扎龙湿地研究进展

湿地是陆地生态系统生态过程的重要组成部分,扎龙湿地作为世界最大的芦苇湿地,正处于全球变化的敏感区域,总结了2000年以来扎龙湿地的土地覆盖、湿地环境、生态评估等方面的研究成果,并提出了其中存在的问题和未来发展趋势。结果如下:(1)扎龙湿地土地覆盖研究以遥感手段为主,从景观生态学角度研究认为,核心湿地趋于破碎,土地利用趋于多样化和均匀化,湿地景观完整性较差,有湿生景观向旱生景观转变的趋势,但湿地整体仍处在稳定状态;(2)近几十年来的湿地退化造成土壤有机碳流失严重;(3)湿地在自然条件下的蓄水量呈下降趋势,天然补水量小于生态需水量,而且水体已呈现出富营养化状态,个别水体重金属元素的污染已达到极强的潜在生态危害程度;(4)自然因素对扎龙湿地的总体变化影响显著,但人类活动对一些典型区域的退化起主导作用;(5)扎龙湿地研究近期应注重长时间序列湿地监测资料的积累和遥感研究工作,在耦合水文、生态、气象、土壤等多环境因素下,开展湿地生态系统功能参数的定量研究、湿地生态服务价值研究和管理决策支持系统构建,以及探讨定量方式在扎龙湿地生态系统变化分析中的应用。     

扎龙湿地水环境可持续性度量研究

湿地水环境的持续性度量的指标体系是从湿地水环境系统结构、功能状态和人为因素三个方面构建的。扎龙湿地水环境可持续综合指数的数学模型是:可持续综合指数P＝0.14P₁+0.47P₂+0.3P₃+0.09P₄。分指数(PI)分别是:水质指数、水资源量指数、生物指数和土地利用变化指数。计算过程运用了灰关联分析法、层次分析法和分段线性函数等方法,结果表明,扎龙湿地水环境可持续性的总体趋势在减弱,其影响因子已经不利于扎龙湿地生态系统的持续发展。     

扎龙湿地降水变化非线性特征研究

由于趋势、周期和随机因素的综合影响,降水时间序列往往呈现复杂波动的非线性特征,而分离三种因素在降水时间序列中的贡献率是目前较难解决的问题,相应的研究对降水变化分析和预测具有重要意义。该文基于数理统计原理、极大熵谱原理和分形原理对扎龙湿地1951-2008年的年降水时间序列进行分析,结果表明:该地区存在2.4a和6.4a的降水短周期;拟合程度比较高的非线性回归模型说明该地降水具有循环波动趋势;盒维数揭示了周期、趋势和随机因素是影响扎龙湿地降水变化的主要因素,其贡献率分别为76.97%、16.78%和6.25%,其中周期是最主要的影响因素。     

扎龙湿地水环境与可持续发展

扎龙湿地水环境污染较重,主要表现为水体有机污染和富营养化,总氮、总磷、高锰酸盐指数超标率达100%。水质与水生生物评价结果表明,湿地水环境处于中、重度污染程度;其污染原因是生活污水、工业废水的排放和农药、化肥的施用等。扎龙湿地补给水量不足,年缺水约3亿m3,是扎龙湿地生存和发展的最突出隐患。从可持续发展的角度出发,提出了开展湿地宣传教育活动,建立科学的资源与环境生态水利体系,建立湿地水文监测系统等5条措施。     

扎龙湿地景观动态变化特征

扎龙湿地近35年来湿地景观发生了巨大的变化,本文定义了一套基于TM影像的适用于描述湿地景观变化的湿地分类系统,利用景观转换系数分析以5年为周期的时间尺度上湿地的转换幅度的变化,统计和分析了湿地从1979-2013期间景观转换系数的动态变化特征,总结了扎龙湿地景观动态变化主要为四类景观动态类型：A-小幅度规则型稳定景观,B-中幅度不规则型变化景观,C-幅度渐弱规则型稳定景观,D-大幅度不规则型变化景观。研究表明：扎龙湿地1979-2013年期间,湿地景观在前10年向湿生景观转换,但是转换的幅度越来越小;后20年,湿地转向干旱趋势。在不同的景观动态类型中A类小幅度规则型稳定景观所占面积最大,为973.60 km²,接近湿地面积的二分之一,主要集中在核心区和外围稳定的农田部分;D类大幅度不规则型变化景观面积最少,为311.92 km²,主要分布于人类干扰强烈的区域。     

