黄河三角洲滨海湿地环境区域分异及演化研究
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摘要
黄河三角洲滨海湿地发育典型,生态系统脆弱,生态环境问题日益凸显,因此,备受国内外学者的普遍关注,尤其是现代黄河三角洲新生湿地。但对整个黄河三角洲的综合性研究,特别是从区域分异角度的研究尚未见到。黄河尾闾的频繁改道形成不同的滨海湿地发育环境,为更好地了解和掌握不同发育条件下黄河三角洲滨海湿地环境特征和演化机制,本文选取古代区、废弃区和河口区作为典型研究区,从湿地环境特征、生物多样性景观格局等方面,综合运用遥感、GIS空间分析技术和景观生态学原理系统分析黄河三角洲滨海湿地区域分异特征及演化规律,得到如下主要结论:
     (1)地貌是湿地发育演化的基础,河口区、废弃区和古代区分别代表了黄河三角洲地貌演化的三个阶段,不同阶段海岸动态特征差异明显。河口区是演化的发育期,受河流和海洋动力作用,1986~2010年,净造陆面积32.24km~2,年均淤进1.33km~2/a,整体处于弱淤进状态;废弃区是演化的调整期,陆源物质基本断绝,水动力以波浪为主,侵蚀地貌特征明显,1986~2010年,净蚀退面积63.81km~2,年均蚀退2.63km~2/a;古代区是成熟期,在浪和流的共同作用下,潮滩发育典型,岸线平直,整体以弱侵蚀为主,1987~2010年,净蚀退面积为1.78km~2,年均蚀退0.08km~2/a。
     (2)沉积物粒度和环境化学特征区域分异明显。河口区物质组成最细,平均粒径为7.59Φ,分选最差,重金属含量高;废弃区物质较细,平均粒径为6.60Φ,分选较差,呈单峰分布,重金属含量低,油类污染最严重;古代区物质组分变粗,平均粒径为6.16Φ,分选较好,粒度分布分带特征明显,重金属和油类含量较高。评价结果表明,表层沉积物总体质量状况良好,个别站位Zn、Cr和油类超国家海洋沉积物质量一类和二类标准。重金属综合污染程度处于低污染状态,潜在生态风险程度较低。综合潜在风险指数均值古代区最高,河口区次之,废弃区最低。Cr和Cd分别是区域主要重金属污染因子和潜在生态风险因子。
     (3)调查分析表明,底栖生物种类近30年来明显减少。2005年和2007年秋季黄河三角洲潮滩湿地底栖生物鉴定64种,隶属于环节动物门、软体动物门和节肢动物门等。种类组成和密度分布不均,废弃区最高有38种,古代区有26种,河口区最少为22种。栖息密度和生物量均值为河口区>废弃区>古代区;多样性指数为古代区(2.04)>废弃区(1.19)>河口区(1.05)。
     (4)三个区域的植被物种多样性以古代区最高,但减少速度最快。古代区植被类型以盐生和旱中生草本植物为主,废弃和河口区以湿生和盐生草本植物为主。植被的演替规律因生境的不同而不同,在古代区随贝壳堤的发展有盐生植被→沙生植被→杂草型植被演替的趋势,而由海向陆呈现出盐生植被→沼泽植被→杂草型植被的演替,目前植被以逆行演替为主,人为干扰是其主要影响因子;废弃区主要表现为由海向陆的盐生植被演替,在自然和人为影响下,以逆行和次生演替为主;河口区表现为由海向陆的盐生植被与由河道向两侧的湿生植被交错演替,以顺行演替为主。
     (5)通过1986~2010年四期遥感影像解译和景观分析表明,黄河三角洲滨海湿地景观格局及演化区域分异显著,且不同景观类型之间转换频繁,人类活动对景观的影响日益增强。除海域外,古代区主要景观类型为养殖池、滩地和盐田,受人类活动影响最明显,表现为人工景观的快速增长和自然景观的快速消退,景观多样性不断降低。废弃区景观主要类型与河口区相同,为滩地、滨岸沼泽和农田,自然景观占比大,景观破碎化程度低,景观变化表现为自然景观面积波动式下降,人工景观面积波动式上升。河口区景观多样性和破碎化程度最高,自然景观和人工景观面积变化较缓。
     (6)黄河三角洲滨海湿地的发育和演化受诸多因素影响,包括岸滩蚀淤、黄河水沙等自然因素和滩涂围垦与捕捞、资源开发等人为因素。多因素的综合作用加速了滨海湿地的演化进程。各影响因素作用的程度区域差异明显,古代区滩涂围垦和资源开发对滨海湿地影响最为显著;废弃区主要是海岸侵蚀、油田及工程设施建设;河口区主要受黄河水沙变化和造陆速率的影响。
The development of Yellow River Delta coastal wetland (YRDCW) is typical, but itsecological system is fragile and the ecological environment problem is increasingly prominent.Therefore the study about the Yellow River Delta (YRD) is concerned by many scholars,especially the modern YRDCW. Nevertheless, the comprehensive study about YRD from theangle of regional differentiation has not been reported. The frequent diversions of YRD formedthe different development condition of coastal wetland. In order to better understand and masterthe environmental characteristics and evolution mechanism of YRD under the differentdevelopment condition, this article selects the ancient area, abandoned area and estuary area astypical study areas. Applying of RS, GIS spatial analysis techniques and landscape ecologytheory, comprehensively analyze the regional differentiation characteristics and evolution ofYRDCW in recent30years. The main conclusions are as follows:
     Landforms are the basis of wetland development and evolution. The estuary, abandonedand ancient area respectively represent three different evolution stages of YRD landforms, witha significantly difference of erosion-siltation characteristics in different stages. The estuary areais the development period of evolution and wholly in the weak silting-up state, under the impactof the rivers and ocean dynamics. From1986to2010, the net formed land area is32.24km~2andthe annual average siltation rate is1.33km~2/a. The abandoned area is the adjustment period ofevolution and strongly scoured under the function of wave. From1986to2010, the net erosionarea is63.81km~2and annual average erosion rate is2.63km~2/a. Under the joint action of waveand flow, the ancient area is developed maturely with a straight coastal line and stable landform.The west of ancient area is slightly eroded with the mean erosion rate of0.08km~2/a and the neterosion area of1.78km~2.
