湿地是自然界生产力最高的生态系统之一,为人类提供了众多生态系统服务。湿地利用变化是生态系统结构与功能变化最直接的驱动因子。影响湿地利用变化的重要因素包括气候变化与人类活动等。人类活动可以直接改变湿地的利用方式,也可以通过水利设施建设改变湿地的水文节律,间接影响湿地的利用方式。湿地利用方式的变化导致湿地景观格局改变,进而对湿地生态系统产生影响,尤其是会改变湿地植物多样性及营养循环。湿地景观格局变化及驱动力,与其对湿地生态系统的影响已成为当今湿地生态学的研究热点。洞庭湖地处长江中游,曾经是我国第一大淡水湖,在泥沙淤积和围垦作用下,过去100年面积减少了近50%。由于芦苇和杨树大面积种植,湖区内天然湿地面积不断萎缩。2003年三峡大坝运行后,长江中下游泥沙输送与水文节律发生了明显变化,导致洞庭湖入湖泥沙量骤减,改变了洞庭湖的冲淤状态;同时造成入湖水量减少,丰水期水位下降,枯水期时间提前。在此背景下,洞庭湖湿地景观格局发生了哪些变化,如何区分不同驱动因子对景观格局变化的影响,景观格局变化对洞庭湖湿地生态系统产生了什么影响等,是应对江湖关系变化、科学恢复洞庭湖湿地亟待解决的关键科学问题。本研究基于1987-2014年美国陆地资源卫星(LANDSAT)遥感影像的解译,对三峡大坝运行前后洞庭湖湿地景观格局变化进行了系统分析,并采用广义加性模型(GAM)定量分析了水文情势及气候因子对湿地景观格局变化的驱动作用。在此基础上,重点分析了杨树林种植对湿地景观格局、植物多样性及土壤碳氮含量的影响。结果显示:1)从1987到2014年,洞庭湖湿地景观格局发生了显著变化,表现为枯水期洲滩植被的扩张与水域和泥滩地发生明显的萎缩。东洞庭湖草滩地增长了 4 765 hm2,芦苇地增长了 3 840hm2;西洞庭湖杨树林地增长了 10 153.1 hm2,草滩地面积减少了3 631.5 hm2;两区域的水域泥滩地分别减少了 8 605.0hm2和4379.0hm2。杨树林在西洞庭湖不同高程洲滩均有分布,芦苇、草滩地水域及泥滩地均存在杨树的扩张;但在东洞庭湖,杨树主要在湖区较高高程的芦苇分布区扩张。2)广义加性模型(GAM)分析表明,代表时间尺度的年份,城陵矶水位退到25m的时长及冬季降雨与东洞庭湖草滩地扩张有极显著关系(p<0.001,D2=76.2%,n=27),说明水文情势对东洞庭湖湿地变化有显著影响;而西洞庭湖杨树林的扩张只随时间尺度显著变化,与洞庭湖水文情势变化的关系不显著(p=0.234,n=29),表明杨树林种植的人类活动对西洞庭湖湿地景观格局变化作用更大,而水文情势变化对西洞庭湖湿地景观格局的影响在较强人类活动掩盖下并不明显。3)洞庭湖不同湿地景观植物多样性存在着差异,作为驱动湿地景观格局变化的主要人为直接干扰,杨树林内的植物物种多样性虽有所增加,但其改变了湿地植物群落的组成,不利于植物群落的稳定。挖沟抬垄6年、9年和13年杨树林下植物丰富度在16-28种,包括旱生植物6种;平地造林12年杨树林下植物丰富度为18种,包括旱生植物3种;而芦苇样地物种数为14,苔草地仅为9,没有旱生植物。湿生植物仍然是所有样地的优势物种。杨树林下植物多样性指数在2.91-3.68之间,芦苇样地的2.84,苔草地仅为2.39。挖沟抬垄造林方式导致了树垄植物物种丰富度和植物多样性指数均高于树沟,也高于平地造林样地。4)、景观格局变化对洞庭湖湿地土壤碳氮含量有着显著影响。平地造林12年和15年杨树样地0-100cm土层土壤有机碳和全氮含量显著小于芦苇和苔草滩地(p<0.05),说明杨树林的种植降低了原生湿地土壤有机碳和全氮含量,造成了土壤碳氮的流失。同时,12年林0-100cm土层土壤有机碳和全氮均显著小于15年林(除60-100cm土壤有机碳),说明平地造林,随林龄增长,有增加土壤有机碳和全氮含量的趋势。而挖沟抬垄造林,不论树垄或树沟样地,0-100cm 土层13年龄土壤有机碳均小于9年和6年,其中,0-60cm土层含量差异显著。土壤全氮含量规律性弱于土壤有机碳,但仍表现出在0-60cm土层13年林土壤全氮含量显著低于9年和6年林(p<0.05),说明,挖沟抬垄造林,随林龄增长,有减少土壤有机碳和全氮的趋势。本文采用GAM模型,定量评价了洞庭湖湿地景观格局变化的驱动因子,区分了人类直接利用活动和水文情势变化对湿地景观格局的影响,丰富了湿地景观格局驱动力的分析方法。此外,本文揭示了挖沟抬垄的杨树人工种植方式对洞庭湖湿地植物多样性及土壤碳氮循环服务的影响,为洞庭湖湿地恢复提供了科学支撑。