鄱阳湖南矶湿地优势植物群落及土壤有机质和营养元素分布特征

湿地植物和土壤是承担湿地诸多生态功能的主要基质和载体,相互之间有着强烈的影响。湿地土壤影响植物的种类、数量、生长发育、形态和分布,湿地植物又影响土壤中元素的分布与变化。鄱阳湖湿地的植物和土壤的特征及由他们带来的候鸟栖息地价值都受到他们之间的相互作用以及湖泊水位不同频率和幅度波动的影响。研究鄱阳湖湿地植物和土壤的特征及其形成原因和相互关系。为此,从2010年10月到2011年10月,对鄱阳湖湿地不同水位梯度下分布的芦苇、南荻、苔草、虉草和刚毛荸荠5个优势植物群落中57个定点样方展开了月度植被调查并且对5个不同植物群落下的135个土壤样品进行了实验室分析,研究了鄱阳湖优势植物群落及湿地土壤中有机质、全氮、全磷、全钾含量的分布特征及其相互关系。研究结果表明,鄱阳湖湿地优势植物群落分布特征受湿地土壤元素分布特征、湖面水位波动及植物生长特性和土壤沉积及土壤养分的综合影响,呈现了沿水位和海拔梯度明显的条带状或弧状分布、从湖岸到湖心依次分布为:狗牙根群落、芦苇群落、南荻群落、苔草群落、虉草群落、刚毛荸荠群落,最后是水生植物。同时植物群落的组成和分布特征也随季节性水位涨落的变化而变化;土壤有机质及其他各元素含量特征受植物群落分布、水位波动规律及湿地土壤特性等各种因素的影响,呈现出相对一致的分布规律,在0—20cm土壤层含量较高,20cm层后随土壤深度的增加含量逐渐减小,减小的速度先快后慢直至40cm层后趋于稳定;不同植物群落对土壤有机质、全氮、全磷、全钾的含量及变化具有很大的影响,不同植物群落下同种元素含量差异显著,并且各自随土壤深度和植物群落的变化呈现出层状、带状或弧状富集特征。不同植物群落对土壤养分元素含量影响程度不同,苔草群落对各元素吸收和滞留能力最强、影响最大,刚毛荸荠群落对土壤营养元素影响最弱。湿地植物群落和土壤之间彼此有着强烈的影响,其中植株的重量和土壤的SOC、TN及TP含量有非常显著的负相关关系,与土壤TK含量则有较强的正相关关系,同时,植株的重量和高度与土壤地下水埋深也有微弱的负相关关系。     

不同类型人工湿地微生物群落的研究进展

微生物是人工湿地不可缺少的成员,对湿地生态系统中物质转化、能量流动起着重要作用.本文从人工湿地微生物群落的研究方法、微生物群落结构与组成、微生物群落调节作用与环境因素的关系等方面,综述了人工湿地微生物的研究进展.各种新颖的分子生物学方法已经成为研究人工湿地的微生物多样性的有力工具,其中最常见的是变性梯度凝胶电泳(DGGE)和寡核苷酸荧光探针原位杂交(FISH);人工湿地微生物群落的调节作用主要取决于湿地的水文条件、废水的特点(包括组成成分,污染物的特点和利用性)、湿地的过滤材料或土壤类型、植物和各种环境因素;不同人工湿地类型的微生物群落组成,从多到少依次是变形菌、噬纤维菌.黄杆菌菌群、放线菌和厚壁菌.如何进一步加深对氮循环相关微生物多样性的研究,提高废水中氮的去除效率依然是未来人工湿地技术需要解决的重要问题之一.     

