极端干旱对南四湖湿地景观影响的遥感分析

在气候变化加剧背景下,研究湿地的干旱响应特征具有重要意义。以草型湖泊南四湖2002年发生的极端干旱事件为例,基于干旱年及正常年Landsat遥感数据、长时序气象数据、帕默尔干旱指数(PDSI)数据等,计算南四湖归一化植被指数(NDVI)、修正的归一化水体指数(MNDWI)、植被覆盖度(FVC),并分析了干旱前后的景观指数变化特征,包括斑块数量(NP)、斑块密度(PD)。结果表明:1)干旱年降水的显著偏少及气温的异常偏高是导致这次干旱事件的主因;2)干旱年南四湖水域面积大幅减少,并在10月出现干湖现象;3)湿地植被特征与干旱程度显著相关(P<0.05)。随着干旱的加重,植被面积及NDVI、FVC呈现先增后减的趋势,在8月达到最大后开始减小;4)相比正常年份,干旱年湿地景观特征差异显著。干旱年水体面积显著下降,水体斑块数量增加912个、斑块密度增加15.47,水体景观趋于破碎化,而植被面积显著增加,植被景观破碎化降低。研究可为湖泊湿地的气候适应性管理提供一定科学指导。

近50年来南四湖湿地水文特征及其生态系统的演化过程分析

湿地资源十分丰富,具有重大的生产、生态效应,但由于自然和人类两方面原因,目前湿地普遍退化。文章基于长期的南四湖水文监测数据以及实地调查、实验数据,研究了南四湖湿地近50年来的水文特征及其生态系统的演化规律。结果表明,作为我国华北平原地区最大的淡水湖泊湿地生态系统之一,近50年来南四湖湿地的来水量呈明显减少的趋势,其减少速率为5.5×108m3/10a,加之大量泥沙和水生植物体堆积,造成南四湖水体逐渐萎缩,呈现消亡的趋势;同时,周边城市、矿区和工业的污染,使得南四湖水环境严重恶化,已经严重威胁到南四湖的生态系统安全。南四湖生态系统退化,究其原因有多年来的气候干旱,但更主要的还在于人类对湖泊不合理的开发利用。

移栽胁迫对3种湿地植物的影响

湿地植物的移栽是人工湿地修复的主要组成部分,移栽期间,植物从起苗、运输到栽植时间的长短等都直接影响到湿地植物移栽后的成活率和生长状况。以南四湖人工湿地中芦竹(Arundo donax)、芦苇(Phragmites communis)和香蒲(Typha latifolia)为研究对象,研究了移栽胁迫在起苗后24h内对3种植物的影响。结果表明:起苗后,芦苇的生物量和叶绿素含量下降速率最小,芦竹的叶绿素含量下降最快;叶绿素荧光方面,芦竹光合系统Ⅱ(PSⅡ)的潜在活性(Fv/Fo)和潜在最大光合能力(Y)最大,光保护能力(NPQ)也最强;香蒲的实际光合效率(Φ_(PSⅡ))最大;3种湿地植物的光化学淬灭(qP)、光保护能力和实际光合效率在5h左右即降至最低,而潜在最大光合能力下降至22h后达到稳定的较低值;芦苇的Φ_(PSⅡ)、Y、qP、NPQ和香蒲的Φ_(PSⅡ)、qP均与叶绿素含量的减少呈极显著的正相关关系(P<0.01)。以上结果表明,移栽胁迫对3种湿地植物产生了严重的影响,且影响程度为芦苇>香蒲>芦竹,起苗后栽植时间分别不宜超过4-6h、6-8h和14-16h,以保证移栽后的植物成活率和正常生长。

