黄河三角洲类圆形植被斑块格局及形成机制研究

Spatial-temporal pattern foramtions and successions of patch vegetation community are very important for protections and restorations and ecological constructions of vegetation ecosystem in water-limited ecosytems such as arid, semi-arid and coastal tidal flat regions. Quasi-circular patch vegetation community succession in Yellow river Delta belongs to an allogenic primary succession. With studies on this succession, it is easier to understand the law of the form and development of vegetation under the natural environment and to discover the adaptation mechanism of the vegetation which are significant to restore the damaged or degraded wetland ecosystem. In this project, the mechanisms for formation and dynamics of quasi-circular vegetation patterns are studied using multitemporal high resolution satellite remote sensing and field investigation and long-term location observation data, and allow us to clarify the roles of the micortopography and other environmental factors in formations of quasi-circular vegetation patterns, and illuminate the interactions between soil moisture and salinity and vegetation patches, and reveal the mechanism for formations, successions and dynamic changes of quasi-circular vegetation patterns, which are the theoretical basis for the restoration of the damaged or degraed wetland ecosystems. The project is very important to enrich the connotation of the successions of wetland ecosystem patterns and drive the applications of the artificial promotion for restoration models in the wetland restoration of the Yellow River Delta.

斑状植被群落时空格局形成及其演替研究对于干旱、半干旱区、海岸带等水分匮乏地区的植被生态系统保护、恢复和生态建设至关重要。黄河三角洲类圆形植被斑块格局形成及演变过程为一种异发原生演替，对其研究更易了解自然状况下植被发生发展的规律，更易揭示植被的适应机制，对于受损或退化湿地生态系统植被恢复具有重要的指导作用。本项目采用多时相高分辨率卫星遥感监测、野外调查采样和长期定位观测相结合的方法，进行类圆形植被斑块格局及形成机制研究，定量分析其时空格局，明确微地形等环境因素在类圆形植被斑块格局形成中的作用，阐明土壤水盐与类圆形植被斑块演替的相互作用机制，揭示类圆形植被斑块形成、发育、演替和变化规律，为黄河三角洲受损湿地生态系统恢复奠定理论基础。该项目对于丰富湿地生态系统植被群落格局演替的研究内涵，推动人工促进恢复模式在黄河三角洲湿地恢复中的应用有重要意义。

近年来，受黄河来水来沙减少、风暴潮等自然因素以及油田开发等人类活动的影响，黄河三角洲湿地生态系统（2013年入选国际重要湿地）受到了不同程度的破坏。为此，自2002开始通过引进黄河水的方式进行湿地恢复。尽管该方法对遏制湿地退化取得了一定的效果，但也存在工程量巨大、补水区生物多样性减少、补水停止易退化等不足。随着黄河三角洲“蓝黄”战略的实施必将加剧供水矛盾，会进一步降低该方法的普适性。因而，探索基于自然的湿地恢复模式，最终提升退化湿地生态系统自我维持能力就成为一个非常关键的科学问题。. 在基金委面上项目资助下，以一种异发的快速演替的斑状植被为研究对象，主要开展了斑状植被高分遥感识别、斑状植被格局时空动态监测、斑状植被与土壤属性关系等方面的研究，以期揭示自然状况下植被发生发展的规律，为退化湿地生态系统植被恢复提供科学依据。项目取得以下重要结果：. 1、系统评估了多尺度、多季相、多方法斑状植被检测能力，发现5米高分遥感数据足以；对于单季影像，早春识别最优，多季相，早春与冬季组合最优；与面向对象方法相比，基于像元方法结果受季节影响更大。在此基础上，我们提出一种基于亮度、绿度和分水岭变换的综合检测方法，解决了粘连斑块问题，提高检测精度；. 2、定量分析了1994-2016年斑状植被数量、面积和形状指数的变化。2000-2003年有新斑块的出现，但其在后3年内形态和面积基本趋于稳定，表明了其快的演替速率。斑状植被面积不服从幂率和对数正态分布，服从伽玛分布，说明区域环境变化和干扰是其主控因素；. 3、斑状植被呈负地形，具有全氮和有机质“肥岛”效应，从斑块边缘到中心，土壤含盐量、土壤容重逐渐降低、土壤导水率增加，土壤容重并不是斑状植被发育的限制因素。. 本项目积累的高分遥感数据、土壤和植被数据、阐释的斑状植被与土壤相互关系，都将为最终揭示斑状植被格局形成机制、提出基于自然的湿地恢复方案奠定坚实的基础。