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.     

鄱阳湖水龄季节性变化特征

基于环境水动力学模型EFDC源程序,建立了染色剂模型和水龄模型,在将模型与航测水文数据验证吻合的基础上,分别计算了鄱阳湖自然条件下春、夏、秋、冬季的水龄和倒灌前后鄱阳湖染色剂和水龄分布的变化,以及五河水系各分支河流水龄.分季节的水龄计算表明鄱阳湖水体交换受季节性来水影响明显.夏、秋季的水龄相对较小,在多数年份又受到长江水倒灌的影响导致水龄有所增大;冬、春季水龄较大,亦无长江水倒灌现象,相较于夏、秋季,水域面积明显减少.分支流的水龄计算表明,西南湖区的水体交换主要受到赣江的影响,西北湖区水体交换主要受到修水和赣江的影响,南部湖区主要受到抚河与信江的影响,东部湖区主要受到饶河的影响,湖心区和入江水道则受到五河水系的综合影响.同时水龄的研究表明拟建的鄱阳湖水利枢纽工程"调枯不调洪"的原则是合理的,为鄱阳湖水利枢纽工程论证提供了重要的参考依据.     

近40年来南四湖湿地NDVI变化特征及其控制因子分析

利用Landsat系列卫星的MSS、TM和ETM+遥感数据,计算了研究区的归一化植被指数(NDVI),并以此为湿地植被活动的指标,研究1973 2011年间该湿地植被变化特征及年内季节变化特征,揭示植被活动在年内和年际变化的控制因子以及湿地植被对于气候变化、人类活动和极端干旱事件的响应特征.结果表明:(1)近40年来南四湖湿地植被各个季节的变化特征不尽相同.春季NDVI呈现先降低后增加的特征,主要先后受到研究区围垦、渔业养殖等人为活动和气候变化(增温)的影响;夏季和冬季的NDVI呈现显著降低趋势,主要受到围垦、渔业养殖等人类活动的影响;秋季NDVI的变化不显著.(2)年内季节变化方面,湿地植被面积和NDVI都呈现单峰的变化特征,从春季开始增加,在夏季末(全年的第202和205 d)达到最大值,然后开始下降,到冬季降至最低.植被的年内季节变化特征主要受到月均温度的控制.(3)干旱在一定程度上不是湖泊湿地NDVI增加的限制因子.干旱导致湖泊水位下降,滨湖滩地及湖底露出,可能会促进湿地植被生长和植被面积的扩大,使得湿地NDVI增加.     

新疆博斯腾湖水体颗粒和溶解有机碳的季节变化及其来源初探

在博斯腾湖选取了13个点位,于2012年5、8、10月测定表层和底层水体中的颗粒有机碳、溶解有机碳、颗粒有机氮和叶绿素a含量.结果显示颗粒和溶解有机碳在表层水体中的浓度与底层相近.博斯腾湖水体中颗粒有机碳的季节变化十分明显,其平均浓度从春季(0.64 mg/L)到夏季(0.71 mg/L)变化不大,但在秋季变化十分显著(浓度达1.58 mg/L).其中西北湖区和湖心区颗粒有机碳的季节变化最明显,东部湖区颗粒有机碳的季节变化相对较小.博斯腾湖水体的颗粒有机碳在春、秋两季主要来自外源输入,在夏季受水体中浮游生物的影响较大.博斯腾湖水体中溶解有机碳也具有一定的季节变化,夏季浓度(平均为9.3 mg/L)略低于春、秋两季(平均为10.3 mg/L).溶解有机碳在河口区的季节变化最强,其夏季浓度明显偏低,主要是由于开都河河水的稀释作用.总体上,博斯腾湖水体中溶解有机碳浓度的变化主要受外部因素的影响.     

