0 引言
互花米草(Spartina alterniflora)是一种多年生草本植物,原产于美洲大西洋沿岸,20世纪70年代末,作为促淤造陆和海岸保护的生态工程项目引入到我国,因其超强的竞争力和繁殖能力,在我国沿海从北到南广泛分布[1],已成为我国滨海湿地的优势群落,在防风护岸、促淤造陆等方面发挥了积极的作用。但同时也对我国滨海地区的生物安全和生态系统稳定造成了极大危害,已成为全球滨海湿地生态系统中最严重的入侵植物,被列入《中国第一批外来入侵物种名单》中。因此,互花米草快速蔓延的特性及其负面效应已成为滨海地区关注的焦点问题。
盐城滨海湿地地处江苏中部沿海,是我国乃至世界集潮间带滩涂、潮汐、河流、盐沼、芦苇沼泽和互花米草沼泽于一体的最典型和最具代表性的淤泥质海滨湿地分布区之一。互花米草的生存和扩散机制,使其在滨海湿地上能够迅速的占据生长空间,发展成为区域的先锋群落和优势群落[2-3],对区域发展产生了一系列的影响,已引起了广泛关注。监测入侵植物的空间格局对于有效的生态系统管理至关重要,随着遥感和地理信息技术的发展,大尺度、长期监测已成为现实[4
盐城滨海湿地是我国第一个滨海湿地类型自然遗产,是江苏省第一个世界自然遗产,基本保持了天然的生态结构与功能,是珍稀濒危候鸟不可替代的自然栖息地,具有全球突出普遍价值。互花米草入侵已严重威胁区域生态功能,因此,加强互花米草时空分布轨迹研究,有助于揭示互花米草的扩散蔓延机理,可为研究区互花米草综合治理提供理论参照。因此,本文以盐城国家级珍禽自然保护区核心区为研究对象,以1983—2021年12期系列遥感影像为数据源,通过定量模型分析互花米草对区域结构与格局变化的影响,可为研究区互花米草的科学治理与生境质量恢复提供参考。
1 研究区概况与数据源
1.1 研究区概况
江苏盐城国家级珍禽自然保护区介于32°20'~34°37'N,119°29'~121°16'E之间,位于江苏省中部沿海地区,东临黄海,海岸线长约582 km,保护区面积为2.47×105 hm2,是亚洲大陆面积最大的淤泥质滨海湿地,是全国互花米草入侵面积最大的区域之一。江苏盐城国家级珍禽自然保护区核心区(图1)北至新洋港,南至斗龙港,为典型的淤长型潮滩湿地,总面积约1.92×104 hm2。核心区以中路港道路为界,分为南北2部分,北部进行了大面积的人工芦苇沼泽恢复,植被的自然演替被破坏,为典型的人工管理区; 南部主要受潮汐等自然条件影响,人类活动影响较小,植被自然演替特征明显,为典型的自然条件控制区。本研究选择南部自然条件控制区为案例,地表覆被从陆向海依次为芦苇、碱蓬、互花米草、光滩。
图1
1.2 数据源及处理
以1983年的MSS影像,1988年、1992年、1997年、2000年、2002年、2006年、2009年、2011年、2014年、2017年和2021年的TM遥感影像为数据源。在ENVI5.0中,通过遥感影像预处理、增强处理、非监督分类、决策树分类后; 在ArcGIS 10.0中,对分类结果进行改进,并通过精度验证,完成滨海湿地植被类型图的制作。以2006年TM遥感影像为例,具体步骤如下:
1)遥感影像预处理。首先,在ENVI中,运用FLAASH大气校正模块对图像进行大气校正,以获取地表反射率的真实参数; 然后,在图上选择典型标志点,采用3台GPS定位,取平均值来确定控制点坐标; 最后,采用最邻近像元重采样和二次多项式的计算方法进行几何纠正,使RMS小于0.5个像元。为了统一研究区的面积,兼顾其他景观类型的完整性,以2011年遥感影像为基础,在ENVI运用Basic Tools—Subset Data Via ROIs进行统一裁剪。
2)图像增强处理。选择B1—B5和B7,运用Principal Components模块进行主成分分析,前3个主成分(PC1—PC3)的累计贡献率超过了99.50%,这样既能包括尽量多的信息,也能减少数据的维数,然后进行RGB合成以突出地物的反差。进一步运用HPF变换(3×3的变换核)对全色波段(B8)进行增强处理,既保存了高频信息,又消除图像中的低频信息,特别可以用来增强不同区域之间的边缘。最后,在ENVI中,运用Transform—Color Transform—RGB to HSV,对多光谱彩色进行空间变换。将高分辨图像与彩色空间变化后的V波段进行直方图匹配,将V波段保存为Float point类型。再运用与高分辨率图像进行匹配过的V波段,进行彩色空间的反变换,即HSV to RGB,完成多光谱与全色波段的图像融合。
3)图像分类。在ENVI中运用Classification—Unsupervised—Isodata分类模块,初始分类数量设置为30类,将按照30类地物分类的图像进行合并处理,并重新赋值,尽最大可能地将海滨湿地的地物归纳为水面、芦苇、碱蓬、米草和光滩等5类。由于水面具有固定的位置,可以根据实际情况判读,操作中关键要区别出芦苇、碱蓬、米草和光滩等4类。
由于滨海湿地遥感影像光谱比较复杂,特别是互花米草和芦苇存在着“异物同谱”的特征,仅依靠非监督分类方法难以获得较高的解译精度。所以,采用决策树对初次分类结果进行改进。首先利用Transform—NDVI模块,生成归一化植被指数NDVI图像。然后,运用Basic Tool中感兴趣区(region of interest,ROI)选择不同地物区选择感兴趣区,统计B1—B5和B7等波段、PC1—PC3组分和NDVI植被指数的光谱特征,进而归纳提取出可以区分开各类地物的阈值,见图2。
图2
4)结果改进与精度验证。将运用决策树法分类后的栅格图像转为矢量图,导入ArcGIS中,根据历史资料以及野外调查的结果,对分类结果进行修正。第一,根据地物在遥感影像上的规则几何形状,可以目视解译出河道和水面的范围。第二,根据生态学的基本知识以及野外调查的结果,解译后的图像上空间分布明显错误的区域进行修正,如互花米草分布在水塘的周围应改为芦苇,在光滩上分布的水面(养殖塘)则应改成光滩等。将上述出现的错分或误分现象,进行修正,提高分类精度。修正后,在ENVI中采用Using Ground Truth ROIs构建Confusion Matrix进行进度验证,选择150个样本,每类地物至少20个样本,进行总体分类精度检验,结果显示总体精度超过了90%,Kappa系数为大于 0.9。最后,在ArcGIS中完成研究区系列景观图的绘制。
