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水库库区水生植物演变格局时空变化特征分析
 
更新日期:2018-07-13   来源:期刊导航网   浏览次数:440   在线投稿
 
 

核心提示:水生植物作为湿地生态系统最主要的组成部分,具有重要的生境建构功能与生态地位。利用遥感技术提取水生植物信息是大尺度上掌握植被时空演变格局的重要手段。本文利用中等分辨率长时间序列的TM遥感影像(1995~2007年),采用面向对象的分类方法,以多尺度分割技术为核心,提取了官厅水库水生植物空间分布信息,在斑块类型和景观级别尺度上,共筛选了8个高度浓缩景观格局信息的景观格局定量指标,结合水生植物空间分布的质心变化,分析了水生植物演变格局的时空变化特征。研究表明:(1)1995~2007年,受水域面积的扩张和萎缩的

 

水生植物作为湿地系统最主要的组成部分,对水文条件、环境变化比较敏感,具有很好的指示作用。其作为初级生产者,水体中重要的氧的提供者,同时为湿地动物提供食物及栖息环境,不仅在物质循环、能量流动及维持整个生态系统平衡方面具有不可替代的作用,并且具有重要的生境建构功能[1]。水生植物的重要生态功能与生态地位在浅水湖泊生态系统中得以充分体现,主要表现在水生植物在维持水体的清水状态、提高物种多样性以及健康生态服务功能方面起到关键作用[2]。水生植物可以抑制藻类的过量繁殖,减少或避免水华的暴发,维持较高的生物多样性和健康的水环境,达到固化底泥,吸收有害物质,增加透明度,净化水质的目的。

由于传统的野外调查方法覆盖范围小、费时、费力,并且由于官厅水库内地形、地貌、植被等诸多因素的限制,人们难以对官厅水库内所有的区域进行直接的、长期的地面考察。而遥感技术具有探测范围广、信息量大、信息更新快等特点。因此,利用遥感技术对水生植物进行判读,是湿地生态学研究中大尺度上进行水生植物类型提取的重要手段。

利用遥感影像提取湿地植被信息,国内外专家已进行了许多相关研究。田新光等[3]基于IKONOS卫星影像, 采用面向对象的信息提取方法, 利用简单的决策树分类方法实现了海岸带红树林信息的自动提取James D.Hurd[4]利用Landsat ETM+遥感影像,分别运用基于像元和基于对象的分类方法,对美国东北部长岛海峡及其周围区域的潮汐湿地植被资源(草甸、低平沼泽等)进行了分类提取研究,并将两种分类方法得到的结果进行了对比分析。对于利用遥感影像提取水生植物类型,目前国内专家马凯等[5]利用Kringing插值法对保安湖不同种类沉水植物分布进行模拟,从而进行覆盖面积的统计;张寿选等[6]通过TM图像反演太湖水体的透明度,基于RVINDVI植被指数,将太湖分为水体、以浮叶植物为主导的水生植物和以沉水植物为主导的水生植物;林川等[7]利用面向对象的分类方法,结合野外水生植被光谱特征,完成湿地水生植物的自动分类。国外专家Dogan[8]2008年利用QuickBird影像对浅湖水生植物信息进行提取, 该方法使用了水体掩模运算和非监督分类工作量相对少但没有充分利用高分辨率影像的光谱、几何和纹理信息分析精度不高;Hugo Coops[9]Landsat TM为数据源,采用主成分分析的方法对多瑙河三角洲湖泊湿地的水生植物进行研究,较为成功地提取了10种水生植物类型,但该方法需要大量的野外工作,同时水体透明度的结果直接影响分类精度,该技术比较适合中等分辨率的数据;Underwood[10]利用高光谱航片对加拿大南部三角洲入侵水生植物分布进行监测,同时提出可以利用高光谱遥感影像对水生植物进行大尺度、快速、动态监测,为水生植被资源管理提供可靠、有效的技术平台。

