区域植被生物量及其与水文连通之间的定量关系对于湿地保护和管理具有重要意义.基于多期Landsat-8 遥感影像和野外实地调查数据,提取了新疆科克苏湿地生长季不同月份的湿地水体斑块,反演并分析了湿地植被地上生物量及时空分布特征,量化了水文连通与科克苏湿地植被地上生物量和植被碳库的关系.结果表明:6 月新疆科克苏湿地水体斑块面积最大,占保护区面积的 63.12%,之后湿地水体斑块面积逐渐减少,8 月水体斑块面积仅占保护区面积的 6.27%,水体斑块分布具有明显的季节性特征.科克苏湿地植被生物量呈现聚集分布的空间分布模式,额尔齐斯河及克兰河河道两侧以及支流两侧湿地为高生物量区域,北部阿热勒齐及阔克苏村和东南部萨尔胡松乡为低生物量区域.7 月地上生物量达到生长季最高值,该时段科克苏湿地的植被总生物量为 1.09×109 kg,最大总生物量为 4832 g/m2,地上生物量较高区域分布在西部的阿克铁热克村及东部的巴勒喀木斯村.水文连通与植被地上生物量及植被碳库呈现抛物线关系,水文连通度为 0.6 左右时,植被地上生物量及植被总碳库最大,植被总碳库达到 4.5×1011 kg C.研究揭示了科克苏湿地植被生物量的时空分布特征,建立了科克苏湿地水文连通度与植被地上生物量及植被碳库的量化关系,明确了适宜的水文连通度对植被生物量积累存在促进作用,可为湿地水文连通调控和植被碳储存功能提升提供有效参考.

潮沟系统水文连通是滨海湿地的关键生态过程,也是维护和修复滨海湿地的重要途径.了解水文连通性如何影响生物在生境之间的扩散潜力,对于恢复和维持区域和局地生物多样性至关重要.分别于 2021 年春季(5 月)和秋季(10 月)对黄河三角洲湿地三条水文连通梯度明显的潮沟进行野外调查和原位观测,探讨不同水文连通梯度下大型底栖动物群落的时空变化特征及其影响因素.结果表明:调查共采集大型底栖动物 50 种,隶属 4 门 8 纲 39 科 45 属,包括环节动物 23 种、软体动物 18 种、节肢动物 5 种和纽形动物 1 种;大型底栖动物群落密度、生物量和多样性指数春季高于秋季,春季以体型小、适应能力较强的软甲类、多毛类和双壳类为主,秋季以活动能力较强的甲壳类、腹足类为主;大型底栖动物群落物种数、密度及生物量和多样性随水文连通性的升高有升高趋势,最高值出现在中等水文连通区域.研究表明潮沟系统水文连通性对大型底栖动物的栖息生境和群落结构及多样性均具有明显的影响,但群落结构及多样性随水文连通梯度的变动规律在季节间存在差异.研究结果有助于进一步了解滨海湿地水文连通对生物群落的影响机制,并为湿地环境保护和修复提供一定科学依据.

为探究雅鲁藏布江中游浮游植物群落分布格局及其优势种时空生态位特征,于2021年7月、10月对该水域进行浮游植物样品的采集和水体理化因子的测定,鉴定浮游植物物种,计算浮游植物优势种生态位宽度、生态位重叠值、生态响应速率及相对资源占有率,运用共现网络模型分析群落的种间关联性,并对浮游植物优势种与环境因子进行Pearson相关性分析.结果表明:该水域共鉴定到浮游植物644种,隶属于8门12纲25目49科152属,其中,优势种22种,优势种中硅藻占90.9％,在群落中占绝对优势;丰水期的肘状针杆藻丰度最大(74.193×104细胞/L)且出现频率最高(0.867),是丰水期绝对优势种;整体上优势种生态位宽度时间(0.833)＞空间(0.254),优势种时空生态位宽度主要受空间生态位宽度的影响,空间异质性是影响该水域浮游植物优势种分布的主要因素;优势种时空二维生态位无意义重叠的种对占40.69％,优势种时空二维的生态位重叠以中、低等级为主,优势种间对时空资源需求异质性高,种间潜在竞争关系较弱;该水域枯水期浮游植物群落的网络结构紧密,群落连通性、群落复杂度和物种间生态位重叠度较丰水期高,两个水文期群落共现网络以正关联为主,种间的协同作用强于竞争作用;该水域水环境因子能驱动群落中优势类群的生态位分化,NO3-N、WT是影响雅鲁藏布江中游浮游植物群落优势种生态位分化的主要驱动因子.

