鄱阳湖湿地土壤-植物-地下水稳定氧同位素组成分析

近年来,鄱阳湖水位持续走低,极端干旱事件频繁发生,湿地生态系统结构与功能遭受破坏。为此,于2014年鄱阳湖湿地保护区两个断面分层采集0~100 cm土壤,并采集优势种植物和河湖水以及地下水数据,运用稳定同位素技术,分析了土壤-植物-河湖水-地下水稳定同位素变化特征,并探寻它们之间的补给关系。结果表明,两断面土壤水氧同位素变化范围分别为–10.48‰~–5.23‰和–12.39‰~–6.55‰,算术平均值分别为–8.36‰和–8.63‰。断面一表层(0~30 cm)土壤水氧重同位素较富集,且随深度增加而减小;断面二表层(0~40 cm)土壤水中氧同位素组成基本无变化。断面一的地下水主要是受降水补给,断面二可能是受降水和河湖水共同补给。鄱阳湖湿地两断面优势种植物虉草叶片水的氧同位素值最大,为–0.9‰,其次是灰化苔草和芦苇,分别为–4.23‰和–5.25‰。     

鄱阳湖洲滩植被健康状态评价及其典型不健康年水文条件分析

在气候变化、人类活动的共同影响下,湿地生态系统退化的形势日益严峻。因此,开展浅水湖泊洲滩植被健康状态评价,探索导致湖泊洲滩植被结构和功能退化的原因具有十分重要的意义。通过构建逐层聚合的指标体系,运用综合健康指数法(EHCI)对鄱阳湖洲滩植被健康状态进行评价;并通过不健康年份湖泊水情与多年平均湖泊水情的对比,揭示对洲滩植物健康状态影响最为显著的湖泊水情。主要结论如下:(1)1989~2010年春季,鄱阳湖洲滩植被处于健康和亚健康状态的年份约占总体的80%,不健康年份约占总体的20%;同时段的秋季,鄱阳湖洲滩植被在健康和亚健康状态的年份约占总体的85%,不健康年份约占总体的15%。1989~2010年,鄱阳湖年均洲滩植被健康状态均在健康与亚健康之间,无不健康年份。鄱阳湖洲滩植被健康状态在年尺度上表现出比单一季节更好的稳定性。(2)涨水期水情是影响鄱阳湖春季洲滩植被健康状态的主要水文要素。1989~2010年春,鄱阳湖洲滩植被不健康年份发生在典型的春旱年份2005年和典型的春涝年份2010年。丰水期水情是影响鄱阳湖秋季洲滩植被健康状态的主要水文要素。1989~2010年秋,鄱阳湖洲滩植被不健康年份出现在典型的丰水期高水情年份1999年和典型的丰水期低水情年份2001年。就鄱阳湖年均水位波动状况而言,其具有比单一季节水位波动更好的稳定性,因此导致鄱阳湖洲滩植被全年的总体健康状态比单一季节具有更好的稳定性。本研究结果对于科学的认识鄱阳湖洲滩植被现状及其变化原因具有重要的现实意义,也为鄱阳湖洲滩湿地管理、生态修复及工程决策提供了重要的科学依据。     

鄱阳湖典型洲滩湿地土壤质地与水分特征参数研究

频繁干湿交替增强了鄱阳湖洲滩土壤水对湿地系统的动态调节作用。以鄱阳湖吴城国家自然保护区的一个典型洲滩湿地为研究区,调查分析了土壤质地沿高程梯度的分布特征,确定了不同土壤质地的水分特征参数,并阐述了土壤质地与其水分特征参数的空间异质性。结果发现:该洲滩湿地主要分布砂土、粉壤土和粘土三种类型。水平断面方向上,粒径较粗的砂土和粉壤土主要分布在高位滩地,而粒径相对较细的粘土主要分布在近湖区开阔水面的低位滩地;土壤剖面方向上,土壤质地呈现出固有分层特性。van Genuchten模型应用于鄱阳湖洲滩湿地土壤水分特征曲线拟合,证实了该模型在鄱阳湖洲滩湿地的适用性。模型结果表明土壤残余含水率θr变化约9%~19%,饱和含水率θs变化约42%~57%,土壤进气值的倒数α约0.01 cm~(–1),水分特征曲线形状参数n介于1.11~4.65之间。土壤含水率变化对van Genuchten模型中参数α和n较为敏感,而对θr和θs的敏感性相对较弱。研究成果可为后续该区域以及全湖区湿地生态水文模型的构建和发展提供背景信息和参数资料。     

