洞庭湖洲滩土壤种子库对土壤水分变化的响应

由于三峡大坝及上游水库群的运行,长江中下游水域水文节律随之发生了改变,导致洞庭湖枯水期提前,进而影响洞庭湖洲滩植被及其土壤种子库的分布格局.本研究在洞庭湖4个自然保护区内选取共11个典型洲滩湿地,沿由水到陆方向根据植被类型将洲滩分为泥沙洲滩、泥沙—湖草洲滩过渡带、湖草洲滩、湖草—南荻洲滩过渡带、南荻洲滩5种洲滩类型.通过样带—样方法调查和采样,并结合湿润和水淹两种条件下的土壤种子库萌发实验,分析了土壤水分变化对洲滩种子库萌发特征的影响及土壤种子库与地表植被的关系.结果显示:①土壤含水量沿水到陆方向由泥沙洲滩向南荻洲滩递减;②不同类型洲滩土壤种子库密度没有显著差异;③温室萌发实验中,水淹条件下土壤种子库物种丰富度和种子库密度显著降低,东洞庭湖自然保护区土壤种子库物种丰富度和种子库密度较高;④地表植被物种丰富度高于土壤种子库,泥沙洲滩土壤种子库与地表植被物种组成的Jaccard相似性指数最低.此外,虉草(Phalaris arundinacea)、芦苇(Phragmites communis)、南荻(Miscanthus sacchariflorus)等只在地表植被中存在,而陌上菜(Lindernia procumbens)、通泉草(Mazus japonicus)等只在种子库中存在.结果表明,在进行湿地植被恢复时,不能仅依靠种子库移植技术,还要考虑湖区季节性的水位变化以及个别物种的特异性,配合有针对性的水文调控机制及相关的人工措施恢复其原有植被.     

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.     

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.     

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.     

西洞庭湖季节性淹水和植被类型对温室气体排放通量的影响

植被类型及淹水带来的干湿交替过程是影响温室气体排放的重要因素.本文通过原状土柱模拟实验,模拟西洞庭湖水文节律变化对不同土壤—植被系统温室气体排放的影响.利用静态箱—气相色谱法研究不同植被—土壤类型(芦苇湿地、灰化苔草湿地和刚砍伐的杨树林湿地)在季节性淹水条件下的CO_2、CH_4和N_2O的排放通量变化,并探讨了在水位变化的情况下,不同植被—土壤类型对全球增温潜势的贡献.结果表明:在不同的水文条件下,芦苇湿地的CO_2排放通量均显著高于苔草和杨树林湿地;淹水过程导致3种植被类型覆盖湿地CO_2排放通量显著降低,甲烷排放通量升高,其中芦苇湿地CH_4排放通量升高显著,苔草和杨树林湿地CH_4排放通量升高不明显;水文变化及植被类型对N_2O排放通量的影响不显著;不同植被类型湿地对全球增温潜势的贡献为:芦苇杨树林苔草,分别为16191.3、3405.6和1883.1 kg/hm~2.本研究结果表明在西洞庭湖湿地恢复过程中,不再人为增大芦苇湿地面积,将杨树林湿地恢复为苔草湿地,更有利于降低湿地恢复过程中温室气体的排放.     

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.     

近百余年(1900—2020年)洞庭湖湿地演化驱动因素分析

自20世纪以来,在自然以及人类活动共同作用下,洞庭湖湿地面积与格局发生显著变化。本文在综合大量历史资料、相关文献以及数据的基础上,采用分段线性回归方法将近百余年(1900—2020年)洞庭湖湿地面积与格局变化划分为4个阶段,并重点分析了各阶段影响湿地演化的驱动因子及相互作用关系。1900年以来,洞庭湖湿地面积变化可分为1900—1949年的明显下降期、1950—1978年的快速萎缩期、1979—1998年的稳定期以及1999年至今的略微回升期,湿地景观格局变化经历了新中国成立前的相对稳定阶段、1950s—1990s的水域向洲滩转化阶段以及21世纪以来的洲滩向水域转化阶段。不同时期,由于社会经济与生产力水平的差异,湿地演变的驱动因素存在差异,导致湿地演变的速率与方向有所不同。围湖垦殖与退田还湖是导致湿地面积发生改变的主要因素,气象波动、水库建设、湖区采砂以及河道整治等则通过改变入湖水文泥沙情势影响湿地格局变化,并影响围湖垦殖与退田还湖等活动。为满足经济发展要求,政府在湿地演变中的参与度逐渐增加,对围湖垦殖的态度发生了“鼓励—参与—禁止—还湖”的转变,为近百余年洞庭湖湿地演化的核心驱动要素...     