在日益加剧的气候变化和土地开垦、放牧等人类活动干扰下,具有多稳态特征的干旱区生态系统可能会经历从相对健康状态到退化状态的稳态转换,导致生态系统的功能下降.早期预警信号的识别是生态系统稳态转换研究的热点,也是管理实践中防止生态系统退化的关键环节.以往预警信号研究聚焦于通用信号如自相关性、方差等统计学指标,然而这些指标对于具有特定机制的干旱区生态系统可能并不适用.基于干旱区景观格局特征所发展起来的空间指标为生态系统稳态转换提供了独特的空间视角,对于理解干旱区生态系统退化过程和机理具有科学意义和实践价值.介绍了干旱区生态系统稳态转换现象及其转换机制;聚焦景观生态学的指标和方法,从空间视角总结基于干旱区景观格局特征的关键预警指标(植被覆盖度、植被斑块形态、植被斑块大小频率分布和水文连通性等),重点剖析这些关键指标的概念、量化方法、识别特征及其实践应用;最后针对指标的优势和局限性对未来的研究方向进行展望,包括发掘潜在景观指标,加强干旱区生态系统变化的多种驱动要素的相互作用机制研究,开展多时空尺度的实证研究,构建生态系统稳态转换预警信号的整体分析框架,以及加强指标阈值的量化研究等方面.

水文连通对于维护滨海湿地生物多样性至关重要,鱼类多样性作为生物多样性的重要组成部分,了解其对不同水文连通强度的响应具有重要意义.本研究基于环境DNA宏条形码技术(eDNA metabarcoding)检测黄河三角洲典型潮沟系统鱼类多样性,分析鱼类物种分布对不同水文连通强度潮沟生境差异的响应特征.利用12SrRNA经典鱼类引物对采集自三级潮沟系统的水样进行高通量测序,共检测出鱼类55种,其中本地鱼类27种、非本地鱼类28种,物种组成以鲈形目为主.各样点序列丰度均较高的鱼类有矛尾刺虾虎鱼(Acanthogobius hasta)、鮻(Planiliza haematocheilus)、长体刺虾虎鱼(Acanthogobius elongatus)等.鱼类多样性在不同水文连通性潮沟间差异明显,其中,二级潮沟群落多样性水平、丰富度指数、物种种类及各种鱼类类群中的个体均匀程度等都明显高于其他两级潮沟.RDA分析显示有6种环境因子与鱼类群落结构显著相关(P＜0.05),分别为:硅酸盐(SiO32--Si)、硝酸盐(NO3--N)、酸碱度(pH值)、盐度(SAL)、铵盐(NH4+-N)、溶解氧(DO).其中,优势种矛尾刺虾虎鱼的序列丰度与硅酸盐呈正相关,鮻的序列丰度与盐度呈负相关.本研究通过与传统采样数据进行比较,证实了环境DNA宏条形码技术用于监测黄河口典型潮沟水体中鱼类多样性的可行性,表明潮沟系统水文连通性对鱼类群落结构及多样性均具有明显的影响,研究结果有助于进一步了解滨海湿地水文连通对生物群落的影响机制.

景观格局优化是构建生态网络的有效途径,能显著提升区域生态安全.以海口美兰区为研究区,利用粒度反推法和主成分分析从增强整体连通性的角度实现了生态源地的客观选取,并结合最小累积阻力模型构建了生态网络,采用空间网络分析和水文分析重点探讨了生态节点规模、形状和组成形式的计算.结果表明:550 m粒度的生态景观组分结构是选取美兰区生态源地的合适参考,美兰区有生态源地38个,需对23个斑块进行景观类型转换,生态源地在规模和布局上存在差异,主要受人为干扰的影响.显性和隐性生态阻力面的差异显示出美兰区有5个生态脆弱局部,应根据不同的成因采取相应的措施进行生态建设,其中预留生态用地至关重要.美兰区有生态廊道90条,生态节点89个,与生态源地结合构成了生态网络,增强了生态系统的整体连通性.生态节点形成区域79个,总面积729.15 hm2,其中10个区域可建设为水域,69个区域可建设为林地,这为当地生态节点的建设提出了具体方案.