鄱阳湖湿地灰化苔草种群生产力特征及其水文响应

淡水湖泊湿地中,水文条件是影响湿地植物分布和生长发育的关键因素,研究特定湿地植物种群与水文变化之间关系,对于认识湿地植被格局形成及进行湿地生态调控与恢复具有重要意义。选取鄱阳湖湿地洲滩优势植物——灰化苔草(Carex cinerascens)种群作为研究对象,基于野外实地观测数据,研究不同高程带灰化苔草春草种群生产力特征及其对水文变化的响应。结果表明:春草生长季内各高程带灰化苔草种群变化规律基本一致,但其生长发育过程对水文条件产生差异性反应,长期连续水淹和半水淹条件抑制灰化苔草的生长,而间歇性半水淹和未水淹条件则促进灰化苔草伸长生长和生物量积累;生长初期灰化苔草通过储水策略应对水分缺乏形成的干旱胁迫,而生长末期则通过增加干物质含量来应对淹水胁迫;灰化苔草定植与生长发育需要一定的水文条件,淹没期平均水深3.70—2.78 m、淹没频率42.08%—43.17%、平均距湖水面高度-0.23—0.77 m的水文环境更有利于灰化苔草的生长发育。研究结果可为未来鄱阳湖湿地植被保护和湖泊水位调控提供重要参考依据。     

年内水热条件变化对冬候鸟数量时空分布特征的影响机制

环鄱阳湖湿地是东亚重要的冬候鸟栖息地,由于湿地内部分区接纳水源的不同,人为活动及地表类型的差异,使得该区冬候鸟数量的时空分布特征相对复杂。综合利用遥感数据、冬候鸟航空调查数据及气象观测数据,借助分区相关性统计分析方法,研究不同尺度环鄱阳湖湿地年内水热要素对冬候鸟数量时空分布特征的影响;通过水文要素之间的相关性分析以及地表温度的时空分布格局研究,探索水热要素之间的耦合关系,进而揭示鄱阳湖区年内水热条件变化对冬候鸟数量时空分布特征的影响机制。研究发现:12月份气温是影响鄱阳湖湿地冬候鸟数量时空分布特征的驱动因素;受分区农业及生态特征的影响,水文条件的年内变异成为影响鄱阳湖冬候鸟数量时空分布特征的决定因素。研究结果为环鄱阳湖湿地冬候鸟栖息地的保护提供决策依据。     

湿地水生无脊椎动物群落结构及影响因素

湿地是介于陆地和水体系统之间的具有多种功能的特殊地理综合体和生态系统。水生无脊椎动物是湿地生态系统的一个重要类群,是湿地物质循环和能量流动的重要参与者,其群落特征及空间分布能够反映出湿地的许多特征。本文总结了湿地水生无脊椎动物组成特征,系统介绍了不同类型湿地中水生无脊椎动物群落结构,讨论了非生物因子(底质、温度、水文、溶解氧、pH、氮、磷等)、生物因子(植被、竞争和捕食)及人类活动干扰(电站建设、城镇化等)对湿地水生无脊椎动物群落结构的影响,提出了目前湿地水生无脊椎动物研究存在的问题,并对未来研究方向和重点提出了展望。     

春沼生态系统概述及其研究进展

小微湿地是全球最重要的淡水栖息地之一,其价值不仅在于单个小微湿地,而是由多种小微湿地构成的流域小微湿地网络,发挥着非常重要的淡水生物多样性保育功能。春沼作为自然界一种独特的临时性小微湿地类型,是流域小微湿地网络的重要组成部分,提供了多种生态服务功能。但迄今为止对于春沼生态系统,国内外相关研究较少,这类特殊而又重要的小微湿地生态系统尚未引起足够的重视。阐述了春沼的概念和形成原因,对春沼生态系统干湿交替的水文特征,以及物种组成、群落结构、生物多样性和群落动态等春沼生物群落特征进行了概述,探讨了春沼维持流域淡水生物多样性、提供物种生境、水文调节和均化洪水、净化水质和其他生态系统服务,在此基础上讨论了春沼生态系统研究存在的问题与不足,对该领域研究的未来发展方向给出了建议。     

