1954-2005年三江平原沼泽湿地农田化过程研究

作为中国重要的粮食生产基地和淡水沼泽湿地集中分布区, 三江平原对于保障国家粮食安全和区域生态安全具有举足轻重的地位.由于人类活动的剧烈影响, 1954～2005年期间, 三江平原大面积的沼泽湿地已被农田所替代, 并引发了一系列环境问题.国内以往的相关研究未能深入揭示区域尺度湿地农田化的过程与规律.基于遥感和地理信息系统技术,集成地形图与遥感影像(Landsat MSS,Landsat TM,CBERS)数据,分析了1954～2005年间三江平原湿地农田化过程及其主要驱动因素.研究结果表明:(1)从1954到2005年,三江平原沼泽湿地面积减少了77.03%;与湿地大面积减少相对应,耕地面积增加了2.5倍,2005年耕地面积占整个三江平原面积的55.14%,成为三江平原的主导景观.1954～1976年和1977～1986年为湿地农田化规模最大的2个阶段,沼泽湿地转化为耕地的面积分别为186.40×104 hm2 和120.29×104 hm2.至2005年,三江平原沼泽湿地农田化过程基本结束,大面积成片的湿地仅存在于几个较大的湿地自然保护区内.1954～2005年期间,三江平原沼泽湿地农田化的面积为258.48×104 hm2,为1954年沼泽湿地面积的73.3%.(2)三江平原发生湿地农田化过程的主要自然地理环境背景为:海拔为0～100 m,坡度为0°～1°,地貌类型为河漫滩、河流阶地、沼泽洼地、冲积洪积平原和低台地,土壤类型为草甸土、沼泽土和白浆土.(3)1954～2005年间,三江平原地区年平均气温显著升高,增温速率为 0.029 ℃/a.气候变暖为农业开垦提供了有利的前提条件.区域人口大量增加是湿地开垦为农田的最直接和最主要的驱动因素,1959～2005年间三江平原总人口增加了3.13倍,耕地面积与总人口及农业人口之间均存在显著线性相关关系.国家政策对于三江平原沼泽湿地农田化过程具有重要的影响作用.     

基于生境分布模型的气候因素对三江平原沼泽湿地影响分析

气候因素是沼泽湿地的发育的主要驱动因素,是沼泽湿地形成、发育及不同特征差异的控制因素。作为中国主要沼泽湿地分布区和气候变化显著地区之一,三江平原沼泽湿地受气候和非气候因素的共同影响。非气候因素对三江平原沼泽湿地的影响强度在加大,沼泽湿地被开垦为农业用地,大型水利工程的修建导致流域水资源减少,使得该区沼泽湿地供水不足。以三江平原为研究区,利用生境分布模型,采用该区沼泽湿地分布数据、气象数据和地形数据,模拟沼泽湿地生态系统在气候因素变化下的演替过程,定量评估气候因素对沼泽湿地的影响程度。研究结果表明,自20世纪50年代至2010年,三江平原地区的气候呈暖干趋势,气候变化对沼泽湿地分布起正增益作用,1951~1980年期间,气候变化对沼泽湿地分布的影响程度为5.21%,1981~2010年期间,气候变化对沼泽湿地分布的影响程度为4.33%;在三江平原地区,非气候因素对沼泽湿地的影响起主导作用,不但导致该区已有湿地发生缩减、退化,还干扰新的湿地自然形成与演替。     

气候变化对沼泽面积影响的定量分析

定量判别气候变化对湿地生态系统的影响是目前全球气候变化中的难点与热点问题。基于《中国沼泽志》中沼泽的面积、地理位置、海拔高度和气象因子等资料,初步建立了中国沼泽面积-气候因子之间的关系模型;以三江平原沼泽为例,定量判别气候变化对沼泽面积波动的影响。研究结果表明,气温、降水量和海拔是影响沼泽面积的主要因素,可以通过线性模型模拟沼泽面积的变化;近几十年的气候变化对三江平原沼泽面积具有正效应,其贡献率约为+17%~+30%;非气候因素导致湿地丧失,对三江平原沼泽面积具有负效应,其贡献率为-82%~-70.1%。     