     The regional differentiation characteristics of the grain size and chemical characteristics ofsediments are obvious. Material composition of sediments in the estuary area is the finest withthe average grain size of7.59Φ and the worst sorting, and the content of heavy metals is high. Inthe abandoned area, the average grain size is6.60Φ with a bad sorting and unimodal distribution,in which the content of heavy metals is low but the oil pollution is most serious. In the ancientarea the sand content increased, the average grain size is6.16Φ with a better sorting and zoning characteristics, and the content of heavy metals is higher than the abandoned areas. The qualityevaluation results indicate that the overall quality of the surface sediments in YRDCW is ingood condition and in low-pollution state. The potential ecological risk of heavy metals is in lowlevel. The mean value of comprehensive potential risk index in the ancient area is the highest,which in the estuary area is of second, and the abandoned area minimum. Cr and Cd arerespectively the region's major heavy metal pollution factor and potential ecological risk factor.
     Over the past30years, the benthic species was significantly reduced. In the autumn of2005and2007, the benthoses in YRDCW were identified of64pecies, of which the abandonedarea includes38species, the ancient area of26species and estuary of22species. This speciesare members of Annelida, Mollusca, arthropods and other animal populations. The speciescomposition and the individual distribution are uneven. The diversity index of benthos in orderis the ancient area (2.04)> the abandoned area (1.19)> the estuary area (1.05).
     The vegetation species diversity in the ancient area is the highest, but with the fastestdeclining rate. The main vegetation types are halophytes and mesoxerophytes in the ancient area,while the abandoned and estuary areas are mainly with hygrophytes and halophytes. Successionsof vegetation are different because of the different habitats. In ancient area there are twosuccession patterns, one of which is halophytic vegetation→psammophytic vegetation→weedvegetation trends with the development of cheniers, the other is halophytic vegetation→swampvegetation→weed vegetation trend from sea to land. At present, under the impact of humandisturbance, the main vegetation succession in the ancient area is retrograde succession. Due toerosion and destruction of coastline, the abandoned area is mainly with retrograde or secondarysuccession. The vegetation of the estuary area is interweaved by the succession of the halophyticvegetation from sea to land and hygrophilous vegetation from river channel to both sides,mainly is the anterograde succession of natural vegetation.
     The four periods of remote sensing image interpretation and landscape analysis from1986to2010showed that the regional differentiation of YRDCW landscape pattern and evolution issignificant, and the transformation between different types of landscape is frequent. The impactsof human activities on landscape are increasing; meanwhile, the degree of landscapefragmentation is deepened. In addition to sea, the main landscape types in the ancient area areculture ponds, beaches and salt pan in which is most obvious impacted by human activities,showing as the rapid growth of the artificial landscape and quickly faded for natural landscape,as a result, landscape diversity decreased continuously. The main landscape types in theabandoned area are the same with the estuary area, which are mainly the beach, coastal marshand farmland. The natural landscape accounted for a large proportion, with a low landscape fragmentation degree. Landscape change is that the natural landscape area is with downwardfluctuations and artificial landscape area with upward fluctuation. The landscape diversity andfragmentation degree in the estuary area is the highest. The natural landscape areas and theartificial landscape areas change slowly.
     The development and evolution of YRDCW is influenced by many natural and humanfactors, including the coastal erosion and siltation, water and sediments of the Yellow River,reclamation, fishing, resource development etc. The tidal flat reclamation and resourceexploitation in the ancient area most significantly impact the coastal wetlands and wetlanddegradation is most obvious; Influence factors of the abandoned area mainly are coastal erosion,construction of oil field and engineering facilities; the estuary area is mainly affected by thevariation of Yellow River water and sediments, and the land-making rate.
引文
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