大庆城市异质景观形成对湖泊湿地环境与生物多样性的影响

发布时间：2017-04-01 10:03

  本文关键词：大庆城市异质景观形成对湖泊湿地环境与生物多样性的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：城市湖泊湿地作为湿地类型之一和城市生态系统的主要组成部分,具有重要生态功能和社会经济价值。伴随城市化进程的加快,土地利用改变对湖泊湿地生态系统造成影响,并引发出一系列生态环境问题。为更好地探索城市化过程中不同土地利用方式与湖泊湿地水环境和生物多样性之间的关系,以大庆市区为研究靶区,分析了城市化背景下大庆湖泊湿地景观格局的变迁特征及其驱动力,揭示了景观空间格局分异与城市湖泊湿地水环境的响应关系,阐明了生境破碎化对城市湖泊湿地生物多样性形成的主要影响。论文主要研究结果如下：1)城市异质景观的形成对大庆湖泊湿地景观格局的影响显著。1979-2009年间,大庆市区土地利用结构变化显著：从土地利用类型的面积变化及转移规律可以看出,作为动植物重要栖息地的湖泊湿地、自然植被、沼泽等土地覆被类型遭受侵占和破坏,特别是城市建设用地与湖泊湿地和农田之间的转化,表明大庆的城市化扩张是通过大面积侵占湖泊湿地和农田来实现的,与众多城市的扩展规律基本类似。与此同时,大庆湖泊湿地景观格局也发生了明显变化：1979-1989年间,受南引和北引等水利工程建设等政策因素影响,湖泊湿地面积剧增2.70万hm2；1989-2009年间,湖泊湿地向城镇建设用地和裸地大量转化,湖泊湿地面积减少1.48万hm2,城市建设用地面积剧增6.83万hm2,城市化扩张对湖泊湿地的大规模侵占是导致湖泊湿地面积持续减少的主要原因。政策因素在1979-1989年间对湖泊湿地格局演化起到了关键作用。2)从环境质量和生物多样性两方面诊断了大庆典型湖泊湿地的生态系统健康状况。环境质量评估包括水质和表层沉积物两个方面,结果表明：在调查的9个典型湖泊湿地中,水质评价指数(WQI)介于24.71%-63.53%,平均值为42.21%,表明湖泊湿地水环境污染较为严重。水质测定值变异系数偏大,可能与湖泊湿地面积、岸线长度、周边土地利用类型以及污染源等因素有关。湖泊湿地表层沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr和Ni元素的平均含量分别为背景值的2.71、2.10、3.31、1.48和1.62倍,呈现明显的污染和富集现象；重金属综合污染指数(P)介于0.85-1.98之间,平均值为1.53,表明沉积物中重金属污染程度处于轻微污染状态；湖泊湿地表层沉积物中重金属Cu与Pb、Cu与Ni元素之间呈极显著正相关(p0.01),说明Cu、Pb和Ni可能具有共同的来源。生物多样性评估包括维管束植物和鸟类两大类群,结果表明：在9个湖泊湿地中,湿地维管束植物共记录到305种,隶属于60科170属,占黑龙江省维管束植物种类数的12.19%。9个湖泊湿地维管束植物种类数量介于31-112种之间,多样性指数Margalef指数介于4.170-11.020之间,Simpson指数介于2.490-3.850之间,Shannon-wiener指数介于0.860-0.970之间；不同湖泊湿地维管束植物多样性水平差异明显,但整体水平较低；植物多样性与湖泊湿地面积无关,岛屿生物地理学理论不再适用,决定湖泊湿地植物多样性的主要因素转变为生境多样性和人类活动的干扰程度。春季鸟类调查共记录到春季鸟类71种,隶属于10目27科,Shannon-wiener指数介于0.501-1.012之间,鸟类种类数量与湖泊湿地面积大小呈正相关,符合岛屿生物地理学理论；不同生境斑块类型内鸟类种类数从多到少依次为：沼泽湿地草甸开阔水面农田居民区,表明土地利用类型及栖息地生境条件对鸟类物种和多样性分布的影响较大。3)湖泊湿地的缓冲区土地利用组成与其水环境质量存在多尺度响应关系。