2 研究方法
2.1 景观指数选择
景观格局指数是高度浓缩的景观格局信息,能够反映景观结构和空间配置信息。可选取景观类型百分比(percentage of landscape, PLAND)、最大斑块指数(largest patch index, LPI)、总边缘长度(total edge, TE)、边缘密度(edge density, ED)、聚集度指数(aggregation index, AI)、面积加权平均分维度(fractal dimension index of area-weighted mean, FRAC_AM)、景观多样性指数(Shannońs diversity index, SHDI)、景观形状指数(landscape shape index, LSI)等指标来描述景观空间格局特征。
2.2 景观变化贡献率
在景观转移矩阵的基础上,构建景观变化贡献率模型。转移矩阵不仅可以分析区域景观整体变化情况,还可以分析某一个景观的变化情况。具体公式如下:
式中: P为景观类型的面积; n为湿地景观类型数; i, j分别为研究初期与末期的湿地景观类型; Pij为由i类型景观转变为j类型景观面积; C为景观变化贡献率;
2.3 相关分析
相关分析可以解释2个要素之间相互关系的密切程度。研究中通过相关分析,阐明互花米草扩张与时间的关系、互花米草景观格局与区域景观格局的关系,以验证互花米草扩张对区域景观结构与格局的影响。具体公式如下:
式中:
3 结果分析
3.1 互花米草时空轨迹
3.1.1 互花米草面积与格局变化
遥感图像的解译结果如图3所示。从图3中可以看出: 1983—2021年,互花米草面积总体呈持续扩张趋势,从268.761 hm2增加至3 592.080 hm2,面积增加了12.365倍。结合图像与政策变化看,可将案例区互花米草面积变化分为4个阶段: 1983—1997年为第一阶段,即初始扩张阶段,增长速率较慢,增长速率为46.043 hm2/a,面积百分比从2.376%增加到8.191%。1997—2006年为第二阶段,即加速增长阶段,面积增长速度显著增加,增长速率为224.138 hm2/a,互花米草面积百分比增加至25.91%。2006—2021年为第三阶段,即停滞增长阶段,增长速度大幅度回落,增长速率为44.099 hm2/a,面积百分比最终维持在30%左右。根据盐城市人民政府印发的《盐城市互花米草治理专项行动实施方案(2023—2025年)》,从2023年开始,将进入第四阶段,即治理消除阶段。进一步以时间为自变量,以互花米草面积为因变量,发现互花米草面积变化与时间之间呈显著的正相关(图4),相关系数达0.949,R2=0.901(显著性水平为0.05,
图3
图4
图4
互花米草面积与时间的线性关系
Fig.4
Linear relationship between area of Spartina alterniflora and year
表1 互花米草景观格局指数变化
Tab.1
| 年份 | LPI | TE | ED | AI | FRAC_AM | LSI |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1983年 | 1.462 | 20 592.047 | 1.821 | 90.995 | 1.062 | 3.393 |
| 1988年 | 1.011 | 34 792.460 | 3.092 | 85.837 | 1.114 | 5.066 |
| 1992年 | 1.087 | 33 159.686 | 2.934 | 87.507 | 1.104 | 4.810 |
| 1997年 | 6.560 | 40 596.982 | 3.641 | 94.256 | 1.109 | 3.832 |
| 2000年 | 10.874 | 113 108.751 | 10.000 | 92.480 | 1.138 | 6.596 |
| 2002年 | 11.499 | 57 881.943 | 5.117 | 96.978 | 1.103 | 3.359 |
| 2006年 | 25.626 | 86 203.383 | 7.621 | 96.463 | 1.155 | 4.201 |
| 2009年 | 27.190 | 93 283.743 | 8.247 | 96.316 | 1.173 | 4.426 |
| 2011年 | 33.466 | 123 198.264 | 10.892 | 96.048 | 1.157 | 5.137 |
| 2014年 | 30.570 | 91 104.741 | 8.192 | 96.743 | 1.157 | 4.209 |
| 2017年 | 31.674 | 74 166.771 | 6.557 | 97.676 | 1.137 | 3.335 |
| 2021年 | 31.414 | 151 121.920 | 13.325 | 94.422 | 1.202 | 6.480 |
表2 互花米草面积与其景观格局的相关性
Tab.2
| LPI | TE | ED | AI | FRAC_AM | LSI | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 互花 米草 | 0.982**① | 0.834** | 0.836** | 0.821** | 0.814** | 0.145 |
①“**”表示在0.01水平上显著相关。
3.1.2 互花米草时空轨迹