鄱阳湖湿地植物生态系统结构及湖水位对其影响研究

通过对鄱阳湖水文过程和湖盆地形特点的分析，利用3S技术对鄱阳湖湿地进行了分类，研究了各种类型湿地植物生态系统的生境、主要植物群落结构和分布规律。结果表明，鄱阳湖湿地植物生态系统结构复杂，生物多样性极其丰富。湿地植物是以根茎为主要繁殖器官的克隆繁殖植物，以集群分布为主要特点。在宏观尺度上受地形高程、湖水位和洲滩出露时间制约，不同植物群落沿水分梯度分布；在景观尺度上受到土壤含水量、地下水埋深和土壤结构影响，形成水平镶嵌结构；微观尺度上还与微地形和土壤养分密切相关，部分区域表现为复合体结构。湿地植被对水分梯度的敏感性，导致湿地植物生态系统的易变性和脆弱性。近年来，鄱阳湖水位过低且持续时间长，使生态系统遭受一定损害。     

洞庭湖洲滩地年淹水天数和面积变化

研究了洞庭湖洲滩地年淹水天数和面积变化。利用洞庭湖代表性水文站1952~2000年的逐日水位资料,分析了洞庭湖洲滩地的多年平均淹水时间（天数）。结合20世纪70年代和90年代不同水位时相卫星图像的解译数据,通过插入法和相关分析,得出了20世纪70和90年代不同淹水天数的洲滩地面积。结果表明,区内不同区域变化各异,东洞庭湖不同淹水天数的洲滩地均减少,南洞庭湖中位的洲滩地增加,但高位和低位洲滩地减少,西洞庭湖不同淹水天数的洲滩地均增加。表明东洞庭湖在70~90年代发生了逆向演替,南洞庭湖以正向演替为主,西洞庭湖发生了正向演替。为此,提出中低位洲滩地不宜发展杨树,获、芦生产的重点应该逐步地由东洞庭湖向西、南洞庭湖转移。     

基于环境同位素的鄱阳湖与长江关系变化解析

在气候变化和三峡工程调节的双重影响下,长江中下游通江湖泊江湖关系发生显著改变,而最大的通江湖泊—鄱阳湖—水情的变化及其引发的一系列生态和环境问题受到了高度重视和关注。为了揭示不同时期鄱阳湖与长江间的江湖关系,并初步分析三峡运行对鄱阳湖水情的影响,通过对鄱阳湖北部通江水道湖水、降水和九江段长江干流水同位素特征进行调查并探讨长江水与湖水同位素联系。结果表明:湖水、降水和长江水中δ~(18)O和δ~2H值存在明显的季节和空间变化,可用于揭示湖泊与长江间的关系。在三峡调洪削峰期(7月)湖水δ~(18)O和δ~2H值明显要高于长江水,且湖水主要以外排形式补给长江为主,其比例达75%;在三峡蓄水期(10月)长江水位高于湖口水位,从鄱阳湖出口到老爷庙湖水与长江水同位素值具有较高的相似性,表明了此水域受长江水倒灌影响;而在三峡蓄水期(11和12月)湖水同位素值偏大说明了其受到一定较强的蒸发富集影响。三峡水库运行明显改变了长江水位和流量,进而影响了鄱阳湖与长江的补排关系,调洪削峰调度阶段,较高的长江水位对鄱阳湖存在一定的顶托作用,导致湖水难以排泄。因此,三峡水库的调度需要考虑到鄱阳湖流域水情,以免加重该流域丰水期的洪涝灾害和枯水期的水资源短缺。     

