基于RS、GIS技术的现代黄河三角洲植物群落演替数量分析及近30年植被动态研究

摘要

现代黄河三角洲位于山东北部，黄河入海口处，面积约2200km2。该区是由海洋向陆地的过渡地带，同样也是水陆交错带，多种生态系统在此交替。受黄河尾闾摆动、海岸侵蚀、河口淤积、植被演替、土壤发育、人为垦殖等多种因素影响，生态环境脆弱，生态系统呈现明显的湿地生态系统特点，是中国暖温带最年轻、保存最完整、面积最大的河口新生湿地生态系统。 黄河三角洲是我国乃至世界大河中海陆变迁最活跃的地区，而现代黄河三角洲又是该地区造陆最年轻、河道迁徙最频繁、植被演替最快的区域，这一地区是研究植被动态变化最理想的区域，其研究成果具有典型性和独特性。 现代黄河三角洲植物群落演替数量特征分析和动态变化研究，是黄河三角洲植被研究的基础工作，这项研究对黄河三角洲植被的动态特征、分类与分区研究，对该区的植被恢复与重建、植被开发与利用研究都具有重要意义。 利用“3S”技术研究现代黄河三角洲植被动态变化研究，是系统研究黄河三角洲动态变化的重要组成部分，对今后数字黄河三角洲建设和该区资源开发与保护具有应用价值。 现代黄河三角洲植物群落自然演替属于原生演替，在无人为干扰情况下，植物群落演替序列为裸地→盐地碱蓬(Suaeda salsa)群落→柽柳(Tamarix chinensis)群落→草甸。这种演替系列的形成与土壤水盐动态有密切关系。靠近海岸线土壤含盐量较高地段是盐碱裸地，裸地以上分布着耐赫、湿的碱蓬、柽柳，这两种植物形成单优群落，或由两种植物共同组成群落。随着距海岸线距离增大和海拔的升高，土壤含盐量降低，碱蓬、柽柳的重要性降低，多年生草本成分逐渐开始占优，在合适的区域形成以芦苇(Phragmites australis)、白茅(Imperata cylindrica)、獐茅(Aeluropus littoralis)为优势种的群落类型。这些类型为现代黄河三角洲自然演替的较高阶段。 采用一次性同时采样方法获取了现代黄河三角洲不同演替阶段的植物群落演替数据，并利用数量分类方法(TWINSPAN)对调查数据进行了分析。此方法将研究区植物群落分为3大类12个小类，用以代表3个演替阶段12个演替群落。3大类为：以碱蓬为优势种的群落；以柽柳为优势种的群落；以芦苇、稗(Echinochloa littoralis)、白茅为优势种组成的草本群落。12个演替群落分别为：盐地碱蓬群落；盐地碱蓬+芦苇群落：柽柳群落；柽柳+碱蓬群落；柽柳+碱蓬+芦苇群落；柽柳+碱蓬+中华补血草(Limonium sinesis)群落；芦苇+碱蓬+罗布麻(Apocynum venetum)群落：芦苇+鹅绒藤(Cynanchum chinensis)+茵陈蒿(Artemisia capillaries)群落；稗+苦菜(Ixeris chinensis)+芦苇群落；芦苇+野大豆(Glycine soja)群落；白茅+野大豆群落；獐茅(Aeluropus Littoralis)+芦苇+碱蓬群落。计算了12个演替群落的演替度。大多数群落处于较低的演替阶段，演替度在30～184.3之间；而芦苇+野大豆群落，獐茅+芦苇群落已接近顶极演替阶段，演替度分别为286.9和230.7。 群落在演替过程中，物种多样性指数和丰富度随演替进程逐渐增加，而物种均匀度指数呈减少趋势。 利用排序(DCA)技术研究了演替与环境之间的关系，结果表明，土壤盐份是现代黄河三角洲植物演替的主导因子，它影响群落的结构、物种组成和演替进程。 以配准后的1977年5月10日 (MSS)、1987年5月7日(TM)、1996年5月31日(TM)、2004年5月5日(TM)四时相遥感影像数据为基础，应用归一化植被指数(NDVI)，研究了现代黄河三角洲近30年植被覆盖变化，并对植被盖度进行了分级。结果表明，在过去27年间，植被覆盖面积呈增加趋势，植被累计增加面积91089.43 hm2，平均每年增加3373.68 hm2。覆盖率增加了34.71％，平均每年增加1.29％。植被以低盖度植被为主，高盖度植被所占面积较小，但高盖度植被逐年增加，平均每年增加412.83 hm2。 对研究区植被类型进行了解译，结果表明，芦苇植被面积从总体上是增加的，面积增加了314.19 hm2；柽柳、碱蓬群落和农田植被的分布面积呈逐年增加的趋势，分别增加了1066.14 hm2、1128.87 hm2和5811.71 hm2；刺槐林面积有增有减。1987～1996年，刺槐面积增加了1674.18 hm。，平均每年增加186.02 hm2；1996～2004年间，面积呈减少趋势，刺槐林面积减少了709.65 hm2。 在20世纪70年代，湿地有河流、沼泽和滩涂三种自然湿地类型。80年代以后，又增加水库、水田、虾池和池塘等人工湿地类型。受黄河来水和人类工农业活动的影响，河流、沼泽湿地面积呈减少趋势，27年间，河流湿地面积减少了15085 hm2，沼泽湿地面积减少了27679hm2；而水库、水田、虾池、滩涂湿地面积增加明显，面积分别增加了1790 hm2、1225 hm2、7713 hm2和25970 hm2。 从空间上分析，现代黄河三角洲植被演替活跃区主要集中在北部和东部近海岸区和东南部黄河新淤进区域。1977～1996年间，北部植被分布边界线向内陆缩退最大距离为6.3km，植被蚀退面积总计29309.06hm2。1996年后，由于海岸工程的建设，三角洲北部和东部海岸线相对稳度，北部植被蚀退现象得到遏止。东南部黄河新淤出区域，由于淡水充足，土壤条件相对较好，植物很快迁入。此区域植被分布区总体是以黄河为轴心向两侧扩展，1977～1987年，东南部区域植被增加面积为40592.34 hm2；1987～1996年，植被增加面积为26027.14 hm2；1996～2004年，植被增加面积为31310.31 hm2。 研究表明，土壤盐分是影响现代黄河三角洲植被分布的主导因子。碱蓬、柽柳在土壤含盐量较高区域分布；芦苇在黄河两岸、黄河故道、水库和河流周围淡水充足区域分布；刺槐(Robinia pseudoacacia)主要集中在黄河故道两侧、黄河北岸地势较高，土壤充分脱盐区域。

