基于NSGA-Ⅱ算法的若尔盖高原高寒湿地生态修复格局优化

随着全球气候变暖和人类活动增强,高寒湿地面临着面积萎缩、动植物生境恶化、生态系统结构和功能退化等环境问题。以若尔盖高原高寒湿地为研究对象,基于生态系统稳态转化理论,使用湿地景观演变函数和第二代非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)分析1980—2015年7期湿地动态变化,计算多情景多目标函数值,选择适宜目标并基于社会经济生态可持续性发展、湿地生态系统稳态平衡原则,制订湿地修复优化策略。结果表明,可持续发展区、过度关注区与过度扰动区呈围绕发展,分别占湿地总面积的45.25%、17.27%与37.48%;基于NSGA-Ⅱ算法评价无偏好(等权最优)、经济效益最大化、生态效益最大化、空间紧凑度最大化、修复适宜性最大化5个目标下的湿地修复策略,无偏好策略函数值在经济效益、生态效益与湿地修复适宜性方面分别提升41.45%、9.18%和1.65%;基于社会经济可持续性发展的需求,构建保护优先、自然恢复、近自然恢复和适度修复4类若尔盖高原湿地生态修复空间优化格局。

近20年若尔盖高原陆地水储量变化分析

黄河上游若尔盖高原湿地区多年来存在湿地退化萎缩的趋势,维持若尔盖地区的陆地水储量对湿地区生态环境保护和经济发展有重要意义。为更好地分析近20年来的若尔盖高原地区陆地水储量时空分布和变化情况,运用GRACE重力卫星数据,进行降尺度处理后,结合统计方法,对若尔盖高原地区2003-2020年的陆地水储量时空分布及其与降水的关系进行讨论和分析。研究结果表明:研究时段内,若尔盖陆地水储量呈上升趋势,增长速率为1.37 cm/a,且有明显季节性变化特征;小波分析显示11 a为陆地水储量变化的第一主周期;空间分布上,水储量有从东部地区向西部地区逐渐降低的趋势。计算降水与水储量变化之间的相关性系数为年际尺度0.497和年内尺度0.402,两者为中等相关关系,降水是陆地水储量变化的主要驱动因子之一。

若尔盖高原四川片区陆生脊椎动物多样性研究

利用2012—2021年在若尔盖高原四川片区的调查和访问数据,结合历史文献资料,对区域内陆生脊椎动物多样性及其保护价值进行了分析和评估,在此基础上提出了保护建议.结果表明:研究区域已知有陆生脊椎动物319种,包括兽类53种、鸟类254种、爬行类7种、两栖类5种;物种多样性G-F指数鸟类最高,兽类次之,爬行类和两栖类均为0;区系特征方面鸟类和兽类均以古北界种类为优势,东洋界物种也表现出一定的渗透性;鸟类居留型方面,候鸟和旅鸟较为丰富(56.69%),表明研究区域是候鸟迁徙的重要目的地和停歇补给点;食肉目动物(17种)和猛禽(26种)等顶级消费者种类丰富,反映出区域食物链完整性较好;保护价值方面,国家级和省级重点保护比例27.59%、濒危野生动植物种国际贸易公约(CITES)附录收录比例13.17%、特有物种比例10.03%,《中国生物多样性红色名录》受威胁比例21.94%,陆生脊椎动物多样性保护价值指数V_(A)和珍稀濒危野生动物多样性保护价值指数V_(AT)分别为60.32和57.24,与华北、东北内陆湿地自然保护区以及邻近的三江源国家公园黄河源园区相比都更高,表明研究区域具有极高的物种多样性保护价值.建议加强对区域内野生动物的调查、监测、巡护和保护宣传力度,建立健全野生动物救护机制,合理设置野生动物安全通道,同时立足区域优势,大力发展高原特色农牧业和生态文化旅游,从根本上缓解人类活动对野生动物的影响.