本文利用面向对象的分类方法,以多尺度分割技术为核心,同时采用决策树的分析方法,建立隶属度函数,对官厅水库库区水生植物进行提取,结合统计学和景观格局分析方法对1995~2007年官厅水库库区水生植物演变格局时空变化进行分析。

1.研究区概况

官厅水库于1954年建成,位于112°8.3′~116°20.6′,北纬38°51′~41°14.2′,水库坝址以上永定河流域面积43402km2。四周群山环抱,山峦起伏,山、丘、川、盆地相间分布。其中山区面积14191km2,占全流域面积的33%;丘陵区面积16173km2,占37%;河川区面积133038km2,占30%[11]。水库总库容4.116×1011m3,控制流域面积42500km2,是根治永定河的重点工程,是新中国成立后兴建的第一座大型水库,是北京市集供水、防洪、水产、发电等多种功能于一体的主要水库之一,也是怀来县农、林、渔业发展的主要水源之一。由于上游地区城市经济发展和能源基地的建设,官厅水库的来水量逐年减少,污染负荷增加,使库区水体逐渐富营养化,连年发生蓝藻水华,不符合国家规定的饮用水源标准,于1997年退出了饮用水体系[12~15]

该区域属温带大陆性季风气候,冬春寒冷干燥,盛行西北风,持续时间长,夏季多雨,降水集中,降水量自东南向西北递减。据怀来县气象站1989~1998年资料统计,多年平均气温10.1,气温年内变化较大。一般6~8月气温较高,月平均气温在21.6~27.2之间;12月及翌年的1月、2月气温较低,月平均气温为-1.0~9.2;降水量为350~550mm/a,流域多年平均年降水量为406mm,年平均蒸发量多在1200~1400mm[11]。降水年际分配不均,变率高达61%;年内汛期(6~9月)降水占全年降水量的75%以上,且多以暴雨形式出现。由于大陆性气候影响较大,蒸发量远大于降水量3~4[14~15]

由于官厅水库湿地独特的水文、土壤、气候等条件的影响,官厅水库湿地植被资源物种丰富 [16],大致可以分为沉水植物、漂浮植物和挺水植物。

沉水植物的特点是,根扎在淤泥中,茎和叶浸于水中,随水波飘动,研究区中比较典型的沉水植物有狐尾藻、马来眼子菜、菹草、篦齿眼子菜等。狐尾藻Myriophyllum spicatum、马来眼子菜Potamogeton malainus的生长旺盛期为5~8月;菹草Potamogeton crispus为多年生沉水草本植物,但是其生命周期与多数水生植物不同,它在秋季发芽,冬春生长,4~5月开花结果,夏季6月后逐渐衰退腐烂;篦齿眼子菜为多年生沉水草本,茎丝状,白色,直径1~2mm花果期5~10 [2717-18]

漂浮植物的特点是,植物根不扎在淤泥中,根、茎和一部分叶沉于水中,一部分叶和花浮于水面,研究区中比较典型的漂浮植物有槐叶萍、浮萍等。槐叶萍Salvinia natans为蕨类植物,茎细长、横走、无根、密被褐色节状短毛,生长旺盛期为6~9月;浮萍Lemna minor为浮水小草本,叶状体宽卵形,椭圆形,长2~5mm,宽2~4mm,下面有根1条,花期4~6月,果期5~7[2717-18]

挺水植物带生长在湖岸的浅水处。其特点是植物茎的上半部挺立于水面之上,茎的下半部浸于水中,根扎在淤泥中,研究区中比较典型的漂浮植物有香蒲、芦苇等。香蒲Typha angustifolia为多年生落叶、宿根性挺水型的单子叶植物,喜温暖、光照充足的环境,花期6~7月,果期7~8月;芦苇Phragmites australis为多年水生或湿生的高大禾草,在常年积水的地段生长较好,茎秆直立,秆高1~3m,地下有发达的匍匐根状茎,花期为8~12[2717-18]

 

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