基于景观格局的海南岛典型流域生态健康评价

以海南岛南渡江、昌化江和万泉河三大河流流域为研究对象,基于压力-状态-响应(pressure-state-response,PSR)模型对海南岛典型流域生态系统进行健康评价。结果表明,三大流域土地利用类型主要以林地与耕地为主,其中南渡江流域开发利用程度较高;三大流域中南渡江流域较其他流域总体呈景观破碎化程度大、多样性高、连通度低、异质性强的特点;三大流域生态系统健康评价体系准则层的权重大小依次为状态层>压力层>响应层,单项指标综合权重值最大为土地垦殖系数,最小为人均GDP、城镇化率;南渡江流域生态健康状况为亚健康状态,昌化江流域、万泉河流域均为健康状态,南渡江流域压力最大,土地开发利用是所有流域共同面临的主要压力来源。研究综合评估了海南岛三大典型流域的生态健康状况,可为流域的后续生态管护提供了决策依据。

水菜花种群潜在生境选择与空间格局预测

国家二级保护野生植物水菜花(Otteliacordata),喜生于清洁的水环境中,对环境变化极为敏感,是检验湿地环境及气候变化的关键指示物种之一,在我国仅零星分布于海南北部的火山熔岩湿地区,生存状况不容乐观。研究水菜花种群潜在生境选择及其空间格局演变,有利于加强濒危物种保护保育及湿地生态系统修复、管理。该研究基于GIS平台和MaxEnt模型,结合气候、地形和土壤因子,探究水菜花种群环境限制因子及其在气候变化背景下潜在适宜生境的演变格局。结果表明,水菜花种群对温差与降水量变化敏感,等温性、最冷季度降水量、土壤类型和年均降水量对水菜花种群分布影响显著;全新世中期-当前-2070年气候变化背景下,水菜花适宜生境面积先减小后增大,分布重心呈西南-东北-西南转移格局;未来气候情景下,水菜花种群高度和中度适宜生境缩减,低适宜生境增加,南部地区将出现新增适宜生境,东北、西北及西南部适宜生境将发生消减。该研究从气候环境角度论证了水菜花种群的潜在生境选择及空间变化特征,可为濒危物种保护保育、湿地管理及其生物多样性维护工作提供参考和指导。

海南热带雨林代表性种群空间分布特征研究

生态系统代表性种群在生态预警、生物多样性保护等方面具有不可忽视的作用,开展代表性种群评估是生物多样性优先保护的关键基础。以适宜生境分析为切入点,重点解析海南热带雨林代表性种群的分布格局。研究结果表明:1)海南热带雨林国家公园大部分区域潜在分布的热带雨林代表性种群数量在10~25种之间,分布面积占区域总面积的83.86%;2)代表性种群的分布主要受海拔和植被类型因素影响较大,种群分布数量整体由高海拔向低海拔、由原生林向次生和人工林递减辐射分布;3)海南热带雨林国家公园的建设,虽极大地促进了生态系统的连通性和生物多样性保护,但仍有较大面积的代表性种群高热点分布区域未纳入国家公园核心保护区,需加强对此类地区的关注和重视。代表性种群的生存状况很大程度上直接反映了热带雨林生态系统的现状特征,研究成果可为海南热带雨林国家公园生态规划、热带雨林修复、代表性种群保护等提供数据支撑和理论指导。