鄱阳湖流域分布式水文模型的多目标参数率定

以鄱阳湖流域为研究区,构建其分布式水文模型WATLAC。以鄱阳湖流域6个水文站点2000～2005年河道径流量及地下水基流指数为多目标函数来优化耦合模型,采用PEST进行WATLAC模型参数自动率定。结果表明：6个水文站点拟合的纳希效率系数变化范围为071～084,确定性系数介于070～088,取得较好的模拟效果。基于遥感反演的实际蒸散发结果进一步验证模型,模拟值和遥感反演值在时间和空间上的变化趋势呈现较好一致性。基于地下水位及流场特征模拟效果的定性评价,表明地下水位模拟空间趋势性较好,水位与地面高程的空间变化一致,地下水主要以下游平原区和河道为主要排泄区,符合大尺度流域地下水流运动基本规律和评估结果。所提出的多目标率定方法及率定技术应用于大尺度鄱阳湖流域,也为其它水文模型在相似区域的连续模拟及参数率定方面提供借鉴。〖HJ1〗〖HJ〗     

鄱阳湖主湖区与碟形湖水位变化及其对水质的影响

水位作为鄱阳湖重要的水文因子,对鄱阳湖水动力过程和水质变化具有重要影响。根据2014~2015年鄱阳湖主湖区和碟形湖水位、水质监测数据,分析了主湖区和碟形湖水位及主要水质指标的年内变化特征,阐述了主湖区和碟形湖水质对水位的响应特征。结果表明:(1)丰水期碟形湖与主湖区联通,碟形湖水位与主湖区水位呈直线型相关,枯水期碟形湖水位高于主湖区,主湖区年内月平均水位变异系数为0.13,而碟形湖年内月平均水位变异系数为0.08;(2)丰水期,主湖区和碟形湖的氮磷比分别为19.29和46.27,枯水期主湖区和碟形湖水体的氮磷比分别为17.88和40.39;(3)鄱阳湖主湖区水质主要指标与水位的相关性显著强于碟形湖,主湖区总氮、氨氮、总磷和溶解氧均与水位呈负相关性,而碟形湖中只有p H与水位有相关性;(4)枯水季节,碟形湖水体具有较高的总氮,而鄱阳湖主湖区则具有较高的总磷和氨氮。总之,枯水期进行合理的水位调控能够有效降低富营养化风险。     

环洞庭湖区地下水位空间分布特征研究

地下水位空间分布特征研究对合理开发并有效利用地下水资源具有重要意义。为准确分析环洞庭湖区地下水位空间分布特征,以分隔距离增量及其对应的允许变化范围、最大计算范围、变异函数模型结构为变量构建了118种组合方案,采用交叉验证法及其评价指标对不同方案的变异函数模型参数及交叉验证统计结果进行对比分析,在此基础上筛选出相对较优的变异函数模型用于研究环洞庭湖区地下水位空间分布特征。结果表明:(1)不同结构的变异函数模型参数及其评价指标结果存在较大的差异;相同结构的变异函数模型参数及其对应的评价指标随分隔距离增量和最大计算范围的变化也存在明显变化趋势,且部分评价指标变化趋势对模型合理性的影响效果相反。(2)经对比分析,环洞庭湖区地下水位的变异函数模型为球形模型,模型变程为978 km,块金值为9.86,偏基台值为45.36,块金系数为17.9%。研究区域内地下水位具有强烈的空间相关性,且结构性因素对空间变异且主导作用。(3)环洞庭湖区地下水位总体上呈层状分布,由外向内地下水位依次降低,地下水埋深依次减少,研究区域内地下水位与地势和河流水系结构关系密切。     