若尔盖高原铁路建设生态保护与修复措施研究

若尔盖高原是最大的高寒泥炭沼泽湿地,铁路建设将对区域生态环境产生一定影响,随着国家对黄河上游生态环境保护的重视,做好在该区域铁路建设的环境保护是铁路建设中至关重要的一环,结合区域生态环境特点,生态修复以草皮剥离、养护和利用为主,辅以合理的植被恢复措施,遵循“学习自然、模仿自然”的理念,引入基于自然解决方案的理念,恢复初期通过适当的人工辅助和管护,依靠自然生态演替过程,实现扰动区域高质量生态恢复。

近40年来若尔盖高原高寒湿地景观格局变化

基于Apack软件,通过选取景观面积指数、景观多样性指数和景观破碎化指数等景观格局指数,从景观水平上研究了近40a来若尔盖高原高寒湿地景观空间分布格局特征的动态变化过程。结果表明:(1)高寒湿地景观空间格局以自然湿地景观为主要特征,自然湿地景观的斑块数和平均斑块面积均明显高于人工湿地景观。沼泽湿地景观斑块数最多,面积最大,所占比例高于95%;(2)高寒湿地景观具有高度的空间异质性。若尔盖县湿地景观的面积最大,占该区湿地景观总面积的近50%,湿地率也居五县之首;红原县和玛曲县次之;阿坝县和碌曲县最小;(3)高寒湿地景观面积呈先减少后增加的变化趋势。但与20世纪60年代相比,2000年湿地景观面积仍呈萎缩状态,总面积减少59857.83hm2;(4)近40a来,若尔盖高原湿地景观呈集中连片分布,聚集度均高于0.95;优势度水平较高,但多样性指数水平较低。湿地景观的斑块数呈先下降后持平的变化趋势,而平均斑块面积则表现为增加的变化趋势;湿地景观分布质心也发生了明显的空间位移,经历了先向西北方向偏移12.54km;再向东南方向偏移了11.33km;最后又向北偏移了1.1km。

若尔盖高原湿地土壤-植物系统有机碳的分布与流动

湿地碳素变化对全球气候变化的影响一直是国内外湿地研究的热点。国内对沼泽湿地碳循环的研究主要集中在三江平原,其它地区则鲜见报道。若尔盖高原位于全球气候变化最敏感的区域之———青藏高原的东北部,冷湿的气候条件下沼泽十分发育,泥炭贮量丰富,沼泽面积和泥炭资源贮量均居中国首位。为了评估该区湿地;在全球气候变化中的作用,作者以该区分布最为广泛的 3种沼泽植物群落——木里苔草(Carex muliensis)群落、乌拉苔草(Carex meyeriana)群落和藏嵩草(Kobresia tibetica)群落以及最为典型的3种湿地土壤——泥炭土、泥炭沼泽土和草甸沼泽土为对象,采用田间腐解试验方法,系统研究了高原湿地植物——土壤系统中有机碳的分布与流动,其目的在于:1)探明该区湿地土壤有机碳的数量与分布状况;2)了解植物碳在向土壤流动过程中的消失与残留情况。结果表明,若尔盖高原湿地土壤的有机碳含量一般较高且随土层加深而降低;在植物由活体—立枯—残落物的不同阶段,植物不同化学组分中碳的消失率各异,其中易分解组分碳的消失率最大(3种群落分别为61.37％、69.59％和66.34％),木质素碳的消失率(44.53％～52.98％)略大于纤维素碳的消失率(38.23％～43.86％),3种群落植物碳的总消失率分别为53.8％、60.03％和55.18％;3种群?

若尔盖高原三种湿地土壤有机碳分布特征

研究了若尔盖高原3种典型湿地(泥炭沼泽、腐殖质沼泽和沼泽化草甸)土壤有机碳密度,有机碳含量分布及其与水分含量的关系。结果表明,若尔盖典型泥炭土有机碳含量最高(230～270g/kg),其分别是腐殖泥炭土的1.3～3.3倍和腐殖土的6.75～15.3倍。同样,泥炭土有机碳密度最大(52～66kg/m3),其次是腐殖泥炭土(40～75kg/m3),最小是腐殖土(14～30kg/m3)。腐殖土有机碳储量只相当于泥炭土和腐殖泥炭土的37%左右。腐殖泥炭土和腐殖土有机碳含量和水分含量之间均存在显著相关关系(n=18,p<0.01),说明水分条件的改变,尤其是排水疏干等干扰措施会直接影响其有机碳的积累。