东寨港红树林湿地土壤因子与酶活性的关系

[目的]红树林是热带、亚热带典型的海岸带湿地生态系统。分析不同植物群落条件下红树林湿地的土壤活性有机碳组成、土壤酶活性现状以及两者间的相互作用,进而预测东寨港红树林片区的生态结构和功能发展趋势,为东寨港红树林湿地的生态恢复与保护提供科学依据。[方法]通过实地采样,对9种红树植物群落类型[红海榄(Type 1)、白骨壤(Type 2)、角果木(Type 3)、海莲+角果木(Type 4)、桐花树+海莲+秋茄(Type 5)、海莲+榄李+桐花树(Type 6)、秋茄+海莲+榄李(Type 7)、海莲+无瓣海桑+桐花树+秋茄(Type 8)、海莲+无瓣海桑(Type 9)]的土壤酶活性、土壤活性有机碳组分含量和理化性质进行化验分析。[结果](1)该区表层土壤有机碳介于6.57~74.87 g/kg之间,在不同群落类型间以Type 7群落显著最高,Type 1群落低至6.57 g/kg。(2)各群落类型湿地表层土壤酶活性变化规律为:脲酶>磷酸酶>过氧化氢酶>蔗糖酶,其中脲酶以Type 8群落最高,显著高于Type 1—6群落;磷酸酶以Type 8群落最高,显著高于Type 1—3群落;过氧化氢酶以Type 5最高,显著高于其余群落(Type 6和Type 7除外);蔗糖酶以Type 9群落最高,显著高于Type 2,Type 5和Type 8群落。(3)土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶与土壤活性有机碳各组分含量呈显著及极显著正相关;土壤脲酶、磷酸酶与土壤pH值呈极显著负相关,与全氮、全磷呈极显著正相关;土壤过氧化氢酶与全氮、全磷呈极显著正相关;土壤蔗糖酶与全氮、全磷呈显著正相关。(4)冗余分析结果显示:土壤轻组有机碳、土壤总有机碳、土壤颗粒有机碳和土壤微生物生物量碳是影响东寨港红树林植物群落土壤酶活性的主要因子。[结论]土壤酶活性与多种土壤活性有机碳组分呈紧密正相关,因此可用土壤酶活来表征东寨港红树林湿地土壤碳库活跃程度。

基于无人机多光谱影像的海口市美舍河凤翔湿地公园水体叶绿素反演

为掌握海口市美舍河凤翔湿地公园水体中的叶绿素(CHL)空间分布,科学评估区域水体水质情况。使用无人机搭载多光谱传感器获取多光谱影像,从中提取16个光谱参数(V1~V16),结合实测水体样本数据,构建CHL叶绿体的反演模型。结果显示:光谱参数V3与CHL具有明显的相关性,在建立的反演模型中,指数函数反演模型的精度最高,决定系数R^(2)值为0.660。经检验,指数函数模型的估测值和实测值的拟合曲线R^(2)值为0.8709。研究结果符合水质参素反演精度要求,可为下一步绘制水质参数空间分布图及美舍河凤翔湿地公园的水体治理提供科学依据。

海南岛野生茶树空间分布及种群动态研究

野生茶树具有很强的环境适应能力,对不良自然环境具有强抗逆性,是栽培茶树品种杂交育种和改良品种的重要基因库。在对海南岛自然分布的野生茶树资源全面开展调查工作的基础上,从种群径级结构、静态生命表、存活曲线等种群特征方面以及野生茶种群空间分布格局与分布特征方面进行分析,结果表明:1)野生茶树主要分布在五指山市、琼中县、白沙县、乐东县等中西部山区;2)野生茶树主要分布在坡度为0~30°、海拔为900~1 200 m,以及坡向为半阳坡与半阴坡的区域;3)野生茶树种群为集群分布,野生茶树种群内幼树、中树居多,大树、老树很少,种群结构表现为稳定型;4)野生茶树种群死亡率随着径级的增加呈递增趋势,种群生命期望值随着径级增加呈递减趋势,种群存活曲线从整体上看接近Deevey-I型,说明野生茶树种群处于相对稳定的状态,随着种群个体的生长发育,其生存力逐渐下降。因此,在对海南岛野生茶树资源进行开发利用过程中,要加强对野生茶树资源的保护与收集工作,建立起海南岛野生茶树种质资源库。