融合Sentinel-2红边波段和Sentinel-1雷达波段影像的扎龙湿地信息提取

以黑龙江流域中的扎龙湿地及其上游区域为研究区,将Sentinel-2红边波段和Sentinel-1雷达波段影像数据相结合,根据面向对象原理,采用随机森林算法,对研究区的湿地进行遥感分类和信息提取;利用3种特征变量集,进行实验对比,研究红边波段反射率和雷达后向散射系数对湿地信息提取的作用。研究结果表明,红边波段反射率和雷达后向散射系数对土地覆盖分类精度的提高起到了重要作用,两者结合得到的分类结果的总体精度达到了88.72%,Kappa系数为0.87,其中,水体、水田和沼泽的用户精度分别为100%、98.18%和91.37%。利用红边波段和雷达波段影像数据,分别使土地覆盖分类总体精度提高了5.26%和2.51%,红边波段影像数据对沼泽提取精度的提高贡献最大,使生产者精度提高了12.5%。     

扎龙保护区湿地扰动因子及其影响研究

扎龙湿地的扰动因子有气候、洪水、火、水利工程、农业活动等因子。这些扰动因子给湿地带来了正反两方面的作用,而扎龙湿地在扰动因子的作用下,导致湿地面积减小、生物多样性降低、水质污染、景观破碎等,进而导致湿地功能下降,生态环境严重恶化。对湿地扰动因子进行分析,掌握它们的作用过程和发生机理,对湿地的利用、保护以及恢复重建具有重要的意义。     

扎龙湿地自然保护区的火灾管理

通过对黑龙江省扎龙湿地自然保护区自然资源状况和火灾特点的分析,结合当地社会经济及环境中存在的问题,为研究地区的林火管理提出具体建议。研究表明,在防火季节,有效地控制火源,提高当地居民的防火意识是预防火灾的关键;此外,保证保护区水源供应在火灾预防中起着关键作用。研究结果可为湿地类型自然保护区的林火管理提供参考。     

扎龙湿地水体遥感提取过程中云阴影去除方法研究

以扎龙湿地为研究区,利用空间分辨率高、纹理信息丰富、定位精度高和购买价格相对低廉的ALOS遥感影像,测定了研究区水体等5种典型地物和云阴影的波谱亮度值;根据水体和云阴影的光谱特征,利用阈值法对近红外波段ALOS影像进行阈值处理,将包含云阴影信息的水体信息提取出来;基于ALOS彩色影像,再采用决策树方法自动提取湿地水体信息,同时将云阴影信息去除,并再补充提取因去除云阴影而损失的水体信息;与目视解译结果相比,用本研究方法得到的研究区湿地水体信息精度高于85%。近红外波段阈值法和彩色影像决策树法相结合的方法是一种能有效去除云阴影而高精度获取湿地水体信息的方法。     

扎龙湿地水质净化机理分析

降解污染和净化水质是湿地的重要功能。利用现场调查和水质监测资料,分析扎龙湿地水化学场特征,研究水质现状、净化机理及其与湿地水化学形成条件之间的关系。结果表明,扎龙湿地对TP、NH4-N、CODcr和悬浮物的净化率达到90%以上,对TN和NO3-N净化率可达到75%以上。水质净化功能对生态环境的自然修复作用明显,主要的水质净化机理为吸附沉淀作用、植物吸收作用、生物降解作用、反硝化作用,净化能力大小与溶液化学条件的整体特征、湿地的地质背景、水文化学循环和生物作用过程有关。     

湿地文化旅游开发研究——以齐齐哈尔扎龙湿地为例

湿地是文化诞生的摇篮,是最有力的生产者。多样的文化是湿地可持续发展的重要推动力,旅游作为湿地合理开发利用的方式,将湿地文化作为湿地开发规划的核心,体现了湿地厚重的积淀、独特的魅力。阐述了湿地文化旅游相关概念、开发意义等,并以扎龙湿地为例提出湿地文化旅游开发建议,为湿地资源开发与保护提供新的思路。     