排水对若尔盖高原泥炭地土壤有机碳储量的影响

泥炭地作为陆地上生态系统一个重要碳汇,存储了全球土壤有机碳储量的25%—43%。泥炭地排水与其他土地利用导致了大量的土壤有机碳损失。然而,有关排水对中国泥炭地土壤有机碳储量的影响研究报道较少,因此,为了获得更多可靠的泥炭地碳储量信息,以便减少它们估算的不确定性。选取了我国若尔盖高原未排水泥炭地和排水泥炭地进行土壤剖面取样,定量评价排水对泥炭地土壤有机碳储量的影响。研究表明:(1)未排水泥炭地土壤有机碳储量平均值为(923.71±107.18)t C/hm^2,为中国陆地和全球陆地土壤有机碳储量的8.1和9.4倍;而排水泥炭地土壤有机碳储量平均值为(574.01±66.86)t C/hm^2,为中国和全球陆地的5.1和5.8倍。(2)泥炭地排水后,导致表层(0—30 cm)土壤有机碳储量增加(59.11±9.31)t C/hm^2,可能源于土壤容重增加。(3)然而,完全考虑泥炭剖面深度后,排水泥炭地土壤有机碳储量较对照样地减少了349.7 t C/hm^2,这可能是由于泥炭地排水后,水位降低,加速了泥炭氧化,降低了泥炭厚度。

放牧胁迫下若尔盖高原沼泽退化特征及其影响因子

根据原生和退化沼泽水体、植被与土壤信息,将放牧胁迫下若尔盖高原沼泽划分为5个等级,即原始沼泽、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化沼泽,系统地研究了若尔盖高原沼泽的退化特征及其影响因子。沼泽退化特征表现为:退化沼泽水体总氮含量较高,硝态氮、总磷含量以及碱度、矿化度随沼泽退化程度加剧而上升。退化沼泽物种丰富度增加,群落组成和结构趋于多样化;群落水分生态型结构变化明显,中生植物逐渐取代沼生植物优势地位;沿沼泽退化梯度,植被演替速率降低。沼泽退化序列上,土壤含水率、毛管孔隙度、全氮含量降低,土壤容重、全磷和全钾含量上升;土壤垂直剖面上,退化沼泽较原始沼泽和轻度退化沼泽全量养分含量变化大,并且,全氮和全磷含量具有表聚性。退化沼泽环境指标PCA分析显示,沼泽退化受土壤养分和水分含量的影响较大。

若尔盖高原土地利用变化对生态系统服务价值的影响

运用G IS和遥感技术分析了若尔盖高原1990年、2000年和2005年的土地利用/覆盖特征,在此基础上,使用生态价值系数(C)计算出该区生态系统服务价值,并使用敏感性指数(CS)对所选的C值进行验证。结果表明,该区域1990—2005年间,高覆盖度草地、湿地和林地面积呈持续减少趋势,建设用地、荒漠、中覆盖度草地和耕地面积及土地利用综合程度呈持续增加趋势;生态系统服务价值从603.10×108元减少到586.07×108元,共损失17.03×108元,且损失量和损失幅度呈加速增加趋势;该区域生态系统服务价值中,废物处理价值最高,水源涵养价值次之,食物生产价值最低,且各服务类型的价值均呈持续减小趋势;若尔盖高原1990和2005年人均生态系统服务价值分别为38.93万元和27.03万元,表明若尔盖高原由于人口增长和土地退化,环境压力呈明显增大趋势。湿地和草地退化是导致该区域生态系统服务价值减少的主要原因,尤其是湿地退化。CS检验说明本文所选C值较为合理。

