辽河口湿地是东亚−澳大利西亚候鸟迁徙路线上鸻鹬类水鸟的重要停歇地。过去几十年湿地围垦导致滨海湿地受到严重干扰,对鸻鹬类水鸟栖息地面积和质量造成重大影响。基于1980—2023年的遥感影像数据,利用InVEST模型中的栖息地质量模块和景观格局指数,分析了辽河口鸻鹬类水鸟栖息地质量和面积的时空变化特征。研究结果表明,1980—2023年,鸻鹬类水鸟栖息地面积和质量显著下降,栖息地平均斑块面积和聚合度指数下降,斑块密度上升,空间变化较大的区域主要位于沿海湿地。1980—2015年(退养还湿前),栖息地质量、面积、平均斑块面积、聚合度指数呈下降趋势,斑块密度呈上升趋势,2015—2023年(退养还湿后),栖息地各项指标变化规律则相反,反映了禁止围垦湿地,持续开展湿地修复行动的重要性。
近年来,鱼藤在红树林中快速扩散,对红树林生态系统造成严重威胁。本研究基于2013—2022年的逐年国产高分遥感数据,选取广西廉州湾地区南流江入海口的典型鱼藤(Derris trifoliata)扩散区,分析鱼藤在秋茄(Kandelia obovala)和桐花树(Aegiceras corniculatum)红树林中的扩散规律,探究鱼藤对红树林退化的影响。结果表明,2013—2022年廉州湾地区鱼藤面积累计增长92.5 hm2,年增长率达13.8%;鱼藤呈点状在红树林中爆发,以同心圆向外扩散,并逐渐连成片,其对红树林斑块的负面影响不断增加,鱼藤影响轻微型、鱼藤影响中度型、鱼藤影响重度型3处典型红树林区鱼藤扩散面积占比分别为40.5%、90.0%和89.3%,红树林退化面积占比分别为12.9%、43.3%和59.5%;红树林从被鱼藤攀附到彻底退化死亡,历时约4~6 a。研究结果可为红树林保护和鱼藤治理提供科学依据。
高原湿地生态环境脆弱,易受外界干扰而导致湿地结构和生态功能发生变化。现有的高原湿地安全评价涉及的湿地类型和气候带较少,限制了对高原湿地生态安全状况的认识和相关保护政策的制定。云南省地处高原地区,立体气候显著,湿地类型多样,研究跨越不同气候带的云南省湿地生态安全具有重要意义。利用遥感数据、云南省年鉴数据、社会经济数据等,构建压力–状态–响应(PSR)模型,以熵权法和专家法有机结合的双权法对评价指标进行赋权,运用模糊物元法评价2016年云南省高原湿地的生态安全。结果表明,湿地生态安全指数最高的区域分布在云南省西北部的怒江、迪庆和南部的西双版纳,最低的区域分布在云南省东北部的曲靖、昭通和西部的保山;云南省各州市湿地生态安全的影响因素存在区域差异,主要与不同地区气候类型的多样性有关;气候因子和人类活动干扰共同影响着云南省高原湿地的生态安全,主要影响因素包括自然湿地占比、年平均气温、第二产业占比、年降水量、单位面积湿地生态服务功能价值、化肥施用量和工业用水重复利用率。灰色关联分析表明,气候因子和人类干扰活动是云南省湿地生态安全的主要影响因素且两者的影响率接近,人类活动干扰导致的水质恶化是影响云南高原湿地生态安全的关键因素,因此减缓人类活动对湿地水质的影响,是实现当地湿地保护的关键。研究结果可为跨越多个气候带的高原湿地生态安全建设决策提供依据。
湿地作为容易被外来植物入侵的生态系统之一,入侵形势日益严峻。探究湿地生态系统外来入侵植物的分布格局及其主要驱动因素,有助于湿地生态系统的管理和外来入侵植物的预防。本研究结合野外调查与文献资料数据,对比了全国和湿地生态系统外来入侵植物的原产地组成、物种组成和分布特征,结合历史数据探讨了气候因素与人类活动干扰影响下外来入侵植物丰富度在全国尺度上的分布格局。