羅 鋒,代建成,陳治澎,周光淮,周 曾,2,張義豐,3

(1.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院,江蘇 南京 210098; 2.南通河海大學(xué)海洋與近海工程研究院,江蘇 南通 226004;3.海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098)

濱海濕地是海岸帶的重要組成部分,是陸海相互作用的關(guān)鍵區(qū)域,鹽沼作為濱海濕地的重要生態(tài)類型,具有提供初級(jí)生產(chǎn)力、維持生物多樣性、生物固碳及保灘護(hù)岸等重要生態(tài)和安全價(jià)值[1-2]。近年來(lái),在濱海鹽沼植被修復(fù)的相關(guān)研究和工程實(shí)踐中,Balke等[3]提出的機(jī)會(huì)窗口(windows of opportunity,WoO)概念被用來(lái)解釋鹽沼植物幼苗定植擴(kuò)張現(xiàn)象和機(jī)制,認(rèn)為鹽沼植被幼苗定植初期需要一段不受潮水淹沒等外界干擾的“無(wú)干擾期”使幼苗扎根定植。無(wú)干擾期是幼苗定植成功的必要條件,換而言之,無(wú)干擾期為幼苗定植打開了一扇機(jī)會(huì)窗口[4-5]。Balke等[4]構(gòu)建了考慮擾動(dòng)頻率的機(jī)會(huì)窗口模型,模擬了鹽沼植被覆蓋范圍的時(shí)空變化,隨后有學(xué)者通過床面切應(yīng)力和臨界干擾深度等進(jìn)一步完善了機(jī)會(huì)窗口框架[6-7]。長(zhǎng)江口崇明東灘的海三棱藨草修復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證了其在生態(tài)修復(fù)中的重要性,基于機(jī)會(huì)窗口選擇在高程為2.2～2.8 m的潮灘上進(jìn)行種子播種試驗(yàn),結(jié)果表明修復(fù)區(qū)域植株密度達(dá)到478～611株/m2,遠(yuǎn)高于基于球莖移栽的73～216株/m2。同時(shí)由于減少了移栽等人工成本且種子僅需300元/kg,修復(fù)成本降低至1～1.5元/m2,低于基于球莖或植株斑塊移栽修復(fù)方法的5～7 元/m2[8-10]。

機(jī)會(huì)窗口模型的關(guān)鍵在于確定植被幼苗定植所需無(wú)干擾期的最短時(shí)間,即最小無(wú)干擾時(shí)間,有學(xué)者通過水槽試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)等方法確定了鹽角草、海紫菀和紅樹林等植被幼苗定植所需的最小無(wú)干擾時(shí)間[11-13]。水槽試驗(yàn)研究機(jī)理性問題更加直觀,但最小無(wú)干擾時(shí)間影響因素復(fù)雜,包括生物種類、非生物因素(如淹沒時(shí)間、潮流波浪、生長(zhǎng)環(huán)境等)[6-7],因此水槽試驗(yàn)做實(shí)際潮灘原型研究有局限。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)優(yōu)勢(shì)在于其結(jié)果的精確性,但現(xiàn)場(chǎng)投入較大,無(wú)法范圍應(yīng)用。因此,提出一種高效的反演最小無(wú)干擾時(shí)間的研究方法至關(guān)重要。遙感影像具有覆蓋范圍廣、信息豐富、處理方式高效簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[14-15],因此本文基于高精度遙感影像,提出了一種反演鹽沼植被幼苗定植所需最小無(wú)干擾時(shí)間的新方法,可以彌補(bǔ)水槽試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的不足。

本文以鹽城自然保護(hù)區(qū)為研究區(qū)域,針對(duì)其潮灘典型分布的鹽沼類型互花米草,提出了一種基于互花米草繁殖方式和遙感反演最小無(wú)干擾時(shí)間的改進(jìn)機(jī)會(huì)窗口模型,分析互花米草前緣的時(shí)空變化。以遙感解譯數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過相關(guān)系數(shù)和平均絕對(duì)誤差探討改進(jìn)機(jī)會(huì)窗口模型在江蘇潮灘運(yùn)用的精度,以期能為后期鹽城自然保護(hù)區(qū)互花米草管控以及其他類型鹽沼生態(tài)修復(fù)工程的實(shí)施提供一種新途徑。