自然保护区对濒危植物种群的保护效果探索——以海南昌江县青梅种群为例

在自然保护区外,植物种群受到的负面影响因素很多,森林破碎化、人为砍伐、火烧等人为干扰都会影响濒危植物种群的生存、生长与发育,为了定量探索保护区对濒危植物种群的保护效果,本文以濒危植物青梅(Vatica mangachapoi)为例,采用样方法对昌江县自然保护区内和自然保护区外开展青梅种群的空间分布格局分析,进而从种群径级结构、静态生命表、存活曲线等方面对青梅种群的种群特征比较分析。结果表明:1)无论自然保护区内外,青梅种群为集群分布,但在自然保护区外,青梅种群集群程度更强,不利于其种群的扩散;2)在自然保护区外,青梅种群的幼苗、幼树很少,青梅种群结构表现为衰退型,而自然保护区内青梅种群结构表现为增长型;3)在自然保护区外,存活曲线表明青梅种群接近DeeveyⅠ型;在自然保护区内,存活曲线表明青梅种群开始时接近DeeveyⅢ型;因此,建立自然保护区,对濒危植物的保护效果非常明显。海南较多的保护物种与青梅的生态学特性类似,多为濒危物种,需要连续性、少人为干扰的生存、生长和发育的环境,因此,加强自然保护区的保护工作,对保护濒危植物种群具有非常重要的意义。

2000—2020年海南岛流域景观格局时空演变及其推动因素分析

该研究基于景观格局指数对海南岛三大典型流域2000—2020年土地利用变化与景观格局演变特征进行分析,并揭示其驱动因素。结果表明:(1)流域内林地、耕地等类型面积呈减少趋势,建设用地、水域类型面积呈增长趋势,南渡江流域建设用地类型增长速率明显高于其他流域。(2)在类型层次上,流域内林地、草地和耕地景观斑块异质性强,斑块离散程度增大,破碎化程度加剧,斑块趋于复杂化;在景观层次上,流域内景观具有破碎度高、异质性强、连通性下降、景观均衡分布、优势度降低的变化特征,其中南渡江流域景观变化更为显著。(3)流域内土地利用类型变化与景观格局变化的主要驱动力为人口数量、GDP等社会经济因素。研究综合分析了海南岛三大流域的景观格局演变特征及其驱动因子,为海南岛典型流域的后续水土治理、景观空间优化提供科学参考。

海南省东方市红树林生境选择及修复潜力评估

为定量评估环境因子对红树林分布的影响,探索红树林适宜生境选择及修复潜力空间分布特征,该研究基于环境背景数据,结合最大熵模型和GIS平台评估了海南省东方市红树林适宜生境分布及修复潜力。结果表明,影响红树林分布的环境因子主要有海表水流速、土地利用类型、pH、与岸线距离;红树林适宜生境主要分布在四更镇旦园村、四必村、四而村,八所镇田庄村、益兴村、昌义村,新龙镇下通天村、新村周边;从空缺分析情况看,东方市约有325.9 hm2的生态修复空间,可优先选择四更镇旦园村、八所镇益兴村、田庄村,新龙镇下通天村及其周边地区开展红树林修复和和恢复工作。研究结论可为海南西部地区及全省的红树林保护修复工作提供借鉴和支撑。

基于代表性种群模拟的海南热带山地雨林空间分布特征

该文以群落代表性种群空间分布信息为切入点,利用Max Ent模型拟合种群适宜生境,再结合Arc GIS平台完成海南热带山地雨林的空间分布数据获取,尝试探索一种快速、准确、大面积获取植被分布数据的方法。结果表明:不同代表性种群适宜生境模型拟合精度均高于0.98,拟合结果可靠性高,海拔和温度是种群分布的主要环境影响因素;热带山地雨林空间分布范围预测结果良好,通过比较霸王岭、鹦哥岭、尖峰岭、吊罗山等地区的山地雨林分布特征,明确了海南热带雨林国家公园内山地雨林总面积约612.68 km^(2),分布海拔区间为600m~1480m。该文在植被分类和空间分布范围获取方面做了一些新的尝试,期望可为森林植被的精确分类、快速获取以及保护修复工作提供参考。