通过对互花米草质心移动轨迹看(图5),1983—2021年,研究区互花米草累积向东南方向移动了1 430.849 m,其中以向东移动为主,移动了1 382.601 m。从移动轨迹的二维平面图可以看出,互花米草移动轨迹可以分为3个组团: 1983年、1988年、1992年和1997年为第一组,称为西部组团,质心点整体上在“西北—东南”方向移动,累计向东南方向移动了1 642.638 m,其中以向南移动为主,移动了1 570.967 m。2000年、2002年、2006年和2009年为第二组,称为东部组团,质心整体上在“东北—西南”方向移动; 从西部组团到东部组团,累计向东北方向移动了1 229.052 m,其中以向东移动为主,移动了1 074.892 m。从西部组团和东部组团的互花米草移动轨迹看,这2个时期互花米草的扩张以向海洋方向扩张占据主导。2011年、2014年、2017年和2021年为第三组,称为中部组团,质心移动表现出明显的无序性,2011—2014—2017—2021年间移动方向呈现出“东北—西南—西北”的变化; 从东部组团到西部组团,累计向西北方向移动了770.856 m,其中向北移动了644.923 m,向西移动了330.730 m,向北移动大于向西移动。从东部组团到中部组团,互花米草的扩张以向海洋方向扩张为主,中部组团的无序性可能与海岸侵蚀、互花米草扩张模式有关。
图5
3.2 互花米草扩张对区域景观格局的影响
3.2.1 互花米草扩张对区域景观结构的影响
互花米草沼泽作为区域景观结构的重要组成部分,其面积扩张是区域景观结构变化的重要组表征。通过景观变化贡献率计算(表3),得出1983—2021年、1983—1997年、1997—2006年、2006—2021年互花米草扩张对区域景观结构变化的贡献率。由表3可知,1983—2021年,研究区景观变化面积为7 665.844 hm2,互花米草对其变化的累积贡献率为43.352%。从阶段来看,互花米草扩张的贡献率经历了“低→高→低”的过程,与互花米草的面积变化表现出明显的一致性。具体看,1983—1997年,互花米草扩张对景观结构变化的贡献率为21.190%; 1997—2006年,互花米草扩张对景观结构变化的贡献率升至41.968%; 2006—2021年,互花米草扩张对景观结构变化的贡献率又降至21.908%。从互花米草面积扩张对景观结构变化的贡献率看,互花米草面积扩张驱动着研究区景观结构发生快速演变。
表3 互花米草扩张对景观结构变化的贡献率
Tab.3
| 时段 | 互花米草扩 张面积/hm2 | 区域景观变 化面积/hm2 | 贡献率/% |
|---|---|---|---|
| 1983—1997年 | 644.604 | 2 461.286 | 26.190 |
| 1997—2006年 | 2 017.240 | 4 807.768 | 41.968 |
| 2006—2021年 | 661.478 | 3 019.392 | 21.908 |
| 1983—2021年 | 3 323.321 | 7 665.844 | 43.352 |
3.2.2 互花米草面积扩张对区域景观格局的影响
互花米草面积扩张改变了滨海湿地景观结构,对区域景观格局产生了深远的影响。从互花米草面积与区域景观格局指数的相关性分析结果(表4)看,二者之间存在着显著的相关性。LPI,AI与互花米草面积扩张呈负相关,LPI在显著性水平0.01下,相关系数为-0.914; AI在显著性水平0.05下,相关系数为-0.706。在显著性水平0.01下,TE,ED,FRAC_AM,LSI,SHDI与互花米草面积扩张呈正相关,相关系数分别为0.741,0.742,0.709,0.741和0.915。从图3的景观格局变化可知,互花米草面积扩张对区域景观格局的几何形态影响深刻,特别是从1997年以后图像上可以看出,区域由原生演替(光滩→碱蓬→芦苇)的3条带格局,即从陆到海的“芦苇—碱蓬—光滩”格局; 在2000年,在演替序列上增加了光滩→互花米草的序列,致使区域形成了4条带格局,即从陆到海“芦苇—碱蓬—互花米草—光滩”格局; 2000年以后,演替序列变成了“碱蓬→芦苇”、“碱蓬→互花米草”、“光滩→互花米草”的3序列演替,区域景观格局逐渐向3条带格局转变,即从陆到海“芦苇—互花米草—光滩”格局,碱蓬基本消失; 未来随着互花米草的彻底根除,本地物种的恢复,研究区有可能又恢复到初始的“芦苇—碱蓬—光滩”3条带格局。
表4 互花米草面积与区域景观格局的相关性
Tab.4
| LPI | TE | ED | AI | FRAC_AM | LSI | SHDI | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 互花米草 | -0.914**① | 0.741** | 0.742** | -0.706* | 0.709** | 0.741** | 0.915** |
①“**”表示在0.01水平上显著相关,“*”表示在0.05水平上显著相关。
3.2.3 互花米草景观格局对区域景观格局的影响
互花米草是区域重要的景观类型之一,探索类型尺度上互花米草景观格局与区域景观格局的关系,可以进一步明晰互花米草对区域景观格局变化影响的程度。从表5可以看出,类型尺度的景观格局指数与区域LPI,AI呈负相关; 与区域TE,ED,FRAC_AM,LSI,SHDI呈正相关。类型尺度上的LPI,TE,ED,FRAC_AM与区域景观格局指数都在显著性水平0.01下显著相关; 类型尺度上的AI仅与区域的LPI在显著性水平0.01下呈负相关、与SHDI在显著性水平0.01下呈正相关。类型尺度上的LSI与区域AI在显著性水平0.05下呈负相关、与TE,ED,FRAC_AM,LSI在显著性水平0.05下呈负相关。
表5 互花米草景观格局与区域景观格局的相关性
Tab.5
| 类型 | 区域景观 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LPI | TE | ED | AI | FRAC_AM | LSI | SHDI | |
| LPI | -0.874**① | 0.740** | 0.742** | -0.709** | 0.734** | 0.741** | 0.880** |
| TE | -0.806** | 0.927** | 0.926** | -0.909** | 0.852** | 0.926** | 0.824** |
| ED | -0.808** | 0.927** | 0.926** | -0.909** | 0.853** | 0.926** | 0.827** |