1 研究區(qū)概況

江蘇鹽城濕地珍禽國(guó)家級(jí)保護(hù)區(qū)核心區(qū)位于江蘇海岸中部(32°20′～34°37′N,119°29′～121°16′E),主要保護(hù)丹頂鶴等珍稀野生動(dòng)物及其賴以生存的灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng),是拉姆薩爾公約中的重要濕地之一,于2019年被列為世界自然遺產(chǎn)。研究區(qū)域鹽沼濕地寬約6～9km,且具有明顯的鹽沼植被分帶性(圖1),由陸向海依次為蘆葦、鹽蒿、互花米草和光灘。其中,互花米草是一種多年生米草屬草本植物,具有發(fā)達(dá)的根系和抗沖促淤能力,是其原生地濱海鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)物種[16]。1979年被引入我國(guó)并率先在福建省羅源灣試種成功[17],1983年在江蘇沿海各市縣均試栽成功[18]。保護(hù)區(qū)是典型的淤泥質(zhì)潮灘濕地,受互花米草擴(kuò)張影響嚴(yán)重,1993年之前尚未形成大面積的群落,無(wú)法在影像上觀測(cè)到;1993—1996年處于逐漸加快擴(kuò)展階段,年平均擴(kuò)展率為30%;1996—1999年處于快速擴(kuò)展階段,年平均擴(kuò)展率為43%;1999年之后年擴(kuò)展率約為10%[19]。2006年保護(hù)區(qū)互花米草面積達(dá)到33.81km2,近些年擴(kuò)展率進(jìn)一步減小到不足4%,至2015年面積達(dá)到45.95km2[20]。

圖1 江蘇鹽城濕地珍禽國(guó)家級(jí)保護(hù)區(qū)核心區(qū)的鹽沼植被分布及測(cè)量斷面

2 研究數(shù)據(jù)和方法

改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型計(jì)算流程主要分為4個(gè)步驟:①選取1998—2021年的24幅Landsat遙感影像,通過目視解譯分析互花米草前緣的時(shí)空變化趨勢(shì)。同時(shí)考慮到2002年前未形成完整的互花米草前緣線,且2020年后前緣線變化不大,所以選擇2002—2010年和2010—2020年作為研究時(shí)間段;②選取2020—2021年的4幅Sentinel-2遙感影像,以研究區(qū)域南部(圖1)為研究對(duì)象,用水邊線法構(gòu)建潮灘的數(shù)字高程模型(digital elevation model,DEM ),通過基于支持向量機(jī)的監(jiān)督分類方法確定研究區(qū)域南部互花米草定植范圍,反演互花米草在前緣光灘上定植所需的最小無(wú)干擾時(shí)間;③以最小無(wú)干擾時(shí)間和TPXO9.0預(yù)報(bào)潮位數(shù)據(jù)為輸入,通過改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型模擬2002—2010年和2010—2020年2個(gè)時(shí)間段前緣線的變化趨勢(shì);④通過相關(guān)系數(shù)r和平均絕對(duì)誤差(MAE)評(píng)估改進(jìn)機(jī)會(huì)窗口模型的精度。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及處理

2.1.1 遙感影像數(shù)據(jù)

為了研究1998—2021年互花米草前緣時(shí)空變化,選取了24幅Landsat遙感影像,包括Landsat4-5 TM、Landsat7 ETM和Landsat8 OLI圖像(分辨率30m),遙感影像下載自地理空間數(shù)據(jù)云(www.gscloud.cn),考慮到互花米草最佳監(jiān)測(cè)時(shí)間為生長(zhǎng)季末期,選擇的遙感影像日期均為9—12月。利用ENVI5.3對(duì)Landsat遙感影像進(jìn)行研究區(qū)域裁剪、輻射定標(biāo)和大氣校正,并進(jìn)行RGB假色彩波段組合,以突出植被的光譜特征。由于互花米草的地物特征比較明顯,與光灘的差別大,因此將合成的影像導(dǎo)入ArcMap10.8軟件,通過常規(guī)的目視解譯方法對(duì)前緣進(jìn)行提取。同時(shí),在研究區(qū)設(shè)置30條垂直于岸線的等間距觀測(cè)斷面用于測(cè)量斷面上相鄰年份的鹽沼前緣變化距離和速率。選取2020—2021年的4幅Sentinel-2遙感影像(分辨率為10m,下載自歐洲空間局官網(wǎng)(https://scihub.copernicus.eu/)),反演互花米草定植所需的最小無(wú)干擾時(shí)間。選取2007年的2幅Landsat7和2020年的1幅Landsat8、1幅Sentinel-2遙感影像,研究改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型模擬前緣時(shí)空變化的精度。