海口市森林资源调查空间平衡抽样研究

传统抽样方法因存在适应性弱、空间相关性高等缺陷,越发不适用我国的森林资源调查。随着调查精度要求提高和社会经济条件变化,空间平衡抽样(SBS)的理论与方法应运而生。以海口市为研究案例,对空间平衡抽样与传统抽样方法进行抽样精度、抽样效率和空间相关性等性能指标的比较分析。研究表明:1)在海口市各地类面积模拟抽样中,抽样精度从高到低依次为空间平衡抽样>系统抽样>简单随机抽样;2)在模拟抽样性能评价中,空间平衡抽样的空间相关性、抽样精度和抽样效率均优于简单随机抽样、系统抽样。通过研究,以期为森林资源调查探索出更为经济适用的方法途径,为提高森林资源调查效率提供科学依据。

海南岛3种人工林树种地上生物量分配特征及区域差异

以海南岛7个市县分布的马占相思、橡胶和桉树人工林为研究对象,通过野外调查与室内分析,探讨了3种人工林树种的地上生物量分配特征及区域分布情况。结果表明:(1)3种人工林树种的地上总生物量分配比例基本遵循干材>树枝>树叶>干皮的模式,树干占绝对优势;(2)基于胸径大小一致,热带地区不同区域内人工林树种地上总生物量差异明显,其中马占相思地上总生物量范围在51.06～179.25 kg之间,白沙值最大,橡胶树地上总生物量范围在48.42～173.15 kg之间,陵水值最大,桉树地上总生物量范围在43.06～228.11 kg之间,儋州值最大;(3)同一树种在不同市县的生物量分配比例差距悬殊,其中马占相思树干生物量占地上生物量的48%～78%,橡胶树树干生物量占地上生物量的35%～78%,桉树树干生物量占地上生物量的48%～85%,树干生物量贡献力度越大其地上生物量会相应增加。本研究结果为热带地区人工林资源的合理经营和利用提供基础数据。

基于GIS海南森林资源调查抽样方法研究

传统抽样方法因存在适应性弱、空间相关性高等缺陷也越发不适用中国的森林资源调查中,随着调查精度要求提高和社会经济条件变化,空间抽样等理论与方法应运而生。该文以海南省森林资源为研究主体,在基于地统计学基础和GIS技术平台上对空间平衡抽样、随机抽样和系统抽样3种不同抽样方法进行空间相关性分析,并对其抽样精度进行比较分析。研究表明:1)在不同抽样方法空间自相关分析中,空间平衡抽样(0.112034)>简单随机抽样(0.0994846)>系统抽样(0.0908457),空间平衡抽样的优势不突出;2)在海南省各地类面积模拟抽样中,抽样精度从高到低依次为空间平衡抽样>简单随机抽样>系统抽样。该研究致力于为森林资源调查探索出更为经济适用的方法途径,以期为林业发展提供科学依据。

海口市东寨港红树林湿地植物多样性研究

通过对海口市美兰区东寨港红树林湿地区域的植物群落调查,研究其植物群落物种组成、群落优势种和群落物种多样性特征,并采集湿地的水样、土样进行检测分析,以期为湿地的生态保护与管理提供有效依据.结果表明,(1)在14个调查样方中,共记录维管植物54科111属126种,以芸香科、茜草科、菊科、大戟科和红树科植物为主,植物组成较为丰富;(2)东寨港湿地植物群落的优势种群主要由红树植物和人工林植物组成,红树植物在乔灌层中均占有一定优势,而人工种植种在乔木层中的优势较为明显;(3)在东寨港湿地植物群落中,灌木群落的物种丰富度最高,草本群落的多样性指数和Pielou均匀度指数均为最高;(4)东寨港湿地水体pH为中性略偏酸性,土壤pH为中性略偏碱性,湿地整体水体环境不错,但部分区域的水质存在富营养化和污染现象.

