变特征

4．3 互花米草沼泽景观整体转移矩阵分析

4．4 本章小结

第五章 互花米草沼泽景观演变的地形影响因子分析

5．1 互花米草湿地景观演变的高程(DEM)影响因子分析

5．1．1 互花米草沼泽剖面高程变化特征

5．1．2 互花米草沼泽淤高模型的建立

5．1．3 互花米草沼泽高程预测

5．2 互花米草湿地景观演变的其他地形影响因子空间分异

5．3 本章小结

第六章 互花米草沼泽景观演变土壤和植物群落影响因子分析

6．1 不同生长年龄互花米草沼泽土壤影响因子分析

6．1．1 不同生长年龄互花米草沼泽土壤属性特征分析

6．1．2 不同定居年龄互花米草景观演变的主要土壤影响因子及其分异

6．2 不同生长年龄互花米草植物群落影响因子分析

6．2．1 不同生长年龄互花米草植物群落影响因子分布特征

6．2．2 不同生长年龄互花米草沼泽植物群落影响因子与土壤影响因子间的关系

6．3 本章小结

第七章 互花米草沼泽景观演变机制模型构建

7．1 互花米草沼泽景观演变机制模型概念框架

7．1．1 互花米草沼泽景观演变机制模型概念框架

7．1．2 互花米草沼泽景观演变的元胞自动机模型原理

7．1．3 C5．0决策树算法原理

7．2 互花米草景观演变的元胞自动机模型模拟

7．2．1 互花米草沼泽景观演变元胞自动机模型构建

7．2．2 互花米草沼泽景观模拟过程

7．2．3 互花米草沼泽景观模拟精度评价

7．3 互花米草沼泽景观演变预测

7．4 互花米草沼泽管理对策

7．4．1 加强互花米草沼泽景观生态建设

7．4．2 加强互花米草沼泽自然保护区建设

7．5 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 主要结论

8．2 研究展望

参考文献

论文中图清单

论文中的表清单

论文中的程序

在读期间参与的课题研究与科研论文

致谢