鄱阳湖湿地土壤微生物群落结构沿地下水位梯度分异特征

为了揭示地下水位梯度对湿地土壤微生物群落的影响,在鄱阳湖典型碟形湖泊白沙湖洲滩湿地设置了200m×300m大样地,沿地下水位梯度划分4个样带(从湖岸到湖心依次为GT-A,GT-B,GT-C,GT-D),采集了不同梯度带的土壤样品,利用磷脂脂肪酸法分析其土壤微生物群落结构分异特征。结果表明,随着地下水位抬升,土壤pH和沙粒含量升高,而有机碳、容重、粘粒和粉粒含量降低。与地下水位最低的梯度(GT-A)相比,地下水位在地表上下波动(GT-D)时,土壤微生物量碳氮及其分配比例分别增加了2.82、4.30、5.77和7.15倍;土壤微生物总量、细菌生物量、放线菌生物量、革兰氏阳性细菌及革兰氏阴性细菌生物量分别增长了106.8%、117.2%、74.9%,107.9%和207.2%。洲滩地下水位梯度的升高增加了土壤微生物群落的环境压力,进而降低了其群落结构的多样性。土壤微生物群落结构组成与土壤pH、含水量、沙粒含量以及碳氮比呈显著相关关系,而土壤微生物商则主要受pH和土壤质地的影响。以上结果表明地下水位梯度所引起的土壤微环境变化对微生物量、土壤有机碳周转和群落结构均产生了深刻影响。     

鄱阳湖洲滩湿地地下水位对灰化薹草种群的影响

在气候变化和人类活动的双重影响下,近年来鄱阳湖流域极端水文事件频发,洲滩湿地生态过程也相应发生变化,开展鄱阳湖水文过程变化与植被演替过程的交互作用研究十分必要。选择鄱阳湖典型洲滩植物灰化薹草(Carex cinerascens)为研究对象,通过地下水位控制模拟试验,设置地下水位埋深10、20、40、80、120cm等5个处理,系统探讨了地下水位埋深对鄱阳湖典型湿地植物灰化薹草生长与种群演变的影响。研究结果表明:春季,不同地下水位对灰化薹草种群的密度和群落多样性影响不显著;夏季,不同地下水位对灰化薹草的密度、种群多样性以及藜蒿和灰化薹草的高度比影响显著。地下水位埋深10cm更适宜灰化薹草植株的生长与群落结构的稳定,而地下水位埋深低于80cm,尤其是低于120cm可能会导致灰化薹草种群的退化与演替。研究结果对于揭示地下水位波动作用下鄱阳湖湿地植被种群发生的短期变化和长期演变趋势具有重要的指示意义。     

鄱阳湖不同水文期浮游生物群落结构特征和影响因素及水质评价

为阐明鄱阳湖不同水文期浮游生物群落结构特征及其影响因素, 研究于2017年8月(丰水期)和12月(枯水期)在鄱阳湖湖区典型水域设置5个采样点进行浮游生物采样调查。研究期间共鉴定浮游植物8门75属186种, 丰水期与枯水期均以硅藻门和绿藻门为主。共鉴定浮游动物4类76种, 丰水期与枯水期均以原生动物和轮虫为主。方差分析显示: 浮游植物密度与生物量在不同水文期之间的差异均为极显著(P<0.01), 浮游动物丰水期密度高于枯水期, 但无显著差异(P>0.05), 浮游动物生物量(P<0.05)在不同水文期差异显著。冗余分析(RDA)显示: 丰水期透明度和浮游生物呈显著负相关关系, 电导率和浮游生物呈显著正相关。透明度、电导率与营养盐是影响丰水期浮游生物群落结构的主要环境因素, 枯水期水温和溶解氧是驱动鄱阳湖浮游生物群落生态分布的主要环境因素。基于Shannon-Wiener(H′)、Margalef(d)和Pielou(J)等生物多样性指数的水质评价结果表明: 鄱阳湖研究区域水质状态处于寡污-中污之间。研究揭示了2个水文期对通江湖泊浮游生物的影响: 季节变化不改变湖泊浮游生物的物种组成及优势种, 但显著影响浮游生物的丰度及多样性。     