2.1.2 潮位預(yù)報(bào)方法及精度評(píng)估

歷史潮位采用潮位數(shù)據(jù)模型TPXO9.0提供的M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1、MF、MM、M4、MS4和MN4分潮的調(diào)和常數(shù)進(jìn)行潮位預(yù)報(bào),并且基于MATLAB的潮位提取工具TidalModelDriver(TMD)生成給定點(diǎn)的潮位時(shí)間序列數(shù)據(jù)。考慮到潮汐在近岸淺水區(qū)域會(huì)變形,基于新洋港水文站實(shí)測(cè)潮位數(shù)據(jù),對(duì)潮位數(shù)據(jù)模型TPXO9.0在近岸區(qū)域預(yù)報(bào)潮位的可靠性和穩(wěn)定性進(jìn)行誤差評(píng)估。實(shí)測(cè)潮位數(shù)據(jù)來(lái)源于江蘇省水文局在2006年12月21日、26日和31日對(duì)新洋港大潮、中潮、小潮的潮汐運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的監(jiān)測(cè),測(cè)驗(yàn)斷面位置設(shè)在新洋港下游離海口2～3km處,使用ADCP測(cè)流,全潮期平均2h監(jiān)測(cè)1次,遇漲、落急則1h監(jiān)測(cè)1次,節(jié)點(diǎn)位置增加測(cè)次。每閘共測(cè)12個(gè)潮次,白天和夜間潮形各半[21]。

由圖2可知,大、中、小潮潮位的模擬潮位與實(shí)測(cè)值總體吻合良好,僅部分時(shí)段有所偏差,比如中潮平均絕對(duì)誤差最大,達(dá)到0.23m。模擬值與實(shí)測(cè)值在振幅上比較吻合,僅在相位上有一定偏差,表現(xiàn)為模擬值漲潮和落潮出現(xiàn)滯后且漲潮歷時(shí)較長(zhǎng)落潮歷時(shí)較短。這是因?yàn)楹涌谒虮韧夂\,潮差比外海大,使得潮波波形發(fā)生變化,導(dǎo)致漲潮歷時(shí)縮短落潮歷時(shí)延長(zhǎng)。除此之外,大潮和小潮模擬值的平均絕對(duì)誤差均較小,分別為0.14m和0.08m,并且在振幅和相位上都比較吻合。由圖2(d)的相關(guān)性曲線可知,模擬值和實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.98,決定系數(shù)R2為0.96,平均絕對(duì)誤差為0.15m?？傮w而言,TPXO9.0潮位模型的精度較高,并且能較好預(yù)報(bào)近岸淺水區(qū)域的潮位。

圖2 預(yù)報(bào)潮位誤差驗(yàn)證

2.2 水邊線法構(gòu)建DEM

遙感水邊線是衛(wèi)星過境時(shí)獲取的瞬時(shí)水邊線[22],準(zhǔn)確提取水邊線是潮灘DEM構(gòu)建的關(guān)鍵。利用遙感影像提取水邊線,關(guān)鍵在于水陸分類,目前常用的方法主要有邊緣檢測(cè)算子法、閾值分割法、區(qū)域生長(zhǎng)法、主動(dòng)輪廓模型法、面向?qū)ο蠓诸惙ǖ萚23]。其中,改進(jìn)歸一化差異水體指數(shù)(modified normalized difference water index,MNDWI)是在歸一化差異水體指數(shù)(normalized difference water index,NDWI)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的水體指數(shù),提取的水邊線位置偏移最小,效果也最理想[24]。采用基于MNDWI指數(shù)的閾值分割法輔以大津法(OTSU)進(jìn)行水體提取,選擇Landsat影像和Sentinel-2影像的綠光波段和短波紅外波段2個(gè)波段,構(gòu)建灰度影像,增強(qiáng)影像中的水體信息[24]。