结果表明,湿地生态系统外来入侵植物有223 种,占全国外来入侵植物总数的56.60%;湿地生态系统与全国的外来入侵植物在原产地组成、物种组成和分布特征上基本类似,原产美洲的最多,原产大洋洲的最少,物种组成上均以菊科、豆科和禾本科植物为主,整体都呈现出南多北少、沿海地区较多的分布格局;在西南地区的云南、中南地区的广东和华东地区的浙江分布较多,在东北地区的吉林和西北地区的宁夏、青海、新疆分布较少。对于全国所有外来入侵植物而言,全国尺度上外来入侵植物丰富度与其所在省份(自治区、直辖市)的年平均气温、年降水量、国内生产总值、人口迁徙比例均显著正相关,与人口密度无显著相关关系;多元线性回归分析表明,年降水量对外来入侵植物丰富度影响显著。对于湿地而言,全国尺度上湿地外来入侵植物丰富度与其所在省份(自治区、直辖市)的年平均气温、年降水量、国内生产总值、人口迁徙比例均显著正相关,与人口密度的相关性不显著;多元线性回归分析表明,不同因素对外来入侵植物丰富度均无显著影响。本研究系统阐明了外来入侵植物在全国不同区域湿地生态系统的分布特征及其主要驱动因素,对湿地外来入侵植物的防控和湿地生态系统的管理具有一定参考价值。
为了掌握不同年份江苏如东近岸海域沉积物重金属污染情况和来源结构的变化,于2011年和2018年,在江苏如东近岸海域采集表层沉积物,测定沉积物中7种重金属元素(Cu、Pb、Cd、Zn、Cr、Hg和As)的含量,评价其污染程度并分析重金属来源。研究结果表明,2011年沉积物中Cd、Hg和As含量较高,2018年Hg、Pb和Cd含量较高。除As元素外,2018年沉积物中的重金属含量均高于2011年。2011年,江苏如东近岸海域沉积物中重金属污染程度为轻度–中度污染,其中Cd和As污染最严重;2018年,重金属污染程度为轻度–重度污染,其中Hg和Cd污染最严重。2011年,沉积物中Cu、Pb、Cd、Zn和Cr元素的来源为自然、陆港交通排放与工业废水排放的混合源(62.41%),Hg和As主要受石化工业活动和农渔业活动共同影响(37.59%);2018年,沉积物中Cu、Pb和Cr的来源为自然和陆港交通排放的混合源(44.83%),Cd和Hg主要源于工业废水排放(31.03%),Zn和As受石化工业活动和农渔业活动共同影响(24.14%)。重金属含量及其来源贡献率的变化与产业结构变化相关,第一产业中农渔业活动中产业模式的绿色转型导致As污染降低和对重金属来源的贡献率降低,第二产业中工业能源消耗的增加和第三产业中交通活动的频繁导致其它重金属元素污染程度升高。
泥炭腐殖化度是良好的古气候代用指标,但其与古气候的关系尚存在争议。本文对不同区域泥炭腐殖化度的相关研究进行综述,揭示了泥炭腐殖化度与古气候之间的关系及其在亚洲内陆干旱核心区天山中部的应用。首先,在国外的古气候研究中,泥炭腐殖化度主要用来指示地表湿度,而国内研究主要使用腐殖化度指示温湿度的组合;其次,影响泥炭腐殖化度的关键因素是植物残体数量和微生物的分解能力,这需要结合当地地理环境具体分析;最后,尽管泥炭腐殖化度与古气候的关系仍存在争议,但其记录的古气候信息具有较好的一致性,不同地区的泥炭腐殖化度对同一气候变化过程的响应存在一定差异。此外,本文通过实验揭示了亚洲内陆干旱核心区天山中部泥炭受到地形与水热组合的影响,较高的腐殖化度与较冷的气候相关,而较低的腐殖化度指示较暖的气候,同时腐殖化度与绿洲湿地的演化密切相关。