| AI | -0.856** | 0.413 | 0.416 | -0.367 | 0.345 | 0.414 | 0.854** |
| FRAC_AM | -0.811** | 0.871** | 0.871** | -0.855** | 0.880** | 0.871** | 0.815** |
| LSI | -0.165 | 0.641* | 0.638* | -0.659* | 0.625* | 0.640* | 0.185 |
①“**”表示在0.01水平上显著相关,“*”表示在0.05水平上显著相关。
从同一指标在不同尺度上的关联性看,可以进一步说明互花米草扩张对区域景观格局的影响。总体上景观格局指数在互花米草类型尺度和区域景观尺度上表现出较强的相关性。从表5中可以看出,在0.01显著性水平下,LPI在互花米草类型尺度与区域景观尺度上呈显著负相关,TE,ED,FRAC_AM,LSI在互花米草类型尺度与区域景观尺度上呈显著正相关,只有AI在2个尺度上相关性不显著。从上述分析结果看,互花米草景观格局与区域景观格局的高关联性,能够反映互花米草扩张已是区域景观结构与格局变化的重要驱动因素,是区域生态质量重要的影响因子。
3.3 互花米草对栖息地格局的影响
以丹顶鹤越冬栖息地需求为导向,芦苇沼泽和碱蓬沼泽是丹顶鹤越冬最为适宜的景观类型; 互花米草具有保滩护岸功能,保护了栖息地的存在,但是不适宜丹顶鹤越冬栖息和觅食,从栖息类型的视角,是最不适合的景观类型; 光滩对于越冬鸟类在食物的可获得性方面要强于互花米草沼泽。因此,可以说景观结构与格局就是研究区栖息地适宜性格局的反应。
互花米草的扩张改变了研究区的植被结构、地貌格局和水文过程,并导致生态系统服务功能的变化。团队前期研究结果表明[9]: 随着互花米草面积的扩大,生境退化越严重,生境质量下降越明显; 生境质量与互花米草线性关系显著,呈显著负相关。互花米草的底栖生物丰富,地表植被高度往往在1.5 m以上。但是,互花米草的植被覆盖率高达90%~100%,经过2 a或以上时间的生长,互花米草群落中几乎没有其他植被相间。另一方面,互花米草对潮汐的阻挡作用抑制了碱蓬的生长,并对依赖碱蓬群落繁殖和栖息地的鸟类产生了不利影响[10]。互花米草的扩张逐渐形成了单一的植物群落,不适合鸟类的栖息地和繁殖[2],降低了鸟类栖息地的生物多样性和适宜栖息地的数量,鸟类群落结构趋于简化,而原生植物群落碱蓬在鸟类的越冬和繁殖过程中发挥了重要作用。因此,有必要采取措施保护和恢复碱蓬沼泽,控制互花米草规模[24]。
4 结论
1)互花米草持续扩张且阶段性特征明显,1983—2021年,经历了初始扩张、加速增长和停滞增长3个阶段; 互花米草面积扩张与时间呈显著正相关。互花米草时空轨迹呈现3组团,按照空间分布分为西部组团、东部组团和中部组团: 西部组团表现出向东南方向扩张特征; 东部组团表示出向东北方向扩张的特征; 中部组团的扩张方向虽然无序性,但向陆方向愈加明显。互花米草面积扩张对区域景观结构变化的累积贡献率达到43.352%,对区域景观结构变化的贡献率经历了“低→高→低”的过程,与互花米草的面积扩张具有一致性。互花米草面积扩张与区域景观格局指数具有显著的关联性,影响着区域景观带状分布格局的变化; 而且类型尺度上的互花米草景观格局与区域景观格局具有较高的关联性,说明互花米草扩张对区域景观格局时空特征具有重要的影响。互花米草扩张对区域栖息地格局产生深远的影响。
2)互花米草在盐城滨海湿地于20世纪80年代引种成功,至20世纪90年代形成较大面积群落后迅速扩张为南北延绵宽数千米的带状分布格局[10],在防风护岸、促淤造陆等方面发挥了积极的作用,有效延缓了横向上海岸的向陆侵蚀、纵向上海岸向南侵蚀,保护了滨海湿地潮滩面和滨海湿地生态系统,维持了鸟类赖以栖息地立地条件; 根据对研究区实地监测,促淤高度超过了1.5 m。但是其负面效应也十分明显,而且越来越凸显,研究区内互花米草已与芦苇相连,碱蓬已濒临消失,互花米草的扩张速度已超过了预期; 互花米草入侵,致使区内适宜鸟类觅食、栖息的碱蓬群落面积急剧减少,严重影响了栖息地生境和本土植物的生存空间; 这些负面效应亟须行之有效的互花米草治理技术。为此,2022年12月5日,国家林业和草原局、自然资源部、生态环境部、水利部、农业农村部会同有关部门编制了《互花米草防治专项行动计划(2022—2025年)》,要求强化治理互花米草入侵区域,其中提到“防治重点区域是江苏、浙江、上海、山东、福建、广西等省份”。盐城市人民政府办公室专门印发了《盐城市互花米草治理专项行动实施方案(2023—2025年)》,提出2025年底前完成全市约23.287万亩➊（➊1亩≈666.67 m2）互花米草的治理,并且提出“加强治理后跟踪监测与防治,结合实际科学开展治理区域生态修复,滨海生态环境得到初步改善”的目标。盐城国家级珍禽自然保护区核心区内,中心路北侧已完成386.1 hm2的防治方案,分为4个片区,分别采用深翻技术、刈割—淡水水淹技术、碾压—疏沟起陇技术、碾压—覆膜技术,并通过后期的持续监测,比较不同治理模式的效果; 计划在2023年采用深翻技术完成研究区内16 575亩互花米草的治理。就目前的治理方式,总体上的方案就是清除互花米草、通过生境恢复营造鸟类适宜的栖息地。
3)盐城滨海湿地“南淤北蚀”“蚀进淤退”的地貌过程特征,又需要发挥互花米草的促淤功能,减缓岸滩侵蚀过程; 互花米草群落支持的底栖生物也可为某些濒危鸟类提供了食物,以及在生物炭、生态护坡材料和水体净化材料等方面的综合利用功能,又体现了互花米草在滨海湿地生态维护中的积极作用; 甚至对人体健康也有积极的影响[35]。鉴于此,一方面需要科学认识互花米草在盐城滨海湿地岸滩保护中的作用机理,厘清互花米草的扩散蔓延机制为互花米草治理提供理论支撑; 另一方面,也需要从多功能视角科学界定互花米草治理的空间边界,提倡适度规模的互花米草治理,即为保滩护岸需要保留一定宽度的互花米草,杜绝互花米草进一步向陆地方向蔓延; 同时,要创新技术,努力实现互花米草的合理利用,探索适合盐城滨海湿地的互花米草高效治理路径。
参考文献
基于Maxent生态位模型的互花米草在我国沿海的潜在分布
[J].
