基于遥感的鄱阳湖典型湿地植被生物量变化及其干旱响应研究

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湿地被誉为“地球之肾”,是连接水陆的重要生态系统。鄱阳湖湿地具有丰富的生物多样性,是世界上最重要的湿地之一,也是具有全球意义的生态宝库。近年来,在全球变化以及人类活动共同影响下,鄱阳湖湖区水文状况出现异常,干旱频发,冬季枯水期提前,低水位持续时间延长,从而对湖区湿地生态系统产生影响。湿地生物量是评价湿地生态系统健康状况的重要指标。定量研究气候与水文要素对鄱阳湖湿地植被生物量的影响对于保护生物多样性,研究候鸟栖息地具有重要意义。  本文以鄱阳湖国家级自然保护区为研究区,结合野外调查数据建立了MODIS增强型植被指数(EVI)与实测植被生物量之间的统计模型,并根据遥感影像提取的植被分布和MODISEVI时间序列得到了2001~2010年逐月生物量分布图。据此分析了研究区湿地植被时空变化规律,并结合研究区水文、气象、水位等数据,分析了湿地植被变化的驱动因素。随后以2003年和2006年典型干旱年份为代表,探讨了干旱事件对于湿地植被的影响。论文主要结论如下:  (1)2001~2010年保护区湿地植被生物量的生物量密度、植被面积及总生物量三大指标存在明显的周期性波动。植被生物量密度多年平均水平为927.0±238.2g/m2,植被面积多年平均水平为184.6±47.3km2,总生物量多年平均水平为18.2×107±4.1×107kg。在季节变化规律上,植被生物量的均值、标准差、最大值和最小值等统计特征量在季节分布基本形态一致,即呈双峰分布,上半年和下半年各存在一个峰值。在年际变化上,近十年来生物量密度和总生物量呈现微弱的下降趋势,而植被面积则微弱上升态势。总生物量随年均气温的升高而增加,随年降水量以及水位的上升呈现相反趋势。洲滩出露与降水和水位密切相关。洲滩出露天数每增加10天,总生物量约增加2.17×107kg;年均出露面积升高10km2,总生物量增加1.41×107kg。  (2)多年平均而言,鄱阳湖湿地保护区植被生物量呈现出“岛屿型”空间分布模式,并且在总体上表现为南高北低的弧状分布格局。其中,在九大子湖泊或洼地中心地带处,植被生物量密度总体在285g/m2以下,表现为“低生物量区”;离湖心较近的湖滩区域海拔较低,水淹时间较长,植被生物量密度在285~830g/m2之间,表现为“中生物量区”;各子湖泊的外围环湖滩地区域,植被年均生物量密度均较高,在830g/m2以上,表现为“高生物量区”。高、中、低生物量区随着季节的变化均呈现出不同的空间生消和演进规律。2001~2010年来研究区43.9%的湿地植被生物量趋于增强,大约有56.1%的湿地植被状况趋于降低。鄱阳湖湿地植被生态系统的空间分布格局受到多种因素的影响,水情条件在其中起着决定性作用。  (3)近十年来,年均气温在总体上高出多年平均水平(相对于1960~2010年)0.7℃,干旱年份的降水减少达到25%以上,水位下降平均达0.7m。总之,无论在年尺度上还是季节尺度上,水文气象要素都表现出干旱化倾向。从生物量密度、植被面积和总生物量等指标来看,近十年来各项指标的年际距平基本上以正值为主,平均增长幅度在10%以上,植被生物量增加显著。分析表明,在年尺度上影响三项指标距平变化的显著性因素是气温,在季节尺度上影响三项指标距平变化的显著性因素是水位。就2003年和2006年典型干旱年份来看,2003年植被生物量逐月变化与多年平均水平相一致。而2006年下半年,无论是植被面积、生物量密度还是总生物量,均明显超出多年平均水平。造成植被生物量密度偏高的主要因素取决于气温和水位变化,而退水时间提前对生物量密度的影响更大;以低水位为特征的2006年水文干旱对植被生物量密度的影响,比以降水亏缺为特征的气象干旱更为强烈。另外,植被面积对总生物量的影响总体上大于生物量密度的变化,2006年比2003年表现得更为明显。综合而言,水位变化与退水早晚对总生物量的影响最大,其次是气温。
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