海南省万宁市野生荔枝资源种群特征研究

野生荔枝是荔枝(Litchi chinensis Sonn.)进行品种改良与创新的重要基因库,该研究通过对海南万宁自然保护区内、外野生荔枝资源进行实地调查,并用空间分布格局、种群径级结构、静态生命表、存活曲线等方法进行比较分析,以揭示野生荔枝种群在保护区内、外的分布规律及其种群动态趋势,为野生荔枝资源的保护提供依据。结果表明:(1)海南万宁自然保护区内、外野生荔枝种群均为聚集分布,且非自然保护区聚集程度比自然保护区的聚集程度更为明显。(2)径级结构分析发现,自然保护区内野生荔枝种群结构为增长型,种群生命期望值整体上基本随径级增加呈递减趋势,存活曲线呈近直线型,说明自然保护区内的野生荔枝种群处于相对稳定的状态;而自然保护区外的野生荔枝种群为衰退型。(3)群动态预测结果也显示,自然保护区内外的野生荔枝种群的动态变化指数(Vpi′)以及随机干扰风险极大值均趋于零,但自然保护区外的值均大于区内,说明保护区外受到的敏感性比自然保护区内更强,即保护区外野生荔枝种群的生存环境已受到严重的人为干扰威胁。研究认为,在自然保护区外,野生荔枝种群幼树的严重缺失不仅与野生荔枝种群自身的更新机制有关,更重要的是生存环境的破坏和人为砍伐导致野生荔枝种群结构发生变化,野生荔枝林面积下降。

海南岛东北部土地利用与生态系统服务价值空间自相关格局分析

土地利用/覆被变化是全球环境变化的重要原因,对生态系统服务价值空间分布格局有直接影响。以海南岛东北部为研究对象,基于遥感影像数据,应用空间自相关理论定量探讨了土地利用与生态系统服务价值的空间自相关格局和分布特征,并运用双变量空间自相关分析两者之间的空间响应规律。结果表明:2016年海南岛东北部生态系统服务功能总价值为132.09亿元,其中林地构成生态系统服务功能价值的主体,而湿地的单位生态系统服务价值最高。土地利用类型具有显著的空间自相关性(P<0.05),不同土地利用类型所表现的空间聚集或异常的区域及范围明显不同,以建设用地和林地的空间聚集性最强。研究区生态系统服务价值在空间上呈显著的正相关性(P<0.05),高值区明显聚集于海岸带、东寨港和清澜港红树林一带,低值区集中在海口城区、文昌北部农耕区域;土地利用程度与生态系统服务价值呈空间负相关关系(P<0.05),且具有明显的空间溢出效应。根据研究结论建议继续实施生态修复与保护政策,优化土地利用结构,提升生态核心的服务价值,实现区域可持续发展和维护生态安全。

1989～2015年海口城市热环境与景观格局的时空演变及其相互关系

利用1989,1999,2007和2015年的4期Landsat5TM/8OLI-TIRS遥感数据,综合应用遥感、地理信息系统、景观生态学和统计分析相结合的方法,探讨海口城市热环境与景观格局的时空演变关系.结果显示,1989～2015年间,海口城市陆地表面温度(LST)总体呈逐步上升的趋势.城市热岛面积逐步扩大,空间质心向西南方向转移,且在2007年以后转移速率明显加快;冷岛质心则向东部生态核心区转移.城市LST较高的区域往往与不透水表面分布一致,较低的LST与绿地或水体分布一致.4期绿地的平均LST比不透水表面低4.17℃,其中2015年绿地景观类型百分比(PLAND)每增加10%导致LST下降0.57℃;不透水表面每增加10%,LST则上升0.78℃.不同时期绿地和不透水表面的平均LST与PLAND、最大斑块指数(LPI)、聚集度指数(AI)均表现为一致的极显著相关关系,且相关性逐年增强,其中绿地为负相关,不透水表面为正相关;景观斑块的大小和聚集程度对城市LST有较大影响.研究结果可以拓展对城市热环境与景观格局时空演变关系的认识,为城市规划和决策者提供参考.