鄱阳湖湿地植被退化原因分析及其预警

2003年以来,鄱阳湖长期处于低枯水位状态,湖盆植被面积减少600km2;洲滩土壤含水量降低,旱生植物物种入侵,占据高程15m以上洲滩,湿地植被演变成中生性草甸,使物种大幅度增加;湿生和水生植物向湖中心下移,生长空间缩减;对水深、污染物敏感的植物群落的物种、生物量减少,生物多样性退化;对水深适应性强和耐污染的植物迅速扩张。无序采砂、防火烧荒、牲畜放牧加剧了这一局面。在气候变化和人类活动影响下,鄱阳湖湿地植被正在逐步退化。为了遏制这一退化现象,正在建立鄱阳湖健康评价体系与标准,加强植物群落固定断面和针对稀有物种、对水深和污染物敏感物种、危害湖泊健康物种进行专项监测,针对发现的问题,用遥感影像辨识、实地勘测研究分析全湖变化状况,判断其危害程度,提出防治对策,向相关部门和地区提出预警建议。     

鄱阳湖水位-淹水面积关系不确定性的分析

湖泊淹水范围的时空变化特征往往决定了湖泊湿地的景观结构和功能。鄱阳湖是我国最大淡水湖,水位和淹水范围的季节变化悬殊,鄱阳湖淹水特征对研究鄱阳湖湿地生态系统的结构与功能都具有显著意义,过去很多研究关注鄱阳湖水位-淹水面积关系,不同的研究者得到的水位-淹水面积关系各有差异,表现出一定的不确定性。利用多时相的卫星遥感影像提取的鄱阳湖水面面积的基础上,结合鄱阳湖长时间序列的水位观测资料,探讨鄱阳湖水位-淹水面积关系不确定的原因。研究结果表明:(1)尽管鄱阳湖水面面积与水位表现分段线性关系,但在相同水位条件下,鄱阳湖水面面积表现出较大的不确定性;(2)鄱阳湖水位表现南高北低的空间异质性格局,随着水位增加,鄱阳湖水位的空间异质性降低,并且水面坡降具有季相性,相同水位下退水期的水面坡降大于涨水期的水面坡降;(3)受洲滩地形和"堑秋湖"渔业方式的影响,相同水位下退水期出露洲滩中子湖泊的水面范围大于涨水期中子湖泊水面范围;(4)此外,鄱阳湖采砂显著改变采沙场的湖盆地形,从而改变低水位下的主要采沙场的淹水范围。综上所述,鄱阳湖水位-淹水面积关系的不确定性除了受湖盆地形、"五河"来水、长江顶托等自然原因,还有采砂和堑秋湖渔业方式等人类活动的原因。     

鄱阳湖湿地现状问题与未来趋势

近年来鄱阳湖秋冬季水文呈干枯态势,湿地生态系统及其关键因子也发生了变化。如何合理保护和利用鄱阳湖湿地引起各方关注。系统综述了鄱阳湖湿地生态系统在水文、江湖关系、水质、水鸟栖息地、渔业资源等方面存在的问题,梳理了引起这些问题的外部和内部因素。针对"一切照常"和"水位调控"两种情景,预测了湿地未来的变化趋势,并指出了当前研究中的不确定性问题。研究认为:鄱阳湖秋冬季的低枯水位,对水质、湿地植被、水鸟栖息地以及鱼类食物资源和"三场"(即:产卵场、洄游通道、索饵场)产生了一定不利影响。建议通过模型模拟和情景预测来分析不同调控方案的影响效果,优化调控方案、将生态系统的负面影响降到最低。     