目录

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摘要

第一章前言

1.1基于“3S”技术植被动态研究进展

1.2植被遥感分类方法研究进展

1.3植被指数研究进展

1.4植物群落演替研究进展

1.5植被数量分类和排序研究概述

1.6黄河三角洲植被研究现状

1.7研究的目的和意义

1.8研究的创新性

第二章研究区概况

2.1现代黄河三角洲的概念与范围

2.2现代黄河三角洲的自然条件

第三章研究方法

3.1遥感数据处理方法

3.2野外实地调查

第四章现代黄河三角洲生态系统特点

4.1具有湿地生态系统的特点

4.2潮间带及近海岸湿地物种繁多

4.3系统具有不稳定性和脆弱性

第五章现代黄河三角洲植物群落演替数量分析

5.1演替阶段的划分

5.2植物物种重要值、频度及生活型分析

5.3群落演替度和演替过程分析

5.4群落演替的物种多样化变化

5.5演替关系的排序分析

第六章现代黄河三角洲近30年植被覆盖变化分析

6.1植被覆盖面积变化分析

6.2植被覆盖分级

第七章现代黄河三角洲主要植被近30年动态变化

7.1芦苇群落动态变化

7.2柽柳群落动态变化

7.3碱蓬群落动态变化

7.4农田动态变化

7.5刺槐林动态变化

7.6湿地动态变化

第八章现代黄河三角洲植物群落空间分布特征及与土壤含盐量的关系研究

8.1现代黄河三角洲植物群落空间分布特征

8.2植物分布与土壤盐分的关系

第九章讨论与结论

9.1讨论

9.2结论

9.3进一步的研究工作展望

参考文献：

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及获奖目录

附图：现代黄河三角洲主要植物群落照片