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...     

“堑秋湖”围堤改变鄱阳湖洲滩湿地土壤碳循环过程

水文节律是影响湖泊湿地土壤碳循环的重要因素."堑秋湖"是鄱阳湖传统的渔业生产方式,对鄱阳湖碟形湖水文节律具有显著影响.因此,本文研究了"堑秋湖"对鄱阳湖洲滩土壤碳循环的影响.结果表明,"堑秋湖"围堤内外洲滩土壤总有机碳含量无显著差异,但围堤内土壤轻组有机碳含量比围堤外低35.03%.围堤内土壤有机碳(SOC)矿化速率明显高于围堤外.围堤内SOC矿化的平均Q10为2.72,比围堤外低4.83%,但两者SOC矿化的水分敏感性没有显著差异.围堤内外SOC矿化速率分别与土壤可溶性有机碳和土壤轻组氮含量相关关系最为显著.综上所述,"堑秋湖"围堤已经改变了鄱阳湖洲滩的土壤碳循环过程.模拟湖泊湿地土壤碳循环时需要充分考虑当地渔业生产的影响.     

鄱阳湖不同湖区营养盐状态及藻类种群对比

在平水期、丰水期和枯水期对鄱阳湖典型天然碟形湖、人控湖汊和主湖区进行了水质、藻类和蓝藻毒素等对比调查,结果表明鄱阳湖各个湖区的水质与藻类种群等差异较大,蓝藻毒素浓度和底泥中铁含量的分布具有一定关联性.在各水文季节蓝藻均为人控湖汊藻类的主要优势种之一.平水期鄱阳湖藻类生物量(叶绿素a浓度)与水体的pH呈正相关关系,与采样点的水深呈负相关关系,碟形湖区水体营养盐浓度和藻类细胞密度均较其他湖区水体低.丰水期各湖区的水质差异相对较小,碟形湖藻类细胞密度仍低于其他湖区,但蓝藻已成为各湖区的优势种,该时期藻类生物量与水体总磷浓度及浊度呈正相关关系.枯水季鄱阳湖各水体藻类生物量与水体总氮浓度、铵态氮浓度及电导率呈正相关关系,碟形湖与主湖区发生了完全分离,水体流动性差,暴发蓝藻水华的风险较高.高温丰枯季节鄱阳湖水体蓝藻毒素浓度与底泥铁含量呈现一定的相关分布关系,底泥铁含量高的地方,其水体蓝藻毒素浓度通常比较高,应警惕鄱阳湖流域富铁红壤流失带来的湖区蓝藻水华风险加剧后果.上述研究结果将为鄱阳湖水环境的预警和污染控制提供科学指导.     

基于长时间序列水位数据的长江下游菜子湖候鸟越冬期水位特征

湖泊生态水位过程对维持湖泊生态系统结构、过程和功能的完整性具有重要意义,也是当今湖泊科学领域面临的重要科学问题.基于菜子湖湖区水位站(车富岭水位站) 1956-2018年日水位资料,采用pettitt突变检验法分析水位的突变性特征.结合年保证率法得到菜子湖车富岭水位站低水位值,并在此基础上分析了低水位发生时间及历时、候鸟越冬期水位变化速率及其生态水位的区间阈值.主要结论有:菜子湖车富岭水位站1956-2018年年均水位无显著突变.菜子湖车富岭水位站低水位发生时间均值为年内的344 d,年际标准差为27 d,低水位的年均历时为69 d,标准差为49 d,有6年(1978、1997、2015-2018年)未发生低水位事件.菜子湖候鸟越冬期水位变化速率的均值为-0.009 m/d,年均值为-0.034～0.009 m/d,日均值为-0.051～0.016 m/d.菜子湖低水位发生时间的区间阈值为332～351 d,历时的区间阈值为33～98 d,变化速率的区间阈值为-0.070～0.020 m/d.加强菜子湖候鸟越冬期湿地生境保护适应性调度试验研究及生态环境监测,为菜子湖输水水位优化控制和菜子湖湿地生态保护提供科学依据.     

