吳桂平，葉 春，劉元波，*

1 中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008 2 滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院，滁州 239000

鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)濕地植被生物量空間分布規(guī)律

吳桂平1，葉 春2，劉元波1，*

1 中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008 2 滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院，滁州 239000

探明區(qū)域濕地植被生物量的空間分布規(guī)律及其變化趨勢(shì)，對(duì)于更好地保護(hù)候鳥(niǎo)生境、制定合理的濕地保護(hù)政策具有重要的意義。以鄱陽(yáng)湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為研究對(duì)象，基于2000—2011年研究區(qū)MODIS植被指數(shù)產(chǎn)品和同期的植被生物量調(diào)查資料，建立了濕地植被生物量的遙感估算模型。在此基礎(chǔ)上利用GIS空間分析方法，系統(tǒng)分析了保護(hù)區(qū)近10年來(lái)濕地植被生物量的空間分布規(guī)律及其季節(jié)變化特征。研究結(jié)果表明：(1)MODIS增強(qiáng)型植被指數(shù)的乘冪模型可以較好地模擬研究區(qū)濕地植被生物量的鮮重，擬合模型總體精度達(dá)到91.7%。(2)多年平均生物量呈現(xiàn)“島嶼型”空間分布模式：各子湖泊及洼地中心處，表現(xiàn)為水生植被群落為主的低生物量區(qū)(<285 g/m2)；湖心水體外圍14—15m的高程區(qū)域，分布著以苔草群落為主的中生物量區(qū)(285—830 g/m2)；高程位于16—18m的河口三角洲及天然堤壩區(qū)域，表現(xiàn)為以蒿、荻和蘆葦群落為主的高生物量區(qū)。(3)保護(hù)區(qū)植被群落分布具有特定的季相變化特征，高、中、低生物量區(qū)在不同的月份呈現(xiàn)出不同的空間生消和演進(jìn)規(guī)律，鄱陽(yáng)湖水位的周期性漲落是影響其變化的一個(gè)重要擾動(dòng)因子。

濕地植被；MODIS；生物量時(shí)間序列；空間分布規(guī)律；鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)

濕地植被是在有潛育層或泥灘積累的水成土壤上生長(zhǎng)的，以濕生和水生植物為主的植被群類型，是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能方面起到十分重要的作用[1- 3]。生物量作為衡量植被群落生產(chǎn)力水平高低的重要指標(biāo)，直接反應(yīng)了植被的生長(zhǎng)狀況及周圍自然環(huán)境的變化情況，對(duì)于濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能、演替規(guī)律和特征均具有很好的指示作用[4- 5]。自20世紀(jì)60年代國(guó)際生物學(xué)計(jì)劃(IBP)實(shí)行以來(lái)，濕地植被生物量一直是水文生態(tài)學(xué)、濕地生態(tài)學(xué)及植被生態(tài)學(xué)的重要研究方向，并且得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的廣泛關(guān)注[6- 8]。

鄱陽(yáng)湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(Poyang Lake National Natural Reserve, PLNRR)是我國(guó)首批被列入國(guó)際重要濕地名錄的自然保護(hù)區(qū)之一，同時(shí)也是被世界自然基金會(huì)(WWF)認(rèn)定的全球重要生態(tài)區(qū)[9]。受長(zhǎng)江頂托和五河(贛江、撫河、信江、饒河和修水)來(lái)水的影響，鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)通常呈現(xiàn)出豐水期和枯水期周期性交替的獨(dú)特水文節(jié)律[10]，從而使得保護(hù)區(qū)內(nèi)濕地植被的生境類型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間分異明顯，一定程度上形成了其特定的植被生物量空間分布特征和季節(jié)變化規(guī)律。系統(tǒng)分析和探明保護(hù)區(qū)內(nèi)濕地植被生物量的空間分布規(guī)律及其變化趨勢(shì)，可以準(zhǔn)確掌握特定植物種群的生態(tài)適應(yīng)特征，對(duì)于更好地保護(hù)珍稀鳥(niǎo)類、制定合理的濕地保護(hù)政策和策略等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[11- 12]。

傳統(tǒng)的生物量測(cè)算方法主要是通過(guò)樣方調(diào)查、采集稱重等手段進(jìn)行，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且很難做到動(dòng)態(tài)、大面積濕地生物量的準(zhǔn)確估算[5]。衛(wèi)星遙感技術(shù)具有宏觀、連續(xù)、長(zhǎng)期的對(duì)地觀測(cè)能力，為大范圍濕地植被生物量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了可能[13- 14]。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，一些學(xué)者基于遙感手段相繼開(kāi)展了鄱陽(yáng)湖濕地植被生物量方面的研究。譬如，李仁東等利用Landsat ETM+數(shù)據(jù)估算了鄱陽(yáng)湖濕地植被生物量，建立了樣方數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)的線性相關(guān)模型[14]；李健利用遙感植被指數(shù)和實(shí)地采樣的生物量進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)分析，建立了鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)濕地植被生物量的估算模型[15]；鄔國(guó)鋒等利用Landsat TM影像對(duì)鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)中大湖池的沉水植被生物量進(jìn)行了估算，取得了較好的結(jié)果[16]。但是以往的研究大多側(cè)重于生物量遙感估算方法方面的工作，并且由于遙感數(shù)據(jù)源的限制僅僅局限于某一時(shí)間點(diǎn)上的生物量監(jiān)測(cè)。到目前為止，有關(guān)保護(hù)區(qū)濕地植被生物量的整體空間格局及其空間連續(xù)變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)卻顯薄弱。

