在变化地形中的湿地：栖息地的改造对于临时性湿地在物理-化学层面上的影响外文翻译资料

在变化地形中的湿地：栖息地的改造对于临时性湿地在物理-化学层面上的影响

原文作者 Matthew S. Bird1*, Jenny A. Day2

摘要：临时性湿地对于温带、半干旱及干旱地区的雨季景观起着决定性的作用，然而，除了它们在发展和农业上所造成的直接损失，几乎没有关于现存的湿地是如何被人类对周围地形的转变所改变的信息。这项研究探讨的是关于临时性湿地周边栖息地的转换的程度和类型同它们的水柱的物理-化学特性之间的关系。2007年冬/春雨季，在南非西南部开普敦地中海气候区的沿海平原，我们对一组共90个的孤立的抑郁湿地（季节性淹没）进行了取样。湿地的采样是根据农业，城市发展和外来入侵植物在各湿地边缘100至500m半径内覆盖的整个栖息地改造梯度来进行的。我们假设这些湿地的物理化学条件（如土壤性质，盆地形态）改变的主要驱动力都是栖息地的转型。多变量多元回归分析（基于距离的冗余分析）表明在湿地物理-化学特性和栖息地转型（总体转型范围在100〜500米之间，外来物种覆盖在100〜500米之间，城市覆盖在100〜500米之间）之间有显著的联系。虽然相对于由纯粹时空因子（范围：35.5〜43％）而言，显著回归变化量解释非常低（范围：2〜5.5％）。对于每种在湿地地形中的转型的类型和湿地个别理化变量之间的关系的本质，会进一步与单变量多元回归探讨。结果表明，相对窄的周围临时湿地（约100米）缓冲带的保护，在维持自然条件中，就理化水质而言可能是有效的。

引文：Bird MS, Day JA (2014) 在变化地形中的湿地：栖息地的改造对于临时性湿地在物理-化学层面上的影响。PLoS ONE 9(2):e88935.doi:10.1371/journal.pone.0088935

编辑：Dafeng Hui, 田纳西州立大学，美国

收到于September 9, 2013；公认于January 14, 2014; 发布于 February 12, 2014

版权：2014 Bird, Day.这是根据知识共享署名许可的条款分发布的开放式的文章，它允许无限制的使用，分配和重新发表在任何其他媒介，需提供的原始作者和出处。

资金：这个项目的经费是由国家研究基金会 (NRF, Pretoria www.nrf.ac.za) 与水资源研究委员(WRC,Pretoriawww.wrc.org.za)提供的。资助方没有在研究设计，数据收集和分析，决定发表或准备手稿等方面有任何的参与。

竞争利益：作者声明没有竞争利益的存在。

* 邮箱: matthew.bird@nmmu.ac.za

介绍

人类居住区的景观已经很集中的被人类活动改变了，这种景观改造已成为影响全球生态系统的关键驱动因素。（如[1-4]）。关于陆地栖息地的改造对湿地生态系统的影响的信息非常少，特别是对于小的临时湿地，经常会成为季节性干旱的地区在数量上有主导性的湿地类型。（[5,6]）。

水柱的物理-化学成分（例如pH，营养物，导电性）被认为是在湿地和其他淡水生态系统中生物组合组成的潜在的重要决定因素（例如，[7-14]）。更具体地说，在西南部开普敦（南非）德鲁克[15]建立了理化因素对临时抑郁湿地中无脊椎动物的组成造成的显著结构性的影响。在人为干扰下的改造，这些因素有潜力调节这些湿地生态系统的变化，通过生物自下而上的效果，例如水生无脊椎动物和两栖动物。以往的研究集中在永久性湿地的类型，不同的作者已经总结了栖息地改造对于一系列的理化变量，包括浊度，pH值，营养物质，电导率，溶解氧的显著影响[16-22]。但是很少有研究专门针对临时性湿地中栖息地的陆面改造和物理化学条件之间的关系进行研究。Carrino-Kyker和斯旺森[23]在一项关于在美国俄亥俄州北部的三十个临时性沼泽的研究中发现，农业用地和电导率水平之间有着显著的正相关关系。布鲁克斯等人 [24]在美国马萨诸塞州研究并报告四种临时的森林沼泽中较高的pH值和电导率，较低浓度的溶解氧，其中，两个沼泽在城市中，另两个在原始地带。亚哈斯等人发现在农田中的湿地比一组在摩洛哥自然区域的十个临时性湿地有着更高层次的营养成分（氮和磷）。看来，在迄今为止已被确认的临时性湿地中，关于栖息地改造对于湿地的理化特性的影响并不是普遍一致的。