鄱阳湖换水周期与示踪剂传输时间特征的数值模拟

在复杂湖泊水动力环境作用下,换水周期和传输时间变化直接影响着污染物的迁移和转化.本文运用数值模拟方法,定量研究了季节水情动态下鄱阳湖换水周期和示踪剂传输时间的空间分布.结果表明,不同季节下鄱阳湖换水周期均具有较高的空间异质性,贯穿整个湖区的主河道换水周期约10 d,大多湖湾区的换水周期则长达300多天.尽管不同季节下换水周期空间分布格局几乎相似,但受鄱阳湖水动力场的季节变化影响,夏、秋季的换水周期要明显大于春、冬季.基于换水周期频率分布曲线的统计表明,80%的鄱阳湖区的换水周期约30 d,其余湖区换水周期为几十天至几百天,表明鄱阳湖应该更加确切地描述为一个快速换水和慢速换水同时共存的湖泊系统.鄱阳湖示踪剂传输时间介于4~32 d,夏、秋季的传输时间(11~32 d)约为春、冬季(4~8 d)的4倍,主要与鄱阳湖季节性水情特征及示踪剂的迁移路径有关.本文所获取的换水周期和示踪剂传输时间的时空分布信息可为今后鄱阳湖水质、水环境和生态系统管理和维护等方面提供重要科学参考.     

基于遥感的鄱阳湖湖区蒸散特征及环境要素影响

蒸散是湖泊湿地生态系统水循环的重要组成部分,研究湖区地表蒸散量的时空变化对了解鄱阳湖湖区水量平衡关系具有重要意义.本研究基于MODIS数据,应用地面温度-植被指数三角关系法反演2000-2009年鄱阳湖湖区的实际蒸散量,分析湖区蒸散的时空分布特征及主要气象因子对流域蒸散的影响.结果表明:2000-2009年鄱阳湖湖区年蒸散量在685~921 mm之间,平均年蒸散量为797 mm,最大蒸散量出现在2004年.2000-2009年多年平均水体蒸发量为1107 mm,高于湖区植被蒸散量(774 mm).湖区汇水区域中蒸散量占降水的平均比例为55%,是水量平衡的主要支出项,径流系数约为0.45.湖区蒸散主要受辐射和气温的影响,月蒸散量与气温呈显著的指数相关,2007年蒸散量对温度的关系最为敏感.降水量距平与蒸散量距平的关系除2007年呈显著负相关外,其他年份相关性不显著.鄱阳湖湿地蒸散与湖泊水域面积总体呈正相关,但在水文干旱严重的2006年,当水域面积<30%时,蒸散速率随水域面积增加而减小.     

三峡工程运行对鄱阳湖水位影响试验

三峡工程运行改变了长江中下游水沙情势,影响了鄱阳湖湖区水位,造成了水资源利用、水质、湿地和生态等方面的新问题.实测日水位资料分析认为:湖区水位年内变化可分为低水、涨水、顶托倒灌和退水4个阶段;顶托倒灌阶段湖区水位基本由长江干流控制,另外3个阶段湖区水位受湖口流量和长江干流的共同影响,受影响程度与水位站位置、湖口流量和长江干流相互作用强弱有关;三峡工程运行没有改变鄱阳湖水位"高水湖相、低水河相"的基本特征,但对水位造成了一定影响.开展物理模型试验探索三峡工程运行对湖区水位的影响程度,结果表明:蓄水期三峡工程运行造成湖区水位降幅较大,枯水年都昌站平均(最大)降幅为0.94 m(2.58 m),枯水年湖区水面面积减小68%;增泄期会增加湖区水位,都昌水位最大增幅约1 m,平水年湖区面积增加约32%;枯水期三峡工程运行对鄱阳湖水位基本无影响.     

