白鹤种群对中转停歇地水文及植被变化的响应研究

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白鹤(Grus leucogeranus)是国家一级保护动物,在世界自然保护联盟(International Union for Conservation of Nature,简称IUCN)濒危物种红色名录被列为极危物种,其种群数量在全世界仅有3000-4000只,在迁徙过程中高度依赖迁移路线上的中途停歇生境。吉林莫莫格国家级自然保护区(简称莫莫格保护区)位于松嫩平原西部,是白鹤东部种群春秋迁徙的重要中转站。由于气候变化及人类活动对湿地资源不合理开发和利用,导致莫莫格保护区水文、植被条件发生变化、白鹤生境质量下降,影响了白鹤种群的栖息停歇。目前国内外针对迁徙中转地,尤其是停歇时间长、停歇数量较多的中转停歇地,缺乏长期的白鹤种群动态对湿地水文条件及湿地植被波动效应研究。因此,本文以莫莫格保护区白鹤重要停歇区域为研究区,基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,简称GEE)为研究平台,选取1984-2020年每年春、夏、秋三个季节间隔45天,即每年3月、4月、6月、7月、9月和10月共6期的Landsat系列遥感卫星影像作为原始影像数据集,一共1597景。利用大津法和最大值合成法提取研究区中的水体和植被信息。借助Arc GIS10.6操作平台从水体时空分布格局、水文特征指数和水体质心迁移等三个方面分析水文情势时空动态变化特征;从年际植被覆盖度和季节NDVI趋势变化等方面分析植被时空动态变化格局;并分析了造成研究区湿地水文植被时空变化的人为和自然因素。以遥感解译的水文时空分布变化和植被时空分布变化为基础,根据实地观测和资料收集获取的每年迁徙季节白鹤停歇数量、分布格局,探讨白鹤对湿地水文、植被条件变化的响应。研究结果对保护濒危白鹤种群具有重要的意义,对进一步开展湿地水文调控恢复白鹤生境可提供参考依据和理论指导。主要结果如下:(1)白鹤停歇地水文条件受人为影响波动较大且存在3个时间段的规律:根据遥感数据分析统计,第1时段为1984-2000年,空间上分布于研究区中南部,水域面积较多,水体分维数受人为干扰程度小;水体分离度先降低然后增加,水体破碎度较低,各月水体质心在研究区西南-东北方向规律性移动。第2时段为2001-2005年,受土地利用和降水减少的影响,空间上多分布鹅头泡区域,水域面积明显减少,分维数波动剧烈,水域分散程度呈现增加后减少趋势,水体破碎化程度先降低后增高,水体质心无明显规律,在零散分布四周。该时段研究区水文条件发生了严重退化。第3时段是2006-2020年,受生态水利工程和降水量增加的影响,期间水体又开始向中南部扩散,水域面积逐渐增多,水体分维数在前期波动剧烈,后期稳定,人为对其干扰逐渐稳定但仍较大,水域分散程度呈先增加后降低至稳定,破碎化程度呈隔年高低变化趋势。水体质心在研究区东南-西北方向规律性移动。(2)白鹤停歇地植被时空变化受控于湿地水文条件,其变化规律与水文变化呈现一致性:第1时段1984-2000年,植被覆盖区域较广且高植被覆盖度占比最多,均值为51.22%;第2时段2001-2005年,研究区植被覆盖有减少的现象,高植被覆盖区域占比均值为28.33%,较高植被覆盖占比均值为26.23%,低植被覆盖、中低植被覆盖和中植被覆盖范围逐渐扩大;第3时段2006-2020年,高植被覆盖度和中植被覆盖度又逐年有明显的增加,高植被覆盖区域占比均值为55.69%。从趋势分析发现1984-2020年植被覆盖度得到改善面积占比为70.61%,植被减少的区域分布在研究区的中南部,元宝吐、明噶屯、少力村和鹅头泡附近较为明显。从季节NDVI趋势来看,各月份整体都为非持续性增长。(3)白鹤种群分布格局及动态与研究区水文和植被时空变化呈现趋势一致:通过对白鹤分布变化格局及其对水文植被时空耦合的响应发现,1984-2000年,该时期研究区北半部分的土地利用类型主要是沼泽湿地,湿地的生态完整性较高,植被覆盖度良好,白鹤主要分布在研究区的北半部分,即哈拉塔、咕噜台等区域;2001-2005年,该时期研究区内土地利用已发生显著变化,湿地已大面积被开垦为农田,湿地内水体主要集中在研究区中部,植被覆盖度减少,鸟类分布的重点区域转变为研究区中部,即明噶屯、鹅头泡等区域,且分布数量减少;2006-2020年,研究区水文条件得到改善,水面面积增加,湿地内水体质心已向西南方向偏移,植被覆盖度增加,随之鸟类的重要分布区域也已转变为研究区的南部,主要为三门王家、卧卜特海等位点,白鹤数量随之增加。(4)每年春季迁徙白鹤种群数量动态变化与水文特征指标关系密切,与NDVI值关系不显著:1984-2020年白鹤春季停歇数量整体呈显著增加趋势。其中,1984-2005年,白鹤种群数量整体小幅上升;从2006-2020年,白鹤数量逐渐增加,增幅相比前一时段白鹤数量增幅明显提高。根据相关分析,水体破碎度是关键水文因子,与白鹤显著相关,且多个月份的水体破碎度都对白鹤数量有影响。其次水体分离度影响也较大,另外水体面积和水体斑块数量也存在一定影响。上一年度不同月份NDVI值都对当年春季白鹤数量有一定程度影响,其中前一年6月NDVI值与白鹤种群数量关系较密切。
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