大兴安岭和三江平原地区灰脉薹草沼泽土壤种子库特征及其与环境因子的关系

分别在大兴安岭地区和三江平原地区的灰脉薹草(Carex appendiculata)沼泽中各布设了18个采样点,采集土壤样品;通过温室萌发实验,研究两个地区灰脉薹草沼泽土壤种子库特征及其与环境因子的关系。研究结果表明,大兴安岭地区和三江平原地区灰脉薹草沼泽土壤萌发的植物物种组成具有显著差异,大兴安岭地区灰脉薹草沼泽土壤萌发的物种数量和植株数量显著小于三江平原地区;大兴安岭和三江平原地区灰脉薹草沼泽土壤萌发的各物种的植株数量与年降水量、年平均气温、土壤有机质含量和土壤氮、磷含量关系密切,环境变量可以解释两个地区植物物种组成差异的19.6%,其中,大兴安岭地区土壤萌发的植物物种组成主要受气候因素的影响,而三江平原地区土壤萌发的植物物种组成受气候因素和人类活动的共同影响;大兴安岭地区和三江地区灰脉薹草沼泽土壤萌发的物种数量和所有物种的植株数量与纬度显著负相关,与经度、年平均气温、年降水量显著正相关。     

三江平原区域生态旅游规划研究

三江平原是中国著名的低平原沼泽分布区、农业生态示范区和国家重要的商品粮生产基地,拥有丰富的旅游资源.对三江平原区域旅游资源保护性开发,具有非常重要的社会意义、经济意义和生态意义.三江平原旅游资源主要分为自然景观、历史文化景观和现代农业观光景观.三江平原区域旅游应充分挖掘该区湿地资源,推广湿地旅游品牌,整合旅游资源,规划...     

三江平原气候突变分析

采用累积距平法、J_y参数法和Mann-Kendall法联合检测1955~2000年三江平原气候变化过程中的突变现象,讨论了引发三江平原气候突变的可能原因。分析发现,三江平原年降水量在20世纪60年代发生了减少突变;而三江平原在20世纪70年代和80年代连续两次经历的增温突变,使其气温变化与东北北部平原其它地区明显不同;年日照时数和平均风速的减少突变均发生在20世纪80年代。总体来看,三江平原气候变化在20世纪80年代最明显。     

三江平原地区的土地类型及其利用改造问题

三江平原，是由三条江河即黑龙江、松花江和乌苏里江汇流冲积而成的冲积平原。它位于我国黑龙江省东北部的温带湿润和半湿润地区，是我国目前荒地资源最为集中的地区之一，又是我国建设现代化农业生产的重要基地，也是我国开发利用沼泽地区的一个典型。因此，对三江平原的土地类型进行研究、评价与制图，不仅在理论上而且在生产上都具有较大的意义。     

三江平原沼泽湿地归一化植被指数分布特征及其变化分析

利用遥感数据和气象数据,分析了三江平原沼泽湿地2000年8月和2015年8月归一化植被指数的分布特征及其差异。研究结果表明,2000～2015年三江平原沼泽湿地丧失严重,面积减少了约2847 km²,面积减少率约为31%,沼泽湿地丧失的区域主要集中在三江平原的东北部;三江平原沼泽湿地8月归一化植被指数较大值分布在三江平原东部,而较小值分布在三江平原西北部;2015年8月三江平原大部分沼泽分布区域的水热条件优于多年平均状态,归一化植被指数比2000～2015年多年平均值更大。     

中国典型湿地生态系统碳汇功能比较

选择温带湿润地区三江平原湿地、青藏高原东缘若尔盖湿地和北热带向南亚热带过渡区域的广州红树林湿地,对比分析不同气候条件下湿地生态系统碳源、碳汇特征及其影响因素.研究发现,红树林湿地在固碳速率和固碳潜力方面都要高于泥炭沼泽和苔藓泥炭沼泽.不同气候条件下,湿地的CH4和CO2排放通量有较大差异.在CO2排放通量方面,若尔盖高原湿地和三江平原湿地的排放通量要高于红树林湿地;在CH4排放通量方面,三江平原湿地的CH4排放通量要大于若尔盖高原湿地和红树林湿地.不同气候条件下,湿地生态系统总体表现为碳汇.气候因素在大尺度上影响湿地的碳源、碳汇特征,而水文、植被类型和植株密度等亦是影响不同湿地类型碳源、碳汇差异的主要因素.     