采用邊緣檢測(cè)算子法從灰度影像中提取水邊線,通過中值濾波和低通濾波處理MNDWI灰度影像,在保留大于卷積核邊緣的同時(shí)平滑圖像,消除高頻噪聲。通過OTSU算法計(jì)算閾值,對(duì)MNDWI灰度影像進(jìn)行二值化,該方法又稱作最大類間方差法,是一種按圖像灰度特性確定圖像二值化分割閾值的算法,具有計(jì)算簡(jiǎn)單快速,不受圖像亮度和對(duì)比度影響等優(yōu)點(diǎn)[25]。通過數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波,對(duì)二值圖做開運(yùn)算處理和閉運(yùn)算處理,去除潮灘上的潮溝和小區(qū)域水體,得到水邊線提取結(jié)果。利用研究區(qū)域的TPXO9.0預(yù)報(bào)潮位數(shù)據(jù)對(duì)獲取的水邊線賦以高程,從而由不同的水邊線產(chǎn)生一系列等高線,在ArcGIS中運(yùn)用分析模塊中TIN插值功能構(gòu)建研究區(qū)潮灘的數(shù)字高程模型DEM。值得注意的是,本文通過邊緣檢測(cè)算子法從灰度影像中自動(dòng)提取水邊線,使得精度受限于Landsat遙感影像分辨率,所以構(gòu)建的DEM精度為30m。

2.3 改進(jìn)機(jī)會(huì)窗口模型

互花米草主要通過有性和無(wú)性2種繁殖方式在沿海濕地?cái)U(kuò)張,但是Balke等[4]的研究?jī)H考慮了互花米草的有性繁殖,低估了其擴(kuò)張速度。因此,本研究在機(jī)會(huì)窗口模型的基礎(chǔ)上考慮了無(wú)性繁殖,并且使用R語(yǔ)言構(gòu)建一套改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型,期望能完善模型對(duì)互花米草繁殖方式的刻畫。

改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型原理如圖3所示。首先,互花米草通過實(shí)生苗的傳播(有性繁殖)在前緣光灘上定植,本文以最小無(wú)干擾時(shí)間和每年4月1日至10月1日的TPXO9.0預(yù)報(bào)潮位數(shù)據(jù)為輸入,通過機(jī)會(huì)窗口模型模擬出適合實(shí)生苗定植的范圍,即其前緣通過有性繁殖在光灘上擴(kuò)張的距離X1。然后,互花米草會(huì)通過快速分蘗和根狀莖生長(zhǎng)(無(wú)性繁殖)形成斑塊,擴(kuò)張速度約為25m/a[26],據(jù)此算出其前緣通過無(wú)性繁殖在光灘上擴(kuò)張的距離X2(式(1))。最后,得到互花米草前緣擴(kuò)張總距離X=X1+X2,通過相關(guān)系數(shù)和平均絕對(duì)誤差對(duì)模型預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行定量評(píng)估。因?yàn)?002年前研究區(qū)域未形成完整的互花米草前緣線,并且2020年后前緣線變化不大,所以選擇2002—2010年和2010—2020年2個(gè)時(shí)間段的前緣時(shí)空變化評(píng)估模型性能。

圖3 改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型原理示意圖

X2=25(T3-T2)

(1)

式中:T2為實(shí)生苗傳播在前緣光灘上定植的最遠(yuǎn)距離出現(xiàn)的年份;T3為擴(kuò)張結(jié)束年份。

2.4 最小無(wú)干擾時(shí)間確定

為了確定定植需要的最小無(wú)干擾時(shí)間,提出一種基于遙感反演的新方法。以2020—2021年研究區(qū)域南部的互花米草為研究對(duì)象,基于支持向量機(jī)的監(jiān)督分類確定互花米草定植范圍。假設(shè)定植所需的最小無(wú)干擾時(shí)間為3d、4d、5d、6d,通過2021年4—10月水位數(shù)據(jù)和改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型計(jì)算對(duì)應(yīng)高程,分別記為h3、h4、h5、h6,根據(jù)DEM得到對(duì)應(yīng)等高線,確定最小無(wú)干擾時(shí)間。

