黄河口湿地利用保护研学实践课程设计

黄河是中华民族的母亲河,黄河流域生态保护和高质量发展已上升为重大国家战略。开展黄河全流域青少年研学实践活动,是贯彻落实习近平总书记重要指示,践行国家黄河战略的重要举措。本文以黄河口丰富的自然生态资源为基础,开发高中沿黄河生态保护研学课程。

黄河口湿地生态需水量估算

黄河口拥有中国暖温带面积最广阔、自然属性最显著、结构最完整的滨海湿地生态系统,因处在河-海-陆交汇的复杂界面,湿地生态系统十分脆弱。满足生态需水是维持湿地生态系统健康的基础和关键,但以往估算缺乏系统综合性视角且存在时间尺度较粗的问题。从维持湿地面积、保护生物多样性及稳定生态系统功能和过程3个目标出发,构建了包含5项指标的湿地生态需水指标体系,对湿地3个等级、3个时段生态需水进行了估算,并据此判断了2000年至2019年黄河口湿地在极端丰水年及枯水年生态需水的满足状况,结果表明:黄河口湿地全年的最小、适宜、最大生态需水量分别为13.33×10^(8) m^(3)、22.33×10^(8) m^(3)、35.31×10^(8) m^(3);4—6月、7—10月、11—3月的适宜生态需水量分别为6.76×10^(8) m^(3)、10.10×10^(8) m^(3)、5.47×10^(8) m^(3);2002年黄河口湿地在3个时段需要的适宜生态需水量分别是径流量的4.17、1.09、2.39倍,表现为极度缺水;2019年相应时期的适宜生态基流占比分别为25.67%、15.77%及37.01%,其中4—6月及11—3月的生态水情较为紧张。研究结果为保障黄河口湿地生态系统健康及湿地用水科学管理提供了定量支撑。

黄河口湿地有机碳来源及其对碳埋藏提升策略的启示

滨海湿地是地球上具有多种独特功能的生态系统,是地球上重要的碳库之一,其在全球碳循环中的作用在近年来越来越受到人们的重视。总结了用C/N、稳定碳同位素和生物标志物等方法追踪黄河口湿地有机碳来源的研究成果,并据此探讨了黄河口湿地的固碳提升策略。黄河口湿地是我国典型的滨海湿地,碳来源复杂,但各种示踪方法均表明有机碳的来源中陆源输入较海源输入优势明显,而且陆源输入以地表径流和植被为主,但海源输入从内陆向近海逐渐增强,碳的来源有明显的时空变化并且受到人类活动的强烈干扰。从有机质来源看,提升黄河口湿地的碳埋藏能力应该从合理调配河流淡水资源、保护植被、加快植物群落演替等方面入手。目前有机碳来源的研究还存在覆盖区域有限、碳源区分粗略、影响因子研究较少等问题,缺乏系统性,多限于观测,对机制的理解十分薄弱,因此难以对碳埋藏能力的提升提供定量化的指导。今后的研究要从以下几个方面加强:1)不同区域和不同环境条件之间的比较研究;2)探寻更具特异性的生物指标、优化数据模型,使来源区分更细致;3)不同来源有机质在沉积物中埋藏效率的对比研究;4)构建湿地碳埋藏能力评估体系,综合考虑各方面因素研发和集成能够最大限度提高滨海湿地碳埋藏能力的技术。

基于GF-1 WFV影像的黄河口湿地植被盖度估测及分析

植被盖度是植被生长状况的重要定量指标,而目前开展的植被盖度遥感估测工作主要集中在陆地区域,对河口湿地植被盖度遥感估测工作比较少见。本文基于国产GF-1 WFV遥感影像开展了黄河口湿地植被盖度估算,并结合植被类型、土壤盐度和植被指数分布状况开展了植被盖度分布特征分析,得到如下结论:(1)基于GF-1 WFV卫星影像的NDVI、SRI、SAVI、MSAVI和DVI 5种植被指数,分别建立植被盖度估测模型,其中基于NDVI、SRI、MSAVI和DVI 4种植被指数建立的多变量线性回归模型估测精度最好,其决定系数(R2)最大,为0.904,均方根误差RMSE最小,为0.14;(2)植被盖度估算模型的精度与植被盖度本身有一定的关系,其中各植被盖度回归模型中,盖度大于0.8时估算精度要优于盖度小于0.6的区域,RMSE最大相差0.04;(3)以潮滩碱蓬和潮滩芦苇为主的植被覆盖区属于低植被盖度区,盖度位于0.03~0.5,盐度在1.5g/L左右;芦苇草甸、互花米草和柽柳灌丛植被覆盖区属于高植被盖度区,盖度位于0.8~1.0,其中芦苇草甸土壤盐度小于1.2g/L,柽柳灌丛土壤盐度在1.4~2.0g/L,在高盖度植被区混生有中等盖度的植被,盖度在0.5~0.8,土壤盐度在1.8g/L左右。