鄱阳湖湿地苔草（Carex）景观变化及其水文响应

淡水湿地水文过程控制着湿地植被景观的形成与演变.基于Landsat TM/ETM+遥感影像数据,利用决策树分类法提取鄱阳湖湿地1992、1999、2006、2012年4期景观信息,通过景观格局指数、转移矩阵和质心迁移法对苔草景观的空间变化及其与水文过程关系进行分析.结果表明:研究期间,鄱阳湖湿地秋、冬季苔草景观分布面积受到水位和退水过程的影响,低水位年的中滩位缓慢退水与低滩位快速出露更有利于苔草景观的扩张;苔草景观的空间格局与水位关系密切,在低水位年份,低位洲滩提前出露,苔草景观分布高程较低,部分低位光滩被苔草所侵占,原苔草分布的部分洲滩转变为芦荻景观,景观的破碎化程度较重,在高水位年份,低位洲滩长期被水体淹没,苔草景观分布高程相对较高,部分芦荻分布区被苔草所侵占,而原苔草景观的部分区域转变为水体和光滩,由于该期间苔草主要集中分布在湖周和入湖河口地带的高位洲滩上,其景观破碎化程度较轻;水位年际间的升降变化会影响苔草景观质心位置,年均水位上升引起景观质心发生向湖岸方向推进,而年均水位下降则会导致苔草景观质心向湖心方向转移.     

鄱阳湖国家级自然保护区湿地植被的干旱响应及影响因素

近年来鄱阳湖干旱事件频发,干旱导致的气象水文要素变化直接影响植被生长状况,尤其是对于地上植被生物量的影响极为显著.研究鄱阳湖干旱事件对于湿地植被的影响,对于保护鸟类栖息地,认识湿地生态功能和结构的变化具有重要的现实意义.利用长期卫星遥感数据,结合植被生物量野外调查,以2003和2006年极端干旱年份为出发点,从湿地植被面积、生物量密度和总生物量的角度分析了鄱阳湖湿地植被生物量对于极端干旱的响应.研究表明:湿地植被面积、生物量密度以及总生物量均呈现双峰分布特征,在4和11月分别达到上、下半年的峰值.2003年植被生物量与多年均值一致,2006年下半年植被面积、生物量密度以及总生物量均明显超出多年均值.影响湿地植被面积的主要因素为鄱阳湖水位变化;而影响植被生物量密度的主要因素为气温和水位,退水时间提前对于生物量密度影响最大;总生物量同时受到植被面积与植被生物量密度的综合影响,其中植被面积的影响更大,植被面积对于总生物量的影响在2006年表现得比2003年更加显著.总之,2006年湿地植被对水文干旱的响应要比气象干旱强烈得多.     

青海湖浮游植物群落时空格局及其环境驱动因子

为了解青海湖浮游植物群落结构特征、时空分布格局及其关键环境驱动因子,于2020年5月(春)、8月(夏)、10月(秋)对青海湖进行系统调查,分析浮游植物群落在3个季度和4个区域(湖滨带、进水区、浅水区和深水区)间的差异。3次调查共检出浮游植物6门39属65种,物种组成以硅藻(36种,占总物种数的55.38%)、绿藻(17种,26.15%)和蓝藻(7种,10.76%)为主。4个区域间的浮游植物丰度存在显著差别,其中深水区丰度显著高于其他区域,主要原因可能在于深水区的环境较为稳定。3个季节间,浮游植物丰度和生物量具有较大差异:夏季和秋季的丰度、生物量均为春季的近10倍;浮游植物的优势类群和种类也发生了较大的变化:春季最具优势类群为硅藻门,优势种也主要隶属于硅藻门,而夏、秋两季则以蓝藻门种属占据主要优势。春季浮游植物的Pielou均匀度和Simpson多样性指数显著高于夏、秋两季,秋季Margalef指数和Shannon-Wiener多样性指数高于夏季。PERMANOVA分析和NMDS分析显示,青海湖浮游植物群落结构在不同区域和不同季节间具有显著差异。此外,dbRDA分析表明:盐度、水温和总磷...     

