基于物候特征的长江中游典型浅水湖泊水生植被类群遥感监测研究

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水生植物作为湖泊生态系统的初级生产者,在整个水体生态系统的构建、平衡、和恢复等过程中有着至关重要的作用。近年来,在自然和人为因素的共同作用下,长江中游地区的湖泊生态与环境遭受了严重的破坏,水生植物大面积减少,部分群落已经从湖泊中消失。遥感技术具有快速、大范围和周期性的特点,具有常规水生植物监测不可比拟的优越性。本文选取了长江中游五个典型的中小型浅水湖泊为研究区,本研究以1990年~2020年Landsat数据为主要数据源,在分析水生植物不同类群物候参数差异的基础上,建立一种基于物候特征的水生植物类群遥感分类算法,从而分析挺水植物、浮叶植物和漂浮植物不同年份的时空变化特征及其演变机制。研究结果如下:(1)分析挺水植物、浮叶植物和漂浮植物的光谱特征发现通过单一的光谱信息无法准确分类不同类群水生植物,借助物候特征差异则可以实现该目标。这是因为挺水植物的NDVI值全年大于零且生长季较长,浮叶植物生长季也比较长,能够持续到11月份,而漂浮植物的生长季较短,能持续到10月份。基于该物候特征构建的遥感分类方法的总体精度为83.33%,Kappa系数为0.7687。(2)在空间分布上,挺水植物主要分布在沿岸浅水区,浮叶植物分布在挺水植物外围,漂浮植物除了分布在浮叶植物附近之外,也会向靠近湖心的地方漂浮。在年际尺度上,水生植物的变化特征分为以下三个阶段。1990年到1999年间,水生植物生长旺盛,物种丰富,空间面积也比较大。该阶段龙感湖水生植物以浮叶植物和漂浮植物为主,其他湖泊以挺水植物和浮叶植物为主。2000年到2010年,洪湖、梁子湖、长湖以及斧头湖的漂浮植物大量发育,水生植物以漂浮植物和浮叶植物为主;龙感湖则是挺水植物大量发育,挺水植物成为该阶段的主要水生植物。2011年到2020年,各湖泊水生植物覆盖面积都呈减小的趋势,洪湖、梁子湖、长湖以及斧头湖的漂浮植物减少,浮叶植物增加,水生植物重新以挺水植物和浮叶植物为主,但水生植物的规模已无法与90年代相比。龙感湖则是挺水植物大量减少,水生植物重新以浮叶植物和漂浮植物为主。面对不同的极端气候事件,水生植物响应不同。洪水发生后,水生植物各类群面积都大量减小,洪水退后漂浮植物首先恢复,之后浮叶植物和挺水植物逐渐恢复。春季大旱发生时,浮叶植物和挺水植物大量发育,促使水生植物结构的演变方向发生改变。(3)年均温度和年降雨量对水生植物的影响并不显著。春季水位、夏季水位与挺水植物和浮叶植物面积变化呈显著的负相关关系,对漂浮植物的面积变化影响不大。春季水位较高会抑制种子萌发,夏季水位较高会使水生植物大量死亡。随着水深梯度的变化,挺水植物主要分布在沿岸浅水区,浮叶植物和漂浮植物的最大适应水深一般为3米左右。漂浮植物随风漂浮的特性使其在4米左右水深处也能够被观察到。围网养殖等人类活动显著影响水生植物的生物量和群落结构。
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