三江平原大面积开荒对自然环境影响及区域生态环境保护

根据多年在三江平原野外考察积累的大量资料,对比开垦前后不同年代的数据,分析在江平原大面积开荒引起的区域环境变化,包括生态类型的变化,土地退化、水环境变化以及动植物资源的变化等,并在总结三江平原开荒过程中经验教训的基础上提出区域环境保护对策。     

三江平原的辐射气候特征

三江平原是黑龙江、松花江、乌苏里江冲积形成的低平原,地域辽阔,总面积10万6千平方公里,资源丰富,是我国最大的沼泽区和重要的商品粮基地。对于三江平原的生态环境和沼泽特征,前人作过许多考察与研究工作,考虑到太阳总辐射和地表辐射平衡是研究气候形成、地表能量转换和生态系统结构特征的最基本资料,故本文应用佳木斯的实测辐射,建立了计算三江平原的总辐射和冬季地表反射率的经验公式,并分析了辐射平衡各分量的时空分布特征。与此同时,对辐射干燥指数与沼泽分布及光合潜力作了探讨。     

用于湿地气候效应模拟的三江平原下垫面数据获取

三江平原是我国沼泽湿地的重要分布区。在20世纪的后50 a中,三江平原在经过几次大规模的开荒后,其下垫面发生了明显的阶段性变化,湿地大面积消失,农田面积不断增加。为了认识20世纪下半叶不同时期三江平原湿地的气候效应,拟采用第三代区域气候模式(RegCM3)来开展研究。而目前被广泛用于RegCM3的GL-CC数据,所反映的研究区下垫面几乎不存在沼泽湿地,这与事实严重不符,所以必须获取三江平原有沼泽湿地存在的真实的下垫面数据,才能得到可靠的湿地气候效应的模拟结果。分别选择了4期(1954年、1985年、1996年和2000年)有阶段代表性的航片、TM影像数据为主要数据源,利用ERDAS8.7和Arcview3.2等软件,首先得到4期研究区的土地利用数据,然后通过土地利用数据类型向模式数据类型的转换,从4期研究区土地利用数据中提取出了三江平原下垫面的模式数据。经过误差分析,认为获取的4期三江平原下垫面模式数据准确的反映出研究区几个时期的湿地下垫面实况,可以作为三江平原湿地气候效应模拟的基础数据。     

三江平原沼泽湿地时空动态特征

在遥感数据支持下,利用景观生态学的定量分析方法,分析了近20年三江平原区域湿地景观结构动态,同时以位于三江平原中北部的富锦县为例,分析了湿地与其它土地利用类型的转化.研究表明:三江平原湿地近20年大面积减少,但减少的趋势有所遏制,其中1980～1996年湿地面积减少了51.33%,1996-2000年间较少了4.19%;湿地的破碎度加大,1986-1996年间,斑块数量增加了326块,1996-2000年间又增加了18块,斑块数量增加的速度明显降低.湿地图斑破碎度有明显减少的趋势,表明湿地开发由大片沼泽湿地的破碎性开垦,转向已有湿地的边缘围垦上;开发后的湿地基本上变为水田和旱田;三江平原湿地分布的质心也有向西南偏移的趋势.三江湿地的大面积开发直接影响着三江地区自然环境,区域气候由"冷湿"转为"暖干",使气温低的北部和积水深的东部的湿地进一步适合农业开发.三江平原湿地大面积减少是由人类活动引起的,依靠其自身力量无法实现湿地恢复.文中就三江平原湿地如何保护和恢复提出了相应建议.     