利用Landsat 8多光谱数据的湿地信息提取方法比较研究

以淮河流域蚌埠段为研究区,利用2014年3景Landsat 8多光谱数据,采用支持向量机、决策树和面向对象分类方法,对研究区中的河流、湖泊、滩地和库塘(包括水田、水库、坑塘和水渠)进行遥感分类。由于各类型湿地在Landsat 8各波段影像中的光谱特征相似度较高,不利于分类,所以,在利用影像光谱数据的同时,借助于影像数据中的空间信息和温度信息,进行分类。研究结果表明,采用面向对象分类方法提取的河流、湖泊的用户精度较高;采用决策树分类方法提取的滩地、库塘的用户精度较高;采用支持向量机分类方法提取的河流、湖泊、库塘的用户精度较高,但是在河流、湖泊的分类中出现了椒盐现象,在滩地分类中出现了错分;与另两种方法相比,面向对象分类方法提取的河流或狭长湖泊末梢信息更准确。     

形态学图像处理方法在扎龙湿地景观格局分析中的应用

以数学形态学图像处理技术为主要方法,对扎龙湿地景观格局进行分类,形成核心、斑块、边缘和孔隙4种格局类型,并在此基础上与土地覆盖类型图叠加处理,分析湿地不同景观格局与土地覆盖类型的关系。结果表明,基于形态学图像处理技术的景观格局分类保持了像元水平的精度,优于传统的分类方式。1979-2008年,扎龙湿地的核心湿地减少,斑块、边缘和孔隙都相应增加。作为湿地中的优势类型,含地表水的湿地逐渐转移到非核心的斑块、边缘和孔隙湿地中,原有的核心湿地逐渐变得破碎。     

基于ETM+影像的扎龙湿地遥感分类研究

通过对扎龙湿地Landsat7 ETM 影像进行计算机自动分类的实验研究，探讨了提高湿地遥感分类精度的方法与途径。实验所采用的首先对遥感影像进行非监督分类，再利用非监督分类生成的分类模板加以修改补充后进行监督分类的方法，经过误差矩阵的精度评价，可以获得研究区湿地遥感分类较高的分类精度。利用上述分类方法对3种ETM 不同波段组合的影像进行具体的遥感分类比较研究发现，选择ETM 7、5、3影像进行分类有助于提高扎龙湿地遥感分类的精度。为了提高湿地遥感分类的精度，还必须运用人机互译判读方法。     

基于支持向量机的扎龙湿地遥感分类研究

湿地遥感分类是实现湿地动态监测、管理与利用的重要手段之一.由于湿地具有独特的生态环境,获取实测样本点相对困难,因此,研究小样本、高精度的湿地遥感分类方法十分必要.以扎龙国家级自然保护区为研究区,采用支持向量机方法进行了研究区湿地遥感分类研究,初步剖析了样本数量与特征维度对分类结果的影响,并同传统的最大似然分类方法进行了...     

扎龙湿地的形成背景及其生态环境意义

扎龙湿地位于黑龙江省西部, 为乌裕尔河下游尾闾湖形成的苇草湖沼。作者通过野外调 查、表土样品粒度对比和遥感影像分析, 探讨了湿地形成演化的地质环境背景, 分析了扎龙湿地 与嫩江、沙地的成因联系。研究认为齐齐哈尔- 大庆沙地由北西走向的纵向沙垄和低洼盐碱带组 成, 与科尔沁沙地一起构成了一个NE 向展布的沙带, 可能主要形成于末次冰期时期。其后嫩江 进入沙地, 对沙地进行改造, 在扎龙地区留下众多牛轭湖。后期由于构造抬升嫩江河道西迁, 乌裕 尔河成为内流河, 其尾闾湖最后演化成为现在的扎龙湿地。因此扎龙地区的环境演化过程为: 风 成沙地形成→嫩江改造、破坏沙地→嫩江西迁、乌裕尔河分流→扎龙尾闾湖形成→扎龙尾闾湖退 化、湿地形成。因此扎龙湿地与连环湖是在风成沙丘上形成的沼泽地, 是整个嫩江流域生态环境 最脆弱的一个关键区。一旦湿地消失, 将导致这个地区的盐碱化和沙漠化, 对附近的齐齐哈尔和 大庆两市的生态环境造成严重影响。     

基于遥感的策勒绿洲土地利用／土地覆盖变化信息提取方法的研究

利用遥感技术对区域性土地利用／土地覆盖类型进行动态监测，定量提取变化信息目前是资源环境科学重要研究领域之一，但是已有的变化信息提取方法存在种种缺陷。基于这些问题，选择策勒绿洲为重点研究靶区，利用两个时相同一季相的TM和XI－SPOT图像数据，先对两个图像分别进行了图像预处理，选取控制点精确配准，然后采用主成份分析和光谱特征变异相结合的方法来提取1990－1998年间的土地利用／土地覆盖变化信息。与以往方法相比，该方法不仅可以直接获得土地利用／土地覆盖变化信息的类型与数量，实现过程简单、清楚，可操作性强；亦可有效避免以往方法中存在较多的一些问题。     