鄱阳湖水体氧化亚氮排放特征及影响因素

于2014年4、7和10月以及2015年1月(分别代表春、夏、秋和冬季)对鄱阳湖13个常规监测点表层水体中氧化亚氮(N_2O)浓度进行测定,并选择合适的模型估算其释放量.结果表明,鄱阳湖全年N_2O平均浓度为32.57±17.35 nmol/L,总体处于过饱和状态,平均饱和度为256.83%±129.05%.鄱阳湖N_2O年平均交换通量为0.83±0.69μmol/(m2·h).鄱阳湖水体N_2O季节性释放规律为春季最高,平均交换通量为1.71μmol/(m2·h),其次是夏季和冬季,秋季最低.从空间上来看,春季北部湖区交换通量显著高于南部湖区.相关性分析表明,铵态氮浓度是影响夏季和冬季鄱阳湖水体N_2O产生的主要因素.结合水域面积初步估算出全年释放N_2O约1.29×107mol,其中春季和夏季是鄱阳湖水体N_2O释放的高峰期,总释放量约占全年的80.40%.全年通过N_2O输出氮素约为361.93 t,对鄱阳湖流域内N_2O分布及质量平衡具有一定影响.     

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.     

后三峡工程时代的鄱阳湖湿地淹没动态演变

周期性的淹没或出露是洪泛型湖泊湿地的重要物理特征,湖泊湿地的淹没动态对其生态过程有显著影响。三峡工程运行以来,鄱阳湖湿地淹没动态发生了显著变化并引发了剧烈生态效应,而目前研究尚未对后三峡工程时代的鄱阳湖淹没动态演变进行系统量化,也制约了对其驱动下湖泊湿地生态系统演变原因与机制的了解。鉴于此,本研究结合水文站实测数据与遥感观测资料,以淹没开始时间、淹没结束时间以及淹没历时3个变量共同表征湖泊湿地淹没动态,从站点及全湖尺度分别对三峡工程运行后鄱阳湖湿地淹没动态的变化趋势、量级及显著性进行定量分析。结果表明:(1)2000—2020年间,鄱阳湖湿地淹没开始时间在64%的湖区被推迟,推迟速率约为1.10天/年;仅在入江水道及碟形湖小幅提前,且提前趋势并不显著;(2)鄱阳湖湿地淹没结束时间在72%的湖区显著提前,提前速率约为1.46天/年;仅在有闸控工程的碟形湖因延迟泄水而有所延迟;(3)受淹没开始时间推迟而结束时间提前的影响,鄱阳湖湿地淹没历时在70%的湖区显著缩短,缩短速率约为2.19天/年,而在有闸控工程的碟形湖则有所延长。本文从站点与全湖尺度分别给出了基于实测而非模型模拟的鄱阳湖淹没动态...     

Acceleration of vegetation dynamics in hydrologically connected wetlands caused by dam operation

The dynamic responses of wetlands to upstream water conservancy projects are becoming increasingly crucial for watershed management. Poyang Lake is a dynamic wetland system of critical ecological importance and connected with the Yangtze river. However, in the context of disturbed water regime in Poyang Lake resulting from human activities and climate change, the responses of vegetation dynamics to the Three Gorges Dam (TGD) have not been investigated. We addressed this knowledge gap by using daily water level data and Landsat images from 1987 to 2018. Landsat images were acquired between October and December to ensure similar phenological conditions. Object-oriented Artificial Neural Network Regression for wetland classification was developed based on abundant training and validation samples. Interactions between vegetation coverage and water regimes pre and post the operation of the TGD were compared using classification and regression trees and the random forest model. Since the implementation of the TGD in 2003, Poyang Lake has become drier, especially during the dry season. A more rapid plant growth rate was observed post TGD (44.74 km² year⁻¹) compared to that of the entire study period (12.9 km² year⁻¹). Average water level for the antecedent 20 days most significantly affected vegetation before 2003, whereas average water level for the antecedent 5 or 10 days was more important after 2003. The impoundment of the TGD after the flood season accelerated the drawdown processes of Poyang Lake, and the rapidly exposed wetlands accelerated vegetation expansion during the dry seasons, resulting in shrinkage and degradation of the lake area. This study deepens our knowledge of the influences of newly developed dams on lakes and rivers.     

2022年第3期封面

鄱阳湖南矶湿地. 丰富的沉水植被、洲滩植物使鄱阳湖湿地成为白鹤、小天鹅等濒危鸟类重要的越冬地,众多鸟类来此觅食也加速了湿地植物参与到生态系统的物质和能量循环（摄影：林剑声）.     

