鄱阳湖自然保护区植被生物量时空变化及水位影响

基于时间序列Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)植被指数,结合野外实测生物量及水文气象等数据,分析了2001 2010年退水期鄱阳湖国家自然保护区湿地植被生物量的空间格局及其时间变化规律,并在此基础上探讨了水位变化的影响.研究结果表明:(1)湿地植被生物量密度多年均值处于0~1402 g/m²之间,除蚌湖四周生物量沿湖心向四周逐渐升高外,其他区域呈现南高北低的分布格局,且其分布与研究区高程密切相关;(2)湿地植被生物量密度多年均值在退水初期为901 g/m²,随时间变化先上升后降低;植被分布面积则随着滩地出露而逐渐增大,随后基本稳定;总生物量呈现单峰变化,在11月初达到最高值.2001 2010年研究区年均生物量变化呈现波动状态,多年均值为18.3×10⁷kg;最高出现在2006年,达到28.2×10⁷kg,2010年最低,仅有8.37×10⁷kg;(3)年均生物量与洲滩出露天数以及植被分布面积呈显著正相关,相关系数分别为0.719和0.865.水位变化为湿地生物量变化的重要影响因素.     

基于生境-生物一体化视角的鄱阳湖草洲景观连通度研究

分析景观连通度动态变化特征是研究景观生态过程的重要途径,也是维持区域生物多样性的重要手段。本文以鄱阳湖草洲为研究对象,立足于影响景观连通度的生境（水位变化）与生物（物种扩散）一体化视角,在识别不同水位梯度下草洲生境范围和斑块组成的基础上,利用景观格局指数分析不同水位梯度下草洲景观结构连通度的变化特征,通过基于图论的景观连通度方法对草洲景观功能连通度分别进行不同水位梯度和不同扩散距离下的情景模拟,并剖析景观结构连通度与功能连通度的相关关系。结果表明：（1）鄱阳湖草洲呈现“水落滩出、水进草退”的景观特征,草洲生境同时面临水体的淹没效应和分割效应。随着水位的增加,草洲分布范围不断缩小,大斑块破碎与小斑块消失并存。（2）从水位变化过程来看,随着水位的增加,草洲斑块的面积不断萎缩、形状趋于简单、密度减小、破碎化程度加剧,草洲景观结构连通度下降。此外,随着水位的增加,草洲斑块在生态功能上的链接数减少、难以连接的独立组分增加、连接的可能性降低,草洲景观功能连通度降低。（3）从物种扩散过程来看,物种扩散距离对草洲景观功能连通度具有绝对正向作用,随着扩散距离的增加,草洲景观功能连通度显著增大。（4）相关...     

基于CART模型的鄱阳湖草滩苔草分布与水位波动要素关系

水位波动对鄱阳湖草滩湿地的形成与分布至关重要,但不同要素对湿地植物种的具体影响不尽相同.本研究以湿地优势植被苔草群落为研究对象,通过环湖区样带设置和植被调查得到较大尺度上的苔草分布数据,以不同水文站水文数据结合湖区DEM插值得出各样点水位波动要素数据：年内最大水位差R,年内淹没出露频次F,年平均水位M,最长淹没的出露日期D,年内总出露时间T,用CART模型进行分析.结果表明：1）影响鄱阳湖区草滩湿地苔草群落分布的最直接的水位波动要素为T和R;2）年内总出露时间大于84天（T ≥ 4.619）,年极差水位大于11.3 m（R ≥ 10.41）时,苔草群落的综合分布情况最佳.进一步探讨认为：其他水位波动要素未能被CART模型选为分类依据,可能是因为彼此之间存在相关性;高程决定植被分布,实际上是多种水位波动要素综合影响的结果,精度要求不高时,可以用高程替代水位波动各要素进行简略分析.本研究相关结论可以为鄱阳湖控湖工程今后的运行,提供一定的参考,以维持草滩湿地生态系统的稳定,更好地实现其生态价值.     