基于纹理和地形辅助的山区土地利用信息提取研究

山区地物类型复杂多样,传统计算机分类难以有效克服"同物异谱"或"同谱异物"等现象,分类后"椒盐现象"严重。该文以川西南攀枝花市的部分山区为实验区,使用IKONOS高分辨率遥感影像,采用面向对象分类方法,在ERDAS9.2、ENVI4.8和eCognition8.0等软件平台支持下,以多尺度分割后的对象为单元,辅以纹理特征、形状因子、地形因子等特征参与分类过程,实现了对实验区土地利用信息的提取。研究表明,基于纹理和地形辅助的面向对象分类方法能对山区土地利用信息进行快速、准确地提取,并在分类精度和分类准确性方面均较传统监督分类方法有较大提升:分类总体精度达到90.57%,较传统监督分类提高17.75%;Kappa系数达到0.8892,较传统分类提高了0.1875;各类型土地的分类面积准确率都在90%以上,与实地调研地类面积更为接近。     

扎龙湿地生态系统变化过程及影响因子分析

随着区域气候变化及人类活动的影响,扎龙湿地生态系统发生了深刻变化。利用20世纪50年代以来扎龙湿地区域的气象数据、1986～2002年间8个时段的Landsat TM影像及2006年的SPOT4影像数据和扎龙国家级保护区管理局的资源调查数据,分析了近20a来扎龙湿地生态系统的变化过程。结果显示,20世纪80年代和90年代该地区的年平均气温分别比1951～1980年的年平均气温高出1．2℃和1．8℃。与1986年相比,2002年扎龙湿地的湖泊及水库面积减少了15．17％;明水面面积下降了49．36％。这一期间,扎龙湿地芦苇（Phragmites australis）产量、渔类产量、鸟类的种类和数量都明显减少,湿地退化程度十分严重。气候变化对湿地生态系统影响的同时,扎龙湿地上游地区也建设了60余座水库,并在湿地内部兴建了大量的人工沟渠、堤坝和道路。高强度的人类活动不仅截留了大量本应直接流人湿地的水体,使湿地蓄水量明显下降,也使湿地破碎化程度加剧。根据扎龙湿地生态系统面临的现状,就扎龙湿地保护与恢复提出了相应的建议。     

扎龙湿地地表水与浅层地下水的水文化学联系研究

水化学特征是湿地多界面间相互作用在水体中的综合体现,从一个侧面反映了湿地系统水文化学过程的特殊性和复杂性。扎龙湿地是国际重要湿地,不仅在维持生物多样性方面发挥着重要作用,而且对区域水化学特征的形成也具有特殊的影响。为了揭示湿地内水化学特征的形成机制,研究了扎龙湿地仙鹤湖区域地表水和地下水水化学特征,并应用水化学方法和稳定同位素[氘(D)和氧18(18O)]方法深入分析了地表水、地下水水化学特征的形成机制,并重点对两者间的水文化学联系进行了探讨。结果发现,除引嫩干渠水为低矿化度的HCO3·Cl-Ca型水外,湿地湖泊水和河流水均为中等矿化度的HCO3-Na型水,湿地地表水明显受蒸发浓缩作用和苏打土溶滤作用影响;地下水的δD值和δ18O值,都高于大气降水和河水,而低于湖泊水;混合比例计算表明,地下水受大气降水直接补给较弱,湖滨处湖水补给比例超过50%。综合分析认为,湿地浅层地下水具有显著的二元循环模式,同时受区域地下水流和局部地下水流的控制。区域地下水补给占主导的区域,地下水表现出低矿化度、高氘盈余值(d)的特征,地下水化学类型逐渐由HCO3-Ca·Na·Mg型转变为HCO3-Na·Ca型。湿地湖水补给占主导的区域,地下水特征表现出高矿化度、低d值的特征,水化学类型具有较大的变异性。地表水与地下水的氮、磷以有机态形式为主,平均占总氮和总磷比例的89%和90%,主要来自于地表水体的输入,受垂向淋溶作用影响较小。研究结果不仅为湿地水环境保护提供了科学依据,而且为深化湿地区域水文地球化学效应研究指明了方向。