水是地球上最重要的自然资源之一,对于地球上任何生物的生存及发展都有着至关重要的作用。利用遥感数据进行水体监测有助于环境监测、水资源管理、农业及工业生产,其中水体提取是水资源监测的重要前提。本文基于中高分辨率卫星遥感影像对水体提取的方法进行了全面综述,从文献计量学角度分析当前水体提取研究的热点,从数据源和提取方法两方面展开综述。在数据源方面,对光学遥感影像、雷达遥感影像和无人机影像进行优缺点分析,其中,光学遥感影像覆盖范围广、时间序列长,适用于大尺度及长时间序列分析的水体监测;雷达遥感影像不受云雾等影响,可实现全天候监测,适用于对天气条件较为敏感的水体监测;无人机使用灵活,分辨率高,适用于灾害评估或需进行水体边界信息精细化提取的水体监测。在提取方法方面,对阈值分割法、机器学习法和深度学习法进行比较,结果表明,目前基于深度学习方法的中高分辨率影像水体提取的精度较高,基本可达到90%以上。最后针对当前研究的不足做出总结,强调了不同方法的适用场景和局限性,并提出了未来研究的展望和建议。本文对于提高中高分辨率影像水体提取的效率和精度,促进水资源管理和环境监测等应用领域的发展具有重要意义。
湿地生态系统碳汇功能强大,探究其碳库现状与固碳潜力对于缓解全球气候变暖具有重要意义。利用长江三角洲地区(简称长三角)第一次(1995—2003年)和第二次(2009—2013年)湿地资源调查数据,采用清单法研究了长三角湿地生态系统有机碳储量、空间分布特征及其碳汇潜力。结果表明,长三角湿地生态系统有机碳储量为487.52 Tg,其中土壤碳库、植被碳库和水体碳库分别为400.82 Tg、85.48 Tg和1.22 Tg,土壤和植被是湿地生态系统碳库的主要贡献者,二者占比高达99%以上;从湿地类型来看,有机碳密度最大的是沼泽湿地(139.54 t/hm2),有机碳储量最大的是滨海湿地(168.02 Tg);长三角三省一市中,江苏省湿地有机碳储量最大(249.72 Tg),上海市最小(38.08 Tg)。前后两次湿地资源调查同口径数据比较,十年间长三角湿地面积增加了2 257.22 km2,湿地碳储量增加了1.39 Tg。在实施生态修复工程的基础上,长三角湿地特别是滨海湿地具有很大的碳汇潜力。研究结果可为更好地评估长三角地区湿地生态系统的碳汇潜力、助力碳中和以及退化湿地生态恢复提供理论依据。
为了探究滨海湿地土壤无机CO2通量(Rio)特征及土壤对CO2的无机吸收机理,采集胶州湾光滩、盐地碱蓬(Suaeda salsa)沼泽和芦苇(Phragmites australis)沼泽3种典型湿地的土壤,基于室内控制试验,分析了土壤Rio特征;通过构建多因素析因模型,识别了土壤Rio影响因素的主效应及交互效应,并结合同位素示踪技术明确了CO2被土壤吸收后的去向。研究结果表明,胶州湾3种湿地土壤均存在无机吸收CO2的现象,且不同湿地土壤Rio差异显著,其中芦苇沼泽土壤Rio平均值最高,为−0.171 mg/(kg·d),盐地碱蓬沼泽[−0.230 mg/(kg·d)]和光滩湿地[−0.274 mg/(kg·d)]的Rio平均值依次减小。土壤Rio与pH显著负相关(r=0.82,p<0.05);析因分析结果表明,pH是解释土壤Rio变化的最主要因素;而土壤pH与电导率的交互作用对土壤Rio影响最强。δ13C同位素示踪试验结果显示,土壤将吸收的δ13C-CO2转化为土壤溶解性无机碳(DIC)和土壤无机碳(SIC),在试验开始之后的1~24 h内,土壤中约10%的DIC转化为SIC,以固态的形式直接固定于土壤中。
红树林湿地被视为热带和亚热带地区最富含碳的湿地之一,但由于受到潮水频繁淹没以及周围地区大量营养物质输入的影响,红树林湿地成为甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)等温室气体的潜在排放源。为了揭示红树林湿地土壤温室气体排放的时空变异性及其环境影响因子,在香港米埔红树林湿地开展了为期1 a的月尺度野外监测。结果表明,近陆带、中间带和近海带的红树林湿地土壤平均CO2通量差异不显著,而CH4通量在中间带明显较高,主要由于厌氧环境促进了CH4生成,土壤N2O通量平均值则在近陆带显著较高,可能因为近陆带土壤中较高的有机物含量刺激了硝酸盐供应及反硝化作用。红树林湿地土壤温室气体排放在不同季节差异显著,冬季CH4排放显著较低,这是由于低温和高盐度抑制了CH4产生;夏季土壤CO2排放通量显著高于其他季节,而冬季显著低于其他季节,主要与土壤温度和有机物含量的变化对微生物活动的影响有关。此外,土壤温室气体排放通量还存在显著的年内变异性,月平均CH4和N2O通量的相对标准偏差均超过115%,红树林湿地土壤温室气体排放具有较高的时空变异性。研究结果可为准确评估红树林在未来气候变化中的作用提供参考。
