長江口不同年限圍墾區景觀結構與功能分異【摘要】：圍墾區作為復雜的自然系統和人為系統作用的綜合區域,其景觀結構和功能呈現特殊的復雜性,本研究以長江口海岸帶不同年限圍墾區作為研究對象,利用數量生態學方法,構建能夠體現圍墾區建設先進性和可操作性要求的圍墾區建設綜合指標體系(景觀、土壤、植被)和將景觀結構和功能進行耦合研究的方法,利用CLUE-S模型對圍墾區景觀動態未來發展趨勢進行情景模擬,為河口地區灘涂濕地圍墾建設提供科學決策依據。研究內容和獲得結論如下：基于1987、1995、2000和2006年長江口TM、ETM遙感影像,利用RS、GIS與數學統計方法,對長江口不同圍墾區(3個試驗區)土地利用動態進行了分析。結果表明：3個試驗區間土地利用多樣性指數的變化無顯著性差異；各試驗區土地利用年變化速率在空間上不存在顯著差異,在時間上具有顯著差異的土地類型為大棚用地和建筑用地；3個試驗區的土地利用程度具有一致性,三區土地利用轉移方向的差異也不顯著,轉移強度相似。長江口不同圍墾區的土地利用動態在空間上的不顯著差異主要受圍墾工程和圍墾時間的影響。采用“空間代時間”和主成分分析(PCA)綜合評價模型的方法,對長江口奉賢不同圍墾年限土地利用動態特征進行了綜合評價分析。利用南匯圍墾區土地利用動態變化對綜合評價的結果進行驗證。結果表明：(1)PCA土地利用綜合評價指數(F)與農耕用地正相關(水田大棚用地旱地林地園地),與反映濱海特征的土地利用類型(養殖塘草地開放水域光灘)呈負相關；(2)土地利用PCA綜合評價指數(F)隨圍墾年限增加呈對數增長(R2=0.5119)并在圍墾后40年左右達到穩定態。回歸分析表明F值能很好反映土地利用程度指數(L)和多樣性指數(GM)的變化趨勢。借助多元方差分析(MANOVA).地統計分析(GA)、主成分分析(PCA)和典范對應分析(CCA)方法,研究了不同圍墾年限土壤理化性質、土壤綜合功能的分異及控制因子。結論：1)土壤水分、鹽分、電導率和土壤粒度隨著圍墾年限的增加表現為下降趨勢,有機質為上升趨勢；速效磷在圍墾初期上升,到圍墾100年左右又表現為下降趨勢；硝氮、氨氮和pH值則在不同圍墾年限間變化不大；土壤理化性質在圍墾后30年左右達到穩定態；2)在PCA分析中,反映土壤養分因子(硝氮、有機質、速效P、氨氮、-pH和-土壤粒度)的權重值(總計,0.97)要高于土壤限制因子(鹽分、電導率和水分)的權重值(總計,0.48),Fs值越高土壤質量越好；3)不同土地利用類型在土壤功能熟化過程中起到不同的作用；4)CCA分析表明,圍墾區土壤理化性質主要受到圍墾時間的影響,其次受到土地利用方式的影響；土壤功能綜合指數Fs與圍墾時間的相關性(0.1905)大于土地利用方式(-0.1161)的影響。以2009年7月植被67個樣方調查數據、2009年4月調查216樣點土壤屬性數據和2006年TM(30m)數據作為基礎,應用雙向指示種分析法(TWINSPAN)、多元方差分析(MANOVA)、除趨勢典范對應分析(DCCA)和典范對應分析(CCA)方法,研究了杭州灣不同圍墾年限墾區自然植被群落組成及特征分異。結果表明：1)圍墾區植被群落以中生植物群落和沼生中生過渡群落為主,隨著圍墾年限的變化呈梯度性分布,發現物種豐富度、物種多樣性和地上生物量隨著圍墾年限的增加而增大,但在圍墾中后期(30年)會受到土地利用方式影響而出現反彈現象(下降)；2)物種豐富度指數和物種多樣性指數的變化規律與圍墾年限的變異趨勢相一致,隨著土地利用程度的升高其出現先上升后下降的趨勢。而物種生態優勢度指數則出現下降趨勢,地上生物量則略有增加；3)土地利用方式(r=0.55,p0.05)、土壤水分(|r|=0.53,p0.05)、土壤鹽分(|r|=0.43,p0.05)、圍墾時間(r=0.40,p0.05)是影響圍墾后不同植被群落分布的主要因子。海岸圍墾區景觀動態變化是人-地關系復雜作用的結果,以1990年、2000年、2009年TM影像、社會統計數據、野外調查數據作為數據源。借助RDA和PCA分析了海岸帶景觀動態變化驅動力因子貢獻度,并利用kappa指數對CLUE-S模型所選驅動力模擬效力進行驗證。結果表明：海岸帶圍墾區景觀動態變化人為驅動因子貢獻度(57.10%)自然驅動因子貢獻度(42.90%)。