黄河口湿地土壤中生物硅的分布与植硅体的形态特征

硅是地壳中重要元素之一,深刻影响着地表物质循环。湿地是全球碳、硅循环和气候变化研究的重要组成部分,然而针对湿地硅循环方面的研究较少。本文分别运用化学提取法和无损提取法,得出了黄河口三角洲湿地地表土壤中生物硅的含量、组成,并对湿地硅的分布特征与影响因素进行了研究。结果发现：黄河口湿地生物硅含量介于2.48~19.3 g/kg之间,并具有冬季高、秋季低的特点;生物硅与颗粒有机碳和颗粒有机氮含量具有显著的正相关关系,表明三者具有相似的来源;生物硅和植物可利用硅之间显著的相关性表明生物硅在土壤硅循环中起着主要作用。土壤中生物硅的含量与距离河道和海岸的长度均呈负相关关系,在生物硅的“距离效应”中海洋的作用较为显著。湿地表层土壤中植硅体的形态丰富,在黄河沿岸分别以哑铃形或突起棒形为主要植硅体形态,这与其植被特点有关;在II区域则主要以平滑棒形为主,且硅藻对生物硅的贡献比例明显增加。I区大部分站位发现的硅藻为圆筛藻,而在II区发现的硅藻主要为月形藻和舟形藻（羽纹硅藻纲）,这与湿地水陆相互作用有关。植硅体主要来源于本地植物,是土壤中生物硅的最主要贡献者,同时黄河泥沙携带的来自上游流域的植硅体也对湿地生物硅含量和组成有一定的贡献。黄河口湿地土壤中生物硅的含量和组成受到河流和海洋的共同影响,具有一定的区域特性,并可能对河流和海洋硅循环产生重大影响。

基于“资源三号”卫星的黄河口湿地景观格局及其空间尺度效应分析

为了在更精细尺度上分析黄河口湿地的景观格局特征,作者基于2012年的国产高分辨率"资源三号"卫星遥感影像,选取斑块类型面积(CA)、斑块个数(NP)、平均斑块面积(AREA_MN)、边缘密度(ED)、平均周长面积比(PARA_MN)、散布与并列指数(IJI)、香农多样性指数(SHDI)和香农均匀度指数(SHEI)8种常用的景观指数,表征景观类型的面积与结构特征、形状特征、聚集特征和景观多样性特征,开展了黄河口湿地的景观格局现状分析,以及空间尺度对黄河口湿地景观格局分析的影响。结果表明:黄河口湿地以裸滩和自然植被等自然景观为主,人工景观所占比重较小,但研究区内油井散布且数量众多,道路修建所导致的景观破碎化已较为明显;总体上,研究区的景观特征具有较强的尺度依赖性,其中表征面积和结构特征的斑块个数、边缘密度、平均斑块面积随着空间尺度的增大有明显的变化,斑块面积则相对稳定,形状特征表现出对空间尺度较强的依赖性,聚集特征随空间尺度的变化不规律,景观多样性特征随空间尺度的变化不明显;不同景观类型的景观特征随空间尺度的变化有较大差异,斑块为条状或斑块边界不规则的景观类型对空间尺度的依赖性更为显著。