洞庭湖湿地植被长期格局变化(1987-2016年)及其对水文过程的响应

基于长序列遥感影像数据、水位日观测数据以及高精度湖盆地形数据,通过提取洞庭湖1987—2016年湿地植被信息,并构建表征水位波动的多周期水情变量,采用逐步回归分析法识别影响洞庭湖湿地植被分布格局的关键水情变量并建立其与植被面积的响应关系.结果表明：1）1987—2016年,洞庭湖湿地典型植被面积在全湖尺度上呈增加趋势,尤其是林地面积,占比由1.77%上升为7.24%.湿地植被格局演变上,东洞庭湖呈现芦苇群落挤占苔草群落空间,并推动湿地植被整体向湖心扩张的趋势.2）影响东洞庭湖苔草和芦苇分布最关键的水情变量是丰水期水位.苔草对丰水期水情存在非线性阈值响应,丰水期平均水位维持在29 m左右,最适宜苔草生长;对于芦苇,丰水期偏枯的水情条件对其生长发育起到促进作用.涨水期和退水期水文过程是影响东洞庭湖湿地植被分布的次为重要的水情因子.涨水期、退水期水位偏低的水情条件对芦苇分布面积的扩张起促进作用.     

基于遥感时空融合的鄱阳湖洪泛湿地植物群落动态变化特征

湿地植物群落结构及其动态变化特征是反映湿地生态系统健康状况的重要指标,对预测湿地生态系统演变方向和生态恢复至关重要。本文基于融合Landsat和MODIS数据获得的30 m、8 d分辨率的NDVI数据集,结合物候特征构建决策树分类方法,解译了2000 2020年鄱阳湖洪泛湿地植被空间分布格局,分析不同植物群落时空动态特征及转移变化过程。结果表明：遥感时空融合为鄱阳湖湿地植被精细化分类提供了良好的数据基础,基于物候特征的决策树分类方法将研究区解译为水体、泥滩、浮叶植物群落、蓼子草（Polygonum hydropiper）-虉草（Phalaris arundinacea）群落、苔草（Carex cinerascens）群落、芦荻（Phragmites australis-Triarrhena lutarioriparia）群落、蒌蒿（Artemisia selengensis）群落和林地8种景观,总体分类精度达89.36%。从全湖范围来看,湿地植被总面积虽有波动,但整体呈显著增加趋势,其中蓼子草-虉草群落的增加最为明显,而分布最广的苔草群落先增加后有微弱减小,次优势种的芦荻群落面积在30...     

鄱阳湖洲滩湿地植物演替对土壤微生物量的影响

湿地植物演替对土壤微生物量具有显著影响,但不同土壤理化环境下的植物演替对湿地土壤微生物量影响的具体差异还不清楚。以鄱阳湖土壤理化性质不同的4个碟形子湖(包括相对肥沃的东湖和白沙湖以及相对贫瘠的蚌湖和大湖池)为研究对象,运用空间代替时间的方法,在泥滩带、湿生植被带(苔草)和挺水植被带(南荻或芦苇)采集0~10 cm表层土壤,分析不同土壤理化性质条件下植物群落演替对土壤微生物量的影响。采用土壤微生物量碳(MBC)和微生物熵(qMB)指示土壤微生物量。蚌湖、大湖池、东湖和白沙湖洲滩湿地表层土壤MBC的平均值分别为1077.27、888.29、942.45和1162.46 mg/kg,土壤qMB的平均值分别为6.07%、6.17%、3.60%和3.79%。在泥滩-苔草-南荻植物演替洲滩,土壤MBC先增加后减少;但是在泥滩-苔草-芦苇植物演替洲滩,土壤MBC持续增加。植物演替没有显著改变土壤qMB。尽管植物的生长会增加所有洲滩湿地的土壤MBC,但增加的幅度在相对贫瘠的蚌湖和大湖池明显强于相对肥沃的东湖和白沙湖。蚌湖和大湖池的土壤qMB也显著高于东湖和白沙湖。在植被演替梯度上,洲滩湿地土壤MBC和qMB普遍受到土壤碳、氮、磷含量和pH的影响,但是不同洲滩湿地影响微生物量的关键元素并不相同。这些结果证明植物演替对湿地土壤微生物量的影响不仅与植物物种有关,还受土壤理化环境的影响。本研究将为认识湿地土壤微生物量的变化机制和科学管理长江中下游湖泊湿地提供依据。     