若尔盖高原沼泽湿地CH_4排放研究

若尔盖高原沼泽湿地海拔3400m,面积4038km2,是我国面积最大的高原沼泽湿地分布区。2001年5～9月的非冰冻期,其主要沼泽类型木里苔草沼泽的CH4排放通量范围是0.51～8.20mg/(m2·h),平均值为2.87mg/(m2·h);乌拉苔草沼泽CH4排放通量范围是0.36～10.04mg/(m2·h),平均值为4.51mg/(m2·h)。在空间分布上,不同沼泽类型之间CH4排放通量具有一定的差异。在季节变化上,没有明显的排放高峰。根据代表性观测点的CH4平均排放量、日数和沼泽总面积推算,非冰冻期若尔盖高原沼泽湿地CH4的排放量为0.052Tg/a。

若尔盖高原沼泽土壤氧化甲烷的研究

若尔盖高原泥炭沼泽土氧化大气CH4的速率为0.97～1.69ng/(g·h),氧化速率随着土壤深度的增加而减小;而泥炭土CH4排放速率为0.37～0.61ng/(g·h).2种土壤均具有氧化8000μL/L高浓度CH4的能力,泥炭沼泽土的潜力比泥炭土的大.不同土壤层次氧化甲烷的潜力也有差异,表层土比下层土高.降水减少导致的沼泽水位下降将加强若尔盖高原沼泽土壤氧化CH4从而减少沼泽CH4排放.

川北若尔盖高原盆地沙漠化、岩漠化遥感动态监测研究

若尔盖高原盆地是全国五大牧区之一,曾是青藏高原东北缘最好的草场。若尔盖高原盆地生态环境脆弱,生态平衡极易被打破。一旦失去平衡,生态环境将呈现由沼泽→草原→荒漠草原→荒漠逐级退化的发展趋势。20世纪80年代中期以来,若尔盖高原盆地逐渐沙漠化、岩漠化,部分地段甚至出现沙(岩)进人退、沙(岩)进路移的景象。遥感动态调查证实,该地区2000年沙漠化、岩漠化区面积已达43911.15hm2,比1986年扩大了6280.44hm2。沙漠化主要分布在山丘的北坡和垭口,岩漠化分布在山丘的南坡。沙漠化、岩漠化主要受北西向季风、地貌条件、松散沉积物、古沙丘等自然因素和过度放牧等人为因素控制。

若尔盖高原湿地生态恢复过程中土壤有机质的变化研究

采用野外调查和室内分析结合的方法研究了若尔盖高原湿地生态恢复过程中土壤有机质的数量、分布及质量变化 ,以探讨生态恢复过程对湿地土壤肥力的影响。结果表明 ,在若尔盖高原湿地生态恢复过程中 ,土壤类型发生相应的生态演替 ,其恢复演替序列为风沙土→草甸土→沼泽土→泥炭土。随着湿地生态系统的逐步恢复 ,土壤有机质的含量大幅度提高 ,土壤有机碳的氧化稳定性趋于增强 ,土壤腐殖质组成中胡敏酸的含量逐步提高 ,胡敏酸的E4值增大 ,E4/E6值减小 ,土壤腐殖质的品质改善。土壤有机质的数量、分布及质量变化均表现出与湿地生态条件和环境变化的高度一致性 。

大规模排水前后若尔盖高原湿地景观格局特征变化

基于Apack软件应用景观格局分析的方法定量研究了排水前后若尔盖高原高寒湿地景观空间分布格局特征。结果表明,若尔盖高原湿地在大规模排水前湿地面积占总景观面积的11.07%,排水后缩减为8.9%,由于湿地景观与非湿地景观之间发生大面积的转移;大规模排水前若尔盖高原湿地景观面积排水前后湿地景观结构均以自然湿地景观为特征,其中,沼泽湿地景观在自然湿地景观中占绝对优势,占湿地景观总面积的95%以上;若尔盖高原湿地景观空间格局特征均以若尔盖县的湿地景观面积最大,红原县和玛曲县居中,阿坝县和碌曲县最小;各县湿地景观类型构成比例均以沼泽湿地景观为主所占比例最大,基本保持在90%以上的水平,其他湿地景观类型的构成比例较小。与排水前相比,各类型自然湿地景观的斑块数都明显减少,平均斑块面积增加,最大斑块面积除河流湿地外也表现为增加变化;湿地景观多样性指数、均匀度、优势度和分维数均表现为下降变化。