近40年来南四湖湿地NDVI变化特征及其控制因子分析

利用Landsat系列卫星的MSS、TM和ETM+遥感数据,计算了研究区的归一化植被指数(NDVI),并以此为湿地植被活动的指标,研究1973 2011年间该湿地植被变化特征及年内季节变化特征,揭示植被活动在年内和年际变化的控制因子以及湿地植被对于气候变化、人类活动和极端干旱事件的响应特征.结果表明:(1)近40年来南四湖湿地植被各个季节的变化特征不尽相同.春季NDVI呈现先降低后增加的特征,主要先后受到研究区围垦、渔业养殖等人为活动和气候变化(增温)的影响;夏季和冬季的NDVI呈现显著降低趋势,主要受到围垦、渔业养殖等人类活动的影响;秋季NDVI的变化不显著.(2)年内季节变化方面,湿地植被面积和NDVI都呈现单峰的变化特征,从春季开始增加,在夏季末(全年的第202和205 d)达到最大值,然后开始下降,到冬季降至最低.植被的年内季节变化特征主要受到月均温度的控制.(3)干旱在一定程度上不是湖泊湿地NDVI增加的限制因子.干旱导致湖泊水位下降,滨湖滩地及湖底露出,可能会促进湿地植被生长和植被面积的扩大,使得湿地NDVI增加.

一种新型的人工湿地生态工程设计——以山东省南四湖为例

本文采用了一种新的人工湿地设计理念 ,将两种类型的人工湿地有机地 ,动态地结合起来 ,设计出一套具有生态恢复和生态净化功能的工程体系。依据对湖区现状调查结果 ,按照生态学和生态经济学的基本原理 ,以保证湿地生态系统结构与功能的完整性为主要目标 ,在对湖区进行重点规划的基础上 ,提出了重点地段生态工程建设的设计方案 。

南四湖新薛河湖滨带湿地修复效果评价

通过对南水北调东线南四湖新薛河入湖口湖滨带人工湿地修复区的植物群落组成和物种多样性进行调查,采用Shannon-Wiener指数、Simpson指数、均匀度指数和丰富度指数对该地区的植物物种多样性进行分析,以评价退耕还湿措施对湖滨带退化湿地的生态修复效果。结果表明,经过2年的生态修复工作,湖滨带退化湿地中的植物物种数量由修复前的16科25种提高到修复后的24科47种。修复后的湖滨带湿地生态系统具有较高的生物多样性,其物种多样性明显高于未修复地区,其中,修复后的湿地高位台田区Shannon-Wiener指数、Simpson指数、均匀度指数分别为1.619、0.745和0.860,远高于未修复高位台田区的0.060、0.012和0.065。通过退耕还湿措施修复的湖滨带人工湿地系统对于恢复南四湖湿地的物种多样性、实现湖滨带湿地生态系统的自然可持续性具有重要的意义。

基于MODIS的南四湖植被覆盖变化的时空特征研究

湿地植被的时空变化研究是陆地生态系统对全球变化响应研究的重要内容之一。利用2000—2015年的中分辨率成像光谱仪(MODIS)16天合成的植被指数数据(NDVI和EVI)作为植被覆盖的指标,采用基于像元的线性趋势分析和稳定性分析方法研究了南四湖湿地植被覆盖的时空演变和稳定性格局特征,并结合气象数据和相关资料分析了控制植被覆盖变化的主要因素。结果表明:1)南四湖湿地植被覆盖度受景观格局控制,呈现由湖岸向湖心减小的带状分布特征。2)南四湖植被覆盖变化具有阶段性特征。2000—2003年生长季植被覆盖度处于较高水平,2004—2006年处于较低水平,之后波动变化;植被覆盖年内变化呈双峰特征,尤其在下级湖。3)湿地的水陆交错地带植被覆盖下降趋势明显,植被指数平均每10年减少0.1~0.3,其他区域植被覆盖略有上升。4)植被覆盖的稳定度亦呈现以湖心为中心的环带状特征,由湖心到湖岸植被的稳定性逐渐增高。5)植被覆盖度的变化与区域降水导致的湖泊水位变化关系密切。除去极端降水的2003年,年降水量与湿地植被指数呈显著负相关关系(P<0.05),相关系数分别为-0.60(NDVI)和-0.66(EVI)。作为南水北调东线工程重要的水利枢纽,南四湖频繁的水文调蓄必然影响湿地植被覆盖格局,进而影响南四湖湿地生态过程及生态功能,需引起管理者的重视。

