中国滨海湿地互花米草入侵遥感监测及变化分析

发布时间：2020-09-28 19:37

　　生物入侵已成为全球环境变化的重要组分,对生态系统健康及安全存在极大的挑战。尤其是沿海地区的外来植被入侵程度更加广泛,严重威胁滨海湿地生态系统安全及可持续发展。互花米草已成为中国滨海湿地最为重要的入侵植被,并在一些地区产生了较为严重的生态问题。深入了解互花米草空间分布及景观结构特征对于科学管控互花米草入侵及维护滨海湿地生态系统安全及可持续发展是十分重要的。本文基于Landsat影像对1990~2015年间中国滨海湿地互花米草的分布动态及景观格局变化进行研究。其中,采用面向对象与支持向量机相结合的方法,综合对象光谱、纹理及形状特征识别互花米草信息;并基于所构建的互花米草时空分布数据集对全国及省级尺度互花米草的动态特征及景观演变进行分析。基于互花米草与其他土地覆盖类型的转化数据,对全国及省级尺度互花米草转化特征以及驱动互花米草变化的主要因素进行分析。并基于最大熵原理定量分析环境因子对互花米草分布的影响。此外,本研究对国家级自然保护区内互花米草时空分布格局进行分析以监测互花米草入侵过程及状态。该结果可宏观掌控互花米草分布及发展状况,为全国、省级和国家级自然保护区科学管控及合理开发互花米草景观提供重要信息,为预测互花米草潜在分布区域提供科学基础。本文主要结论如下:(1)采用面向对象与支持向量机相结合的方法,综合利用对象光谱、纹理及形状特征,可有效提取互花米草信息,基于模糊逻辑分析方法确定最优多尺度分割参数可改善多尺度分割结果的精度,并提高选参效率。(2)1990年、2000年、2010年及2015年中国互花米草分布面积分别为4375.5 hm~2、25648.0 hm~2、43061.1 hm~2及54579.7 hm~2。互花米草空间范围逐渐向大陆海岸线两端延展,但其年均变化率逐渐降低。至2015年,互花米草广泛分布于滨海地区,北至河北南达广西,其中近92%的互花米草集中分布于江苏、上海、浙江及福建省。(3)1990~2015年间中国互花米草整体成增加趋势,但各省区互花米草变化趋势差异明显,互花米草扩散阶段有所差异。25年间,江苏、浙江、上海及福建互花米草面积增长均超过9000 hm~2且增长面积依次降低。研究区中部省份互花米草年均变化率大体呈现下降趋势,例如:福建、江苏、上海及浙江;山东与河北呈现先升高后下降的趋势;而广西及天津则成波动变化。(4)1990~2015年间,被互花米草入侵的国家级自然保护区数目逐年递增,至2015年有7个国家级自然保护区监测到互花米草分布;且互花米草入侵总面积逐年递增,由315.4 hm~2增加至17436.4 hm~2,不同功能区内互花米草入侵面积均呈增加趋势,不同阶段实验区互花米草入侵比例均为最大。在各时期,互花米草入侵面积最大的保护区均为盐城湿地珍禽国家级自然保护区。(5)通过互花米草与其他土地覆盖类型转化情况来看,中国滨海地区互花米草扩散驱动因素具有时空异质性。人为引种、互花米草自身特性是促使其扩散的主要因素,养殖池扩张、围垦基建占用及互花米草治理是引起其面积减少的主要原因。25年间,互花米草年均扩散及侵占强度均逐渐增大;扩散以侵占泥滩为主;侵占方式以养殖池扩张为主,2000年后围垦基建占用及互花米草治理面积不断增大。养殖池扩张围垦互花米草主要发生在江苏、浙江与福建,基建占用互花米草主要发生在浙江、上海、福建及江苏。(6)水热条件共同作用影响互花米草的空间分布,使其在中国滨海地区呈现“中间多,南北少”的分布规律。水深、河网密度等环境空间差异影响互花米草局地分布。互花米草分布概率随着水深增加而降低,-2~0米水深为最适合分布条件,随着入海河网密度的增加表现出先升高后降低的趋势,河口、港湾地区及光滩相比其他地区对于互花米草具有更高的生境适宜性。中国大陆海岸线南北两端互花米草总体呈现植株高度较低,密度较高,而生物量较低的趋势;中部地区互花米草生长特征则与之相反,整体上呈现株高较高,密度较低,生物量较高的趋势。
【学位单位】：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
【学位年份】：2018
【中图分类】：X87;Q948
【部分图文】：

地理位置,江苏北部,年均温,河北

4图 2.1 研究区地理位置以及国家级自然保护区的分布气候条件研究区纬度范围跨度大，气候分区大致以江苏省为界，以北属于温气候，以南为亚热带海洋性季风气候。全区整体受东亚季风的影响雨，冬季温暖潮湿，日照充足，降雨丰富，相对湿度大。降水量呈趋势，辽宁、河北、天津、山东以及江苏北部地区年均降水000mm 之间，江苏南部、上海、浙江北部、福建沿海及台湾地区年0~1500mm，福建以南地区降水更为丰沛，年均降水量约为 1500~200区大于 2000mm；整个研究区内年均温约为 5~25℃，呈南高北低的均温最低，为 5~10℃，河北、天津、山东及江苏北部年均温 10~1

空间分布,年平均气温,降水量,空间分布

图 2.2 中国滨海地区各省年平均气温和降水量空间分布2.1.3 滨海湿地类型第二次全国湿地资源调查数据显示，我国共有滨海湿地 579.59 万公顷，占全国湿地面积的 11%，主要类型包括浅海水域、潮下水生层、珊瑚礁、岩石性海岸、潮间沙石海滩、潮间淤泥海滩、潮间盐水沼泽、红树林沼泽、海岸性咸水湖、海岸性淡水湖、河口水域、三角洲湿地 12 种类型。中国滨海湿地可分为基岩海岸、砂质海岸、淤泥质海岸以及生物海岸，其中基岩海岸以辽东半岛及山东半岛为典型，砂质海岸主要分布台湾西侧海岸，淤泥质海岸以珠三角为典型，生物海岸主要包括盐沼湿地、红树林湿地及珊瑚礁等类型。盐沼湿地主要分布在长江口以北的滨海地区。随着米草等草本植物在南方沿海的蔓延，在长江口以南的滨海湿地，也在加大分布。芦苇群落是中国滨海湿地分布最广泛的草本盐沼类型。在盘锦湿地的苇田面积为 663.83 平方千米，是亚洲最大的苇田、世界第二大苇田。

分类原理,线性分类

图 2.3 线性分类距离（左），非线性分类原理图（右）在遥感影像分类的应用中，SVM 最大的优点是在分类过程中无须进行数据降维, 并且其在算法的收敛性、训练速度、分类精度等方面都具有较高的性能另外，基于支持向量机的遥感图像分类方法还展现出一定的普适性。对于不同分辨率的遥感数据以及不同的地物特征向量构造方式(光谱、纹理、形状、结构等)，SVM 分类器都取得了很好的结果 (惠文华, 2006)。2.2.4 景观格局指数在景观格局定量方法中，景观指数可高度浓缩景观格局信息进而反映景观结构组成及空间配置特征，是目前应用最为广泛的方法。通过对景观结构动态研究可以掌握景观结构、功能及空间格局随时间的变化情况，反映景观从一种状态到另一种状态的转变过程，揭示景观变化的内部规律和机制。景观指数不仅可以描述景观格局及其变化，还能建立格局与景观过程之间的联系(王景伟等, 2006)

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