CLUE-S模擬正確率可達82%,主導景觀類型耕地、未利用地和養殖塘kappa指數均大于0.75,CLUE-S模擬效果較為理想,所選驅動力很好地模擬了規則景觀突變的空間分布特征,進而對圍墾區2010-2020年未來發展進行了情景模擬,模擬結果表明CLUE-S模型能夠較為有效地模擬圍墾區景觀格局的規則性、集中性和呈帶性分布,同時為圍墾區管理決策提供了參考依據。【關鍵詞】：圍墾長江口景觀動態土壤自然植被綜合評價模型景觀驅動力CLUE-S模型情景模擬【學位授予單位】：華東師范大學【學位級別】：博士【學位授予年份】：2011【分類號】：Q149【目錄】：摘要9-11ABSTRACT11-17第1章緒論17-251.1研究背景17-191.2國內外研究現狀19-231.3研究意義23-241.4擬解決的關鍵問題及創新點24-25第2章長江口灘涂資源圍墾歷史及現狀特征25-362.1長江河口灘涂圍墾區分布25-272.2長江口灘涂發育及圍墾歷史27-322.2.1長江河口灘涂沙洲的發育27-282.2.2上海市圍墾歷史變遷28-322.3長江口圍墾區生態特征分析32-332.4長江口圍墾區社會產業特征分析33-352.5研究區選擇及概況35-362.5.1研究區選擇352.5.2研究區概況35-36第3章圍墾區景觀動態時空對比分析36-503.1數據源與方法36-393.1.1數據來源36-383.1.2處理方法38-393.2結果與分析39-483.2.1土地利用結構與多樣性時空對比分析39-423.2.2圍墾區景觀變化速率和程度時空對比42-463.2.3不同圍墾年限景觀轉移方向強度分析46-483.3本章小結48-503.3.1結論48-493.3.2啟示49-50第4章不同圍墾年限土地利用動態特征及綜合評價50-614.1數據源與處理51-534.1.1研究區514.1.2數據源51-524.1.3處理方法52-534.2不同圍墾年限景觀動態特征534.3不同圍墾年限景觀動態變化綜合評價方法53-584.3.1不同圍墾年限景觀動態綜合評價模型構建53-554.3.2評價模型與傳統指數對比驗證55-584.3.3不同圍墾年限景觀結構變化綜合評價584.4本章小結58-61第5章長江口不同圍墾年限土壤功能時空分異及影響因素61-795.1材料與方法62-655.1.1研究區與材料62-635.1.2處理方法63-655.2土壤理化性質特征分異65-685.2.1土壤理化性質探索性分析65-675.2.2土壤理化性質多元方差分析(MANOVA)67-685.3土壤理化性質空間變異分析68-715.3.1土壤性質半方差分析68-695.3.2土壤理化性質克里金插值分析69-715.4不同圍墾年限土壤功能評價71-755.4.1土壤綜合評價模型構建71-725.4.2不同圍墾年限土壤功能(Fs)時空分異72-755.5土壤功能影響因素CCA分析75-775.6本章小結77-795.6.1結論與討論77-785.6.2啟示78-79第6章長江口不同圍墾年限植被-群落特征分異79-966.1數據源與分析方法80-836.1.1研究區與數據源80-826.1.2分析方法82-836.2結果與分析83-936.2.1不同圍墾年限自然植被群落TWINSPAN分析83-886.2.2不同圍墾年限自然生長植被群落特征分析88-906.2.3不同土地利用程度對群落分布的影響90-916.2.4自然生長植被群叢組分布影響因素識別91-926.2.5自然生長植被群落特征影響因素分析92-936.3本章小結93-966.3.1討論93-946.3.2結論與啟示94-96第7章基于CLUE-S模型的景觀動態驅動力分析96-1107.1數據源與CLUE-S方法96-1017.1.1研究區96-977.1.2數據源977.1.3CLUE-S模型97-1017.2結果與分析101-1087.2.1驅動力選擇分析101-1037.2.2景觀動態驅動力貢獻率分析103-1057.2.3驅動因子解釋力CLUE-S模擬驗證105-1087.3本章小結108-1107.3.1討論108-1097.3.2結論109-110第8章不同圍墾年限景觀格局CLUE-S情景模擬110-1238.1CLUE-S模型預案設計與基本參數設計110-1188.1.1CLUE-S預案設計1108.1.2CLUE-S模型基本參數設置110