南四湖湿地生态系统能值分析与区域发展

为评估南四湖湿地生态系统的能量流动状况及其经济价值,采用H.T.Odum建立的能值分析理论,计算南四湖湿地生态系统多年平均的能值投入/产出,绘制南四湖湿地生态系统能值图,分析南四湖湿地生态系统结构和功能的整体特征。结果表明:南四湖湿地的投入量太阳能值为1.11×1021sej,产出量太阳能值为1.73×1020sej,初级生产力为1.61×1020sej,不可再生能源或资源(包括底泥和水体)为1.03×1021sej;同时,南四湖在水生维管束植物、以及鱼类产出方面生态效益价值显著。南四湖湿地能值投资率为0.000 9,净能值产出率为165.23,环境负载率为14.22,能值投资率低,净能值产出率高,环境负载率高,表明南四湖湿地对经济的贡献很大,区域经济发展水平较低,对环境依赖性强。

1983-2006年南四湖湿地植被动态变化研究

采用实地调查和实验分析,结合遥感和地理信息系统技术,研究南四湖湿地在1983-2006年浮游植物和水生维管束植物的种类、分布和生物量变化。结果表明,1983-2006年,南四湖湿地植被生物量整体呈下降趋势,反映了人类的围垦、养殖等活动造成湿地初级生产力的降低,并且这种影响由湖泊外围向湖心弱化,对外围湿地的影响最大。

昼夜增温对南四湖湿地植被NDVI的影响差异

利用近40 a的Landsat系列卫星的MSS、TM和ETM+遥感数据,计算了南四湖湿地植被平均归一化植被指数(NDVI),并以此为湿地植被活动的指标,结合南四湖流域内气象站点的逐年、逐月及逐日气温数据,揭示昼夜温度变化对湿地植被活动的影响差异。结果表明:1)近40 a来研究区日最高温(Tmax)、夜间最低温(Tmin)和日均温(Tave)都存在显著的上升趋势;其中Tmax与Tmin增温具有不对称性,R2值分别为0.13和0.26,平均每10 a分别增温0.174℃和0.235℃,Tmin的增温趋势更明显。2)在人为活动影响较弱的时段(1973―1999年),偏相关分析显示,去除Tmin影响,Tmax与NDVI呈现极显著的偏相关关系(R=0.412,P=0.008);去除Tmax的影响,Tmin与NDVI的偏相关关系在任何时期内均不显著。这可能与湿地充足的水份条件以及昼夜增温对湿地植被的生态效应不同有关。

南四湖湿地面临的威胁及其可持续利用对策

在介绍南四湖湿地资源现状的基础上 ,重点分析了湿地面临的人为破坏与水环境污染、泥沙淤积和湖区的围垦 ,提出了制止湿地环境恶化 ,实现湿地资源可持续利用的对策与措施 .

南四湖湿地生态系统服务功能价值初步研究

在大量详实基础数据和实地调查的基础上,应用市场价值法、影子工程法、替代费用法等方法,对南四湖湿地的物质生产、大气调节、涵养水源、调蓄洪水、净化水质、保护土壤、生物栖息地、休闲娱乐、文化科研等生态系统服务功能的生态经济价值进行了评价。结果表明:南四湖湿地服务功能总价值为2.21×1010元.a-1。其中,涵养水源价值最大,达到9.71×109元.a-1;其次是调蓄洪水价值,为6.45×109元.a-1;生物栖息地功能价值最小,为2.47×108元.a-1。因此,在开发和利用南四湖湿地资源时要科学合理的规划,避免影响湿地生态系统服务功能的发挥。

南四湖湿地景观格局变化的生态系统服务价值响应

利用1987—2010年5期卫星遥感影像监测南四湖湿地景观格局变化,并且采用市场比较法、影子工程法、工业制氧成本法、碳税法和价值替代法等多种评估方法对南四湖湿地景观格局变化的生态系统服务功能价值响应进行深入探讨。结果表明,南四湖湿地中大量芦苇、荷田等自然湿地景观转化为养殖水域、水稻田等人工湿地,景观格局趋于破碎化;湖泊湿地景观格局变化对于湿地的供给功能、调节功能、文化功能和支持功能均有影响,其中对供给功能和调节功能影响最大。以2010年不变价计算,南四湖湿地景观格局变化导致2010年湿地生态系统服务功能价值比1987年减少3.06亿元,其中大气成分调节功能价值损失11.7亿元,净化功能价值损失3.77亿元,涵养水源功能损失0.65亿元,物质生产功能价值增加13.06亿元,其他功能价值对湿地景观格局变化的响应不明显。