鄱阳湖洪泛区碟形湖湿地系统地表—地下水交互作用

洪泛系统具有复杂动态的水文环境,在季节性洪水脉冲影响下,地表-地下水交互转化对洪泛区水循环和生态环境保护等方面具有重要意义.本文采用野外试验、统计分析和达西定律等研究方法,开展了鄱阳湖洪泛区碟形湖湿地系统(河流-洲滩湿地-碟形湖)地表-地下水文学特征、相互作用和交换通量研究.数据资料显示,在地形地貌影响下,研究区洲滩地下水位明显低于碟形湖水位,但总体上略高于周边河流水位,统计结果进一步表明,在控制洪泛湿地的地下水动态方面,河流水文情势变化对地下水的影响作用要强于碟形湖水文变化.就河流-地下水转化关系而言,研究区湿地系统的地下水与周边河流水体之间存在动态转化关系,地下水对河流的补给通量以及河流对地下水的补给通量分别约为0.4和0.2 m/d.就湖泊-地下水转化关系而言,碟形湖一般来说补给周边滩地的地下水系统,但两者之间的交换通量基本小于0.1 m/d.在年尺度上,研究区地表-地下水之间的累积交换通量变化约介于7.5~48.2 m/a,其中河流-地下水的累积交换通量约是碟形湖-地下水的4~7倍,且秋、冬季的累积交换通量要明显大于春、夏季.本文研究结果可为洪泛区河湖系统的水资源联合管理、水环境整治和生态环境保护等方面提供科学支撑.     

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.     

鄱阳湖丰水期着生藻类群落空间分布特征

着生藻类一般生长位置相对稳定,其群落分布主要受环境因素的影响,同时,着生藻类还是重要的水环境指示生物.本研究对鄱阳湖丰水期5个典型湖区(主航道、西部湿地、南矶湿地、撮箕湖和东南湖汊)着生藻类的群落结构特征进行调查,包括生物量、优势种及生物多样性,分析影响着生藻类群落区域分布的环境因子,以期为鄱阳湖水环境保护和水资源合理利用提供基础资料.结果表明:鄱阳湖着生藻类群落以硅藻、绿藻和蓝藻为主;鄱阳湖着生藻类总生物量有着明显的区域差异:主航道区域的生物量相对最高,平均为419 mg/m^2;其次是东南湖汊,平均为322 mg/m^2;南矶湿地和西部湿地分别为172和52 mg/m^2;而撮箕湖的总生物量相对最低,为9 mg/m^2.主航道的着生藻类优势种群为绿藻和硅藻,西部湿地、南矶湿地、撮箕湖和东南湖汊4个区域的优势种群为硅藻.冗余分析结果显示鄱阳湖丰水期着生藻类群落分布与总磷、电导率、pH值、总氮、硝态氮和悬浮物等理化因子关系较为密切.鄱阳湖主航道与长江连通,水体流速高;西部湿地、南矶湿地、撮箕湖和东南湖汊为季节性连通湖泊,丰水季节与主湖区水体连为一体,枯水季节独立蓄水.5个湖区的区域差异是导致其着生藻类群落结构差异的重要原因之一.着生藻类的多样性指数分析表明鄱阳湖水体处于中度污染状态.     

