湿地植物群落结构对生态恢复的影响探析_刘惠玲.pdf
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1、分子植物育种,2023 年,第 21 卷,第 14 期,第 4830-4835 页Molecular Plant Breeding,2023,Vol.21,No.14,4830-4835研究报告Research Report湿地植物群落结构对生态恢复的影响探析刘惠玲*太原工业学院设计艺术系,太原,030008*通信作者,摘要本研究基于东北平原东北部地区的土地利用和群落变化,探讨了农业复垦对该地区湿地系统的影响。通过遥感数据、社会经济数据和 GIS 空间分析,我们评估了不同时期土地利用类型的变化和湿地向其他土地利用类型的转换。结果显示,过去 30 年,该地区的湿地面积不断缩小,旱地和稻田的面积逐
2、渐增加。其中,稻田成为最主要的土地利用类型。研究还发现,新的道路和灌溉渠道的建设对土地利用的空间格局产生了影响。通过分层规划和分区设计的原则,我们提出了恢复和保护湿地生态系统的措施,包括植物群落引入和生态恢复设计。此外,通过群落变化分析和空间模式分析,我们发现农田的发展是导致群路景观和环境质量变化的关键因素之一。综上所述,本研究为东北平原东北部地区的土地利用和群落景观变化提供了重要的认识和指导。关键词湿地植物;植物群落结构;湿地恢复;农业复垦;东北平原;土地利用Analysis of the Impact of Wetland Vegetation Community Structure on
3、 Eco-logical RestorationLiu Huiling*Department of Design Arts,Taiyuan Institute of Technology,Taiyuan,030008*Corresponding author,DOI:10.13271/j.mpb.021.004830AbstractThis study is based on land use and community changes in the northeastern part of the Northeast ChinaPlain,exploring the impact of ag
4、ricultural reclamation on the wetland system in the region.Using remote sensingdata,socio-economic data,and GIS spatial analysis,we assessed the changes in land use types over different timeperiods and the conversion of wetlands to other land use types.The results showed that over the past thirty ye
5、ars,the wetland area in the region has been continuously shrinking,while the area of dryland and paddy fields has beengradually increasing.Among them,paddy fields have become the dominant land use type.The study also foundthat the construction of new roads and irrigation channels has influenced the
6、spatial patterns of land use.Based onthe principles of hierarchical planning and zoning design,we proposed measures for the restoration and protectionof wetland ecosystems,including the introduction of plant communities and ecological restoration design.Further-more,through community change analysis
7、 and spatial pattern analysis,we identified agricultural development asone of the key factors leading to landscape and environmental quality changes.In summary,this study providesimportant insights and guidance for land use and community landscape changes in the northeastern part of theNortheast Chi
8、na Plain.KeywordsWetland plants;Plant community structure;Wetland restoration;Agricultural reclamation;NortheastChina Plain;Land use基金项目:本研究由山西省哲学社会科学规划项目(2019B485)资助引用格式:Liu H.L.,2023,Analysis of the impact of wetland vegetation community structure on ecological restoration,Fenzi ZhiwuYuzhong(Molec
9、ular Plant Breeding),21(14):4830-4835.(刘惠玲,2023,湿地植物群落结构对生态恢复的影响探析,分子植物育种,21(14):4830-4835.)表 1 19882018 年的土地利用转换矩阵(m2)Table 1 Land use conversion matrix from 19882018(m2)2018 土地使用类型Land use type in2018稻田Paddy land旱地Dry land森林Forestry草地Grassland水域Water area建筑用地Building land湿地Wetlands1988 总计1988 Tota
10、l旱地Dry land65.1141.96.51.30.45.51.1224.0森林Forestry52.034.9132.82.50.93.732.0256.6草地Grassland3.51.50.40.10.20.21.27.0水田Water field0.40.50.10.09.50.13.114.2建设用地Construction land0.30.40.20.00.14.50.05.7湿地Wetlands313.6146.325.912.56.24.5315.4821.52018 总计2018 Total434.8325.5165.916.517.418.5352.91 330.01