Dramatic variations in emergent wetland area in China's largest freshwater lake,Poyang Lake

Freshwater wetlands are important ecosystems experiencing rapid degradation around the world. As much as 64% of world's wetland area has been lost since 1900; the situation is even more serious in Asia, where land reclamation and anthropogenic modifications of rivers are increasing the rate of wetland disappearance. In this study, we provide a first complete estimation of daily Emergent Wetland Area (EWA) in Poyang Lake, China's largest freshwater lake, from 1955 to 2012. A wavelet analysis indicates a strong periodicity in the monthly EWA time series with two oscillations having a period of 12 and 60–72 months, respectively. A dramatic increase in mean annual EWA is detected since 2003, when the Three Gorges Dam (TGD) was completed, mainly due to the seasonal drying of 1078 km² of wetlands in October. It is found that the timing of wetland emergence during the dry season has been anticipated of one month, from November to October, since the establishment of TGD. It is argued that a significant increase in wetland exposure and an observable shift in the seasonal timing of flooding and drying will seriously degrade the wetland system and threaten the endangered migratory birds that inhabit it unless effective countermeasures are implemented.     

Aquatic vegetation dynamics in two pit lakes related to interannual water level fluctuation

Water regime characteristics have been recognized as critical factors for aquatic vegetation. In this study, we examined changes in aquatic vegetation coverage area in two shallow sub-lakes of Poyang Lake (Bang Lake and Cuoji Lake) during the dry season from 1987 to 2017. The relationships between eight water regime components (annual average water level, annual maximum water level, annual minimum water level, and flooded days at five water levels [11, 13, 15, 17, and 19 m]) and aquatic vegetation coverage area were determined. The most critical water regimes were identified and results demonstrated that aquatic vegetation coverage area in Bang Lake and Cuoji Lake peaked in drier years (2005 and 2009, respectively) with no obvious up or down trend. Water regimes indicating high flow events such as annual maximum water level, flooded days at water level 19 m, and annual average water level were found to be more important for predicting aquatic vegetation. High-flow events appear to be essential for understanding aquatic vegetation dynamics in pit lakes, yet overall the influences of water level fluctuation on aquatic vegetation varied among wetland units of Poyang Lake. This study helps to understand the hydroecological dynamics in connected lakes further and provide a reference for the lake management and protection.     

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...     

1994-2018年松嫩平原西部月亮泡水淹区生态变化及其对水淹频次的响应

半干旱内陆地区的湖泊湿地是一种特殊的生态系统,季节和年际时间尺度上的湖泊水文变化对湖泊湿地生态结构和功能有着重要影响.近20年来,月亮泡湖泊湿地经历了自然和人为因素共同作用下的水文波动过程.为了实现大尺度地表生态年内/年际变化检测,更好地了解湖泊年际水淹范围及其水淹频次对内陆湖滨湿地生态的影响,基于1994—2018年Landsat TM/OLI影像数据(30 m),首先,计算提取月亮泡的年际水体信息和水淹频次,进而获取湖泊年际淹没范围.其次,采用综合生态指数变化检测法提取生态信息,选取3个标准观测年(1995、2006、2016年),从年内变化和年际变化视角分级评价了研究区生态变化,并分析了水淹频次与湿地生态变化的关系.最终,现有研究表明:湖泊年际水淹区主要分布在月亮泡的北侧与西侧尾闾,月亮泡湖泊湿地北侧的年际水淹频次更为显著.湖泊面积的扩展与自然湿地的减少是月亮泡水淹区域的主要变化类型.在这种变化情况下,研究区水体指数累积量的增加与植被指数累积量的衰减成为显著的生态变化特点.月亮泡湖泊年际水淹频次在一定时间和空间上影响着水淹区域的植被生产能力,水淹的低频波动是研究区植被累积量增加的关键因子.因此,在湿地生态恢复与管理过程中,维持合理的水文波动,恢复月亮泡北侧与西侧沼泽湿地是该区域内生态保护的核心措施.