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.     

鄱阳湖湿地土壤微生物活性对年际水文变化的响应

湿地自然水文节律的改变影响着湿地生态系统的稳定与安全.为探究湿地水文变化对土壤微生物活性的影响,以鄱阳湖洲滩湿地3种典型植被狗牙根（Cynodon dactylon）、南荻（Triarrhena lutarioriparia）和苔草（Carex cinerascens）下表层土壤（0~20 cm）为研究对象,对湿地土壤微生物呼吸、微生物生物量和水解酶等土壤活性特征进行连续3年的实验监测,分析年际水位变化对不同植被湿地土壤微生物活性的影响.结果表明：丰水年显著提高土壤中养分的可利用性（有机质、总磷、速效磷）,提高土壤微生物生物量、微生物熵、水解酶活性,表明丰水年有利于湿地生态系统的物质循环转化.水文条件也能通过影响湿地植被生长改变土壤养分状况,进而对植被下土壤微生物活性产生显著影响.诸多土壤理化因子中,可溶性有机碳是驱动微生物活性变化最关键的因子.进一步分析表明,由植被类型所代表的长期水文累积效应对湿地土壤理化及微生物活性的调节作用大于单纯的年际水文变化.     

近百年鄱阳湖湿地格局演变研究

鄱阳湖是我国最大淡水湖和长江中游仅存的两个通江湖泊之一,重建其近百年自然通江的湖泊湿地演变过程,对于鄱阳湖湿地生态修复与保护具有重要意义.本研究基于两期历史时期地形图和遥感产品,构建了 1930s、1970s、1990s、2000s和2010s鄱阳湖湿地格局变化数据集,探究了土地利用方式改变和水文连通变化对鄱阳湖湿地变...     

鄱阳湖水利枢纽工程对湖泊水位变化影响的模拟

水位变化是影响湖泊水文过程和生态环境的重要因素.本研究基于环境流体动力学(EFDC)模型构建了鄱阳湖水利枢纽工程与主湖区的二维模型,模拟水利枢纽工程运行后对主湖区及湿地保护区水位变化节律的影响.模拟结果表明:水利枢纽工程对湖泊水位的影响由北向南逐渐减小,水利枢纽工程提升了大湖北部水位,使南北水位差减小,将影响鄱阳湖枯水期的流速及自净能力.吴城和南矶湿地自然保护区核心区水位变化受水利枢纽工程的影响较小,吴城自然保护区核心区在水位低于13.8 m时与大湖脱离,不再受水利枢纽工程影响,但水利枢纽工程会影响蚌湖与大湖脱离时间;南矶自然保护区位于鄱阳湖南部,水位受水利枢纽工程影响很小.水利枢纽工程条件下,湖泊水位受人工控制,枯水年和平水年湖泊水位的变化基本一致;枯水年水利枢纽工程对湖泊水位的影响大于平水年,但对湖泊南部的水位变化影响仍然较小.模型模拟结果可以揭示在目前调度方案下,水利枢纽工程对湖泊水位变化节律的影响规律,为工程建设提供一定的理论参考.     

鄱阳湖湿地植物灰化薹草(Carex cinerascens)对不同地下水位的生理生态响应

地下水位在非淹水期对湿地植物的生长影响较大,但目前相关研究十分缺乏.本文选择鄱阳湖典型植被灰化薹草(Carex cinerascens)为研究对象,研究不同地下水位(地下水位埋深10、20、40、80和120 cm)对灰化薹草形态指标、地上生物量和生理指标的影响.结果表明,随着地下水位埋深的增加,灰化薹草的株高、叶长和生物量均显著降低,地下水位10 cm处理组的灰化薹草生物量为0.371±0.017 g,为地下水位120 cm处理组(0.084±0.004 g)的4.4倍;处理组间灰化薹草叶片中超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、游离脯氨酸含量和叶绿素含量均存在显著差异,其中游离脯氨酸含量由地下水位10 cm处理组的6.29±0.70μg/g增加到地下水位120 cm处理组的8.54±1.37μg/g,表明随着地下水位埋深的增加,灰化薹草面临一定程度的干旱胁迫.灰化薹草的生理生态响应综合表明,地下水位埋深20 cm以内适宜灰化薹草的生长,地下水位埋深80 cm以上的干旱胁迫会阻碍灰化薹草的生长.     

火烧对洞庭湖湿地荻(Miscanthus sacchariflorus)和苔草(Carex brevicuspis)群落土壤性质的影响

火烧作为调控因子,对植物群落结构和生态系统功能具有重要影响,但在湖泊湿地中研究较少.通过野外调查取样与实验室分析,探讨火烧对洞庭湖湿地主要群落类型——荻(Miscanthus sacchariflorus)和苔草(Carex brevicuspis)土壤化学性质的影响.结果表明:火烧后,苔草群落土壤硝态氮含量显著减少64.6%,有机质含量增加26.3%;而荻群落土壤与之相反,硝态氮含量增加186.9%,有机质含量减少22.9%.火烧后,苔草群落的全氮、铵态氮、全碳和全磷含量均显著增加,分别增加了75.4%、36.3%、102.7%和76.9%,而荻群落土壤与对照组间无显著差异.总体上,火烧对荻群落土壤养分影响不大,可作为芦苇场的一种管理方式,但火烧促进苔草群落土壤养分释放,有助于苔草群落提前萌芽和生长,并引起牲畜牧食增加.     