基于时间序列谐波分析的鄱阳湖湿地植被分布与水位变化响应

采用高时间分辨率遥感信息的谐波分析方法,提取反映鄱阳湖湿地植被指数随水位变化的谐波分量,分别以自然年和水文年的不同周期作为湿地植被指数谐波分析单元,利用时间序列信号的最大振幅谐波分量的变化周期表征湿地植被指数在不同分析单元的变化模式,结合常年水位观测数据和湿地植被群落在不同物候期的时间与空间特征,探讨鄱阳湖国家级自然保护区和南矶湿地国家级自然保护区的植被分布面积与水位变化关系.结果表明:(1)鄱阳湖湿地植被分布受水文状况影响的特征明显,相对于南矶自然保护区,鄱阳湖自然保护区湿地植被分布面积对观测水位的变化更为敏感.(2)两个自然保护区范围内的湿地植被分布面积与对应水文年9和10月的观测水位呈现较强的负相关关系,且在0.05水平上显著.一年两季生长的湿地植被分布面积受退水时间影响大于次年的涨水时间,与枯水期的观测水位无明显的相关关系.(3)两个自然保护区在不同高程区间的湿地植被分布面积与观测水位的相关关系和显著性呈现各自特征.在鄱阳湖保护区,12~13 m高程区间的湿地植被分布面积与9月观测水位的相关性最强,且相关关系在0.05水平上显著;13~14 m高程区间的湿地植被分布面积与10月观测水位相关关系更强.在南矶自然保护区,湿地植被分布面积在不同高程区间均与9和10月观测水位显著相关.采用谐波分析方法分析湖泊湿地的植被分布面积与水位关系有助于基于多时间序列遥感信息的湿地水文节律研究.     

鄱阳湖苔草洲滩湿地土壤胞外酶活性和化学计量比的高程变化特征

土壤胞外酶参与土壤的生物化学过程,其活性和化学计量比能够反映土壤微生物的功能动态.然而,目前湿地生态系统中催化不同生物地球化学关键过程的土壤胞外酶的活性和化学计量比随高程的变化特征还不清楚.以鄱阳湖苔草洲滩湿地6个不同高程样带的表层土壤(0～10 cm)为研究对象,通过测定与土壤碳、氮、磷循环相关的7种水解酶的活性,分...     

鄱阳湖典型洲滩湿地植物水碳稳定同位素与内在水分利用效率变化特征

在极端水文事件频发和人类活动影响加剧的背景下,鄱阳湖水文情势的异常变动给洲滩湿地植物带来了一系列影响。为进一步了解鄱阳湖湿地植物水分利用来源和内在水分利用效率(iWUE)的季节变化规律,揭示优势植物在生长过程中对不同水分变化的适应策略,于2020年12月-2021年5月在鄱阳湖国家级自然保护区蚌湖和修河之间的典型洲滩湿地上设置监测断面,对灰化苔草(Carex cinerascens)、南荻(Triarrhena lutarioriparia)植物样品及其潜在水源样品进行系统采集,测定并分析了水、碳稳定同位素的动态变化特征和指示意义。结果表明,典型洲滩湿地苔草和南荻植物茎水的氢、氧稳定同位素组成没有表现出明显差异,从冬季至春季,植物茎水的δ¹⁸O值总体上均呈现波动富集的变化趋势。苔草在春季生长期iWUE没有表现出明显变化,而南荻在萌发时期iWUE最低,之后的生长期iWUE具有显著的增长趋势。在各潜在水源当中,植物茎水的同位素组成与土层中的重力水最为相近,其次为与根系分布联系密切的土壤水。在春季降水频繁时,来源于降水且埋深较浅的重力水可能是植物利用的主要水源,而在枯水期重力水埋深较深时,植物采取降水和土壤水的混合利用模式应对水分胁迫。植物叶片有机质的δ¹⁸O值分析发现,苔草在萌发生长期iWUE的变化与光合作用能力相关的因素有关,南荻iWUE的变化主要受气孔导度变化的影响。     

三峡水库调节典型时段对鄱阳湖湿地水情特征的影响

三峡工程建成运行将改变下游的水文过程,影响通江湖泊湿地生态系统.本文选取水文情势变化大且可能对植被乍长产生较大影响的汛末蓄水和汛前腾空两个时段,运用长江中游江湖耦合水动力模型计算了三峡水库不同凋节流量下湖泊水位变化特征,并结合湖泊高程和面积关系曲线,分析了不同增减下泄流量对洲滩湿地淹没出露的影响.结果表明,三峡水库汛末...     