水文连通性是表征湿地格局和功能稳定性的重要指标,连通性的降低通常意味着湿地生态功能的退化,内部能量流动和养分循环的扰乱.选取京津冀最具典型性的白洋淀湿地为案例,将形态学空间格局分析模型(MSPA,Morphological Spatial Pattern Analysis)与连通性指数(IIC,Integral Index of Connectivity;PC,Probability of Connectivity)相结合,从时空两方面分析了白洋淀湿地水文连通性的变化,总结出水文连通性变化的空间形态演变规律.结果表明,1990-2015年间,白洋淀湿地整体连通性较差,以2005年为节点呈现先降低后逐步恢复的趋势;根据MSPA功能类型的变化,将白洋淀湿地空间形态演变分为消退期与恢复期两个阶段.消退期主要表现为核心斑块逐步分裂为分支、环岛、桥接、孤岛等细碎斑块,然后逐渐消退的过程;恢复期各类型主要表现为核心湿地面积逐渐增加,分支向桥接转变的过程.其中核心湿地的面积由1990年的8974.90 hm2,最低下降到2005年2092.97 hm2,到2015年又恢复到4122.14 hm2.整体而言,核心湿地的变化对白洋淀湿地水文连通性变化起主导作用.白洋淀湿地水文连通性降低的影响因素主要有上游补给水量的多少,土地利用变化以及气候变化等因素.研究将MSPA模型与连通性指数相结合的方法,能较好揭示湿地水文连通性变化过程中水文形态组织和运行变化的规律,可为其他地区湿地相关研究提供方法上的借鉴.

河口三角洲湿地生态环境保护和区域开发的矛盾突出,对湿地生态圈健康和栖息地生态功能产生直接而强烈的影响.健康的河口三角洲湿地生态圈是由自然过程的连续性、生态系统的连通性、生境的异质性以及食物网的多样性等多种因素共同决定的.本文讨论了健康湿地生态圈构建的基础理论,综述了景观生态网络构建、水文连通性网络构建、食物网构建以及生境异质性栖息地营建的理论与方法.在区域和景观尺度上,以土地利用-生态系统完整性为主线,阐明了湿地破碎化对湿地生态功能的影响,特别强调景观完整性、水文连通性对湿地栖息地的影响;在生态系统和群落尺度上,以食物网-生态系统稳定性为主线,强调食物网多样性、生境异质性对湿地生物圈构建的支撑作用.基于景观完整性、水文连通性、生境异质性和食物网多样性构建健康湿地生态圈,可为湿地生态环境保护和建设提供科学依据和技术支撑.

鄱阳湖是我国最大的淡水湖,是与长江保持自由连通的两个湖泊之一,也是最为重要的候鸟越冬地之一,其生境质量对全球的生物多样性保护至关重要.枯水期的鄱阳湖由众多子湖构成,不同子湖具有不同的水文控制与管理模式,尤其是位于长江上游的三峡大坝2006年正式运行之后,不同水文控制模式下的子湖展现出不同的退水机制,对退水期洲滩出露的时间与湿生植被覆盖和生产力产生了不同的影响.近年来,遥感和生态模型在研究植被变化中应用广泛.本文以MODIS增强植被指数(enhanced vegetation index,EVI)时间序列表示地表属性,并利用EVI时间序列模型,建立了2000-2014年植被覆盖和生产力的时空变化趋势.在研究区内建立的网格中,随机提取了107个斑块,采集其每16天间隔的MODIS EVI时间序列(2000年2月至2015年4月),将自适应Savitzky-Golay平滑算法应用于EVI时间序列分析,提取了4个关键的植被生长指标,即生长季开始的日期、生长季长度、生长季EVI峰值和生产力.研究结果表明:(1)具有不同水文控制模式下的湿地植被生长特征表现出显著的差异,尤其位于自由连通子湖的植被与其他模式的子湖相比:生长季开始的时间更晚,生长季较短,EVI峰值较低,并且生长季节的初级生产力较低;(2)由于水文情势的改变,自由连通子湖2006年前后的双生长周期湿地植被的生长特征差异明显,秋季生长季提前,导致了生物量的过度积累,降低了越冬雁类食源的适口性;但位于局部水文控制子湖的湿地植被不存在这种差异.(3)自由连通与局部水文控制的子湖对鄱阳湖越冬候鸟的保护均具有十分重要的意义,需要保证这两种类型子湖的面积,为越冬候鸟提供更广阔的食源;当水文情势发生改变时,局部的水文人为控制可在一定程度上减缓鄱阳湖水情变化对湿地植被生长带来的影响.

工业园区的低影响开发(LID)是我国海绵城市建设的重要内容.本研究根据景观生态学原理,通过分析景观格局对水文过程的影响,探讨工业园区雨洪管控的生态空间结构优化方法.首先,根据滨海地区水文和地质条件对工业园区进行景观格局优化,梳理水系廊道,整合绿地斑块;然后,根据下垫面特征进行雨洪管控区域划分,确定不同管控分区的径流控制指标,并选择不同景观节点的LID技术措施,实现工业园区生态基础设施合理的空间配置.结果表明:通过景观格局优化,工业园区内构建的生态网络加强了景观的连通性,多种LID技术的组合使园区径流控制率由45％提升至70％,其中,透水铺装、下沉式绿地、雨水花园、湿塘、植草沟面积占总面积的比例分别为1.3％、1.9％、0.2％、0.2％、0.1％.本研究能够为滨海工业园区的低影响开发建设提供新的思路和方法.