DOI:10.13287/j.1001-9332.201907.014
[本文引用: 1]
以分布在我国沿海滩涂的96个互花米草分布记录点及覆盖东部沿海区域的海洋环境数据和气候环境数据为材料,利用Maxent生态位模型,研究外来物种互花米草在我国沿海的潜在分布情况.结果表明:互花米草适宜分布区占我国沿海区域的85%,其中高度适宜分布区占18%,中度适宜分布区占34%,低度适宜分布区占33%,不适宜分布区仅为15%.互花米草在我国沿海的地理分布主要受到年均最低海水温度、年均海水温度、年平均气温和1月最低气温4个环境因素的影响,而年均降水量、年均日较差、海水盐度、最高海水温度、7月最高气温及海流速度对互花米草地理分布的影响较小.互花米草高度适宜分布区的最低海水温度为0.62～24.81 ℃,平均海水温度为10.46～27.29 ℃,年均气温为9～25 ℃,1月最低气温为-13.5～16.7 ℃.互花米草地理分布概率在我国北部沿海区域达到20%以上,互花米草存在向我国北部进一步入侵的趋势,特别是在渤海湾地区,互花米草入侵潜力较大.互花米草在我国不适宜分布区主要集中在海南中部和南部海岸,以及台湾省大部分区域,依据当前我国分布记录及气候数据,这些区域互花米草入侵风险较小,但不排除未来入侵的可能性.
Potential distribution of Spartinal alterniflora in China coastal areas based on Maxent niche model
[J].
苏北潮滩群落交错带互花米草斑块与土著种竞争关系研究
[J].DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906(2011)10-1436-07 [本文引用: 2]
Relative competitive ability of Spartina alterniflora patches to native species in tidal zone ecotone of North Jiangsu
[J].
外来种互花米草对中国海滨湿地生态系统的影响评价及对策
[J].
Evaluation of the influences of foreign Spartina alterniflora on ecosystem of Chinese coastal wetland and its countermeasures
[J].
Rapid invasion of Spartina alterniflora in the coastal zone of mainland China:New observations from landsat OLI images
[J].
Tidal and meteorological influences on the growth of invasive Spartina alterniflora:Evidence from UAV remote sensing
[J].
1995—2019年广西山口红树林国家级自然保护区互花米草和红树林面积变化
[J].
DOI:10.13287/j.1001-9332.202202.015
互花米草根系发达,适应环境的能力强,在与其他植物争夺空间和养分的过程中容易占据优势。其作为外来入侵物种已对我国海岸带生态系统造成危害。为了探讨互花米草的入侵对我国红树林生长和扩张所造成的影响,本研究以广西山口红树林国家级自然保护区的红树林为例,通过对1995—2019年8景Landsat多光谱遥感影像的解译,分析互花米草和红树林面积的变化情况。结果表明: 在没有人工干预的情况下,互花米草在与红树林抢夺生存空间的过程中占据优势;而在实施刈割、翻根等互花米草治理措施下,互花米草面积逐年减少,红树林面积的年均增长率则呈增长趋势。说明互花米草的入侵会扼制红树林的生长和扩张,而刈割、翻根等互花米草治理措施的开展能够有效削弱互花米草入侵对红树林生长和扩张的影响,进而达到保护红树林生态系统的效果。本研究结果为山口红树林国家级自然保护区互花米草的治理与红树林生态系统的保护提供了定量的科学数据,对更大范围互花米草的防治以及红树林生态系统进一步保护措施的制定具有重要的参考价值。
Changes of the area of Spartina alterniflora and mangroves in Guangxi Shankou Mangrove National Nature Reserve from 1995 to 2019
[J].
基于无人机遥感监测的互花米草破碎斑块分布特征研究
[J].
Study on the distribution characteristics of Spartina alterniflora broken patchs based on UAV remote sensing monitoring
[J].
Formation of Spartina alterniflora salt marshes on the coast of Jiangsu Province,China
[J].
滨海湿地生境质量演变与互花米草扩张的关系——以江苏盐城国家级珍禽自然保护区为例
[J].
DOI:10.18402/resci.2020.05.17
[本文引用: 2]
盐城滨海湿地是中国黄（渤）海候鸟栖息地的重要组成部分,生境质量是栖息地功能的重要反映,而互花米草扩张已经严重威胁栖息地生境。因此,本文以1983—2017年10期遥感影像为数据源,基于GIS和RS技术,运用InVEST模型,分析了江苏盐城国家级珍禽自然保护区核心区生境质量时空变化与互花米草扩张的关系。结果显示：①1983—2017年,互花米草扩张与时间呈显著正相关性,面积百分比从1.693%增加到24.930%。在时间上,表现出明显的阶段性特征;在空间上,扩张表现出多方向、多变的特征;②受人类活动和互花米草扩张的影响,生境质量表现出明显波动变化：1983—1988年,生境质量指数从0.863上升至0.878,2014年下降至0.740,2017年又上升至0.775。③互花米草湿地面积变化与生境退化指数变化之间存在正相关,与生境质量指数变化之间呈负相关。互花米草扩张致使区域适宜性生境——碱蓬湿地的面积急剧减少,成为区域生境质量退化的重要因素,控制互花米草扩张也将是区域面临的重要问题。研究结果可从景观格局与生境质量关系的视角为滨海湿地栖息地功能提升与可持续管理提供参考。
Relationship between habitat quality change and the expansion of Spartina alterniflora in the coastal area:Taking Yancheng National Nature Reserve in Jiangsu Province as an example
[J].