鄱阳湖典型湿地土壤有机碳分布及影响因子

在南矶湿地国家级自然保护区设置采样带,对鄱阳湖典型湿地土壤有机碳分布及影响因子进行了研究。结果表明:1)湿地土壤0～15、15～30、30～50cm有机碳含量分别为1.07%～3.52%、0.31%～1.96%、0.27%～0.92%,有机碳含量自表层以下急剧降低。2)湿地土壤0～50cm有机碳密度变化范围为3.02～10.19kg·m-2,其中,表层0～15cm约占42.5%～72.6%;土壤有机碳含量、碳密度均以苔草植物群落最高,其他依次为南荻群落、南荻+苔草群落、芦苇群落、水蓼群落。3)土壤水分与植物生物量是鄱阳湖湿地土壤有机碳分布的2个主要影响因子,土壤水分能解释湿地表层0～15cm有机碳40%的变异,总生物量则能解释28%的土壤有机碳变异。4)鄱阳湖湿地碳密度与长江中下游地区的湖泊湿地类型具有较好的可比性,远低于若尔盖、三江平原等冷区泥炭湿地类型。     

Relationship between the hydrological conditions and the distribution of vegetation communities within the Poyang Lake National Nature Reserve,China

Hydrological characteristics have been recognized as major driving forces for wetland vegetation. The water cycle and hydrological processes of wetland are increasingly influenced by the ongoing climate change and more intensive human activities, which may in turn affect the distribution and structure of vegetation communities. Poyang Lake, located on the south bank of the lower reach of Yangtze River, receives inflows from five tributaries and discharges to the Yangtze River. The unique hydrological conditions of the Poyang Lake wetland create abundant wetland vegetation communities. As a major national hydraulic project, the Three Gorges Dam across the Yangtze River has changed the water regime of Poyang Lake and hence may affect the vegetation distribution. This work aims to investigate the influences of hydrological properties on vegetation structure at broad spatial and temporal scales. Histograms and sensitivity index are used to link the hydrological processes with the vegetation distribution across the Poyang Lake National Nature Reserve. The results show that different vegetation communities react differently to the hydrological conditions. Specifically, certain communities, e.g. Carex and Eremochloa ophiuroides, are able to survive a wide variety of mean water depth and percent time inundated, while others, like Carex–Polygonum criopolitanum, are found to be relatively sensitive to hydrological conditions. It is suggested that this work provides a new insight for evaluating the impact of hydro-engineering projects on vegetation communities and wetland vegetation restoration.     

Modeling the effects of the streamflow changes of Xinjiang Basin in future climate scenarios on the hydrodynamic conditions in Lake Poyang,China

The responses of lake hydrodynamics to the hydrological processes in watersheds have been associated with the ecological evolution of and the biochemical processes in aquatic ecosystems. This paper investigates how the changes in the streamflow of Xinjiang Basin in different future climate scenarios could affect the hydrodynamic conditions in Lake Poyang. First, the hydrodynamic processes in Lake Poyang (i.e., lake level and water velocity) were simulated based on the environmental fluid dynamics code (EFDC). Error statistics indicated that the hydrodynamic model reasonably reflected the hydrodynamics in Lake Poyang. Second, the future streamflow of Xinjiang Basin from 2016 to 2050, which was projected in two future climate scenarios (Sim_RCP4.5 and Sim_RCP8.5) based on the Xin’anjiang model, was applied to hydrodynamic modeling to investigate the relationship between future discharge and hydrodynamics. Results showed that the streamflow changes of Xinjiang Basin in future climate scenarios considerably affected the seasonal distribution of the flow field in Lake Poyang. The hydrodynamic change region that exceeded the threshold values under these two climate scenarios both demonstrated a fluctuating trend and nearly covered the entire lake until April. In Sim_RCP8.5 a slightly larger area was influenced than in Sim_RCP4.5, except in January, and the eastern channel was always significantly affected by streamflow change. These analyses can enhance the present understanding of the relationships between the hydrodynamics in lakes and the hydrological processes of sub-basins.     