三江平原地区的生态环境和沼泽生态农业的开发

本文综合分析三江平原区域的生态环境特征和生态环境恶化的原因,提出沼泽开发的生态农业设计,探讨三江平原区域的开发整治。     

最美湿地——东方红国际重要湿地

<正>东方红湿地位于黑龙江省东部,属三江平原组成部分,东部是我国界江乌苏里江,与俄罗斯隔江相望。2013年10月东方红湿地被列入《国际重要湿地名录》,总面积31 538 hm~2。东方红湿地在涵养水源、滞纳和缓冲洪水、补充地下水源、调节河川径流、保护全流域生态安全和维护国土安全方面具有重要作用。     

2000-2015年三江平原主要作物需水量征及影响因素分析

全生育期内作物需水量的研究是农业水资源有效利用和进行合理灌溉的重要依据。基于三江平原22个气象站点2000—2015年逐日气象观测资料及中国区域地面气象要素数据集,利用国际粮农组织 （FAO）Penman-Monteith模型和分段单值平均作物系数法,分别对三江平原水稻、玉米和大豆的作物需水量进行计算,分析作物需水量年际变化特征,采用通径分析法研究作物需水量的变化成因。结果表明：（1）三江平原16 a来年均参考作物蒸散量为537.4 mm,日均为 3.5 mm,呈波动减少趋势。（2）生长季内,水稻在分蘖期需水量最大,为177.1 mm,玉米在七叶期需水量最大,为99.7 mm,大豆在结荚期需水量最大,为96.1 mm;水稻、玉米和大豆的净灌溉需水量分别为195.4 mm、130.8 mm和72.2 mm,对灌溉的依赖程度水稻>玉米>大豆。（3）由通径分析结果可知,三江平原作物需水量的主要影响因素为净辐射、气温和日照时数。     

三江平原湿地景观结构的时空变化

基于湿地是流域中重要的景观和生态系统的思想,结合已有历史资料和遥感资料进行不同时段景观制图和GIS分析,对三江平原挠力河流域湿地景观结构和50年 (1949~2000) 来时空变化进行了系统研究,得出的主要结论为：(1) 流域湿地具有特殊的纵向结构、横向结构的景观梯度特征和内部结构特征,并且景观梯度特征与流域地形梯度、水文梯度以及地貌结构特征相协调;(2) 流域湿地景观结构在人类活动干扰下发生了巨大变化：景观纵向结构从连续的基质景观变化为河岸带景观,横向结构从明显的景观类型梯度特征变化为单一类型景观,而景观内部结构特征则表现为镶嵌斑块体的不断丧失;(3) 大规模土地开发活动和水利工程建设是流域湿地景观结构变化的主要驱动力。     

三江平原湿地毛果苔草群落的演替特征

为了说明三江平原湿地植物物种多样性近30年的演替特征，选择三江平原湿地中分布最广泛的毛果苔草群落为研究对象，进行了广泛的野外样方调查。研究发现毛果苔草群落的物种丰富度呈明显减少趋势。毛果苔草的平均高度减少了约为18cm。Drude多度级几乎降低了一个级别。物种构成发生了重大改变，物种重要值≥0．3的一些优势物种的重要性降低，物种重要值≥0．2的物种数目明显减少。群落演替处于快速衰落阶段，退化迹象十分明显。而水量的减少是导致毛果苔草群落快速退化的主要的因素。     

大面积开荒扰动下的三江平原近45年气候变化

黑龙江省三江平原近45年来，经过大规模的开荒，农田已取代原来的沼泽和沼泽化湿地，成为现今三江平原的主要景观类型，其下垫面发生了巨大变化，采用1955－1999年三江平原地区21个气象台站的气温，降水，日照时数和气压4个要素的资料，分析近45年来三江平原的气候变化和发展趋势：用Yamamoto法和Mann-Kendall法对5年滑动平均的区域季节和年时间序列进行突变检测，定量地认述了三江平原地区的气候变化事实，对于各气候要素出现在20世纪60年代，70年代和80年代的突变事实，尤其是20世纪70年代以来的阶梯式的持续变暖事实，认为三江平原区域气候系统内部的变化可能是引起这些突变的直接原因。     

三江平原湿地面积减少的驱动因素分析

以1986~2010年三江平原湿地面积和6个潜在驱动因素的13个指标数据为基础数据,应用Tobit模型,分析各驱动因素对湿地面积的影响。研究结果表明,导致湿地面积减少的是人口总量增加、城市化率增大、农村居民人均纯收入提高、耕地面积增加和居民地面积增加。