小兴安岭沼泽湿地时空格局演变及驱动机制分析

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湿地具有“地球之肾”的美誉,在调节气候、防洪蓄水、保护生物多样性和净化水源等方面起着重要作用。近年来,随着全球环境变化以及人类活动的干扰,全世界湿地正经历快速且大面积的退化,湿地保护成为全世界关注的热点问题。小兴安岭地处我国中温带,发育众多沼泽湿地,具有独特的生态功能,然而,几十年来,小兴安岭沼泽湿地受到农业开垦、森林砍伐等一系列生产建设活动的破坏,以及环境变化的影响,沼泽湿地的面积快速减少,沼泽湿地生态系统功能受到严重破坏。本文以小兴安岭地区沼泽湿地为研究对象,(1)以Landsat遥感数据作为数据源,利用随机森林和增强回归树分类方法,提取1975年、1985年、1995年、2005年、2015年五期小兴安岭地区草本沼泽湿地、灌丛沼泽湿地、森林沼泽湿地,分析不同时期三类沼泽湿地的动态度、景观格局、质心,研究沼泽湿地时空变化过程;(2)研究1975—2015年(40a)、1975—1985年、1985—1995年、1995—2005年、2005—2015年小兴安岭气温、降水、地温、植被覆被指数(NDVI)、冻融厚度时空变化特征,分析小兴安岭地区社会经济要素变化特征;(3)建立最大熵模型,量化五个不同时期沼泽湿地减少驱动因素,分析主要驱动因素与沼泽湿地减少的关系;在此基础上建立地理探测器模型,探究主要驱动因子间的相互作用对沼泽湿地减少的影响。本研究为沼泽湿地的保护提供科学依据,对沼泽湿地的可持续发展与生态恢复具有重要的理论意义和应用价值。主要结果如下:(1)1975—2015年(40a),小兴安岭草本沼泽、灌丛沼泽、森林沼泽湿地面积均出现大幅度下降,面积下降比例由高到低的是灌丛沼泽、森林沼泽、草本沼泽。草本沼泽、灌丛沼泽、森林沼泽转出类型主要是林地和耕地,1975—1995年,沼泽湿地转出为耕地的面积处于上升阶段,1995—2015年,沼泽湿地转出为耕地的面积有所下降,整个研究时段耕地是沼泽湿地转出的第二大土地利用类型。说明人为耕种是沼泽湿地减少的一个不可忽视的重要因素。(2)1975—2015年,沼泽湿地发生剧烈变化、稳定性变差,沼泽湿地退化的强度从北向南、从西向东逐渐增强;三类沼泽湿地质心都不同程度地向西北方向迁移,草本沼泽的迁移距离相对最小,森林沼泽和灌丛沼泽迁移距离较大。三类沼泽湿地发生迁移的主要原因是空间上沼泽湿地发生退化的剧烈程度不均衡造成的。小兴安岭沼泽湿地景观格局演变规律与中低纬度天然湿地既存在共性规律又存在差异。(3)1975—2015年小兴安岭气温、地温、降水均呈增加趋势。气温呈现出北部和中部上升趋势高于南部;地温的空间分布呈现出中部升高趋势最强,北部升高趋势强于南部的特点;降水空间分布为北部降水变化小,南部特别是西南地区降水呈较强增加趋势。小兴安岭40a间气温、地温、降水变化既有时间序列上的差异,又存在空间上的分异特征。(4)1975—2015年小兴安岭年以及季节冻融厚度呈显著下降趋势,下降速率为春季(7.87cm/10a)>夏季(3.16cm/10a)>冬季(1.79cm/10a)>秋季(0.873cm/10a),40a间冻融厚度的空间分布变化呈现出南部冻融厚度下降强度强于北部,且具有显著性,东部下降强度大于西部。1975—2015年NDVI具有显著下降趋势(p<0.05),研究区北部、中部、东南部区域NDVI呈现下降趋势,下降的强度为中心弱、边界强。(5)1975—2015年,小兴安岭地区不同类型沼泽湿地减少主导因素不同,不同年代际同一类型沼泽湿地减少的主导因素也不尽相同。草本沼泽湿地减少驱动因素具有年代际的分异性,1995年是草本沼泽湿地减少驱动因子的拐点,1975—1995年草本沼泽湿地的减少主要是由耕地扩张造成的,而1995年后耕地对草本沼泽湿地的影响降低,特别是2005年开始,耕地已经不是草本沼泽湿地减少的重要因素;不同年代际灌丛沼泽湿地减少主要受到气温升高、冻融厚度下降等自然环境因子变化的影响;森林沼泽湿地的减少主要受地温、气温升高、冻融厚度下降等自然环境因素的变化影响。小兴安岭沼泽湿地减少的驱动因素存在南北、东西差异,南部、东部地区耕地扩张是草本沼泽湿地减少的重要因素,北部和西部地区长期受自然环境因素变化导致沼泽湿地减少。因此,40a小兴安岭沼泽湿地减少是耕地扩张与自然环境变化共同作用的产物,并且具有空间分异特征。
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