基于激光雷达数据的热带森林冠高模型生成及平均树高估计

激光雷达(LiDAR)是一种适用于大范围快速获取森林三维数据的新手段,但是基于Li DAR的林业参数估计算法和提取精度仍有待进一步提高。以海南省三亚市热带区域森林为研究对象,基于其扫描获取的Li DAR点云数据提出了改进的动态移动窗口搜索算法,进行冠高模型建模与生成,并提出了基于此模型进行林木平均高度估计的方法。通过改进的算法,利用C#编程、Las Tools、Arc GIS等相关工具对点云数据进行网格化,从而进行DEM和DSM提取、CHM生成、平均树高等参数估计。结果表明:经过算法的改进,大面积森林的数字地面模型(DEM)、数字表面模型(DSM)和冠高模型(CHM)可以从Li DAR数据中快速提取,但Li DAR点云获得的树高值比实际值低。这是由于Li DAR数据树顶的错失及点云的低密度所导致的,然而通过最低树高值的不断增加,其实测值与估计值的差值也在逐渐缩小。

海口城市湿地动态变化对气候的响应

基于多光谱遥感数据对近十年来的海口市湿地分布情况进行遥感解译,确定海口市城市各类型湿地分布基本情况。结合海口市气象数据,分析研究降水量、气温、相对湿度、日照时数和风速5个气候因子对湿地面积变化的影响规律,以期为湿地的生态保护与管理提供有效依据。结果表明:(1)海口市2011~2018年的湿地总体面积变化明显且具有一定特征,其总体呈现出先增大后减小继而又缓慢增长的趋势;(2)海口市2010年~2018年的年均气温、年日照时数和年均相对湿度整体上均为上升趋势,而年均降水量与年均风速均为下降趋势;(3)海口市的湿地总面积变化与各气象因子间均无明显的相关性,但海口市不同类型湿地面积的变化与不同气候因子间的相关性各有不同,如库塘湿地与相对湿度和风速因子存在相关性,而水产养殖场湿地则与气候因子不存在相关性。

两种不同保护模式下坡垒种群发育特征

自20世纪60年代以来,坡垒种群的保护与恢复一直是海南地方林业工作者关注的内容,采用的保护与恢复方式主要有原地保护和迁地保护,历经50多年,该种群在原生境发育状况一直得不到有效的改善,一直被列为国家Ⅰ级保护植物,IUCN的极危种群,2012年又列入国家种极小种群(全国120种)。因此,该种群的有效保护方式一直在探索中。通过野外调查和数据统计分析,比较研究了海南霸王岭自然保护区野生坡垒种群与枫木林场迁地保护后形成的坡垒种群的发育状况。结果表明,迁地保护与原地保护的种群均属于增长型,幼龄个体占优势,中龄和老龄个体相对较少,迁地保护的种群存活曲线趋于Deevey-Ⅰ型,原地保护的种群存活曲线趋于Deevey-Ⅲ型;时间序列预测分析表明,枫木迁地保护种群具备一定的恢复潜能,霸王岭种群正常更新难以维持,种群面临衰退。据生命表分析其主要原因是种群第Ⅰ龄级幼苗死亡率高达99.5%,生境对第Ⅰ龄级个体的环境筛选作用强,幼苗阶段数量仅0.53%能过渡到幼树阶段,迁地保护形成的小种群第Ⅰ龄级幼苗死亡率为90.3%,但幼苗阶段数量的8.85%能过渡到幼树阶段,具有充足的幼树个体数量,能够维持坡垒种群的稳定性,枫木林场地区更适宜坡垒的生存。因此,在原地保护的自然保护区内模拟迁地保护的环境特点,创造出适合的海南坡垒种群发育的环境条件,或许能缓解野生坡垒濒危状态。