本研究评估南非西南部开普敦的地中海气候区临时湿地的人文景观改造及相关的湿地的物理化学特性的改变的程度和本质。湿地的理化特性呈现在跟周围的人类活动引起的陆地生境改造的梯度性的关系上。“栖息地改造”这个名词是参照围绕在湿地周围的自然陆地栖息地直接（如农业）或间接（如外来入侵植物）的因为人类土地利用方式而丧失以后才使用的。在西南部开普敦地区（N =90），一个方法被广泛地应用在抽检大量的湿地中。本次调查设计的目的是抽检所有栖息地改造梯度的湿地网络，这由周围栖息地转化为农用地、城事用地或被外来物种入侵的土地的数量来确定。这些都是在西南部开普敦[26-28]关于栖息地改造的三大代表性湿地并且在该地区的[29]低洼的沿海平原尤为普遍，因此威胁着临时性湿地。对于作为栖息地改造类型其中一种的外来入侵植物的评定是该方法对本次调查的一个关键要素。侵入植被对可用在该区域水生系统的地下水量的负面影响已经有据可查[30-33]，这已经解决了外来植被对水生生态系统（静水或激流）地表水水质（e.g.physico-化学）的影响，但实证研究尚缺乏。一个单独的例外是伯德等人的研究[34]，一个学习了一组在开普敦沙凡波斯生态系统中的12个临时湿地，那里的景观已不同程度的被东非狼尾草入侵了，Pennisetum clandestinum Hochst. ex Chiov, and Port Jackson willow Acacia saligna (Labill) Wendl。他们发现，更换本土的沙凡波斯栖息地的外来植物会导致降低胡敏进入到湿地，并造成连锁的对于其他湿地物理-化学成分的影响，如pH值。Bird及其同事的结果表明了用侵袭性植物物种大规模置换硬叶凡波斯植被的结果就是会对该地区的湿地形成更广泛影响力的潜力。本研究探讨这种大规模的模式，来评估由伯德和他的同事观察到小规模的模式是否也是在该地区突出。

尽管对临时湿地的物理化学条件的主要驱动还缺乏信息，但是某些关键因素已经可以从文献中查得，其中包括本地地质衬底（土壤性质），湿地盆的形态，周围的景观的地形，周围的地面植被类型和当地气候（综述见[35-37]）。鉴于预期到这些驱动因素会一个或多个地因为人类栖息地变换而发生显著改变（如土地利用的类型可能会土壤的物理化学性质），我们推测，被研究的临时湿地的物理化学条件将反过来显示出与这些变化的驱动变量的显著联系，因此，我们预期物理化学特性将受周围的栖息地转变的影。我们就每种类型的栖息地的改造和每个被测量的物化变量之间的具体关系进行了探索，从而进一步生成关于该地区栖息地改造对湿地物理-化学的影响的假设。

方法

道德守则

在Agulhus国家公园的实地调查权限是由南非国家公园授权的。一个科学的采集证是由Cape Nature授权，这使得在西开普省下西开普省的省级行政控制下具有私人土地的使用权。这项研究并没有涉及动物捕捉或处理，因此并不需要的动物护理和使用手续审批。外地学习没有造成对濒危或受保护物种的影响。

研究领域

九十个孤立的退化湿地（意义上的尤尔特·史密斯等人[38]）曾经在2007年冬春季雨季期间被采样（七月下旬至10月上旬）。开普敦西南部是非洲撒哈拉以南地区唯一具有地中海式气候的地区，通常包含凉爽，潮湿的冬季和温暖，干燥的夏季。研究区和站点的选择是由伯德等人[39]在灵活运用同一套湿地底栖动物组合并发的研究中阐述的。简单地说，采样，南到圣赫勒拿岛湾北部涵盖了从普Agulhus的区域，引入的三种广泛的区分沿海平原（图1）。湿地是根据可比的土壤和气候方面自然（参考）状态分组先验。使用雷贝洛等[40]植被组，建立湿地相媲美的集群。 给出了研究区植被类型和当地的非生物因素之间的密切联系，自然湿地相媲美组的指示。在这方面，五湿地簇研究区（附录S1中的文件S1），即沙凡波斯（N = 44），西部strandveld（N = 28）采样，页岩renosterveld（N = 6），Ferricrete凡波斯（N = 6），砂岩凡波斯（N = 6）。