鄱阳湖水体垂向分层状况调查研究

湖泊水体混合或分层对环境和生态具有显著指示意义,能够提高对未来湖泊水环境状况的评价与管理。针对洪泛鄱阳湖水位季节性变化显著等特点,基于剖面温度和稳定氢氧同位素的调查分析来探明多因素影响下鄱阳湖水体垂向分层或混合状况。结果发现:鄱阳湖枯水期和洪水期水体垂向温差大多处于0~1.0℃,大部分水域温差小于0.5℃,但偶见洪水期部分水域会达到1.5℃的较大温差。总体表明,在季节变化尺度上,鄱阳湖具有较为稳定的等温层,没有明显温度分层特征。同位素分析结果得出,枯水期和洪水期的氢氧稳定同位素值在深度剖面上呈均一分布,表明鄱阳湖水体混合状况较好或完全混合。虽然湖区气象条件和水文条件均是影响鄱阳湖水体分层或混合的重要因素,但鄱阳湖入流和出流等水文条件是影响鄱阳湖水体垂向混合的主要因素。鄱阳湖水体混合同时对湖泊水环境因子的垂向分布特征可能产生重要的影响或控制作用。首次基于大量野外监测有针对性地开展鄱阳湖水体分层研究,结果有助于对湖泊水流结构的深入认识,可为湖区水体污染物的输移模拟与作用机制阐释等方面提供科学参考。     

基于MODIS的鄱阳湖湿地植被变化及其对水位的响应研究

针对鄱阳湖水情变化如何影响湖区湿地植被生长过程的问题,在鄱阳湖国家级自然保护区内的蚌湖-吴城生态断面上,选取3个梯度分布MODIS像元样点,基于2001~2010年MODIS 增强型植被指数（EVI）时间序列,分析了近10 a来退水期植被生长动态变化过程;结合星子站水位资料,探讨了鄱阳湖退水期水位变化对湿地植被生长的影响。结果表明：各样点EVI年内均值表现为先上升后下降的单峰特征,多年平均值在10月份最大,高程越高的样点其EVI达到年最大值的时间越早;不同水位持续长短及其起讫时期影响植被的生长变化,EVI均值与生长期的拟合优度（075）高于最大值与生长期的拟合优度（049）;样点每提前出露10 d,EVI均值约升高002,[JP3]二者相关性R2达到055。研究结果对湖区植被资源管理以及湖泊水位调控效应研究等具有积极的参考意义     

鄱阳湖枯水水位及流速时空分布模拟

大型通江湖泊鄱阳湖水文节律独特,水位和流速是其生态系统功能维持的关键因子。为探究其水位和流速时空特征,基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模型,利用五河及湖口水文数据、气象数据及湖底高程作为输入条件,模拟出鄱阳湖的枯水水文统计年(2010-07-01~2011-06-30)水位和流速时空变化过程。模拟结果表明:(1)星子等4个站点拟合程度较好(r20.85),达到了复杂湖库水动力模拟的精度。(2)高水位期,湖区水位空间分布无明显差异,水深直接受湖底高程影响,自上游至下游呈逐级递增;低水位期,鄱阳湖水位在空间上出现明显差异,湖区外缘水位至入江水道逐级递减,水深分布空间差异不大,仅入江水道处水深明显高于其他水域。(3)流速也包括一系列时空变化特征,如高水位时期流速小于低水位时期;除大水面时期外,深水道流速大于主湖区;高水位时期上游流速略高于下游,但其他月份,北部入江水道流速均大于南部湖区等。(4)流速与水位关系密切,且不同水位对应流速大小及分布有所差异。鄱阳湖枯水水位和流速模拟分析可为大型湖库枯水水情管理提供科学参考和辅助决策支持。     

堑秋湖渔业模式对鄱阳湖南矶湿地越冬候鸟种群数量的影响和保育对策

鄱阳湖是我国最大的淡水湖、国际重要湿地。“堑秋湖”是当地老百姓根据鄱阳湖夏涨秋落的规律，在湖底低洼处堑壕沟、围矮堤，以便在秋季退水时截留更多的鱼和水，最后将鱼类资源一网打尽的渔业方式；也是长江流域中下游湖区以及鄱阳湖流域老百姓利用季节性浅水蝶形湖泊中渔业资源最主要的捕鱼和管理方式。采用PRA方法对江西鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区“堑秋湖”历史及现状进行问卷调查，采用样线样点结合方法对越冬候鸟种群数量进行调查分析。研究表明：鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区拥有蝶形湖泊26个，均已承包给个人管理并存在养鱼虾蟹等行为，为典型的“堑秋湖”渔业模式；不同月份越冬候鸟数量变化呈“M”型，不同样线候鸟数量差异较大，而候鸟种类在月份和样线方面差异不大；“堑秋湖”渔业模式对鄱阳湖越冬候鸟的种群数量、分布及栖息地生态功能的发挥存在明显正负面影响。对于建立经济社会可持续发展的“堑秋湖”经营模式进行了探讨，提出了有利于越冬候鸟栖息的保育对策     