鄱阳湖典型洲滩湿地土壤含水量和地下水位年内变化特征

湿地植被空间分布受多个水分因子共同影响,为了探求鄱阳湖典型洲滩湿地不同植被类型下地下水、土壤水的变化特征,本文选择鄱阳湖吴城湿地保护区内一个长约1.2 km的典型洲滩湿地为实验区,建立了气象-土壤-水文联合观测系统.对观测的气象、水文要素进行分析发现:(1)洲滩湿地地下水位年内呈单峰变化,季节性差异显著,最大埋深可达10 m,出现在1月份,丰水期8月份地下水位最高时可出露地表,且地下水位与湖泊水位变化具有高度一致性;(2)由远湖区高地至近湖区低地,不同植被带中地下水平均埋深变化为藜蒿带(4.76 m)芦苇带(2.87 m)灰化薹草带(1.61 m).地下水埋深小于50 cm的持续时间分别为:藜蒿带27 d、芦苇带112 d、灰化薹草带170 d;(3)土壤平均含水量沿不同植被带梯度变化为:藜蒿带最小(15.9%),芦苇样带(40.7%)和灰化薹草样带(43.7%)较大.土壤含水量年内变幅为:藜蒿带最大(2.5%~55.2%),芦苇带和灰化薹草带相对较小,分别为22.1%~48.1%和28.4%~54.1%;(4)不同植被带土壤含水量季节变化规律不同,藜蒿带土壤含水量年内呈单峰型,仅夏季土壤含水量较高,其余季节均在10%左右,而芦苇带和灰化薹草样带春、夏、秋季均维持较高含水量(42%以上),仅冬季水分含量较低.     

鄱阳湖湿地中低滩典型植物群落的生物多样性及影响因子

周期性水文节律是影响洪泛湖泊洲滩湿地植物群落物种组成与生物多样性的重要驱动力。本研究以鄱阳湖中低滩典型植物群落为研究对象,通过实地样方调查与统计方法分析植物群落的生物多样性格局及其关键环境因子。结果表明：鄱阳湖中低滩代表性群落分别是灰化薹草群落和虉草群落;植物群落的Shannon-Wiener多样性指数均值为1.5,Pielou均匀度指数均值为0.55,生物多样性与物种均匀度偏低。虉草群落的均匀度、多样性指数高于灰化薹草群落,但二者物种丰富度差异不明显。土壤铵态氮、总磷及土壤含水量和高程是影响植物群落结构与生物多样性的关键因子,其中灰化薹草的物种多样性与土壤铵态氮高度相关,而虉草的均匀度则与土壤总磷关系更密切。此外,鄱阳湖中低滩环境下,灰化薹草群落的均匀度随土壤总磷含量的升高呈现U型响应曲线,虉草则是倒U型,这表明,鄱阳湖中低滩环境下,灰化薹草群落和虉草群落生物多样性对单个、同一的环境因子存在不同的适应机制。     