为查明扎陵湖土壤真菌多样性资源并筛选作物病原真菌的抑菌菌株,为后续开发生防制剂奠定基础,从黄河源区扎陵湖岸边采集底泥样本11份,经7种选择性培养基培养后,采用稀释涂板法分离真菌,采用形态学和分子生物学相结合的方法鉴定菌株,并使用对峙培养法筛选具有抑菌活性的菌株。研究结果表明,共分离得到100株真菌,隶属于蓝状菌属(Talaromyces)、链格孢属(Alternaria)、枝孢霉属(Cladosporium)、无垫船壳菌属(Psiloglonium)、镰刀菌属(Fusarium)、茎点霉属(Phoma)、青霉属(Penicillium)、翅孢壳属(Emericellopsis)、附球壳属(Epicoccum)、毛束霉属(Trichurus)和拟壳多孢属(Stagonosporopsis)等27属。其中,蓝状菌属(18株)和链格孢属(11株)为优势属;裂褶菌属(Schizophyllum)、柄粪壳属(Podosordaria)、穴壳菌属(Dothiorella)、钝齿霉属(Radulidium)、栓菌属(Trametes)、阿太菌属(Athelia)、拟革盖菌属(Coriolopsis)、Geosmithia、葡柄霉属(Stemphylium)、平脐蠕孢属(Bipolaris)和曲霉属(Aspergillus)为稀有属,均为1株。筛选得到4株高活性抑菌菌株,分别属于枝孢霉属、翅孢壳属、截平盘孢属和阿太菌属,对青海省主要农作物的8种病原真菌具有广谱抑菌活性。扎陵湖底泥中真菌资源丰富,具有一定的生防利用价值。
2018年南水北调中线工程开始对滹沱河和滏阳河进行生态补水,修复河湖生态环境。为了解补水后两条河流鱼类资源现状及其群落关系,于2021—2023年每年4月、7月和10月,对河北省境内滹沱河、滏阳河进行了鱼类资源调查,研究了两水域鱼类群落结构及多样性,并进行了区系相似性等比较分析。研究结果表明,滹沱河采集到5目10科26属32种鱼类,滏阳河采集到5目10科30属36种鱼类。滹沱河和滏阳河鱼类群落都以静水定居、产沉黏性卵、杂食性、底栖鱼类为主,优势种均为麦穗鱼(Pseudorasbora parva)和䱗(Hemiculter leucisculus)等小型鱼类,区系划分上以中国平原区系复合体鱼类居多。滹沱河和滏阳河鱼类群落Margalef指数分别为2.01~2.72和1.96~2.45;Shannon-Wiener多样性指数分别为2.61~3.29和2.29~2.83;Pielou均匀度指数分别为0.59~0.72和0.48~0.58。滹沱河和滏阳河鱼类多样性较丰富,群落结构相似性较高,体现了海河流域典型的江河平原鱼类群落结构的共同特征。持续补水等生态修复措施改善了水环境,保护并恢复了鱼类资源及多样性,对两河湿地生态的修复具有重要意义。