11、988湿地是陆地景观中不可或缺的组成部分,具有气候调节、洪水调蓄、水质净化、供水和生物多样性保护等重要的生态功能(程铁锁,2009,陕西林业,9(2):21)。然而,受到生物入侵、气候变化和人为干扰的影响,湿地退化问题日益严重,给生态平衡和环境质量带来了严重挑战(王志强等,2006)。湿地作为重要的自然资源,在土地复垦和农业可持续发展以及环境管理方面具有关键作用。遥感技术在自然科学中得到广泛应用,可用于揭示土地利用过程的变化(崔瀚文等,2013)。由于土地利用变化与社会经济发展和环境变化密切相关,因此对植物群落结构变化与土地利用变化之间关系的研究变得十分重要。此外,一些研究人员还探讨了土地利用
12、变化对区域环境质量、生物量和生物多样性、水文条件以及土壤质量的影响(吴建国和吕佳佳,2008;唐伟等,2023)。东北平原东北部地区自 20 世纪 50 年代以来经历了巨大的农业发展和广泛的农业用地扩张,这导致农场内外的湿地面积不断减少和破碎化(Zhao et al.,2008)。以东北地区为例,21 个重要湿地总面积在19902000 年 10 年间变化比较大,从 14 059 km2下降到 12805km2。但随着湿地保护工作的展开,2000-2019 年湿地仅小幅下降,总面积仅减少了10.18km2(焦雯雯,2020)。但湿地保护工作仍需继续进行。由于黑龙江省是中国最大的商品粮生产基地,
13、为确保国家粮食供应的安全,自 1949 年以来,中央和地方政府制定了一系列政策和法规,通过引进先进的农业技术和大规模开垦来提高作物产量。尽管湿地向农田的迅速转变使得过去几十年的农业生产力大幅提升,但不科学的填垦方法可能对当地环境质量造成负面影响,进而影响粮食的生产和质量。关于东北平原地区,研究人员指出,农田对天然湿地的过度开垦会对水和能量交换、土壤养分和大气排放产生影响(刘卓和刘昌明,2006)。因此,有必要进一步研究湿地开垦对区域环境质量的影响。确保在制定土地使用政策时考虑到这些潜在影响,对于确定土地使用实践对湿地环境的影响具有重要意义。本研究旨在通过对植物群落结构的研究,探索湿地恢复的可行
14、模型,通过合理配置沉水、漂浮、挺水、草本和乔灌木等植物类型,以实现生态恢复的目标。1结果与分析1.1 19882018年间湿地利用变化根据展示的数据,我们可以了解到 1988-2018 年研究区的土地利用总体变化情况。评估结果显示,湿地、旱地和稻田是该区域 2018 年的三种主要土地利用类型。在主要土地利用类型中,最显著的变化是旱地湿地植物群落结构对生态恢复的影响探析Analysis of the Impact of Wetland Vegetation Community Structure on Ecological Restoration4831分子植物育种Molecular Plant
15、 Breeding或带状改造。植物组合包括荷花、菖蒲、水葱、香蒲、芦苇等。湿生树木、灌木和草的复合带:在海拔高于 7.1 m的地区,主要恢复湿生树木和草覆盖,植物组合包括木槿、柳树、池杉、白杨、枫树、乌桕、紫穗槐等灌木、乔木和湿生草本植物(如结缕草,铁线莲等)。草地植被区,包括天然草原滩和草甸区,其最大高程为 67 m(表 2)。湿地景观的生态恢复目标是在确保植物群落稳定的前提下,尽可能增加植物的多样性和丰富度,提高湿地植物的多样性,同时增强群落的稳定性。综上,本研究以生态恢复为基础,旨在确保植物群落的稳定性的同时,尽可能增加湿地植物的多样性和丰富度。这些植物群落的恢复和调整有助于改善湿地整体
16、的植物多样性,并提供更好的生态功能。1.3湿地到其他土地利用类型的转换从湿地在不同时期向其他土地利用类型转变的情况。可以观察到(表 3),在三个不同时期,湿地向旱地和稻田的转变面积呈增加趋势。从 1988 年到2008 年,尽管湿地是最大的土地利用类型,但湿地面积从 825.5 km2逐渐减小至 663.4 km2。而在过去十年中,湿地面积急剧减少至 352.2km2。与此同时,稻田在1988 年时并不存在,仅占据了 2001 年研究区的一小部分。然而,到 2018 年,稻田的面积增加到 435.2 km2,成为最大的土地利用类型。尽管在 1988-2001 年期间干旱地区面积迅速增加,但在
17、2001-2018 年期间几乎没有变化。建筑用地面积持续增加,从 1988 年的 6.2km2和稻田的增加以及湿地和林地的减少。三十年来的土地利用/覆盖矩阵显示(表 1),农田土地利用的最显著变化是从湿地向稻田和旱地的转变。相比之下,原先湿地的其他土地利用类型面积较小。在新增的稻田中,72.1%(313.7 km2)的面积来自湿地,15.4%(67.1 km2)来自旱地,11.5%(50.0 km2)来自林地。对于旱地而言,148.3 km2的湿地和 34.9 km2的林地被转为旱地。此外,除了有 31.0 km2的林地转变为湿地外,其他转变为湿地的土地利用类型面积相对较小。以上结果表明,在研
18、究区域内,湿地的减少主要是由于转变为稻田和旱地造成的。其中,湿地向稻田的转变占据了最大比例。这些变化对湿地生态系统的影响十分显著,需要进一步研究和评估。1.2湿地功能区和植物群落特征设计湿地的植物群落特征随着从岸边到浅水区再到深水区的演变,形成了一种具有规律性的物种结构过渡,形成了由乔木、灌木、湿草带、挺水植物带、浮叶带和沉水植物带组成的复合群落。本研究将湿地划分为两个功能区:人类活动区和湿地恢复区。湿地恢复区的植物群落结构如下:沉水植物群落:包括眼子菜、车轮藻、苦草、水盾草、狐尾藻、黑藻等。漂浮植物:在相对静水区域,根据实际情况种植漂浮植物,如凤眼莲、大漂、满江红、隗叶萍、荇菜等,覆盖率在
19、35%65%。挺水植物带,在该区域进行补植或大面积块状表 2 植物群落特征设计组合Table 2 Plant community design combination植物群落设计Plant community design沉水植物Submerged plant漂浮植物Floating plant挺水植物Pretty water plant湿生树木,灌木和草的复合带Composite zone of wet trees,shrubs and grasses草地植被区Grassland vegetation area植物种类Plant species眼子菜,车伦藻,苦草,水盾草,狐尾藻,黑藻Pot
20、amogeton distinctus,Cabomba caroliniana,Vallisneria natans,Cabomba caroliniana,Myriophyl-lum verticillatum,Hydrilla verticillata凤眼莲,大漂,满江红,槐叶蘋,荇菜Eichhornia crassipes,Eichhornia crassipes,Azolla pinnata,Salvinia natans,Nymphoides peltata荷花,菖蒲,水葱,香蒲,芦苇Nelumbo nucifera,Acorus calamus,Schoenoplectus tab
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