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《南京师范大学》 2013年
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自然和人为影响下海滨湿地景观演变特征与机制研究

张华兵  
【摘要】:盐城淤泥质海滨湿地是我国乃至世界上为数不多的典型原始海岸湿地,在全球生物多样性保护中具有重要战略地位。多年来,在自然和人类社会经济发展影响下,区域湿地景观结构与功能发生巨大变化。尤其是沿海开发战略的实施,致使湿地保护与开发之间的矛盾日益加大。在此背景下,如何辨识自然和人为影响下海滨湿地景观演变空间模式,揭示内在生态过程驱动下的湿地景观结构与格局时空演变机制,是实现海滨湿地合理利用与保护需要解决的重要科学问题。 本文综合运用景观生态学、地理学、环境科学等学科理论,以及RS、GIS、数学建模等方法,以盐城海滨湿地典型区域为案例区域,并根据区域湿地景观特征,人为将其划分为人工管理区和自然条件区两部分,从景观生态过程角度,对两个区域湿地土壤属性特征及其变化进行深入研究,揭示不同景观类型生态演变的阈值效应。在此基础上,利用湿地景观结构空间数据和景观生态过程数据,构建基于过程的景观演变模拟模型,对两种发展模式下湿地景观时空演变过程与机制进行系统模拟研究,并对未来区域景观演变进行情景分析与预测研究。该研究不仅体现了基于景观过程模型研究方法上的创新,而且对指导区域湿地生态保护与合理利用具有重要意义。得出基本结论如下: (1)海滨湿地景观结构与格局时空变化明显。区域自2000~2011年期间,景观结构变化主要表现为芦苇沼泽和米草沼泽面积不断扩张,碱蓬沼泽面积不断减小的趋势。其中,人工管理区芦苇沼泽和米草沼泽面积分别增加了30.92%和352.61%,而碱蓬沼泽面积减少了78.81%;自然条件区芦苇沼泽和米草沼泽面积分别增加了368.25%和96.63%,而碱蓬沼泽面积减少了60.96%。 景观格局变化上,主要表现为芦苇沼泽向海扩张,米草沼泽向海和陆两个方向同时扩张,碱蓬沼泽则以向中心收缩为主。其中,人工管理区芦苇沼泽向海扩张速度为240m/年;米草沼泽向海陆方向扩张速度分别为40m/年和61m/年,以向陆地方向扩张为主;碱蓬沼泽从海陆两个方向向中心收缩的速度分别为61m/年和240m/年,以向海洋方向收缩为主。自然条件区芦苇沼泽向海扩张速度为162m/年;米草沼泽向海陆方向扩张速度分别为117m/年和40m/年,以向海扩张为主;碱蓬沼泽从海陆两个方向向中心收缩的速度分别为30m/年和162m/年,以向海洋方向收缩为主。 (2)土壤性状是控制海滨湿地景观类型空间分异的主要要素,其中土壤水分和盐度空间分异是影响不同景观类型演变的主导因子。总体上,从陆向海方向,芦苇沼泽、碱蓬沼泽和米草沼泽的土壤水分和盐度均呈现递增趋势。其中,人工管理区,在干旱年份,芦苇沼泽、碱蓬沼泽和米草沼泽土壤水分平均含量分别为38.83%、41.79%和46.97%,盐度平均含量分别为0.39%、0.71%和1.76%。在湿润年份,各个景观类型水分含量均略有增加,分别增加了0.44%、4.09%和1.51%,而盐度上各种景观类型则呈现减少特征,分别减少了28.21%、36.62%和32.39%。 自然条件区,在干旱年份,芦苇沼泽、碱蓬沼泽和米草沼泽土壤水分平均含量分别为36.79%、40.70%和44.16%,盐度平均含量分别为0.43%、0.93%和1.34%;在湿润年份,芦苇沼泽和米草沼泽土壤水分略有增加,分别增加了5.60%和4.23%,碱蓬沼泽的土壤水分略有减少,减少了0.69%,而盐度在各种景观类型上呈现减少的特征,芦苇沼泽、碱蓬沼泽和米草沼泽土壤盐度分别减少了11.63%、32.26%和35.07%。 (3)控制海滨湿地景观演变的土壤水分和盐度具有明显的阈值效应。研究表明,不同景观类型水、盐阈值具有明显的差异性。其中,芦苇沼泽水分阈值范围为33.11%-42.28%,盐度阈值范围为0.15%-0.53%;碱蓬沼泽水分阈值范围为33.11%-48.63%,盐度阈值范围为0.53%-0.89%;米草沼泽水分阈值范围为26.42%-55.33%,盐度阈值范围为0.89%~1.44%;光滩水分阈值范围为48.63%-66.59%,盐度阈值范围为0.31%~0.89%。 (4)综合利用区域景观结构空间分布数据和土壤性状数据,构建了基于过程的景观演变模拟模型。该模型不仅具有动态显示区域景观时空演变能力,而且能够从景观生态过程变化角度,揭示区域景观演变机制问题。经检验,模型在模拟区域景观演变过程中表现出较高的准确性,总体精度可达85%以上。 (5)根据区域发展和景观变化特征,设置三种不同情景,利用景观过程模型对区域湿地景观演变进行模拟和预测研究。其中,现状模式(情景Ⅰ)情景模拟表明,碱蓬沼泽是受影响最为显著的湿地类型。在芦苇沼泽和米草沼泽持续迅速扩张影响下,人工管理区碱蓬沼泽将于2025年基本消失;自然条件区碱蓬沼泽将于2030年也基本消失。生态恢复模式(情景Ⅱ)情景模拟表明,人工管理区在去除堤坝影响下,碱蓬沼泽面积减少变缓,至2020年碱蓬沼泽的面积较情景Ⅰ增加了10.67倍;自然条件区在人工恢复芦苇沼泽情景下,至2020年,芦苇沼泽面积由情景Ⅰ增加了3.53%,碱蓬沼泽面积较情景Ⅰ增加了150.07%;米草沼泽面积较情景Ⅰ减少了7.90%。保护本地物种碱蓬模式(情景Ⅲ)情景模拟表明,至2020年,在控制米草向陆扩张情景下,人工管理区和自然条件区碱蓬沼泽面积分别是情景Ⅰ的3.26倍和5.46倍;在去除互花米草情景下,人工管理区和自然条件区碱蓬沼泽面积分别是情景Ⅰ的7.24倍和20.65倍。
【学位授予单位】:南京师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:P901

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