黄河三角洲典型湿地植被时空动态遥感监测研究

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滩涂植被是滨海湿地的重要组成部分,其动态变化影响着湿地生态系统的结构和功能。受入海水沙和海洋动力的综合作用,黄河三角洲滨海湿地处于动态变化中,生态系统敏感脆弱。并且随着海平面上升及区域人类活动的频繁开展,黄河三角洲滨海湿地面临着物种入侵、生物多样性减少、景观破碎化等诸多问题。因此基于遥感技术监测和评估湿地植被长时序动态变化及景观演变特征,对海岸带资源管理和生态环境保护具有重要的科学意义。本文以时间序列Sentinel-2MSI影像数据和多时相Landsat系列影像为数据源,考虑植被的物候特征,基于面向对象和随机森林模型结合的方法实现黄河三角洲典型滨海湿地植被的精准分类,揭示了2000-2020年研究区内芦苇、碱蓬和互花米草的时空分布特征;并通过计算景观指数,深入分析了滨海湿地长时序景观格局演变规律及其驱动机制;在此基础上,探讨了互花米草扩张对当地滨海湿地生态系统和潮滩地貌带来的影响。主要研究成果如下:(1)2000-2020年黄河三角洲湿地植被制图的总体精度为84.74%-92.39%,Kappa系数在0.81-0.91之间。因此在确定植被物候差异最优时相的基础上,基于多时相Landsat系列影像采用面向对象的随机森林遥感识别模型可以实现湿地植被信息的精准提取。(2)长时序分类结果表明,南部现行黄河口保护区湿地植被自河岸向两侧呈条带状交替分布。芦苇是保护区内的优势物种,分布面积总体保持平稳增长;碱蓬盐沼面积自2006年开始呈减少趋势,年均丧失75.86 hm~2;互花米草群落向外扩张剧烈,其面积由2002年的221.85 hm~2增加到2020年的5267.79 hm~2;北部刁口河口保护区盐地碱蓬生长不稳定,面积呈波动变化状态;芦苇群落2010年以前严重退化,2010年之后逐渐得到恢复。(3)结合景观生态学知识,发现南部和北部保护区具有不同的景观格局演变特征。南部保护区:芦苇景观整体趋于连通并聚集分布;碱蓬景观破碎化程度剧烈,发展不稳定;互花米草群落优势度不断提高,生成许多新生斑块且斑块形状愈加复杂。北部保护区:碱蓬盐沼破碎化程度明显高于南部保护区;芦苇景观优势度不断提高,但整体趋于破碎化且斑块形状复杂。其中,南部保护区湿地景观变化主要归因于自然因素,黄河来水来沙的变化是其中最为关键的驱动因子;而北部保护区湿地景观演变主要受控于人工改道和生态补水工程等人为因素。(4)根据不同区域互花米草的变化特征及其向海和向陆边界的扩张速率,将现行黄河口保护区互花米草群落的扩张过程分为三个阶段:2008年以前为扩张初期,受风暴潮等因素的影响该阶段互花米草难以生存;2008-2014为快速扩张期,年平均扩张速率为54%,空间上表现为海扩张侵占光滩和向陆扩张侵占碱蓬生境;2014年至今为缓慢增长阶段,年平均扩张速率仅为9%,该阶段互花米草盐沼向海扩张速率减小,表现为明显的陆向扩张趋势。从整体上看,近年来互花米草盐沼进入了生长的稳定期。(5)互花米草入侵对本地生态系统带来了一系列问题,其中对碱蓬盐沼的影响最为明显。不仅侵占碱蓬的生存空间,迫使其由向海方向生长转变为向内陆萎缩后退,而且改变了湿地植被向海的演替序列,逐渐形成碱蓬-米草交错分布带。而在阻止海岸侵蚀方面,互花米草盐沼带只有扩张到足够宽度时才能起到一定的促淤保滩作用。
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