近60年鄱阳湖东部湖湾水文连通变化及其对湿地植物与候鸟的影响

鄱阳湖碟形湖生物群落分布特征很大程度上受区域与主湖区水文连通性影响。由于水位波动,东部湖湾水文连通性受鄱阳湖主湖体水位影响较为敏感。本文以东部湖湾为例,分析主湖区水位变异程度及其影响,并从连通天数和发生时间等方面定量表征东部湖湾与主湖区的水文连通性,进而讨论水文连通性变化及其对湿地植物生境和候鸟栖息地的潜在影响。结果表明,当水位在13～16 m时,东部湖湾与主湖区存在着良好的水文连通关系,湿地植物适宜生境面积最大。2003年以后,鄱阳湖主湖区水位普遍降低,低枯水位持续时间延长,IHA/RVA法分析表明主湖区水位发生了中等程度改变,整体改变度为40.2%,东部湖湾与主湖区的连通关系发生明显改变,年连通天数减少了46.2 d,变化幅度为15.9%,而非连通期发生时间提前约1个月且年内时间跨度更长。水文连通性减弱造成3 10月东部湖湾平均水位下降了0.6 m,其中9 10月减少了约1 m,使薹草（Carexsp．）和苦草（Vallisneria natans）适宜水深对应的水面面积在多数月份呈增加趋势,特别是9 10月（幅度超过40%）,但枯水提前导致沉水植物面积减少,湿生植物生物量增加。水...     

鄱阳湖河湖转换期间鱼腥藻(Anabaena)的变化

鄱阳湖作为我国长江目前仅存的两个通江湖泊之一,年内水位变幅巨大.通过在鄱阳湖2013年河湖转换期间(5—11月)对鄱阳湖主航道都昌段进行每月3~4次的高频监测,以考察鄱阳湖水体中鱼腥藻(Anabaena)的动态变化,分析鄱阳湖中鱼腥藻生长并占优势的影响因素.结果表明,蓝藻为鄱阳湖浮游植物的次级优势种,8月蓝藻生物量平均占浮游植物生物量的57%,蓝藻取代硅藻成为暂时的优势种.夏、秋季水华蓝藻以固氮鱼腥藻为主,主要与夏、秋季水温较高以及适宜的营养盐条件等有关.研究期间鄱阳湖水体氮磷比平均在15左右,鱼腥藻能够产生有固氮能力的异形胞,并在水华蓝藻中成为优势种,也反映了鄱阳湖某些湖区存在氮相对缺乏的阶段.     

基于越冬水鸟生境模拟的拟建鄱阳湖水利枢纽生态控制水位探讨

长江及鄱阳湖水系上游水库群运用后鄱阳湖枯季水文节律出现新的变化,为应对新的枯水情势,鄱阳湖水利枢纽作为一个选项被提出,如何确定其适宜的调控水位才能维持鄱阳湖湿地生态系统健康是其中的重点与难点.本文选择鹤类、小天鹅、鸿雁等食植物块茎水鸟作为鄱阳湖湿地生态系统的指示物种,基于EFDC水动力学模型和生境适宜度曲线构建了鄱阳湖越冬水鸟生境数值模拟模型;从食物资源与取食可及性两个方面,分苦草(Vallisneria natans)生长期和水鸟越冬期两个时段,以水深作为关键生境因子,对近10年鄱阳湖苦草及水鸟取食潜在生境面积变化进行了连续模拟;揭示了鄱阳湖苦草及水鸟取食潜在生境面积随水位的变化规律并构建了定量响应函数:苦草潜在生境面积随水位呈单峰型变化,在星子站水位为14.8 m时达到最大,约为1703 km2;越冬水鸟取食潜在生境面积随水位呈三段式变化,最大和最小面积分别约为564和476 km2,相应星子站水位分别为11.73和9.56 m.在此基础上,针对拟建的鄱阳湖水利枢纽工程,基于不同调度分期内生境保护目标的差异确定了符合天然水位波动特征的生态水位动态调控方案:下闸蓄水期内水位宜控制在16 m以下,后续根据越冬水鸟迁入情况逐步下降以增加取食生境面积,在12月次年1月的越冬水鸟数量峰值期水位宜控制在12.5 m以下,后续根据来水情况逐步过渡至江湖连通期的自然状态.成果从保护越冬水鸟食物资源与取食可及性两个方面提出了鄱阳湖水利枢纽生态水位的动态调控阈值,为江湖新水沙条件下鄱阳湖湿地生态系统保育提供了量化依据.     