缓冲区土地利用类型面积比重对湖泊湿地水质和沉积物中重金属含量的影响显著,且具有明显的尺度依赖性：在1000m尺度上,草地、城市公共建筑及设施用地、居住区、林地和水域等土地利用类型面积比重是影响水环境质量的关键因素；在500m尺度上,城市公共建筑及设施用地、不透水场地、草地和裸地等土地利用类型面积比重成为影响水环境质量的关键因素；在100m尺度上,沼泽、草地、城市公共建筑及设施用地和居住区等土地利用类型面积比重是影响水环境质量的关键因素。土地利用类型面积比重与湖泊湿地水质和沉积物中重金属含量的相关性也存在明显差异：在1000m尺度上,草地面积比重与水体中NH4、TN、 CODMn的含量呈显著负相关,城市公共建筑及设施用地面积比重与沉积物中Ni元素的含量呈显著正相关,居住用地和水域的面积比重与沉积物中Pb元素含量呈极显著正相关,林地面积比重与沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、Ni五种元素的含量均呈显著正相关；在500m尺度上,草地面积比重与水体中NH4、TN、CODMn含量呈显著负相关,城市公共建筑及设施用地面积比重与沉积物中Pb元素含量呈显著正相关,不透水场地的面积比重与沉积物中Pb、Cr、Ni含量呈极显著正相关,裸地面积比重与沉积物中Pb含量呈显著负相关；而在l00m空间尺度上,草地面积比重与水体中NH4、TN、CODMn含量呈显著负相关,沼泽面积比重与TN含量呈显著正相关,城市公共建筑及设施用地和居住区用地面积比重与沉积物中Cu、Pb含量呈显著正相关。4)湖滨带不同土地利用方式对湖泊湿地植物物种丰富度和多样性的影响差异显著。明湖的影响指数最大,为77.27,影响最严重；乘风湖和三永湖次之,影响指数分别达到65.30、62.18,影响较大；月亮泡、东卡梁泡、陈家大院泡、兰德湖、董家泡等5个湖泊湿地的影响指数均介于35.00～55.00之间,属于中度影响；东湖的影响指数最小,为32.28,影响较小。评价指标权重和赋值结果表明,湖滨带不同土地利用类型对湖泊湿地植物多样性的影响指数差异明显,且与植物多样性指数H'显著相关,城市建设用地对其影响最为强烈,成为影响湖泊湿地植物多样性的关键因子,农田和裸地对其影响相对较小。5)湖泊湿地缓冲区的土地利用组成决定了其鸟类物种多样性及常见种的分布。鸟类多样性指数H'与500m缓冲区样带内的草地面积比重呈显著正相关(p0.01),鸟类种类数量与草地面积比重呈正相关关系(p0.05),表明草地(甸)是鸟类主要的栖息或觅食场所。常见种与10项栖息地环境参数的多元回归分析表明,影响鸟类分布的栖息地参数存在种间差异,这与鸟类对不同栖息地适应性存在差异有关。鸟类物种多样性与栖息地环境参数的多元回归分析表明,鸟类多样性随着城市建设用地面积比重以及人为干扰活动的增加而降低。综上所述,大庆近30年的城市化进程所带来的土地利用类型剧变是引发湖泊湿地生态系统变化的关键驱动力。大庆城市湖泊湿地的水环境质量、植物以及鸟类多样性均与周边土地利用类型组成密切联系。大庆城市湖泊湿地的保护和恢复,在不同尺度上调整周边土地利用类型组成,增加恢复草地(甸)等土地利用比例是需要首先实施的步骤。
【关键词】：城市湖泊湿地 土地利用方式 生境破碎化 水环境质量响应 生物多样性影响
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q14
【目录】：

• 摘要6-9
• Abstract9-14
• 第1章 前言14-36
• 1.1 研究背景与意义14-16
• 1.1.1 研究背景14-15
• 1.1.2 研究意义15-16
• 1.2 国内外研究进展16-33
• 1.2.1 城市湖泊湿地的定义、类型及基本特征16-17
• 1.2.2 城市化区域土地利用及景观格局变化17-22
• 1.2.3 城市土地利用对湿地水环境的影响22-27
• 1.2.4 城市土地利用对湿地生物多样性的影响27-33
• 1.3 研究内容与技术路线33-36
• 1.3.1 研究目标33-34
• 1.3.2 研究内容34-35
• 1.3.3 技术路线35-36
• 第2章 城市土地利用变迁与湖泊湿地格局的协同演化36-64
• 2.1 研究区域概况37-41
• 2.1.1 自然环境概况37-38