鄱阳湖生态环境保护与资源利用技术模式研究

鄱阳湖是我国第一大淡水湖泊，也是国际重要湿地，在维系长江水量平衡和生态安全方面，发挥着十分重要的作用和功能。近年来，鄱阳湖生态环境受到经济发展和人口增长的威胁，主要表现为：湿地生态系统退化，湖泊生态功能下降，流域生物多样性减少，水生植被萎缩，水污染程度日趋严重。湖区内产业结构和资源利用的不合理也限制了其经济发展。建设鄱阳湖生态经济区发展战略的确立要求江西尽快探索出一条保护生态与发展经济的双赢之路。结合鄱阳湖区生态环境与资源利用现状，通过2 a多的集成研究与示范，已形成了湿地恢复、沙化综合治理、农业污染治理和资源合理利用等十多种技术模式，在保护环境的同时提高了农民收入，为实现鄱阳湖生态经济区建设目标提供了技术支撑.     

基于实测数据与遥感影像的鄱阳湖水体光学分类

鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,受季风气候影响其水体空间动态变化大,且广阔的水域内部差异也较大,因此湖泊水体光学分类对反演湖泊水质参数及监测湖泊水质有着重要意义。以鄱阳湖为研究区,根据实测的反射光谱数据形态特征将鄱阳湖的水体分为4类:特别浑浊、中等浑浊、轻度浑浊和清水区,并分别对每一类结果进行分析。考虑到实测光谱数据局限于湖区某些离散点的情况,不足以观测整个鄱阳湖区域内所有不同水体类型的空间分布和动态变化,从而将该方法利用于遥感影像以便观测整个湖区水体类型。在Landsat OLI遥感影像上任意选取采样点,根据其波谱形态建立基于斜率的分类算法,并应用决策树模型把鄱阳湖水体分为5类:特别浑浊、中等浑浊、轻度浑浊、清水区和特别清澈,影像的分类结果图与实地考察的情况相一致。把模型应用于其他时期的遥感影像进行鄱阳湖水体分类,对比影像的分类结果图表明:2002、2005和2009年鄱阳湖区分别出现3种、4种和4种不同的水体类型,且水体浑浊范围呈现出动态变化。研究表明水体光学类型分类可以更好的监测湖泊水质的时空变异性。     

鄱阳湖子湖“堑秋湖”渔业资源结构特征分析

"堑秋湖"是广泛存在于鄱阳湖湖区且与鄱阳湖水文节律特征相顺应的一种渔业方式。为了解"堑秋湖"渔获物组成特征及其产量与水位之间的关系,于2011~2013年"堑秋湖"期间对江西鄱阳湖国家级自然保护区的子湖大湖池和沙湖进行了连续3年的渔业调查。2011年,大湖池和沙湖与修河分别相通23d和10d,鄱阳湖属旱涝急转气候;2012年鄱阳湖水势较大,大湖池和沙湖与修河分别相通124d和108d。2013年鄱阳湖再现旱情,大湖池和沙湖均未能与修河连通。2011年渔业调查开展7次,2012年调查9次,2013年调查5次。3a调查累计获得鱼类59种隶属于6目12科43属。3年研究结果表明渔获物以鲤科鱼类为主,在种类上变化不大但优势物种有所改变且渔获物产量呈下降趋势,无度量多维排序结果(MSD)显示鱼类群落在不同年度和子湖间分离明显。经济鱼类的单位捕捞努力量(CPUE)与水位变化的线性回归分析结果表明,2011年经济鱼类产量与当日水位呈正相关性,但2012年和2013年两者的相关性却不明显。