山东南四湖湿地生物多样性及保护措施

南四湖湿地由湖泊、沼泽湿地和人工湿地构成,生物多样性十分丰富。其湿地生态系统具有生境脆弱性、物种多样性、生物稀有性、生态自然性等特点,是我国华北平原最大的具有良好湿地植被的天然湿地生态系统,同时也是众多候鸟的越冬地、繁殖区及迁徙必经的中转站。分析了湿地生物多样性现状及保护中存在的主要问题,提出了相应的湿地保护措施。

南四湖的水环境问题研究

南四湖是山东省最主要的水源地,是南水北调东线工程重要的输水通道和调蓄湖泊,其水环境状况对湖泊流域乃至整个南水北调东线工程调水水质都有很大影响.对南四湖表层沉积物中重金属和持久性有机污染物的含量、分布及来源,湖泊及入湖河流水质和富营养化水平,湿地景观格局变化等方面的研究成果进行系统论述,并提出了今后的研究方向,为南四湖水环境的管理和保护提供借鉴.

南四湖湿地生物多样性特征分析

南四湖湿地物种层次的生物多样性水平较高,该湿地中的浮游植物以绿藻、褐藻和金藻为主,浮游动物多是广温普生性种类,底栖动物以软体动物为主,水生维管束植物以世界分布属和温带分布属的种子植物为主,鱼类、水禽以古北界和广布种为主。南四湖湿地生物多样性保护面临着景观破碎化和水污染加重、水量不足、生产秩序混乱、保护措施不力等问题,应采取加强湿地生态工程建设、减轻水污染、治理水土流失、搞好自然保护区建设等措施加强对南四湖湿地生物多样性的保护。

南四湖湿地水生经济维管植物研究

南四湖湿地水生经济维管植物丰富,计有100种1变种,经济价值涉及药用、饲料、食用、绿肥、工业用途、编织、观赏等方面。此外,还对南四湖水生经济维管植物的开发提出了建议。

基于价值当量因子法的南四湖湿地生态服务价值估算

南四湖湿地是我国华北地区最大的内陆淡水湖,在水文调节、净化环境、水资源供给、生物多样性保护、食物生产、航运、旅游等方面发挥着重要的生态服务功能。本文采用价值当量因子法,结合南四湖湿地2020年的土地利用与覆被数据,分析估算了南四湖湿地生态服务价值。结果显示,2020年南四湖湿地生态系统共提供了价值341.07亿元的生态服务,其中水域生态系统提供99.25%的服务价值,农田生态系统提供0.67%的服务价值。在南四湖湿地二级生态系统类型中,服务价值最高的10亿元组生态系统包括湖泊、水库坑塘2类水域生态系统,亿元组的生态系统包括河渠、旱地、水田和沼泽湿地3类生态系统,其他类型属万元组。南四湖湿地的生态服务总价值中,81.03%是水文调节功能价值,6.36%是水资源供给功能价值,4.42%是净化环境功能价值,2.05%是提供生物多样性保护功能价值,1.51%是提供美学景观功能价值。根据生态服务价值量的占比不同,南四湖湿地生态系统的11个生态服务功能类型分为重要性不同的4个类型组,生态服务功能的分组可为南四湖湿地生态系统服务功能管理提供目标和方向。

山东省南四湖生态工程设计

以南水北调东线工程重点污染源控制点南四湖为例调查了湖区生态系统的现状,结果表明湖区污染状况较为严重,对南水北调水质安全造成威胁。为了保证调水工程顺利实施,设计切实可行的湖区生态系统恢复工程具有重要意义。依据现状调查结果,按照生态学和生态经济学的基本原理,以保证湿地生态系统结构与功能的完整性为主要目标,在对湖区进行重点规划的基础上,提出了重点地段生态工程建设的设计方案,并对方案的预期目标进行了讨论。

南四湖生态旅游开发模式初探

南四湖区自然条件优越,湿地资源丰富,开展生态旅游将有利于南四湖这一国内重要湿地的保护及促进湖区湿地生态、经济和社会的可持续发展。本文初步研究了南四湖区开展湿地生态旅游的优势和湿地生态旅游的功能分区及内容设计。