黄河口湿地不同植物群落土壤盐分与养分分布特征

为研究黄河口湿地不同植物群落下土壤盐分与养分含量的空间变化特征以及盐分与养分指标之间的关系,运用经典统计分析、Pearson相关分析、单因素方差分析等方法,开展了植物样地调查和土壤剖面采样分析。结果表明:①研究区土壤全盐(TS)、K^+、Na^+、Ca^2+、Mg^2+、Cl^–、SO4^2–等盐分指标含量及有效磷(AP)、速效氮(AN)、全氮(TN)等养分含量在土壤表层(0~5 cm)最高,随着土壤深度的增加呈递减之势。②土壤属于重盐土类型(含盐量大于4.0 g/kg),Cl^–、Na^+含量远高于其他离子,是导致土壤盐渍化的主要成分。3种植物群落土壤表层(0~5 cm)TS含量分异特征表现为柽柳群落>碱蓬群落>芦苇群落。钠吸附比分析表明,3种植物可能会在10~20 cm土层较早受到Na+的毒害。差异显著性检验结果表明,K^+、Na^+、HCO3^–含量在不同植物群落间差异性显著(P<0.05);除全磷(TP)外,其余土壤养分含量在相同土层不同植物群落之间或在不同土层相同植物群落之间均有显著性差异(P<0.05)。③Pearson相关分析表明,3种植物群落的土壤盐分与养分指标之间相关性不显著,但TS与Na^+(P<0.05)、Cl^–含量(P<0.01)均呈显著性相关。3种植物群落土壤养分均处于亏缺状态,土壤相对贫瘠。土壤N∶P均<14,植物受制于氮元素。控制或减少氯盐及钠盐的投入、增施有机肥和覆盖有机质含量高的物质是一条减轻黄河口湿地土壤盐渍化的合适途径。

黄河口湿地典型地物类型高光谱分类方法

黄河口湿地地物类型具有复杂多样的特点,本文将线性光谱混合分析模型与归一化植被指数(NDVI)和归一化水体指数(NDWI)相结合,建立了一种新的滨海湿地遥感影像分类方法;开展了基于CHRIS高光谱影像的黄河口湿地芦苇、柽柳、碱蓬、大米草、潮滩和水体6种典型地物分类实验,整体分类精度为77.33%,Kappa系数为0.71,与经典的最大似然分类(MLC)方法相比较,整体分类精度提高1.6%,Kappa系数提高0.02,尤其是芦苇、碱蓬、大米草和潮滩的分类精度明显提高。

基于RS和GIS的黄河口湿地景观变化研究——以垦利县为例

研究以垦利县为例,在遥感和地理信息系统的技术支持下,将马尔柯夫模型引入湿地景观格局分析和预测中,利用1987年和2004年2个时期的卫星影像研究黄河口湿地景观格局的动态变化。研究结果表明,至2010年,湿地总面积不断减少,尤其是天然湿地,其中河流水面、苇地、滩涂和滩地,较1987年分别减少了2 724.7、19 629.1、23 737.2和3 269.1 hm2。人工湿地总面积也有所减少,但水库水面面积却增加了10 213.8 hm2。在现有的人类作用强度的情况下,黄河口湿地景观格局可达到一个相对稳定的状态,天然湿地面积仅占研究区总面积的6.8%,而人工湿地的面积是研究区总面积的19.17%。

黄河口湿地健康评价(英文)

湿地健康评价旨在判断湿地健康状况和趋势,以便制定有效的管理策略和修复措施。针对黄河口湿地建立了一个新的指标体系,并使用模糊综合评判法对黄河口湿地进行了健康评价。结果表明,1992年到2008年黄河口湿地整体上处于亚健康状态。同时,还对东营市1992-2008年经济状况进行了分析评价,结果表明经济的快速增长对湿地健康有负面影响。影响黄河口湿地健康的主要因素是:来水来沙量减少、湿地恢复工程和东营市经济的快速增长。

基于景观指数的黄河口湿地水文连通动态分析

基于2019年逐月Sentinel-2遥感影像,采用基于图论的景观连通度指数,分析了黄河口湿地水文连通的年内动态变化及水文连通频率变化,计算了不同湿地斑块的重要性指数,评估了水文连通的分布格局.结果表明:黄河口湿地水文连通具有明显的季节变化特征,汛期和生态补水期的水文连通整体增加;湿地斑块的重要性指数分布特征与水文连通频率分布特征较为一致,水文连通性较高;连通频率高的斑块主要分布在黄河南岸恢复区、近海潮滩与主潮沟,这些区域对整个研究区的水文连通起到重要作用.该研究结果可为黄河口湿地生态保护与修复提供参考.

