水文连通性对鄱阳湖湿地植被生长动态的影响

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:wangyuanshan3
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鄱阳湖是我国最大的淡水湖,是长江中下游生态区的关键洪泛平原湿地生态系统之一,是全球重要的越冬候鸟栖息地,维持其生态特征对全球的生物多样性保护至关重要。然而,因防洪、蓄水或渔业生产等原因,鄱阳湖众多子湖泊受到人工水闸的局部水文管控,子湖间形成了不同的水文连通性。近年来,受气候与人为因素(如三峡大坝)综合影响,鄱阳湖频繁出现极低的冬季水位,改变了湖泊洲滩的淹没与出露规律,导致不同水文连通性子湖湿地植被在的分布、物候及生产力等发生变化,对越冬候鸟栖息地具有潜在影响。为此,本研究拟解决如下科学问题:(1)鄱阳湖不同水文连通性子湖的洲滩植被景观是否存在差异?(2)水文情势变化后,不同水文连通性子湖洲滩植物物候及其生产力发生了怎样的变化?(3)不同水文连通性子湖植被覆盖的总体趋势及其面对环境胁迫的响应存在怎样的差异?(4)三峡大坝的修建引起的水文变化对湿地迁徙候鸟的影响是什么?为揭示不同水文连通性子湖的鄱阳湖洲滩植被动态趋势及其对环境的响应差异,本研究采用 2000-2016 年间 Landsat 及 MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)影像,利用 FSDAF 时空融合模型算法(Flexible Spatio-temporal Data Fusion Model),建立了 2000-2016年间鄱阳湖高时空分辨率的EVI数据集,以此为数据源,分析了不同水文连通性子湖湿地植被景观的变化与差异、不同水文连通性子湖湿地植被物候与生产力的变化与差异、不同水文连通性子湖湿地植被的变化趋势与面对胁迫时抵抗力与恢复力差异。研究结果表明:(1)枯水期不同水文连通性的子湖湿地植被景观特征差异显著。在退水期,随着水位的逐渐降低,不同子湖的水文连通性导致了不同的湿地植被景观变化趋势,自由连通子湖的湿地植被景观会随着水位的降低植被斑块的镶嵌程度与景观异质性均持续增大,而局部水文管控子湖则会在星子水位(吴淞高程)低于13米后趋于稳定。(2)2000-2014年间,水文连通性的不同导致了湿地植被物候与生产力的差异。自由连通子湖湿地植被物候与生产力的全部指标均与其他子湖存在显著差异。依据水文变化趋势,以2006年为水文情势变化的拐点,自由连通子湖双生长周期湿地植被的生长特征在2006年前后存在显著差异,表现为春季生长季推迟,秋季生长季提前,从而导致生物量过度积累,食源植物生长过高。这样的生长周期改变,导致越冬雁类食源植物在其到达鄱阳湖时已生长到适口性较差阶段;而位于局部水文管控子湖的湿地植被2006年前后未呈现这种差异。(3)2000-2016年间,自由连通和局部水文管控子湖湿地植被的周期性与趋势均表现出显著的差异。自由连通子湖植物呈现为持续增长且周期性波动愈加剧烈,而局部水文管控子湖呈现出先增高后降低(单峰型)周期保持稳定;通过将两种类型子湖与星子站的长时序水位数据的周期性与趋势对比发现,局部水文管控的EVI时序与星子站的长时序水位数据呈现出完全同步但相反的趋势性,而自由连通子湖的EVI时序并不存在这种关系,尤其是秋季生长季的生产力表现为高速增长。结合上述证据,本研究认为,自由连通子湖的草洲斑块达到了其生态临界点,或者正在经历稳态转变。(4)AR模型分析发现,不同水文连通性子湖的生态稳定性(抵抗力与恢复力)面对环境胁迫(水文与降水)时的抵抗力存在差异。具体表现为:1)在自由连通子湖中发育的湿地植被具有显着较高的恢复力;2)局部水文管控子湖的湿地植被对水位异常变化具有较高的抵抗力;3)两种子湖之间对降水异常变化的抵抗力差异不大。综上所述,本研究发现,受水文情势变化而导致的多年枯期水位降低的影响,鄱阳湖内自由连通子湖的植被景观破碎化程度高,物候期紊乱并且生产力与生物量持续增高,已到达了稳态转变的临界点,但对水文情势变化这一环境胁迫具有具有较强恢复力,所以急需采取有效的生境管理措施来保育自由连通子湖的湿地植被,为越冬候乌提供健康的、完整的栖息保障;而局部水文管控子湖在一定程度上可以缓解极端水文情势变化对候鸟栖息带来的压力,但由于其生态恢复力差,建议采取宏观尺度的水文节律恢复,例如尽量减少三峡大坝运行对植被物候及越冬候鸟的影响,优化秋季退水或夏季水位上涨的时间,模拟自然的水位波动,而不建议在局部尺度再建调节径流的水利工程。本研究使用FSDAF时空融合的模型算法建立了鄱阳湖高时空分辨率的EVI数据集,并实际应用到湿地生态学的量化研究中。实验证明该方法为监测洲滩湿地植被生长提供了有效的技术支撑,对洪泛平原湿地植被这样的高敏感性、强波动性的研究对象具有非常重大的现实意义和推广前景;并以此为数据源,对不同水文连通性下的湿地植被的景观、物候与生产力、长期趋势与周期性及面对环境胁迫时的响应等均进行了差异性分析,发现了在鄱阳湖内自由连通子湖正在面临稳态转变的临界点。在当代局部建坝管控现象普遍的背景下,为更有效地管理及保护洪泛湿地生态完整性提供参考。基于本研究,下一步将结合实地调查及控制实验,深入研究不同水文连通性对湿地植被演替的影响机制,进一步解释造成该动态趋势的驱动因素。
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