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.     

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...     

1974-2017年洪湖湿地自然保护区景观格局演变及驱动力分析

利用Landsat系列遥感影像数据（1974、1979、1984、1990、1996、2001、2006、2009、2014和2017年）解译得到的土地利用/土地覆盖变化（LUCC）结合研究区44年的气温、降水量、水位等气象水文数据,构建LUCC经验统计模型和计算景观格局指数,探讨1974-2017年洪湖国家级自然保护区景观格局变化的主要驱动因素.研究结果表明：土地利用强度指数由1974年的207增加到2017年的249.36,人类开发利用湖滨带的程度增强,到2017年约有30%的自然湿地转化为坑塘、农田和滩地及建设用地.不同地表覆盖类型的景观格局指数均发生了较大变化,2000年以后湖滨带逐渐形成了以养殖为主的低矮围景观.总体上景观趋于破碎化、连通性降低、稳定性变弱.洪湖湿地自然保护区土地利用强度指数与景观格局综合指数呈较显著的正相关,两者的相关系数为0.84,土地利用强度增加则景观更加破碎、斑块之间的连接程度减弱、区域的景观聚集度下降和景观异质性增加.总体而言,洪湖湿地自然保护区受人为干扰影响明显,开展封湖育草自然恢复与建立植被恢复示范区相结合,构建自湖滨至湖心的梯度变化完整的湿生植被-挺水植被-漂浮植被-浮叶植被-沉水植被的水生植物群落,退耕还草、退垸还湖、修复湖滨带植被,大幅度提高洪湖的自净能力,增加其水生植物多样性,实现湿地的有效修复,改善其结构和功能,维系洪湖湿地生态系统的平衡.     

鄱阳湖湿地溶解性有机质的光化学属性对水体光活性中间体(PPRIs)季节性变化的影响

湿地的水文和水化学在时空尺度上会呈现显著差异,进而会引发光化学反应的变化,光活性中间体(PPRIs)是水体间接光反应的产物,具有极强的氧化性,对水环境中有机物和污染物的归驱具有重要的影响,因此迫切需要探究湿地中PPRIs的产生过程。本研究通过捕获剂法监测了鄱阳湖湿地4个季节水体中3种PPRIs(¹O₂、·OH及³CDOM^*)的产生速率和稳态浓度的变化,并通过紫外吸收光谱、三维荧光光谱、以及傅立叶变换离子回旋共振质谱等技术对水体中可溶性有机质(DOM)组分的化学特征进行分析,揭示了鄱阳湖湿地不同季节水体中的DOM的光化学反应特性及与PPRIs产生的相关性。结果发现:鄱阳湖夏季和秋季水体的pH值、溶解有机碳(DOC)浓度较高,相反,硝酸盐、亚硝酸盐浓度在夏季和秋季较低。夏季和秋季的DOM中芳香族化合物丰度较高,并且木质素丰度明显高于冬季和春季。不同季节鄱阳湖水体有色可溶性有机物产生能力依次为秋季>夏季>冬季>春季。夏季和秋季水体中¹O₂和·OH产生速率和稳态浓度显著高于春季和冬季水体。pH、DOC、E2/E3、脂类、蛋白类及木质素类与PPRIs产生速率展现出了良好的正相关关系,尤其是其中的DOC与木质素类组分;另外在三维荧光指标结果中,荧光指数(FI)和新鲜度指数(β/α)与PPRIs呈现负相关关系,证明FI值越低即DOM陆源性越高、非新生DOM比例越高,则PPRIs产生速率越高。综上,PPRIs的光化学产生与植物源DOM密切相关。与春季和冬季相比,夏季和秋季鄱阳湖水体的有机质高,而其中DOM组分中芳香族化合物丰度较高,主要来自陆生植物和土壤有机质,其有机质的腐殖化水平较高,而在春季和冬季水体有机质主要来自湖泊本身和微生物产生的有机质,属于内源。淹水植物残体降解过程释放的有机组分,对夏、秋季DOM的来源和组成有着极易被忽视的影响和作用,而其中光化学活性较强的有机组分如木质素是造成其PPRIs产率更高的主要原因。     

地形变化对鄱阳湖枯水的影响

基于2010年鄱阳湖最新地形,构建精细的鄱阳湖二维水动力数学模型,相同网格下构建1998年地形,分别模拟不同地形条件下2006年枯水年水位、流量时空分布,分析地形变化对水位、流量的影响,阐释地形影响的时空差异.结果表明:相比1998年,2010年地形由于北部入江通道的下切,相同的2006年水文条件下,水位普遍降低;水位越低,上下游水面坡降越大,受地形影响越明显;低水位最大降幅1~2 m,而高水位最大不超过0.4 m,分别对应湖口9 m以下、15 m以上水位;地形对水位的影响程度都昌星子棠荫康山;都昌至湖口段水头差降低了2 m,水面坡度变缓,棠荫至都昌段水面坡度变陡,康山至湖口水头差基本不变;全年出湖总流量增加了6%;地形变化影响最显著为河道区,影响范围可波及大部分湖区,局部地形的变化使得子湖水面积也存在一定差异.本研究首次基于水动力模拟量化了鄱阳湖地形变化对水位的影响程度和范围,结果可为水资源管理、江湖关系演变分析、湿地生态环境保护等提供科学参考.     