基于长短时记忆神经网络的鄱阳湖水位预测

湖泊水位是维持其生态系统结构、功能和完整性的基础.鄱阳湖受流域"五河"和长江来水双重影响,水位变化复杂.为了准确预测鄱阳湖水位变化,采用长短时记忆神经网络方法(LSTM)构建了鄱阳湖水位预测模型.该模型以赣江、抚河、信江、饶河和修水"五河"入湖流量和长江干流流量作为输入条件,预测鄱阳湖湖区不同代表站(湖口、星子、都昌、吴城和康山)的水位过程.研究以1956—1980年的水文时间序列数据作为训练集,1981—2000年作为验证集,探讨了LSTM模型输入时间窗、隐藏神经元数目、初始学习率等模型参数对预测精度的影响,并确定了鄱阳湖水位预测模型的最优参数.结果表明,采用LSTM神经网络方法可基于流域"五河"和长江来水量历时数据合理预测鄱阳湖不同湖区的水位过程,五站水位预测的均方根误差为0.41～0.50 m,纳什效率系数和决定系数达0.96～0.98.为考察模型训练数据集对鄱阳湖水位预测结果的影响,进一步选取了随机5年(1956—1960年)的资料和5个典型水文年(1954年、1973年、1974年、1977年和1978年)的日均流量资料来训练模型.结果显示随机5年资料作为训练数据的预测精度要差于典型年水文资料训练得到的模型,尤其是洪、枯水位的预测;由于典型水文年数据量仍远低于20年的资料,故其总体预测精度要略低于采用20年资料训练的模型.建议应用这类基于数据驱动的模型时,应该尽可能多选取具有代表性的资料来训练.     

太湖贡湖湾人工湖滨带水生植物恢复及其富营养化控制

以太湖贡湖湾人工湖滨带为对象,研究湖滨水生植物修复过程及其富营养化控制效果.人工湖滨区域内的消浪带、岸上护坡措施为水生植物修复提供了良好的生境条件,形成了包括荇菜（Nymphoides peltatum（Gmel.）Kuntze）、睡莲（Nymphaea tetragona Georgi）、菱（Trapa bispinosa Roxb.）为主的浮叶植物群落,以及以黑藻（Hydrilla verticillata（Linn.f.）Royle）、狐尾藻（Myriophyllum verticillatum L.）、小眼子菜（Potamogeton pusillus L.）、竹叶眼子菜（Potamogeton malaianus）为主的沉水植物群落.通过设置研究区、对照区,持续监测溶解氧、总氮、总磷、氨氮、叶绿素a浓度等水体指标,烧失量、氮含量、磷含量等沉积物指标,水生植物生物量、覆盖度,浮游藻类等指标.不同时期、不同区域间的时空分布显示：随着水生植物的恢复,水体营养状态指数（TLI）、沉积物生物生产力指数（BPI）显著下降,水体透明度显著提升;较高浓度的总氮（>3.0 mg/L）、氨氮（>0.6 mg/L）环境不利于浮叶植物的生长,沉水植物对其则表现出更好的适应性,同时水生植物在成长过程中直接从水体/沉积物中吸收氮;颤藻（Cyanophyta oscillatoria）、直裂藻（Cyanophyta merismopedia）等浮游藻类吸收了水体磷,水生植物利用了沉积物磷,共同缓解了磷在湖滨区域的累计.总结以上,湖滨带的水文水质条件可以影响水生植物群落结构,进而决定氮、磷的控制效果,所以在湖滨带修复中构建合适的生境条件是水生植物发挥氮磷控制效果的重要前提.水生植物在恢复过程中对浮游藻类群落结构的影响是显著的,并且以此影响到湖滨水体中磷的分布.     

水网藻(Hydrodictyon reticulatum)水华在鄱阳湖的纪录

水网藻水华在国外出现较多,在国内鲜有报道.2013年5月对鄱阳湖进行采样时首次发现水网藻水华;结合现场观测及遥感影像确定其分布范围为老爷庙至落星墩水域,分布面积约为26 hm²,推测水网藻可能是由上游稻田等静止水体迁移至鄱阳湖,在相对静水区进行聚集生长,加上合适的理化条件(温度及营养盐),从而形成水华.在此基础上,本文进一步分析了水网藻水华对鄱阳湖水生态环境可能产生的影响.