• 2.1.2 社会经济概况38-40
• 2.1.3 生态环境特征40-41
• 2.2 研究方法41-47
• 2.2.1 数据来源41
• 2.2.2 数据预处理41-45
• 2.2.3 土地利用分类45
• 2.2.4 遥感影像分类方法与精度评价45-46
• 2.2.5 景观格局分析46-47
• 2.3 结果与分析47-57
• 2.3.1 遥感影像解译分类结果与精度评价47-50
• 2.3.2 土地利用时空变化与转移特征50-53
• 2.3.3 景观格局指数变化特征53-57
• 2.4 讨论57-64
• 2.4.1 城市土地利用演变对湖泊湿地格局变迁的影响57-58
• 2.4.2 湖泊湿地景观格局变迁的主要驱动力58-62
• 2.4.3 城市湖泊湿地生态系统景观演化动态监测与预警62-64
• 第3章 城市湖泊湿地缓冲区土地利用组成对水环境的影响64-88
• 3.1 研究方法65-71
• 3.1.1 湖泊湿地选取、缓冲区划分与土地利用信息提取65-67
• 3.1.2 水质监测与取样分析67-68
• 3.1.3 重金属样品采集、处理以及含量测定68-71
• 3.1.4 数据处理71
• 3.2 结果与分析71-84
• 3.2.1 缓冲区土地利用类型及格局71-74
• 3.2.2 湖泊湿地水质状况74-75
• 3.2.3 湖泊湿地表层沉积物重金属污染特征75-80
• 3.2.4 土地利用类型面积比重与水质的关系80-82
• 3.2.5 土地利用类型面积比重与沉积物重金属含量的关系82-84
• 3.3 讨论84-88
• 3.3.1 土地利用方式对湖泊湿地水质的影响84-85
• 3.3.2 土地利用方式与湖泊湿地水质的多尺度响应85-86
• 3.3.3 城市湖泊湿地水环境保护与改善策略86-88
• 第4章 城市湖泊湿地植物多样性及其对湖滨带土地利用方式的响应88-106
• 4.1 研究方法89-94
• 4.1.1 植物调查方法89-90
• 4.1.2 数据处理90-94
• 4.2 结果与分析94-101
• 4.2.1 物种多样性组成及特征94-97
• 4.2.2 评价指标与权重赋值结果97-100
• 4.2.3 土地利用方式对湖泊湿地植物多样性的影响评价结果100-101
• 4.3 讨论101-106
• 4.3.1 土地利用对湖泊湿地植物丰富度和多样性分布的影响101-103
• 4.3.2 城市化背景下土地利用对植物多样性影响的评价体系构建103-105
• 4.3.3 城市湖泊湿地植物多样性的保护与恢复策略105-106
• 第5章 城市湖泊湿地鸟类多样性及其与周边栖息地组成的响应106-119
• 5.1 研究方法107-109
• 5.1.1 鸟类调查107-108
• 5.1.2 栖息地环境参数选取108-109
• 5.1.3 数据处理109
• 5.2 结果与分析109-115
• 5.2.1 鸟类群落物种组成和多样性109-111
• 5.2.2 不同生境鸟类组成差异111-112
• 5.2.3 鸟类丰富度与湖泊湿地面积的关系112-113
• 5.2.4 缓冲区土地利用类型的面积比重与鸟类多样性的关系113-114
• 5.2.5 鸟类物种分布与栖息地环境参数的关系114-115
• 5.3 讨论115-119
• 5.3.1 栖息地环境与鸟类多样性的关系115-116
• 5.3.2 土地利用方式对湖泊湿地鸟类多样性的影响116-117
• 5.3.3 城市湖泊湿地鸟类多样性保护策略117-119
• 第6章 结论与展望119-124
• 参考文献124-144
• 附录1 湖泊湿地缓冲区土地利用分类图144-158
• 附录2 大庆市湖泊湿地植物名录158-166
• 附录3 大庆市湖泊湿地鸟类名录166-169
• 致谢169-170
• 博士期间发表论文及获奖情况170-171

  本文关键词：大庆城市异质景观形成对湖泊湿地环境与生物多样性的影响，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：280410