Synergistic changes in river-lake runoff systems in the Yangtze River basin and their driving force differences

Climate change and human activities simultaneously alter river–lake relationships. Determining the dynamics of river–lake runoff systems on multiple time scales and their differences in response to driving forces can provide insights into hydrological processes and water resource management. This study investigates the synergistic evolution of river–lake runoff systems in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin (MLYR) using the cross-wavelet transform method. The effects of different driving force changes on river–lake runoff regimes are quantified based on the Budyko hypothesis, and an InVEST model is developed to assess the spatial and temporal patterns of habitat quality. The results indicate that during the variation period, the runoff distributions of the Yangtze River–Dongting Lake and Yangtze River–-Poyang Lake runoff systems are both skewed towards lower values in the flood seasons compared with those in the base period. The storage of lakes mitigates the extent of human disturbance to the mainstream hydrological regime, particularly under extremely low conditions. From 1960 to 2021, five significant resonance periods are indicated in the river–lake runoff system, and the phase–angle relationships indicate a positive phase coupling between the lake and mainstream hydrological regimes, with the lake lagging behind the mainstream; however, this interaction tends to weaken. In the mainstream and Dongting Lake basins, subsurface conditions are the dominant factor contributing to runoff variability, with contributions ranging from 50.9% to 72.6%; in the Poyang Lake basin, precipitation is the dominant factor, with a contribution of 50.6%; and in the Han River basin, changes in the potential evapotranspiration contribute to 50.6% of runoff variability. The proportion of high habitat quality in the MLYR is approximately 52%, the Dongting and Poyang Lake basins indicate a high habitat quality rating. However, frequent human activity is the main reason of conversion from higher habitats to lower ones, which may result in wetland habitat degradation.     

鄱阳湖水体淹没频率变化及其湿地植被的响应

湖水淹没频率是影响湿地植被生态系统的最重要的水文因素。基于地物波谱特征的MODIS混合像元分解模型,分析了2000—2015年退水期鄱阳湖水体淹没频率的时间变化和空间规律,并在此基础上探讨了湿地植被的空间响应。研究结果表明:(1)鄱阳湖退水期水体的淹没频率总体呈"南低北高",同时具有大小不一的"斑块式"空间分布特征;(2) 15年内湖水的淹没频率经历了先急剧缩减然后恢复到相对稳定的状态,并且不同空间段的变化差异明显:北部河道的淹没频率先急剧降低后回升,中部洲滩不如北部河道段剧烈但大面积的淹没频率下降,南部子湖泊的淹没频率则基本没变;(3)植被丰度对淹没频率具有密切的响应关系,两者呈中间高两边低的"n"形分布,当淹没频率为40%时高植被丰度的像元数最多。(4)淹没频率与植被丰度的关系指示着鄱阳湖湿生植被在空间上的积极演变。     

基于MODIS EVI时间序列的鄱阳湖湿地植被覆盖和生产力的动态变化

鄱阳湖是我国最大的淡水湖, 是与长江保持自由连通的两个湖泊之一, 也是最为重要的候鸟越冬地之一, 其生境质量对全球的生物多样性保护至关重要。枯水期的鄱阳湖由众多子湖构成, 不同子湖具有不同的水文控制与管理模式, 尤其是位于长江上游的三峡大坝2006年正式运行之后, 不同水文控制模式下的子湖展现出不同的退水机制, 对退水期洲滩出露的时间与湿生植被覆盖和生产力产生了不同的影响。近年来, 遥感和生态模型在研究植被变化中应用广泛。本文以MODIS增强植被指数(enhanced vegetation index, EVI)时间序列表示地表属性, 并利用EVI时间序列模型, 建立了2000-2014年植被覆盖和生产力的时空变化趋势。在研究区内建立的网格中, 随机提取了107个斑块, 采集其每16天间隔的MODIS EVI时间序列(2000年2月至2015年4月), 将自适应Savitzky-Golay平滑算法应用于EVI时间序列分析, 提取了4个关键的植被生长指标, 即生长季开始的日期、生长季长度、生长季EVI峰值和生产力。研究结果表明: (1)具有不同水文控制模式下的湿地植被生长特征表现出显著的差异, 尤其位于自由连通子湖的植被与其他模式的子湖相比: 生长季开始的时间更晚, 生长季较短, EVI峰值较低, 并且生长季节的初级生产力较低; (2)由于水文情势的改变, 自由连通子湖2006年前后的双生长周期湿地植被的生长特征差异明显, 秋季生长季提前, 导致了生物量的过度积累, 降低了越冬雁类食源的适口性; 但位于局部水文控制子湖的湿地植被不存在这种差异。(3)自由连通与局部水文控制的子湖对鄱阳湖越冬候鸟的保护均具有十分重要的意义, 需要保证这两种类型子湖的面积, 为越冬候鸟提供更广阔的食源; 当水文情势发生改变时, 局部的水文人为控制可在一定程度上减缓鄱阳湖水情变化对湿地植被生长带来的影响。     

