基于古生态记录制定三江平原典型类型湿地生态恢复目标

发布时间：2020-07-25 15:01

【摘要】：三江平原是我国重要的淡水沼泽湿地分布区,也是湿地丧失和退化严重的地区之一,湿地生态恢复工作亟需开展,生态恢复目标制定需求迫切。本研究选择8个典型类型湿地作为三江平原湿地的代表,基于沉积物中的古生态和地球化学记录,依据生态系统适应性循环和弹性理论制定湿地生态恢复目标。首先在8个典型类型湿地中选取31个样点采取表层沉积物和水样,进行土壤属性、水文状况和生物物种等现代生态学调查,运用数学统计模型建立了植被与水位的联系,硅藻与水位、硅藻与NH_4-N之间的转换函数。每个湿地中分别采取一个沉积柱芯,进行~(210)Pb测年建立了百年尺度的年代框架;其中洪河作为主要柱芯,还辅以AMS ~(14)C测年建立千年尺度的年代框架,并对其进行植物大化石和硅藻鉴定。洪河湿地的优势植物群落在5200 cal yr BP先从水木贼群落演替为了水木贼——镰刀藓群落,随后在2400 cal yr BP演替为了毛果苔草——镰刀藓群落,最后近百年间演替为了苔草科——小叶章群落。硅藻群落中开始圆齿直链藻(Aulacoseira crenulata)和双尖菱板藻(Hantzschia amphioxys)为优势种,在3800 cal yr BP之后利比亚双眉藻(Amphora libyca)和小头舟形藻(Navicula cuspidata)出现,在2200 cal yr BP之后圆齿直链藻、双尖菱板藻、绒毛平板藻(Tabellaria flocculosa)和拉氏异极藻(Gomphnema lagerheimii)并存为优势种。结合构建的三江平原地区典型类型湿地硅藻与水位、硅藻与NH_4-N转换函数,重建了洪河湿地全新世以来的水位和养分状况变化特征。受东亚季风的影响,洪河湿地的水位在3600 cal yr BP开始升高,而后在2900 cal yr BP又迅速下降。NH_4-N含量变化在这两个时间节点和水位呈几乎相反的趋势,且在1500 cal yr BP出现了下降趋势,并在近百年来急速增加,达到历史最高。其次对三江平原典型类型湿地沉积物中的营养元素、重金属和多环芳烃等指标反演,并结合考古资料和文献纪录,重建了近现代的人类活动序列,评估了不同历史时期人类活动对三江平原湿地生态系统的影响程度。人类活动对湿地的影响起始于20世纪20年代;到50年代几乎所有湿地都受到了人类活动的干扰,可作为三江平原人类世的起始时期;70年代末人类活动的影响达到最强,洪河湿地生态系统的弹性力也随着人类活动的影响发生了变化,此时达到风险临界点,进入生态系统适应性循环的“释放”阶段。近百年来的植物群落和硅藻群落分别在70年代和50年代开始转变,均在1990年前后完成了演替,主要由喜湿的物种转变为喜干物种。根据DCA排序、STARS计算和自相关分析等数学统计,表明生态系统在1990年前后出现了机制转变。结合三江平原的气候湿润指数和人类活动强度变化特征,由湿地排水开垦为农田或过度使用地下水进行灌溉造成的现存湿地水位下降,水分涵养功能丧失是造成这种转变的主要因素。湿地生态系统风险临界点与机制转变点之间有一个时间差,表明系统应对风险是抵抗能力(resistence)强。最后,为了有效的恢复湿地和节约人工恢复的成本,把70年代末风险临界点之前的湿地生态特征作为湿地恢复的参考基准,制定恢复目标,进行人工恢复,当生态状况达到恢复目标时,湿地就可以依靠自身系统弹性力逐渐恢复到初始状态。作为湿地恢复参考目标的水位为11-13 cm,NH_4-N为0.8-1.2 mg/L;营养元素N\P的参考富集因子为5.5、2.6;重金属Cu\Zn\Pb的参考富集因子为1.3、1.1、1.2;相应的植被参考优势物种为藓类和苔草等,硅藻的参考优势物种群落为短肋羽纹藻群落(Pinnularia brevicostata)。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X171.4
【图文】：

路线图,研究技术,路线图,主成分

素动对湿地生的干扰料研究计划、样地选取、样品采集与分析鉴定湿地生态系重建生物群落在近现代人类干扰下的变化特征属14C/210Pb 测年构建年代框架植PCA 提取地化指标主成分热力图分析对主成分进行分组

照片,洪河,三江平原,湿地

图 2.1 三江平原 8 个采样点位置图及洪河湿地照片Fig 2.1 Location of eight wetland sites in the Sanjiang Plain, Northeast China and the photoof Honghe (HH) wetland洪河国家级自然保护区位于黑龙江省东北部抚远市与同江市的交界处，其东部为瓦其卡河，西北靠浓江河，南部为别拉洪河和三环泡，沃绿兰河纵贯全保护区。该区地理坐标为 47°42′—47°52′N，133°34′—133°46′E，总面积约为 218km2，其中沼泽湿地面积约为 110km2（以下简称洪河湿地），占总面积的一半以上。该区 1984 年建立省级自然保护区，2002 年 1 月被拉姆萨湿地公约（RamsarConvention）列入《国际重要湿地名录》。主要的植物有漂筏苔草、毛果苔草、臌囊苔草（Carexschmidtii）、小叶章、柴桦、地衣（lichen）、苔藓（Bryophyta）和蕨类植物（Pteridophyta）等。虽然洪河湿地目前是三江平原所剩不多的一块生态系统相对完整的湿地，但是由于浓江上游截流以及保护区周边农场逐年完善农业

模型图,洪河,沉积柱,年代

26图 3.1 洪河沉积柱芯年代——深度 AMS14C bacon 模型（a）与210Pb CRS 模型（b）Fig 3.1 The AMS14C bacon (a) and210Pb CRS (b) age- depth models of the Honghsedimentary core

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