黄河口湿地植被时空变化及其影响因素

本文基于1999—2021年Landsat系列卫星遥感影像数据,以黄河口湿地植被作为研究对象,对比了清8叶瓣和废弃清水沟叶瓣的植被时空变化特征,结果表明:湿地植被发育过程中呈现了显著阶段性和空间差异性变化,整个研究区域的植被覆盖面积经历了先波动变化后快速上升的趋势,其中显著变化区域主要集中在现行河口区,而废弃河口的变化相对稳定,在空间分布上,植被主要从河道两侧扩散到现行河口潮间带区域。2012—2021年现行河口区的植被类型中互花米草的面积显著增加,其面积增加了7倍以上,碱蓬的面积变化经历了先稳定后减小的过程,在2021年其面积仅为12.2 km 2,芦苇和柽柳经历了缓慢增加和波动性减小,其总体面积略有增加,光滩的面积及其所占比例均呈现出先减小后增加的特征。黄河改道与河口摆动和调水调沙工程加快了造陆速率,给植被带来栖息空间和生长条件,而互花米草的入侵和快速扩散虽然增加了植被覆盖面积,但也改变了本地的生态系统,极大地限制了碱蓬的生长和扩散,影响了河口湿地的健康发展。

黄河口湿地柽柳灌丛对土壤养分分布的影响

运用单因素方差分析(ANOVA)和克里金空间插值法,对黄河三角洲河口湿地群落演替方向上碱蓬群落、碱蓬-柽柳群落和柽柳群落中柽柳灌丛对土壤养分分布的影响进行了研究,结果表明:(1)土壤有机质(SOM)和水解氮(AN)含量沿群落演替方向呈递增趋势;速效磷(AP)在碱蓬-柽柳群落含量最大、柽柳群落含量最小;速效钾(AK)在碱蓬-柽柳群落含量最小、柽柳群落含量最大。(2)随着土壤深度的增加,AP含量在3种群落中均呈递减趋势,SOM、AN、AK含量变化趋势在3种群落中存在差异。(3)在群落演替方向上,土壤表层受氮(N)限制的范围逐渐减小,底层受磷(P)限制的范围逐渐增大。(4)不同群落各养分在柽柳冠下平均富集率均大于冠缘的,易形成"肥岛"效应,柽柳群落"肥岛"的发育程度较碱蓬群落高,碱蓬-柽柳群落冠下"肥岛"效应不明显。(5)柽柳灌丛对不同养分的富集作用存在差异,如AK富集作用最大,AP次之;碱蓬-柽柳群落对各养分的富集作用在30~50 cm土层最强,且富集强度远大于碱蓬群落和柽柳群落的。

基于GF-1 WFV的黄河口湿地植被碳储量估算研究

为掌握黄河口湿地植被地上生长部分碳储量的空间分布情况,基于GF-1WFV卫星数据,对黄河口湿地植被地上生长部分碳储量开展了遥感估算模型研究,并根据研究区植被类型空间分布特点,对不同植被类型地上生长部分碳储量的特征开展了分析,结果表明:6种植被碳储量估算模型中,基于NDVI建立的指数模型为单位面积碳储量估算最佳模型,其决定系数(R2)最大,值为0.76,均方根误差(RMSE)最小,值为19.1g/m2;在不同植被类型分布区,地上植被单位面积碳储量平均值大小顺序为互花米草>芦苇草甸>柽柳林>潮滩芦苇>盐地碱蓬,其中各区域平均值最大为78.1g/m2,最小为46.7g/m2。研究结果为提高黄河口湿地植被的碳储量提供了有效措施,即合理优化植被类型的空间分布、恢复裸滩上盐地碱蓬的生长和提高植被类型盖度。

黄河口湿地生态网络构建与评价

构建生态网络能够有效连接破碎的生境,对保护物种多样性具有重要意义。以黄河口为研究区域,利用最小耗费距离模型和重力模型构建黄河口湿地“三横两竖”的生态网络框架,并基于景观连通性指数法、廊道土地利用类型分析法和网络结构分析法对黄河口湿地生态网络进行了评价。研究结果表明:(1)通过构建生态网络,生境源地的的IIC和PC分别提高到之前的4.5倍和8.6倍,各生境源地的斑块重要性较为均衡。(2)不同生境源地之间相互关系密切程度随着距离和面积的变化存在差异。(3)黄河口湿地生态网络的α指数为0.4396,β指数为1.8125,γ指数为0.6304,具有较大优化提升空间。(4)草本沼泽和灌丛湿地是生境源地主要景观组成,盐沼湿地、草本沼泽和灌丛湿地是构成生态廊道的优势景观,分别占生态网络景观组成的31.23%、23.86%和17.30%。黄河口湿地生态网络的构建对黄河口湿地生态保护和保护区规划有重要的参考价值。