人居改造

围绕每个湿地栖息地转化的评估是基于自然植被（未转化的土地），外来植物（主要是A.柳桉和P. clandestinum），100m和500m范围内农业和城市用地的量化每个湿地[ 39]。从各湿地的边缘，相当于100m至500m半径的圆形区域获得了各栖息地类别的覆盖面的估计（即约0.03和0.8平方公里）。选择这些尺度，因为他们可以在地面上准确地评估，而无需使用GIS数据。对于这两种尺度，每个栖息地类型的封面估计并分配给四个序覆盖类别之一：0-无；1-疏覆盖（33％）；2-中度盖（33-66％）；3-广泛覆盖（0.66％）。对于那些500m的半径范围内难以步行去调查的湿地，卫星图像（谷歌地球，2007年）与地面调查相结合的信息，得到了栖息地覆盖区的序号类别。为了避免人际判断的偏见，所有的估计是由同一人提出。在文件S1附录S2中报告了每个湿地作为原始数据的栖息地改造分数。

环境变量

为了记录在每个湿地的物理化学条件的范围内，对各种生境进行了取样。基于生境的结构的复杂性，生境是有区别，其中遇到四种主要类型：复杂植被（通常浸没除织造，带根或无根细剖分叶片，包括物种如Isolepis rubicunda，篦齿眼子菜，甜心茅和稗）;简单植被（通常根和从水表面，里德 - 或莎草状植被，包括物种如香蒲兔，芦苇，Bolboschoenus maritimus和灯心草毛虫新兴）;打开水（无植被，深度超过30cm）的;和底栖非栖息地植被的（没有植被，浅大于30厘米）。每个湿地这四个不同的生境的表面所覆盖的百分比是在实地目测记录的。在现场取样有人指出，最多三种生境同时存在于任何一个湿地。因此，尽管在现场取样过程中所有四个生境类型在湿地中都遇到了，只有三个或更少展示了湿地。

许多原位物理化学变量在每个湿地内的每个生物群落中测定，每个湿地产生三套原位湿地物理-化学措施。对于只有两个群落生境遗址，在或多或少丰富的生态群落中分别采取一张双人床和一组物理化学读数。对于其中只有一个群落生境覆盖了整个湿地地点，三个复制组被带到套理化读数，以在每一组中覆盖尽可能多的尽可能的覆盖湿地。所有的物理化学的读数取在所有的生境30cm的标准化的深度，但深30厘米的栖息地读数的除外。测量是如下：使用Crison PH25米pH值;溶解氧与Crison OXI45氧仪;导电性（以下称为“导电性”）配有一个Crison CM35电导仪;并使用哈希2100P浊度仪浊度。温度在pH，氧气和电导率米上记录，虽然用于分析目的，但使用了所有三种仪器读数的平均值。

在每一个湿地进行水柱营养浓度的测量。从每个湿地收集五个1L地表水样品，用以覆盖每个站点的完整空间范围，并汇集以形成块料5L样品。然后充分混合，并在实验室对200毫升亚取样进行了营养元素的含量的分析。样品立即储存在4°C中并返回到实验室在黑暗中-18°C下被冻结。所有样品中在现场收集后的30天内进行分析。NO₃^- NO₂^- -N，PO₄³ -P和NH₄ -N浓度使用Lachat公司流动注射分析仪估计。近似检测限有：PO₄³ 15mg.L^-1磷; NO₃^-和NO₂^- 2.5ug.L^-1 N;以及NH₄ 5ug.L^-1 N。这些变量在下文分别称为在文本为“磷酸盐”，“硝酸盐 亚硝酸盐和铵。在每个湿地的中心点地理位置和海拔都使用的是Garmin的eTrex Vista的手持GPS设备（3米点精度）记录下来。为了确保没有永久淹没湿地被列入数据集，只与最大深度部位，2米取样。大部分的更深层次的地点在夏天重新进行了访问，以确认他们已经干涸。在S1文件附录S3中报告在每个湿地收集的原始环境数据。

数据分析

数据集的单独的子集被用于分析每个类型栖息地变换以及湿地物理化学条件之间的关系。这些子集分别由受只有一种类型的栖息地改造的站点（如农业）组成。这样做是为了排除那些受栖息地改造的影响而不是受利益影响的站点。每个单独的数据集是由最少受损位点（由粗放土著植被包围）组成，并且被不同程度的栖息地转化影响的位点在图1给出。只有最少受损位点出现在湿地群，正如，被选中的受影响方面，来比较确保本质和这区域湿地相似，两项不同但大面积重复覆盖，资

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