若尔盖高原近30年沙地变化趋势分析

以若尔盖高原为研究区域,利用遥感数据资料和GIS技术,对该地区1975年、1990年、2000年、2005年沙地面积变化进行了监测,结果显示1975年以来的这30a间,沙地以0.76%的年平均增长率增长,尤其是1990年到2000年这10a间,沙地面积的增长最为迅猛,同时研究发现沙地的分布具有地带性规律。分析沙地扩张的原因得出:过度超载放牧为主要原因,气温升高、降水减少以及大风因素为沙地的扩展提供了必要的气候条件。

若尔盖高原湿地资源及其保护对策

若尔盖高原湿地在青藏高原湿地生物多样性保护中占有十分重要的地位 ,但其现状不清。卫星影像解译表明若尔盖高原湿地面积为 3 .94× 10 4 hm2 ,占土地总面积的 2 .2 %。在各种湿地中沼泽所占的比重最大。与 2 0世纪 5 0年代和 80年代初期相比 ,湿地面积大幅度减小而且退化严重 ,急需保护。目前应采取的保护措施有 :加强湿地自然保护区的建设与管理 ;探讨湿地退化机制与生态恢复措施 ;进行沼泽湿地草场生态牧业试验和示范研究 ;加强湿地保护立法与宣传教育。

若尔盖高原沼泽湿地与草地二氧化碳通量的比较

采用静止箱/气相色谱法,在2003—2005年的植物生长期对若尔盖高原沼泽湿地和草地的CO2通量进行了对比观测.结果表明:若尔盖高原沼泽湿地和草地CO2通量的平均值分别为203.22和323.03mg.m-2.h-1,前者为后者的60%左右.沼泽湿地常年积水的环境条件限制了土壤中的植物残体、根系及有机物质的分解,是沼泽湿地CO2通量低于草地并形成泥炭积累的重要因素.研究区沼泽湿地与草地CO2通量的季节变化与气温变化呈正相关,峰值一般出现在7月和8月;其日变化也与气温呈正相关,峰值一般出现在11:00—17:00.5cm深的土壤温度与CO2通量的相关性高于10和15cm深的土壤温度.

川北若尔盖高原表土孢粉的特征及其与现代植被的关系

通过对若尔盖高原不同植被带34个表土样的孢粉分析,研究了各植被带的表土孢粉组合与现代植被的关系。结果显示:表土孢粉组合基本上能够反映出现代植被的整体特征,与现代植被带在空间分布、建群种和优势种属方面基本相同,但不完全等于植被组成,影响其差异的原因可能是人类活动、孢粉保存、孢粉产量、外来孢粉和孢粉鉴定。表土花粉的代表性因种属的不同而各有差异。乔木花粉中,松属具有超代表性,云杉属代表性较好,而桦木属不具有超代表性;草本花粉中,菊科具较好的代表性,蒿属和藜科等具代表性,而禾本科和莎草科具低代表性;蕨类孢子具等代表性。

基于EOS/MODIS的若尔盖高原湿地定量遥感研究

研究旨在探讨EOS/MODIS影像提取若尔盖高原湿地信息的定量遥感方法.先计算MODIS影像的NDVI并将其线性变换到0～255;然后经多次试验确定区分湿地与非湿地的MODIS-NDVI阀值,并用人机交互式调整的方法消除误判像元及云的干扰,再多次试验得到区分湿地内部沼泽地和水体的阀值;通过统计不同类型湿地像元数计算湿地面积.研究表明,若尔盖高原湿地空间分布和面积具有季节差异,这与该地区降水和气温季节变化相关;采用MODIS-NDVI阀值并结合人机交互式调整的方法提取若尔盖高原夏半年的湿地信息是可行的,精度达到82%,而利用该方法提取冬半年湿地信息效果不甚理想,冬半年的MODIS影像湿地判识方法有待进一步探讨.