上海九段沙互花米草种群扩散动态CA模型研究

【摘要】： 九段沙的植物群落包括互花米草(Spartina alterniflora)、芦苇(Phragmites australis)以及海三棱藨草(Scirpus mariqueter)群落。九段沙是长江口快速发育的新生河口湿地生态系统,受人为干扰较少,是研究外来物种互花米草与土著种芦苇种群动态的理想区域。如今,利用遥感技术进行盐沼植被的调查分类和其动态的定性描述的研究较多,而对盐沼植被的群落动态进行定量模拟和预测的研究很少。因此,需要建立一个准确预测互花米草种群扩散动态的CA模型。 本项研究旨在理解互花米草的种群动态变化过程及对九段沙引种芦苇和互花米草7年来种群扩散格局的遥感影像和现场调查分析的基础上,建立一个互花米草种群扩散的细胞自动机模型(CellularAutomata,简称CA),用以模拟互花米草在潮滩的扩散动态。在模型中,使用遥感影像解译后设置的特定灰度值来定义滩涂植物不同的生态位(不同的高程)和上海地区滩涂植被演替规律,反映不同高程对互花米草种群扩散的影响。以深入研究互花米草与芦苇种群扩散的空间格局和生态学过程及其相互关系,从生态学角度阐明互花米草种群动态变化的影响因素及九段沙滩涂植物群落的动态、演替规律及竞争格局。 首先,作者简单介绍了互花米草的生物学和生态学特性,并回顾了国内外关于植物群落动态及种群动态模型的研究。其次详细说明了标准细胞自动机的概念、构成、原理、特性、分类和细胞自动机的应用。然后,在对1997年九段沙引种芦苇和互花米草以来的种群扩散格局的现场调查和遥感图像解译分析的基础上,分析了九段沙地区植物群落的时空动态,并基于细胞自动机原理,构建了互花米草种群扩散动态CA模型。最后通过对已有研究资料的分析,设置不同种群扩散速率,模拟了九段沙地区1997年—2004年互花米草与芦苇种群扩散的空间格局和竞争。并对未来上海地区互花米草与芦苇种群扩散的空间格局进行了预测。 通过对九段沙芦苇和互花米草种群扩散的模拟结果与其遥感影像解译和现场调查的实际结果对比及其精度检验,结果表明,本研究开发的CA模型能够较好地模拟芦苇和互花米草种群扩散的格局和趋势,进而预测九段沙滩涂植物群落的动态;九段沙芦苇和互花米草种 群扩散动态基本符合空间抢先占有的经验模型,可以应用该模型深入 研究外来物种空间扩散格局与生态学过程之间的相互关系;模型的建 立能够为外来物种控制与管理和生物多样性保护提供理论指导和决 策依据。CA模型的建立能够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,有助于深入研究外来物种种群扩散格局与其生 态学过程之间的相互关系,从而预测互花米草的可能发展趋势,为外 来入侵种的控制与管理提供理论指导和决策依据。