江苏盐城滨海湿地外来种互花米草的时空动态及景观格局
[J].
Spatiotemporal dynamics and landscape pattern of alien species Spartina alterniflora in Yancheng coastal wetlands of Jiangsu Province,China
[J].
江苏沿海互花米草盐沼动态变化及影响因素研究
[J].
Approach on the dynamic change and influence factors of Spartina alterniflora loisel saltmarsh along the coast of the Jiangsu Province
[J].
基于转移矩阵模型的江苏海滨湿地资源时空演变特征及驱动机制分析
[J].
Spatio-temporal variation and driving forces of the coastal wetland resources based on the transition matrix in Jiangsu Province
[J].
江苏盐城不同沉积岸段湿地景观格局及其时空演变
[J].为探讨不同沉积海岸湿地景观的时空演变过程，根据1992、2000和2010年的遥感影像和野外观测数据，对盐城扁担河口-新港闸不同沉积岸段景观变化状况进行分析。结果表明：（1）近20年来侵蚀区、过渡区和淤积区的湿地景观类型均呈现由自然景观向人工景观转移特征，且开发强度侵蚀区（85.76%)>淤积区(78.15%)>过渡区(59.96%)。（2）景观要素转移方面，侵蚀区中茅草、碱蓬和互花米草→水产养殖塘，茅草→芦苇和农田；过渡区呈连续带状特征，即茅草→芦苇→碱蓬→互花米草→光滩；淤积区具有明显的阶段性，前后两时段各有不同。（3）景观异质性方面，破碎度：淤积区>全区>侵蚀区>过渡区；优势度：过渡区>侵蚀区>全区>淤积区；多样性：过渡区>全区>淤积区>侵蚀区。（4）景观格局变化的驱动力方面，过渡区内自然因素占主导，而侵蚀区和淤积区则是人为因素占主导。受自然因素和人类活动双重影响，苏北盐城海岸湿地景观变化强烈，如何实现经济利益和环境效益的双赢，成为该地区工作重点。
Landscape pattern change in different sedimentary coastal areas of Yancheng,Jiangsu
[J].
江苏淤泥质潮滩湿地互花米草扩张对湿地景观的影响
[J].
The impact ofSpartina alterniflora expansion on vegetation landscapes in the Yancheng tidal flat wetland
[J].
人工管理和自然驱动下盐城海滨湿地互花米草沼泽演变及空间差异
[J].
Spatiotemporal characteristics of Spartina alterniflora marsh change in the coastal wetlands of Yancheng caused by natural processes and human activities
[J].
海滨湿地景观过程模型与模拟研究——以江苏盐城保护区核心区为例
[J].
DOI:10.11849/zrzyxb.2014.07.002
[本文引用: 2]
景观过程模型已经成为深化景观变化研究的重要手段并日益受到重视。海滨湿地是一种高度复杂和动态变化的景观系统，构建景观过程模型能够从机理上解释湿地景观时空动态演变过程。研究中，将盐城国家级自然保护区核心区划分为人工管理区和自然湿地区两种模式，根据2000、2006、2011 年3 个时相的景观资料以及野外生态监测数据，构建海滨湿地景观过程模型，结果如下：①利用空间代替时间并结合灰色关联分析，确定了海滨湿地景观演变的关键影响因素为土壤盐度和水分；②运用人工神经网络的方法，分析了土壤盐度和水分的空间分异，并通过图层叠加和分级统计，得出了土壤盐度和水分的阈值范围以及变化规律；③运用GIS-Matlab-CA技术构建了基于关键生态过程的海滨湿地景观过程模型，模型总体精度都在80%以上，Kappa 系数都在0.7 以上，一致性检验结果表明空间位置一致率决定了整个景观模拟的精度；④运用已构建好的模型对研究区2012-2020、2025 年的结果进行了模拟预测，预测结果表明，盐城海滨湿地芦苇沼泽和米草沼泽扩张、碱蓬沼泽面积减少的趋势将愈加明显。
Building model based on processes and simulating landscape change in the coastal wetlands—a case study of the core area in Yancheng natural reserve
[J].
盐城滨海湿地植物群落种间格局与竞争的关系研究
[J].
Interspecific pattern and competitive relationship of plant community in Yancheng coastal wetland
[J].
江苏盐城沿海滩涂淤蚀及湿地植被消长变化
[J].
The changes of erosion or progradation of tidal flat and retreat or extension of wetland vegetation of the Yancheng coast,Jiangsu
[J].
地形因子对盐城滨海湿地景观分布与演变的影响
[J].
Influences of topographic features on the distribution and evolution of landscape in the coastal wetland of Yancheng
[J].
互花米草入侵对盐城淤泥质潮滩湿地潮沟系统影响研究
[J].
Study on the impact of Spartina alterniflora invasion on tidal creek system in the coastal wetland of Yancheng
[J].
A plant invader declines through its modification to habitats:A case study of a 16-year chronosequence of Spartina alterniflora invasion in a salt marsh
[J].
Effects of Spartina alterniflora invasion on quality of the red-crowned crane (Grus japonensis) wintering habitat
[J].
DOI:10.1007/s11356-019-05408-3
PMID:31127519
The core zone of the Yancheng National Natural Reserve (YNNR) in China is the largest wintering habitat of red-crowned cranes (cranes) in the world. However, the invasion of Spartina alterniflora (S. alterniflora) not only changed the original landscape structure of the wetlands but also impacted the cranes' habitats in the YNNR. In this paper, field investigation data and landscape pattern indices were used to analyze the effects of the S. alterniflora invasion on the habitat quality of wintering cranes. The results indicate that the seep weed (Suaeda salsa) in the natural wetland and the common reed (Phragmites australis) in the managed wetland both provide suitable habitats for cranes. However, the cranes prefer the natural wetland more. The explosive growth of S. alterniflora in the natural area has led to a significant reduction of the cranes' habitat. The area of crane habitat decreased from 52.07 km in 2000 to 22.36 km in 2015. As a result of the S. alterniflora invasion, the benthic biomass has declined, which has negatively impacted the quantity and structure of the food utilized by the cranes. This study has both theoretical and practical significance and provides a scientific basis for protecting the wintering habitat of the red-crowned cranes.