三峡工程蓄水对洞庭湖水情的影响格局及其作用机制

三峡工程建成投入运行后,汛末蓄水将使坝下河湖水情发生变化,长江中下游秋季来水减少成为常态.为客观分析三峡蓄水对洞庭湖水情的影响分量、空间格局及其作用机制,选取三峡工程典型的蓄水过程,运用长江中游江湖耦合水动力学模型计算了因上游来水变化引起的洞庭湖水情时空变化.结果表明:1)三峡汛末蓄水对洞庭湖水位影响具有明显的"北高南低,东强西弱"的格局,即东洞庭湖最为显著、南洞庭湖东部和西洞庭湖北部次之,南洞庭湖西部和西洞庭湖南部最小.2)洲滩湿地受蓄水影响最明显的主要为东洞庭湖、南洞庭湖和湖泊洪道两侧的条带状洲滩.3)三峡蓄水对洞庭湖水位的影响机制有二:长江干流水位快速消落加速湖泊水体下泄以及削减长江三口分流补给湖泊的水量.     

洞庭湖荻-苔草群落交错带植被动态及影响因子——以北洲子洲滩为例

近年来,受全球变化及高强度人类活动的影响,洞庭湖湿地群落分布带不断下移,引发了人们对其湿地服务功能下降的担忧.以洞庭湖北洲子洲滩为例,采用野外样带调查和室内分析相结合的方法,对洞庭湖湿地荻-苔草群落交错带植被和环境特征进行研究,以期揭示荻-苔草群落交错带动态变化和影响其变化的关键环境因子.结果表明:土壤含水量随高程增加呈逐渐降低的趋势,土壤总碳、总氮、总磷含量和p H值在样带间差异显著,但土壤电导率和总钾含量在样带间无显著差异.各样带物种丰富度和香农指数随高程增加整体上呈先降低再增加的趋势.荻生物量随高程增加呈逐渐增加的趋势,而苔草生物量呈先增加后减少的趋势.典型相关分析表明,土壤含水量与二者生物量及群落丰富度、多样性间具有很好的相关性,表明土壤含水量是调控该群落交错带植被动态变化的关键环境因子.     

不同出露时间下洞庭湖洲滩土壤及生态系统呼吸特征

于2015年1月洞庭湖枯水期,针对不同出露时间下的洲滩,调查其土壤理化性质,并利用LI-8100便携式二氧化碳气体分析仪监测其生态系统呼吸.结果表明：在洞庭湖枯水期,洲滩出露后,洲滩土壤有机质、硝态氮、铵态氮和全氮含量随出露时间增长而先升高后降低.土壤溶解性有机碳含量是影响洞庭湖枯水期洲滩生态系统呼吸强度的最重要影响因子.溶解性有机碳含量随出露时间增长而提高,洲滩生态系统呼吸强度随之提高,并在洲滩出露约60天后达到最高值.出露洲滩生态系统呼吸通量均值为0.72±0.55 μmol/（m²·s）,超过杨树林地、芦苇地和农田地,成为洞庭湖区冬季CO₂排放最活跃的区域.     

抚仙湖北部沉水植被演变规律及其生态指示意义（1987—2020年）

抚仙湖有近210亿m³的优质淡水资源,具有重要战略价值,但是近年来出现水质退化的现象.沉水植被是湖泊生态系统功能维持的重要生物门类,其演变过程能反映和影响整个生态系统的变化,目前还缺乏对抚仙湖沉水植被长期连续地观测记录.本文基于Landsat遥感数据分析了抚仙湖北部沉水植被面积的动态变化,结合气候变化和水质水文要素分析发现：抚仙湖北部湖区沉水植物在1987—2020年间存在先减少后增加的变化趋势;1987—1995年,沉水植物分布面积约占北部湖区面积的1.64%;1996—2010年北部湖区沉水植被分布面积缩减,湖泊处于高水位低营养状态,水位上升是此时期沉水植物面积减少的主要原因;2011—2020年,水位降低,营养增加,营养和水位的共同作用导致抚仙湖北部湖区沉水植物面积显著增加.沉水植物覆盖度变化伴随着沉水植被以苦草为优势种群转为以穗花狐尾藻为优势种群,沉水植被结构转向耐污染性更强的属种.通过抚仙湖北部湖区沉水植被发育与营养、水位等驱动因子的关系分析,建议现阶段需要严格限制入湖氮磷排放,强化水生植被的长期动态监测,构建水量、水质、水生态一体化监测体系,并开展抚仙...     