3 結(jié)果與分析

3.1 通過遙感影像觀測(cè)互花米草前緣時(shí)空變化

保護(hù)區(qū)互花米草前緣時(shí)空變化可分為3個(gè)階段,每個(gè)階段變化距離見圖4,變化速率見圖5。1998—2010年,由于豐富的沉積物來(lái)源[27]和互花米草的保灘促淤功能[28],研究區(qū)域互花米草全面向海推進(jìn),與其他學(xué)者遙感觀測(cè)的現(xiàn)象一致[29]。通過量測(cè),平均推進(jìn)距離為561m,平均推進(jìn)速率為47m/a,其中19號(hào)斷面推進(jìn)距離最大,向海推進(jìn)距離為1259m,推進(jìn)速率為105m/a,而12號(hào)和13號(hào)斷面推進(jìn)距離最小,向海推進(jìn)距離分別為72m和65m,推進(jìn)速率為6m/a和5m/a。2010—2020年,前緣出現(xiàn)侵蝕現(xiàn)象,其中3號(hào)斷面侵蝕最嚴(yán)重,侵退距離為405m,侵退速率為41m/a,可能與射陽(yáng)河口雙導(dǎo)堤的建設(shè)導(dǎo)致下游沉積物來(lái)源減少有關(guān)[30]。總體來(lái)說,前緣自北向南基本呈現(xiàn)淤-蝕-淤-蝕-淤的W形變化趨勢(shì),1號(hào)、28號(hào)、29號(hào)和30號(hào)斷面仍處于向海擴(kuò)張狀態(tài),可能是受到新洋港和斗龍港入海泥沙河口淤積的影響。2020—2021年,研究區(qū)域北部繼續(xù)侵蝕后退,平均侵退距離為84m,核心區(qū)中部鹽沼前緣的位置相對(duì)穩(wěn)定,研究區(qū)域南部鹽沼大面積向海推進(jìn),平均推進(jìn)距離可達(dá)319m。

圖4 互花米草前沿線的變化距離

圖5 互花米草前沿線的變化速率

3.2 互花米草定植所需的最小無(wú)干擾時(shí)間

通過水邊線法構(gòu)建的潮灘DEM(圖6(a))和改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型,確定了最小無(wú)干擾時(shí)間為3d、4d、5d、6d對(duì)應(yīng)的最低高程h3、h4、h5、h6分別為0.74m、0.91m、0.93m、1.05m(圖6(b))。由圖6(b)可知互花米草定植區(qū)域高程均大于0.93m,可以認(rèn)為互花米草定植所需的最小無(wú)干擾時(shí)間為5d。類似無(wú)干擾時(shí)間的確定,許多學(xué)者通過水槽試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等方法得到鹽角草最小無(wú)干擾時(shí)間為2～3d[11],海紫菀最小無(wú)干擾時(shí)間為5d[12],紅樹林最小無(wú)干擾時(shí)間為5d[13]。

圖6 水邊線法反演的潮灘高程及互花米草定植所需的最低高程

3.3 通過改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型模擬互花米草前緣時(shí)空變化

2002—2010年和2010—2020年2個(gè)時(shí)間段滿足互花米草定植所需的最低高程分別為0.9301m和0.9470m,出現(xiàn)的時(shí)間分別為2007年5月25日和2020年6月14日。因此,在2007年和2020年各選擇2幅遙感影像通過ArcGIS中的TIN插值功能得出模擬的前緣線(圖7),從而模擬2個(gè)時(shí)間段內(nèi)前緣的變化趨勢(shì)。

圖7 通過改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型模擬互花米草前緣時(shí)空變化

由圖7可知,2007年研究區(qū)域互花米草前緣的光灘上存在大量的機(jī)會(huì)窗口,2020年前緣光灘上機(jī)會(huì)窗口缺失,因此2002—2010年研究區(qū)域互花米草將大面積向海擴(kuò)張推進(jìn),2010—2020年前緣將后退。上述定性分析結(jié)果與第3.1節(jié)中通過遙感影像觀測(cè)的前緣時(shí)空變化的結(jié)果一致。

3.4 改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型精度評(píng)估和相關(guān)性分析

對(duì)于研究區(qū)域互花米草前緣時(shí)空變化的第一階段(2002—2010年),互花米草通過實(shí)生苗傳播在前緣光灘上定植的最遠(yuǎn)距離出現(xiàn)在2007年,之后3a時(shí)間里通過無(wú)性繁殖擴(kuò)張距離為75m。采用Balke等[4]的機(jī)會(huì)窗口模型模擬值的平均絕對(duì)誤差為66.67m(圖8),而本文改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型的平均絕對(duì)誤差為28.83m,降低了37.84m,顯著減小了誤差并提高了機(jī)會(huì)窗口模型的精度。需要說明的是,平均絕對(duì)誤差小于Landsat影像的一個(gè)像素格尺寸(分辨率均為30m),是因?yàn)楸疚耐ㄟ^目視解譯得到觀測(cè)的互花米草前緣線。

圖8 改進(jìn)前和改進(jìn)后機(jī)會(huì)的窗口模型模擬值與觀測(cè)值之間的平均絕對(duì)誤差和相關(guān)性分析

用遙感影像的觀測(cè)值,對(duì)改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型的模擬值進(jìn)行相關(guān)性分析,模擬值與觀測(cè)值的相關(guān)系數(shù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05),相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.99,平均絕對(duì)誤差分別為28.83m和17.00m,總體上的平均絕對(duì)誤差為22.92m,小于Landsat影像的一個(gè)像素格尺寸(分辨率均為30m)。綜上,改進(jìn)后的機(jī)會(huì)窗口模型有效減少了平均絕對(duì)誤差,是一種可行的研究互花米草前緣時(shí)空變化的方法。