基于GIS的鄱阳湖流域生态系统服务价值结构变化研究

鄱阳湖作为中国最大的淡水湖,国际重要湿地,其生态环境保护与可持续发展意义重大。基于生态系统服务价值分析方法,以鄱阳湖全流域为研究区,利用1990年、2000年、2008年3个时期数据,分别从全流域与子区域两个层次,计算了生态系统服务价值。并且基于威弗(Weaver)组合指数,求出了鄱阳湖各子流域的生态系统服务价值结构与坡度结构类型。分析表明,鄱阳湖流域在3个时期生态系统服务价值量持续增大,全流域的可持续性向有利的方向发展。在各子区域中,大部分区域生态系统服务价值较高,可持续发展水平较好,且呈现良性发展趋势,但是在鄱阳湖流域的中部地区生态系统服务价值较低,可持续发展水平较差,且呈现不良发展趋势。鄱阳湖流域的生态系统服务价值组合结构以林地、农用地、水体3类为主,且单重结构类型所占比例最大,双重结构类型与三重结构类型次之;坡度类型以小于15°的组合类型为主,结构类型除三重结构类型外,其它类型分布均较多。促进流域可持续发展向更高水平发展,在全流域角度,应该继续执行退耕还林、还湖工程,严格控制建设用地的增加;从子区域的角度,对鄱阳湖流域的中部地区应该控制建设用地与农用地对林地、草地的占用,严格执行退耕还林、还草工程。从生态系统服务价值结构角度,对于山地丘陵区,应该加大对生态环境的维护,并且合理的发展林业经济以促进经济发展;对于环鄱阳湖平原区,应该推进资源消耗少,污染排放小,高科技产业,促进湖区生态环境保护与社会经济的协调发展。     

Optimising hydrological conditions to sustain wintering waterbird populations in Poyang Lake National Natural Reserve: implications for dam operations

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三峡工程运行后对洞庭湖湿地的影响

长江三峡工程建成运行后,其下游第一个大型通江湖泊——洞庭湖的水文、水质以及湿地环境等均发生了很大变化。三峡工程已经开始影响到洞庭湖的泥沙淤积、水位波动、水质以及植被演替等。以三峡水库调度运行方案、河湖交互作用和洞庭湖湿地植被分布格局为基础,从长江三峡工程对洞庭湖水文、水质以及湿地植被演替等方面综述了三峡工程对洞庭湖湿地的综合影响。三峡工程减缓了长江输入洞庭湖泥沙的淤积速率,对短期内增加洞庭湖区调蓄空间、延长洞庭湖寿命有利。总体上减少了洞庭湖上游的来水量,改变了洞庭湖原来的水位/量变化规律。给洞庭湖水环境质量造成了直接或间接的影响,对其水质改变尚存一定争议,但至少在局部地区加剧了污染。水位变化和泥沙淤积趋缓协同改变了洞庭湖湿地原有植被演替方式,改以慢速方式演替,即群落演替的主要模式为:水生植物—虉草或苔草—芦苇—木本植物。展望了今后的研究趋势与方向,为三峡工程与洞庭湖关系的进一步研究提供参考。