Effects of exotic Spartina alterniflora invasion on soil phosphorus and carbon pools and associated soil microbial community composition in coastal wetlands
[J].
DOI:10.1021/acsomega.0c06161
PMID:33681612
Soil microorganisms can be altered by plant invasion into wetland ecosystems and comprise an important linkage between phosphorus (P) availability and soil carbon (C) chemistry; however, the intrinsic mechanisms of P and C transformation associated with microbial community and function are poorly understood in coastal wetland. In this study, we used a sequential fractionation method and C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy to capture the changes in soil P pools and C chemical composition with bare flats (BF), native (PA), and invasive (SA), respectively. The responses of the soil microbial community using phospholipid fatty acid (PLFA) profiling and function indicated by nine enzyme activities associated with C, nitrogen (N), and P cycles were also investigated. Compared to PA and BF, SA invasion significantly (< 0.05) changed P pools and mainly increased the available P by 17.5 and 37.0%, respectively. The presence of the plants (SA and PA) significantly (< 0.05) altered the soil C chemical composition mainly by affecting the aliphatic functional groups, resulting in a lower alkyl C/O-alkyl C ratio value. Compared to BF and SA, PA significantly (< 0.05) increased arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) abundance. Soil enzyme activity, especially for the P and C cycle enzymes, was also affected by plant species with the highest geometric mean enzyme and hydrolase activity for the PA zone. We also found that soil C compositions and P pools were associated with microbial community structure and enzyme activity, respectively. However, little interaction between C and P was found on either soil microbial composition or soil enzyme activity variation. Further, microbial community composition was tightly correlated with the soil P compared to soil C chemistry, while enzyme activity showed more response with soil C chemistry compared to soil P pool changes.© 2021 The Authors. Published by American Chemical Society.
盐城国家级珍禽自然保护区互花米草入侵后三种生境中越冬鸟类群落格局
[J].
Pattern of wintering bird community in three habitats after invasion of Spartina alterniflora in Yancheng national nature reserve
[J].
互花米草入侵对红树林底栖甲壳动物和鱼类功能群及生态位的影响
[J].
DOI:10.13287/j.1001-9332.202211.030
[本文引用: 1]
为了解互花米草入侵对红树林湿地生态系统底栖甲壳动物和鱼类的影响,本研究利用地笼方式于2020年8月、2021年1月和4月对福建漳江口2个原生红树林样地(白骨壤和秋茄)、2个互花米草入侵样地以及1个光滩样地的底栖甲壳动物和鱼类进行采样调查。采用相对重要性指数、Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数分析底栖甲壳动物和鱼类的优势种及物种多样性,统计其功能群,并计算其生态位宽度和生态位重叠指数。结果表明: 3个季节共采集到底栖甲壳动物和鱼类种类37种,隶属于2门2纲8目17科,其中大多数为暖水性和广盐性物种,且以肉食性和杂食性功能群为主。双因素方差分析和非度量多维尺度分析结果表明,相比光滩,互花米草入侵后,底栖甲壳动物和鱼类的群落多样性指数变化不显著,但功能群发生了显著变化,浮游生物食性功能群以及肉食性和植食性功能群物种均有一定程度的增加。相比红树林样地,互花米草样地内底栖甲壳动物和鱼类物种丰富度更高。优势物种的时空生态位宽度变化范围在0～1.4186,其中棱鮻最高(1.4186),其次是中华乌塘鳢(1.0168)、刀额新对虾(0.9469)、脊尾白虾(0.8922)。
Effects of Spartina alterniflora invasion on the functional groups and niche of benthic crustaceans and fishes in mangrove wetland
[J].
互花米草入侵对河口湿地土壤环境中铁氧化菌群落结构及多样性影响
[J].
Effects of Spartina alterniflora invasion on soil iron-oxidizing bacteria community structure and diversity in estuarine wetland
[J].
互花米草入侵对盐城滨海湿地nirS型反硝化细菌多样性及群落结构的影响
[J].
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.04.008
探明滨海湿地土壤反硝化细菌群落及多样性,对于理解滨海湿地氮素循环以及反硝化引起的N<sub>2</sub>O排放等具有重要意义。采用时空替代法,选择盐城滨海湿地入侵3年、17年、31年的互花米草（Spartina alterniflora）群落,并以本土植物芦苇（Phragmites australis）群落作为对照,通过高通量测序技术分析不同土壤深度nirS型反硝化细菌群落组成及多样性,探讨互花米草入侵过程中滨海湿地土壤理化性质变化对nirS型反硝化细菌群落组成的影响。结果表明,入侵种互花米草导致盐城滨海湿地土壤反硝化细菌多样性较本地物种芦苇降低,且在不同土壤深度中反硝化细菌多样性均表现为随着入侵年限的增加先降低后上升的趋势。互花米草以及芦苇群落在不同土壤深度均存在特有反硝化细菌,其中嗜氢菌属（Hydrogenophilus）、色盐杆菌属（Chromohalobacter）、慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）相对丰度在不同土壤深度中均表现为随着入侵时间增加而增加。盐城滨海湿地土壤反硝化细菌结构变化同时受到多种环境因子的影响,在0—20 cm土壤深度主控因子为盐度、pH和总有机碳;在20—40 cm土壤深度主控因子为盐度、含水率、总有机碳、总碳。该研究可为深化研究滨海湿地互花米草入侵对反硝化功能细菌多样性及群落结构的影响提供重要科学依据。
Effects of Spartina alterniflora invasion on the diversity and community structure of nirS-type denitrifying bacteria in Yancheng coastal wetlands
[J].