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...     

退水期鄱阳湖薹草(Carex cinerascens)和藜蒿(Artemisia selengensis)洲滩湿地CO2通量变化及其影响因子

于2014年10月到2015年5月鄱阳湖退水期,利用密闭箱—气相色谱法对鄱阳湖北部星子县洲滩两种代表性的植被群落——薹草(Carex cinerascens)和藜蒿(Artemisia selengensis)进行CO_2通量的对比观测,结果表明:薹草和藜蒿湿地的生态系统呼吸具有明显季节变化模式,其最小值均出现在冬季,最大值均出现在春季,平均值分别为3291.80和2581.89mg CO_2/(m~2·h),退水期薹草和藜蒿湿地累积的CO_2通量分别为213.71±2.27和176.39±11.48 t CO_2/hm~2.较高的生物量是薹草湿地CO_2通量高于藜蒿湿地的原因.5 cm土温是影响薹草和藜蒿湿地CO_2通量季节变化最重要的影响因子,藜蒿湿地生态系统呼吸的温度敏感性指数(Q10)高于薹草湿地.水分、植物生物量和湿地CO_2通量之间无显著相关性.     

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.     

鄱阳湖水位变化规律的研究

根据都昌水位站１９５３￣１９９２年水位资料,对鄱阳湖水位的基本特征、退水过程及演变趋势进行了统计分析,在此基础上指出鄱阳湖开发利用中面临的主要问题和水位变化对鄱阳湖生态环境可能造成的影响。     

鄱阳湖碟形湖泊植物分解和水位变化对水体碳、氮浓度的叠加效应

以鄱阳湖典型碟形湖泊——白沙湖为监测对象,开展水体有机碳(TOC)、总氮(TN)、铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)浓度的年内动态变化的定位观测,结合在白沙湖开展的灰化薹草(Carex cinerascens)分解模拟实验和稳定同位素示踪技术,对薹草分解过程和水体营养盐浓度变化进行时间匹配,分析水体中颗粒态有机物(POM)的来源,并探讨水位变化和薹草分解对水体营养盐浓度的交互作用.结果表明,水体TOC、TN和NH_4~+-N浓度在枯水季1—4月明显高于其他月份;薹草在0~60 d具有最高的分解速率,鄱阳湖碟形湖泊洲滩湿地薹草分解起始时间为当年12月前后;水体POM与薹草活体和分解残体的δ~(13)C差异不显著,而与苦草和藻类具有显著性差异,说明薹草分解残体是水体中POM的主要来源;薹草分解过程明显影响湖泊水体TN、NH_4~+-N和TOC浓度变化;水位变化对湖泊水体NO_3~--N浓度变化效应最明显.     

湖泊生态水位计算新方法与应用

水位是湖泊水文情势的主要特征指标,对湖泊的水量、水质和生物的栖息地等有直接或间接的影响,被认为是湖泊生态系统健康的关键影响因素.如何确定合理的湖泊水位以保证生态系统健康成为湖泊科学研究的重要科学问题.根据湖泊天然水位情势,从天然水文变化中识别多项反映完整水位过程的指标,构建了湖泊生态水位的计算方法.从湖泊天然水位情势中提取出高、低水位的历时、发生时间和变化率等水位指数来表征其生态水位.该方法弥补了传统湖泊生态水位计算方法仅给出最小生态水位的不足,体现了湖泊生态系统健康对水位过程的要求.基于提出的生态水位计算方法和鄱阳湖都昌水位站1952-2000年共49年的日均监测数据,计算了鄱阳湖的生态水位目标值区间,以期为鄱阳湖水利工程生态调度提供决策依据.     

1952-2011年鄱阳湖枯水变化分析

利用鄱阳湖区1952-2011年水文监测资料,分析鄱阳湖近60 a来枯水特征及其变化规律;从流域降水、五河来水、长江上中游来水、湖盆形态等方面的变化,探讨鄱阳湖枯水变化原因.结果表明,进入21世纪后的近11 a鄱阳湖枯水程度显著加剧,尤其是近5 a来最低水位不断被刷新;造成鄱阳湖枯水变化的最主要原因是流域降水和五河来水的相应变化,其次是长江上中游来水变化,湖盆形态变化对于近10 a来枯水加剧起到了推波助澜的作用;三峡大坝蓄水以后,长江上中游来水变化对鄱阳湖枯水变化的控制作用呈现逐渐加强态势.