苦草(Vallisneria natans)是通江湖泊优势物种,对于维持湖泊生态系统的结构和功能具有重要作用。以安徽大学磬苑校区内人工景观湖琵琶湖生态修复后人工种植的苦草种群为研究对象,通过实地监测,了解苦草在生长周期的不同阶段(种子萌发、生长和繁殖等),其典型功能性状对3种不同水深条件的响应。研究结果显示,水深对苦草的典型功能性状具有影响,苦草种子的萌发和幼苗的存活率与水深呈负相关关系;随着水深的增加,苦草株高逐渐增加,叶片长度和比叶面积均提高,且地上生物量占比在水深最大条件下最大;此外,苦草植株在浅水区(0~100 cm、>100~150 cm水深)主要进行有性生殖,在深水区(>150~200 cm水深)主要通过地下块茎进行克隆繁殖。可以为水位波动条件下苦草种群的保护和恢复提供一定的理论支持。
了解查干淖尔湖东湖浮游植物群落结构特征及其驱动因子,能够为该区湿地生态系统稳定发展提供基础资料。于2023年2月10日(冰封期)和2023年8月10日(非冰封期)在查干淖尔湖东湖进行样品采集,研究冰封期和非冰封期浮游植物种类组成、多样性特征及其驱动因子。结果表明,在查干淖尔湖东湖共鉴定出88种浮游植物,隶属于8门10纲24目39科58属,其中冰封期发现36种,主要为绿藻、蓝藻和硅藻,共占85.7%;非冰封期浮游植物种类增至74种,绿藻、硅藻和蓝藻共占91.9%。冰封期具尾逗隐藻(Cryptomonas ovata)为优势种,而非冰封期微囊藻属(Microcystis sp.)占主导;冰封期冰中的优势种为环离浮鞘丝藻(Planktothrix circumsuta),水中的浮游植物则以具尾逗隐藻(Cryptomonas ovata)为主。非冰封期水中浮游植物的密度和生物量分别是冰封期冰中和水中之和的1.90倍和10.37倍,且非冰封期浮游植物的多样性、均匀度和丰富度普遍高于冰封期;相比之下,冰封期水中的浮游植物群落比冰体中更为多样。非冰封期的水环境更有利于浮游植物生长,而冰封期的冰体有助于减少水体污染物。总氮浓度、降水、冰厚是影响冰封期查干淖尔湖东湖浮游植物的主要因素,而叶绿素a浓度、水温、降水、pH是影响非冰封期浮游植物的主要因素。
明确湿地植物光合作用对大气CO2浓度升高的响应特征,有助于科学预测未来气候变化对湿地生态系统结构和功能的影响。选择黄河三角洲滨海湿地C3植物盐地碱蓬(Suaeda salsa)和C4植物互花米草(Spartina alterniflora)为研究对象,在开顶箱CO2熏气系统中设置2种CO2浓度(常规和+400 μmol/mol),利用Li‒
土壤种子库是湿地生物多样性的重要组成部分,在湿地恢复、重建与植被演替、更新等方面起着重要作用。2023年3月,以1996年形成的黄河三角洲新生潮间带湿地为研究区域,采用野外采样与室内培养相结合的方法,对土壤种子库特征及其影响因素进行了研究。结果表明,研究区土壤种子库物种组成相对单一,共萌发植物4种,隶属于3科4属,均为草本植物,盐地碱蓬(Suaeda salsa)占据绝对优势,潮沟岸边与近海样带物种更为丰富。种子库密度平均值为(572.22±468.22) p/m2,潮滩两侧最远处与近海、近岸样带密度较高,而潮沟岸边与居中样带密度较低,其水平分布近似于“V”形,垂直方向上在>5~10 cm与>10~15 cm深度更为密集。种子库多样性相对较低,与地上植被的相似程度不高。潮沟岸边、近海样带及土壤表层(0~5 cm)种子库的Patrick丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数与Pielou均匀度指数更高,物种组成、多样性更为丰富,分布更为均匀,但Jaccard相似性指数绝大部分低于0.50,与地上植被相似程度不高。土壤pH和电导率对种子库具有直接影响,而水位波动则通过影响种子库的埋藏深度、土壤pH、电导率、养分含量等间接对种子库产生影响。