互花米草入侵背景下增氮对滨海湿地土壤可培养细菌和真菌群落组成及多样性的影响
[J].
Effects of nitrogen input increase on composition and diversity of culturable soil bacterial and fungal communities under Spartina alterniflora invasion in coastal wetland
[J].
互花米草入侵对长江河口湿地土壤理化性质的影响
[J].
Effects of Spartina alterniflora invasion on soil physical and chemical properties in wetlands of the Yangtze River Estuary
[J].
基于VIS-NIR光谱的互花米草入侵湿地土壤有机碳预测研究
[J].
VIS-NIR spectroscopy-based prediction of soil organic carbon in coastal wetland invaded by Spartina alterniflora
[J].
互花米草入侵对闽江河口湿地土壤碳、氮、磷及CH4和CO2排放的影响
[J].
Effects of Spartina alterniflora invasion on soil carbon,nitrogen,phosphorus,and CH4, CO2 emissions in Minjiang River estuarine wetland
[J].
互花米草入侵对黄河口湿地土壤碳氮磷及其生态化学计量特征的影响
[J].
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.07.008
互花米草入侵（Spartina alterniflora）严重威胁滨海湿地生态系统的生态平衡。为了探究不同入侵年限互花米草对土壤碳氮磷及其生态化学计量特征在不同土层间的差异,选择黄河口盐沼互花米草湿地为研究对象,采用空间替代时间的方法,采集不同入侵年限互花米草湿地（SA3,2016年入侵;SA8,2011年入侵;SA13,2006年入侵）及邻近未入侵的光滩（SA0）的0—100 cm土壤,测定其总碳（TC）、总氮（TN）、总磷（TP）含量,分析互花米草入侵对土壤碳氮磷生态化学计量比的影响。研究结果表明：（1）互花米草入侵显著提升了0—10 cm土壤TC和0—20 cm土壤TN含量,但对土壤TP含量影响很小;（2）SA3、SA8和SA13的0—10 cm土层TC含量分别比光滩高18.9%、27.6%和57.6%,TN含量分别比光滩高1.39、2.37和3.66倍;（3）互花米草入侵对土壤w<sub>(C)</sub>/w<sub>(N)</sub>的影响很小且没有明显规律,使浅层土壤的w<sub>(C)</sub>/w<sub>(P)</sub>和w<sub>(N)</sub>/w<sub>(P)</sub>增加,但降低了深层土壤的w<sub>(C)</sub>/w<sub>(P)</sub>和w<sub>(N)</sub>/w<sub>(P)</sub>,在0—10 cm土层,土壤w<sub>(C)</sub>/w<sub>(P)</sub>和w<sub>(N)</sub>/w<sub>(P)</sub>由大到小排序均依次为SA13>SA8>SA3>SA0,而在0—100 cm土层,土壤w<sub>(C)</sub>/w<sub>(N)</sub>由大到小排序依次为SA0>SA8>SA13>SA3,w<sub>(C)</sub>/w<sub>(P)</sub>依次为SA13>SA8>SA0>SA3,w<sub>(N)</sub>/w<sub>(P)</sub>依次为SA13>SA0>SA3>SA8。在0—100 cm土壤中,pH、电导率、容重、含水量是影响碳氮磷含量的重要环境因子,w<sub>(C)</sub>/w<sub>(N)</sub>与土壤环境因子没有显著相关性,而w<sub>(C)</sub>/w<sub>(P)</sub>和w<sub>(N)</sub>/w<sub>(P)</sub>受环境因子影响显著。综上,互花米草入侵改变了黄河口盐沼湿地土壤碳、氮含量,进而影响土壤养分资源配比的平衡状态。
Effects of Spartina alterniflora invasion on soil carbon,nitrogen,phosphorus and their ecostoichiometric characteristics in the Yellow River Estuary wetlands
[J].
闽江河口互花米草不同入侵年限湿地土壤磷赋存形态
[J].
DOI:10.13287/j.1001-9332.202204.006
选择闽江河口鳝鱼滩互花米草不同入侵年限湿地(SA<sub>1</sub>,5～6年;SA<sub>2</sub>,8～10年;SA<sub>3</sub>,12～14年)为对象,基于时空互代法研究了互花米草入侵对湿地土壤磷赋存形态的影响。结果表明: 不同入侵年限互花米草湿地土壤中难分解态磷(HCl-Pi、Residual-P)含量的占比最高(46.4%～46.7%),中等易分解态磷(NaOH-Pi、NaOH-Po、Sonic-Pi)次之(40.0%～44.0%),而易分解态磷(Resin-Pi、NaHCO<sub>3</sub>-Pi、NaHCO<sub>3</sub>-Po)最低(9.5%～13.3%)。随着互花米草入侵年限的增加,湿地土壤磷赋存形态及其空间分布特征也发生明显改变,中等易分解态磷、难分解态磷和总磷含量整体上均呈增加趋势,而易分解态磷含量呈降低趋势。相对于SA<sub>1</sub>,SA<sub>2</sub>的中等易分解态磷、难分解态磷和总磷含量分别增加了11.5%、9.7%和10.5%,而SA<sub>3</sub>分别增加了24.8%、13.2%和13.5%。互花米草入侵年限的增加显著改变了湿地土壤磷的赋存形态特征,这主要取决于电导率(EC)、pH值及粒度等关键因子的变化。近年来,闽江河口开展的互花米草定期刈割治理在一定程度上减少了残体向土壤归还磷养分的能力,降低了土壤中易分解态磷的养分供应。
Phosphorus forms in marsh soils with different years of Spartina alterniflora invasion in the Minjiang River Estuary,China
[J].
土壤盐渍化对滨海湿地生态环境质量的影响——以黄河三角洲为例
[J].
Impact of soil salinization on the eco-environment quality of coastal wetlands: A case study of Yellow River Delta
[J].