3.5 互花米草入侵的管控建議

近年來(lái),互花米草的治理工作已在我國(guó)各地開展,但由于其強(qiáng)大的生長(zhǎng)繁殖能力及治理措施的局限性,加大了入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管控的難度?；セ撞萑肭殖跗谥饕蕾嚪N子和實(shí)生苗的擴(kuò)散和定植,定植成功后的零星互花米草能以無(wú)性繁殖的方式充分占領(lǐng)光灘,從而實(shí)現(xiàn)入侵。實(shí)生苗定植的成功率主要取決于潮灘高程和潮侵頻率[7],這意味著考慮高程、潮侵頻率并且量化實(shí)生苗定植能力對(duì)于控制互花米草擴(kuò)散和評(píng)估入侵風(fēng)險(xiǎn)有重要意義。

本文改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型主要考慮了高程、潮侵頻率和最小無(wú)干擾時(shí)間,并成功模擬了互花米草前緣時(shí)空演變。在互花米草前緣光灘上,高程較高、潮侵頻率較低的地點(diǎn)有利于互花米草擴(kuò)張。此外,最小無(wú)干擾時(shí)間也直接決定了實(shí)生苗在潮灘上的定植能力,從而影響互花米草通過有性繁殖擴(kuò)張的距離?？傮w而言,高程越高、潮侵頻率越低且最小無(wú)干擾時(shí)間越長(zhǎng)的區(qū)域應(yīng)被視為互花米草管控的重點(diǎn)區(qū)域,需加強(qiáng)觀測(cè)、管控與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,以防互花米草肆意蔓延。因此,可通過本文的方法反演最小無(wú)干擾時(shí)間并且模擬互花米草前緣線時(shí)空變化,從而為互花米草管控以及入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供參考。

4 結(jié) 論

a.通過對(duì)江蘇鹽城濕地珍禽國(guó)家級(jí)保護(hù)區(qū)互花米草前緣的時(shí)空變化進(jìn)行觀測(cè),前緣時(shí)空變化分為3個(gè)階段:第一階段(1998—2010年),互花米草全面向海推進(jìn),平均推進(jìn)速率為47m/a;第二階段(2010—2020年),研究區(qū)域北部和南部出現(xiàn)侵蝕現(xiàn)象,前緣自北向南呈現(xiàn)淤-蝕-淤-蝕-淤的W形變化趨勢(shì);第三階段(2020—2021年),研究區(qū)域北部繼續(xù)侵蝕后退,核心區(qū)中部鹽沼前緣的位置相對(duì)穩(wěn)定,研究區(qū)域南部鹽沼大面積向海推進(jìn),平均推進(jìn)距離可達(dá)319m。

b.互花米草定植所需的最小無(wú)干擾時(shí)間是運(yùn)用改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型模擬前緣時(shí)空變化的關(guān)鍵,本文通過水邊線法構(gòu)建潮灘數(shù)字高程模型DEM,結(jié)合2020—2021年研究區(qū)域南部的互花米草定植范圍,反演其定植所需的最小無(wú)干擾時(shí)間為5d。

c.本文針對(duì)互花米草有性繁殖和無(wú)性繁殖結(jié)合的繁殖方式,提出了一種改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型,模擬2002—2010年和2010—2020年2個(gè)時(shí)間段前緣的時(shí)空變化,并且通過相關(guān)系數(shù)和平均絕對(duì)誤差對(duì)改進(jìn)機(jī)會(huì)窗口模型預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行定量評(píng)估。結(jié)果顯示,改進(jìn)后的機(jī)會(huì)窗口模型對(duì)2002—2010年前緣擴(kuò)張的模擬值的平均絕對(duì)誤差為28.83m,比改進(jìn)前降低了37.84m。對(duì)2010—2020年前緣后退模擬值的平均絕對(duì)誤差為17.00m,總體上的平均絕對(duì)誤差為22.92m,小于一個(gè)像素格的尺寸。改進(jìn)的機(jī)會(huì)窗口模型顯著提高了模擬精度,是一種可行的研究互花米草前緣時(shí)空變化的方法。