黄河三角洲土壤-植被-景观变化及空间变异的多尺度研究

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黄河三角洲是我国三大河口三角洲之一,也是世界上陆地资源增长最快的地区之一。在海、河、陆相互作用下,黄河三角洲形成了一个具有独特地形地貌、生物种类繁多的完整生态系统,其自然环境宽松可塑,是自然资源最为丰富的地区之一,是中国东部沿海景观类型最丰富的地区。景观可以说是自然与人文过程交叉最为密切的问题之一,是人地关系的具体体现;在长期的人为作用和自然因素的影响下,黄河三角洲景观类型发生了较大变化,导致整个黄河三角洲的土壤质量和生态环境不断变化。本文选择黄河三角洲及大汶流自然保护区和核心区内的恢复小区作为试验区,在三个尺度上采集土壤样品,并记录各样方内的植被属性参数。主要的研究内容及结论如下:   首先,利用多元地统计学方法,分析归纳不同采样范围内土壤盐基离子的空间变异的规律,协同区域化分析土壤盐基离子空间变异的尺度结构,并结合因子克里格方法,分析影响土壤空间变异尺度结构的主要环境因子或生态过程。结果表明,在黄河三角洲采样范围内,土壤盐基离子的结构空间变异主要受到众多环境因子的影响。大尺度空间结构上土壤盐基离子的空间变异主要受到区域地貌、降水以及蒸散发的影响;在小尺度空间结构上则主要受到黄河三角洲造陆过程中土壤母质的影响。在大汶流保护区范围内,土壤盐基离子空间变异主要受到许多环境生态过程的影响。小尺度空间结构上,土壤盐基离子的空间变异主要受到矿化过程的影响;而大尺度空间结构上则主要受到湿地恢复过程中灌排水、地表和地下径流的影响,湿地恢复影响着土壤盐基离子的渗透、析出和土壤的盐渍化过程。大汶流保护区内的核心恢复小区,土壤盐基离子的小尺度空间变异主要受到植被分布,尤其是盐生植被分布的影响;而大尺度结构上的空间变异则主要与地下水埋深有关。   其次,利用数量统计学,采用典范对应分析以植被盖度、高度、生物量等信息对黄河三角洲湿地植被进行分类排序,分析不同采样范围内植被特征的变化,并探讨植被特征与土壤环境因子之间的对应关系。结果表明,在不同研究尺度上,湿地植被特征表现出显著的差异性,并且受到不同土壤环境因子的影响。在黄河三角洲大尺度上,植被特征变化主要与土壤有机质、总磷、K+、Ca2+、NO3。有关;在大汶流保护区中尺度上,主要受到土壤水分、总氮、SO42-的影响,而在核心恢复小区尺度上,影响植被特征的主要土壤环境因子是土壤水分、K+、NH4+、SO42-。从研究的三个尺度来看,湿地植被特征与土壤环境因子之间的关系具有一定的交叉性,影响黄河三角洲尺度上植被特征的K+也同样影响核心恢复小区尺度上的植被特征变化,而影响核心恢复小区尺度上的土壤水分和SO42-也同样影响着大汶流保护区中尺度上的植被特征。总之,影响湿地植被特征的土壤环境因子在不同尺度上既有差异又有重叠。   第三,基于景观边界特征获取黄河三角洲湿地景观转换的主要景观类型,应用单因素方差分析分析不同景观类型下土壤性质的差异,并在遥感影像解译的基础上利用均值比较的方法探讨不同景观变化方向土壤性质的变化,从而揭示景观变化与土壤性质变化之间的关系。结果表明,不同景观类型下土壤性质具有一定的差异性,而不同景观变化过程下,三角洲景观组分之间的边界趋于复杂化,部分耕地转化为柽柳、芦苇和翅碱蓬,潮滩植被侵入滩涂。不同景观类型下的土壤性质差异不显著,但景观类型转化对土壤性质存在一定影响。农田转变为柽柳、芦苇、翅碱蓬过程中土壤容重降低;而滩涂转变为翅碱蓬后土壤容重提高。农田转化为林地和滩涂转化为灌丛过程中土壤含水量降低,而其他景观变化过程土壤含水量表现出增加的趋势。不同景观类型下土壤全氮、有机质、全磷含量均较低,且变化过程中土壤养分含量变化也较小。各景观类型变化过程中土壤Ca2+含量变化幅度最大;其他土壤盐分离子含量的变化因景观组分变化方向不同存在较大差异,但总体上看,不同景观变化过程下土壤盐分离子含量均具有较大变化。   最后,基于信息熵法和孔隙度指数法研究了三角洲湿地主要景观类型的异质性特征及其空间组分变化特征。结果表明,三角洲农田和盐荒地两种组分均表现出宏观异质性分布特征,中小尺度分布不均匀,且尺度差异具有增加的趋势。
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