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.     

基于水文变异的东洞庭湖湿地生态水位研究

东洞庭湖湿地具有重要生态意义.基于东洞庭湖湿地退化的现实,认为气候变化、人类活动等因素造成水文序列发生突变,湿地生态系统适应突变前的水文环境.以城陵矶水文站1952-2006年月平均水位序列为分析对象,通过滑动T检验法找到序列的最可能突变点,以该点对序列进行分割,以变异前的月平均水位序列为对象,拟合月平均水位的最适合概率分布函数,认为概率最高处的月平均水位是区域生态水位.研究结果表明,城陵矶水文站的水位时间序列发生显著变化;与其他方法相比,本文确定的东洞庭湖湿地生态水位具有一定的合理性,对东洞庭湖湿地生态系统修复具有一定的指导意义.     

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.     

新疆艾比湖湿地土地荒漠化动态监测研究

新疆艾比湖湿地是准噶尔盆地西南缘最低洼地和水盐汇集中心,在我国内陆荒漠自然生态系统中具有典型性和较高的保护价值.本次研究通过对不同时相的多源卫星数据进行配准与复合分类处理,结合野外调研,解译分析各类荒漠化土地类型的时空分布特征.研究结果表明;艾比湖地区的荒漠化以土地盐渍化和风蚀两大类型占绝对优势,其动态变化特点是风蚀减少盐渍化增加.2000—2002年风蚀荒漠化的面积减少了403.06162km2,减少幅度达53%.盐渍化面积增加了183.7km2,比重由54%上升为70%.就荒漠化的程度而言目前是趋于下降.很多重度风蚀及盐渍化转为了中度,复合型荒漠化面积增加.     

长江中下游湖泊群不同生活型水生植物分布的时空变化(1986—2020年)

不同生活型水生植物对水环境的影响和碳固持能力不同,开展大尺度范围内不同生活型水生植物的时空分布和动态变化研究,是全面掌握湖泊水生态环境变化趋势、准确核算水生生态系统碳源/碳汇的前提。以长江中下游10 km²以上(共131个)的湖泊为研究对象,基于野外调查和先验知识,通过光谱分析,研发了不同生活型水生植物遥感高精度机器学习识别算法,解析了长江中下游湖泊群不同生活型水生植物的时空变化规律。研究表明,长江中下游湖泊群不同生活型水生植物遥感监测精度为0.81,Kappa系数为0.74;1986—2020年长江中下游湖泊群水生植物面积为2541.58~4571.42 km²,占湖泊总面积的15.99%~28.77%,沉水植物是优势类型(Max_1995年=2649.21 km²,Min_2005年=921.38 km²),其次是挺水植物(Max_2005年=1779.44 km²,Min_2020年=569.05 km²)和浮叶植物(Max_2015年=685.68 km²,Min_2000年=293.04 km²);水生植物主要分布在长江干流流域湖泊群,其次是鄱阳湖流域、洞庭湖流域、太湖流域和汉江流域;变化趋势上,1986—2020年长江中下游湖泊群水生植物面积呈现先增长(1986—1995年)、后下降(1995—2010年)、再增加(2010年后)的趋势。本研究可为长江中下游湖泊群生态环境调查及水环境管理提供重要参考。     

三峡工程调节作用对洞庭湖水面面积(2000-2010年)的影响

以洞庭湖为研究对象,以11年(2000-2010年)Terra/MODIS 16 d最大值合成的植被指数数据产品集MOD13Q1和同期城陵矶水文监测站的水位数据为主要数据源,通过对NDVI和NIR分别设定阈值的方法,实现了洞庭湖水面面积的综合提取,分析了三峡工程建设背景下,洞庭湖水面面积的年际变化特征和年内变化规律,再结合城陵矶水位数据,对水位与水面面积之间的定量关系进行了深入分析.研究结果表明:三峡工程的运行,很大程度上控制着洞庭湖的入湖水量,对洞庭湖防汛工作有利;在气候变化、三峡水库的共同影响下,洞庭湖区水面面积整体上呈减少趋势;水面面积与水位的拟合结果显示两者具有良好的相关性,其中2000-2003年两者的确定性系数达到0.975.