植物群落是湿地生态系统净初级生产力与物质能量流通的贡献主体,研究退渔还湿背景下植物群落的生态特征及其与土壤环境因子之间的关系,对于评估退化湿地恢复效果、指导受损湿地恢复实践具有重要意义。以洪泽湖地区不同恢复年限退渔还湿地为研究对象,基于野外调查方法,研究不同恢复年限(0 a、1 a、10 a和20 a)湿地植物群落生态特征及其与土壤环境因子的关系。结果表明,洪泽湖地区不同恢复年限退渔还湿地内共分布湿地植物9科18属18种;各样地内植物物种数量随恢复年限增加呈现波动变化特征,且不同恢复年限湿地植物物种组成结构差异明显;退渔还湿10 a和20 a样地内植物物种多样性显著高于其他样地;土壤有机质和总氮含量是驱动退渔还湿地植物群落物种组成变化的关键因素,且其与植物群落物种多样性之间存在显著协同关系。
中国互花米草(Spartina alterniflora)的化学治理尚处于起步阶段,化学药剂在使用过程中对生态系统的影响仍不十分清楚。为了了解咪唑烟酸治理互花米草的生态效应,对比研究了喷施25%浓度咪唑烟酸(Imazapyr)水剂(17.91 L/hm2)的实验组和未喷施药剂的对照组土壤微生物群落的时间变化特征。结果表明,实验组与对照组土壤微生物多样性无显著差异,但同一处理下微生物多样性在不同时间点存在显著差异;咪唑烟酸会影响放线菌门、接合菌门等个别微生物类群的相对丰度,但对大部分微生物类群的影响较小;在喷施药剂后的前6天,细菌群落结构变化较大,但真菌群落结构无显著变化;实验组与对照组的细菌群落代谢通路无显著差异,而真菌群落代谢通路存在显著差异;实验组与对照组细菌共同差异代谢通路占比的时间变化规律一致,而真菌则相反。综上,咪唑烟酸对土壤微生物多样性的影响不大,其主要影响细菌群落结构而非真菌群落结构,但对真菌群落功能的影响大于细菌群落功能。
人工湿地因投资低、操作简单、运行低廉等优点,被广泛应用于生活污水处理厂尾水深度净化。于2021年1~10月通过对湖南省郴州市资兴市东江湖兴宁污水处理厂尾水人工湿地净化系统(依次由1个潜流湿地和8个植物塘组成)水体中和底泥中氮磷含量的持续监测,分析人工湿地对水体中氮磷的净化效果及其与底泥中氮磷含量的关系。研究结果表明,人工湿地生态系统对尾水中氮磷的去除效果明显,总氮、氨氮、硝态氮和总磷去除率的平均值分别可达62.6%、45.1%、58.3%和47.7%;与人工湿地系统前端的潜流湿地相比,后端的植物塘对尾水中氮磷的去除效果较差;不同植物塘对尾水中氮磷的去除效果存在明显差异,总体上面积较大的植物塘对氮磷的去除率较高,而面积较小的植物塘去除率较低,部分植物塘甚至出现了氮磷缓释现象;人工湿地底泥中全氮、铵态氮、硝态氮和全磷含量均随着水流的方向降低,且与水体中氮磷浓度及其去除率显著正相关;底泥中全氮含量对尾水中氮磷去除率的贡献率为33.4%,全磷含量对尾水中氮磷去除率的贡献率为32.5%。人工湿地对尾水中氮磷净化效果与湿地类型、植物塘面积、底泥中氮磷含量有关,因此,从环境条件优化、生物结构调控等方面分别对潜流湿地和植物塘提出了相应的改造建议。
黄河三角洲生态补水工程对生物多样性分布格局产生了显著影响。为探究大型底栖动物群落结构对补水工程的响应,于 2018年春季和夏季,以及2019年夏季,在黄河三角洲补水恢复区和自然潮汐区,采集大型底栖动物样品,对大型底栖动物群落开展相关分析和聚类分析。研究结果显示,共记录到大型底栖动物 4 门 8 纲 86 种。补水促使大型底栖动物群落结构产生空间差异,在补水恢复区,水生昆虫占据优势地位,物种数高于潮汐区,但是年平均丰度和生物量低于潮汐区。同时,补水降低了恢复区与潮汐区大型底栖动物群落的结构相似性,物种组成矩阵在时空差异上均显著负相关,这可能与物种繁育规律以及补水对盐度、植被和物种迁入的影响有关。与历史资料对比表明,补水恢复湿地的大型底栖动物群落倾向于淡水物种,优势种呈现小型化特征,Shannon-Wiener 多样性指数波动变化,生物量远低于潮汐湿地。