后三峡工程时代的鄱阳湖湿地植被生产力演变

三峡运行以来,气候变化与人类活动共同驱动了鄱阳湖水文情势的急剧变化,并对其湿地植被产生了显著影响,但当前研究尚未系统量化鄱阳湖湿地植被在此条件下的演变规律与趋势。因此,本研究以增强型植被指数EVI(enhanced vegetation index)的时段最高值作为表征湿地植被生产力的代用指标,定量揭示了后三峡工程时代鄱阳湖湿地植被生产力的气候态特征及其变化,包括变化的量级、显著性及阶段性。结果表明:(1) 2000—2020年,鄱阳湖湿地植被EVI最高值在全年及春、秋两季分别为0.37、0.30和0.33,入湖河流三角洲及碟形洼地边滩是其生产力中心;春季EVI最高值在此区域高于秋季,而在湖心区低于秋季。(2)三峡运行后的湿地植被生产力变化在全年及春、秋两季均有极大空间异质性,在湖心深泓线附近显著增加,而在入湖河流三角洲及湿地边缘下降。春季EVI增长区域面积占比极大(84.2%),而秋季增长区面积占比较小(71.2%),即有较大面积区域EVI在秋季下降(38.8%)。(3)三峡运行后,鄱阳湖湿地植被生产力中心经历了原位增长、空间扩张以及湖心向转移3个阶段,最终完成了由支流三角洲向湖心区...     

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.     

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...     

基于综合指标法的鄱阳湖生态系统健康评价

由于湖泊生态问题日益突出,湖泊生态系统安全状态已经成为人们关注的热点问题,了解湖泊水生态系统的状况并根据湖泊生态系统健康状况开展精准治理和生态修复与保护尤为重要。本文基于对鄱阳湖及其流域生态环境的长期监测数据和资料收集,采用综合指标体系法,从物理形态、水文、水环境、水域生态、湿地生态和社会服务6个方面构建了鄱阳湖生态系统健康评估的指标体系,主要涵盖了湖泊口门状况、“五河”入湖径流变异程度、入湖河流水质达标率等26个指标。依据设置的阈值等级得到鄱阳湖生态系统健康评价各层次健康状况等级,通过对各湖泊生态系统各指标得分进行加权计算,得出生态系统健康评估准则层和目标层的得分,最终对鄱阳湖生态系统健康进行了客观的评价。结果表明,构建的湖泊生态系统健康评价体系针对性强、科学全面、具有可操作性,可为鄱阳湖及类似通江湖泊的生态系统健康评价提供案例和方法借鉴。评价结果表明鄱阳湖健康体征状况目标层得分为73.45分,评价结果为亚健康,鄱阳湖水生态系统健康主要受泄流能力、水文节律变化、富营养化程度和物种多样性的影响。最后根据鄱阳湖的水生态系统健康评分等级探讨了鄱阳湖水生态系统中亟需解决的问题,针对性地提出了...     

鄱阳湖拟建水利枢纽工程对洪泛区地下水动力的影响及其生态意义

洪泛湿地是位于水生系统和陆生系统之间的过渡带,在河流和陆地之间的水文生态方面起着纽带作用,受气候变化和人类活动的叠加影响,其水文过程改变很大程度上影响了湿地生态系统循环、结构和功能的稳定。本文以鄱阳湖洪泛区湿地为研究区,应用湖泊水动力和洪泛区地下水数值模型,评估鄱阳湖拟建水利枢纽工程对洪泛区地下水系统的影响。模拟结果表明,拟建水利枢纽工程将会遵循调度方案使得湖泊水位明显提高,但同时导致洪泛区地下水位的整体抬升,且东部主湖区附近的地下水位受到的影响（约1～3 m）要明显强于洪泛区其它区域（约小于1 m）。地下水位的变化同时导致不同典型时期洪泛区地下水流速的减小及地下水流向的改变,表现为枢纽建设后地下水流向的逆转和流速基本小于0.1 m/d。鄱阳湖涨水-丰水期总体为湖水补给洪泛区地下水模式,枯水-退水期主要为地下水补给湖水模式,但水利枢纽可能导致洪泛区地下水系统水均衡状态发生转变,影响了地下水系统的补给和排泄状态,最终形成了长期稳定的湖泊补给地下水的作用模式。从地下水-生态系统响应变化的角度分析,拟建水利枢纽建设引起的地下水位上升,可能会给湿地生物地球化学元素的迁移转化、植被群落的演变与退...     

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.     

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.     

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.