山东东营市推进黄河口湿地生态保护

近年来,山东东营市在推进黄河口湿地生态保护方面取得了许多成绩,但仍面临入海水沙持续减少,陆域生态系统出现逆向演替,外来物种入侵,缺少淡水补给,生态效益难以有效释放等问题。鉴此,本文提出了做好申报世界自然遗产工作,实施水系连通工程,打造刁口河故道生态河,建立生态系统动态监测网络以及打造黄河入海文化旅游目的地核心区等建议。

电子受体添加对黄河口湿地土壤厌氧碳矿化温度敏感性的影响

土壤碳矿化的温度敏感性(Q_(10))是研究生态系统碳循环响应气候变化的重要指标。以黄河口湿地芦苇群落表层土壤(0~10 cm)为对象,采用室内密闭培养-气相色谱法,研究不同温度和浓度下3种电子受体[SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和Fe(Ⅲ)]添加对湿地土壤厌氧碳矿化Q_(10)的影响。结果表明:48 d的培养期内,电子受体添加对厌氧生成CO_(2)和CH_(4)具有不同程度的抑制作用;SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和Fe(Ⅲ)添加使得CO_(2)和CH_(4)生成量分别下降17.3%~20.8%和29.2%~36.2%;总体上,CO_(2)生成因电子受体浓度而异,CH_(4)生成因电子受体类型而异。CO_(2)∶CH_(4)值在不同温度条件下差异明显,表明厌氧碳矿化途径具有明显的温度依赖性。不同处理中CO_(2)和CH_(4)的Q_(10)值分别在1.08~1.11和1.19~1.37,与对照相比有升高趋势;总体上,CO_(2)的温度敏感性因电子受体类型和浓度而异,CH_(4)的温度敏感性因电子受体类型而异。气候变化背景下,还原性盐离子的输入将在一定程度上减缓河口淡水湿地有机碳的矿化损失,但会增强碳矿化对升温的敏感性。

黄河口盐沼湿地沉积物碳储量调查评估

文章依据2021年9月黄河口盐沼湿地沉积物调查数据,分析了沉积物粒度、容重、有机碳分布特征,并对黄河口盐沼湿地沉积物碳密度及碳储量进行评估。结果显示,黄河口盐沼湿地沉积物类型以粉砂为主,部分层次为砂质粉砂和黏土质粉砂;4种植被类型中,不同深度的沉积物容重差异性不大,互花米草和盐地碱蓬分布区容重整体大于柽柳和芦苇分布区;互花米草、盐地碱蓬、芦苇和柽柳分布区沉积物中有机碳含量分别为0.199%、0.200%、0.184%和0.161%,互花米草和盐地碱蓬分布区底质中有机碳含量较芦苇和柽柳分布区偏高,这与互花米草和盐地碱蓬分布区含有更多的黏土组分有关;计算得出,黄河口盐沼湿地沉积物总碳储量为33.47万t,其中互花米草分布区为14.31万t,芦苇分布区为12.05万t,柽柳分布区为5.27万t,盐地碱蓬分布区为1.84万t。

黄河口湿地土壤中正构烷烃分子指标及物源指示意义

对黄河口湿地表层土壤中的总有机碳、正构烷烃等进行了分析,计算了正构烷烃分子指标,探讨了其物源指示意义,并对不同采样区域和采样时间的结果进行了比较.结果表明,黄河口湿地土壤中正构烷烃以高碳奇数烷烃(C25～C33)为主,说明土壤中有机质主要来自于陆地高等植物,而样品中未分离混合物的存在表明土壤可能受到了油类污染.土壤中总的正构烷烃含量有明显的时间和区域差异,总的变化范围在0.57～3.90μg.g-1.在2009年4月(枯水期)总的正构烷烃含量相对6月(调水调沙期间)要高,以黄河口湿地核心恢复区最高,其次是黄河入海前最后一个浮桥下方的黄河北岸,最后是黄河故道区域,而6月的变化趋势与此相反.这一变化趋势与总有机碳是一致的,而与中值粒径的变化趋势相反,反映了两个不同的采样时间水环境条件的差异.基于正构烷烃的分子指标,如平均链长ACL、奇偶优势度OEP、烷烃指数AI、碳优势指数CPI和陆海比TAR等表明黄河口湿地土壤的有机质的成熟度较低,有较强的陆源高等植物输入优势,且主要来自于草本植物.与其他指标相比,陆海比指标TAR更好地反映了水环境条件的变化.