基于此，本文擬以2000—2011年MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)遙感數(shù)據(jù)和野外實(shí)測(cè)生物量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)測(cè)生物量與MODIS植被指數(shù)間的數(shù)值擬合關(guān)系建立其生物量估算模型，獲取研究區(qū)2001—2010年濕地植被生物量的長(zhǎng)時(shí)間序列。在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合GIS空間分析技術(shù)，試圖對(duì)鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)濕地植被生物量的空間分布規(guī)律和季節(jié)變化特征進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期更好地把握保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)環(huán)境狀況及變化趨勢(shì)，并為進(jìn)一步制定相應(yīng)生態(tài)保護(hù)對(duì)策提供科學(xué)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

鄱陽(yáng)湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于鄱陽(yáng)湖西北角，為贛江北支和修水下游復(fù)合三角洲前緣的洲灘濕地，地理坐標(biāo)為115°52′—116°08′E，29°02′—29°18′N，地跨九江市永修縣、星子縣和南昌市新建縣3縣(圖1)。保護(hù)區(qū)以永修縣吳城鎮(zhèn)為中心，內(nèi)轄9個(gè)碟形湖泊(大汊湖、蚌湖、大湖池、沙湖、常湖池、中湖池、象湖、梅西湖、朱市湖)及水道、洲灘、島嶼、港汊等。該區(qū)域?qū)儆趤啛釒駶?rùn)季風(fēng)型氣候，年平均氣溫17 ℃左右。雨量充沛，多年平均為1600 mm左右，但年內(nèi)分配極不均勻，4—9月降水約占全年降水量的75%[9]。本文研究區(qū)范圍為去除保護(hù)區(qū)內(nèi)基本不受鄱陽(yáng)湖水位影響的城鎮(zhèn)、林地和人工圩堤等區(qū)域后，以保護(hù)區(qū)緩沖區(qū)為邊界的子湖盆及其洲灘[17]，實(shí)際面積331 km2。

圖1 鄱陽(yáng)湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)地理位置Fig.1 Geographic location of the Poyang Lake National Nature Reserve

由于保護(hù)區(qū)內(nèi)河床往返推移與分汊，往往形成扇形沖積，泥沙淤積成沙壩、天然堤、湖沼等獨(dú)特的地貌特征，海拔高度14—17 m，地勢(shì)低平，略向鄱陽(yáng)湖傾斜。豐水季節(jié)各子湖泊全部被淹，僅有少數(shù)的小山頭和人工修建的堤壩出露，而水位下降到17 m時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)灘地，此后隨水位降低，出露洲灘面積逐步增大[9]。因此該區(qū)域具備典型濕地的特點(diǎn)：即空間上分布在水、陸結(jié)合部的過(guò)渡帶，時(shí)間上呈現(xiàn)周期性干濕交替的動(dòng)態(tài)變化，生態(tài)上表現(xiàn)為兼有水陸雙重特征的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)，濕地植被群落結(jié)構(gòu)及其空間分異顯著。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

(1)遙感數(shù)據(jù)

遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)航空航天局(NASA)免費(fèi)提供的MOD13Q1植被指數(shù)16d合成產(chǎn)品(http://reverb.echo.nasa.gov/)，數(shù)據(jù)格式為EOS-HDF，空間分辨率為250 m。本研究使用了覆蓋研究區(qū)范圍的、空間位置在全球正弦投影系統(tǒng)中編號(hào)為h28v06的數(shù)字圖像，其中涵蓋了保護(hù)區(qū)內(nèi)2001—2011共11a的253景MOD13Q1數(shù)據(jù)。同時(shí)，利用NASA提供的MRT重投影工具，將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行格式和投影轉(zhuǎn)換，并提取EVI(Enhanced Vegetation Index)植被指數(shù)波段，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)格式為GeoTiff格式，投影為WGS_1984_UTM_Zone_50N。

(2)野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

實(shí)測(cè)生物量數(shù)據(jù)的采樣時(shí)間為2008—2011年的9—11月份，這段時(shí)間是濕地植被生長(zhǎng)較為旺盛的時(shí)期。在保護(hù)區(qū)內(nèi)選擇地形平坦且出露的草洲，根據(jù)不同高程設(shè)置采樣樣地(圖2)。每個(gè)樣地設(shè)置1 m×1 m樣方3個(gè)，記錄其植被類型、高度、植株數(shù)目，取其樣方內(nèi)地上植被齊地面收割，測(cè)其鮮重，計(jì)算每3個(gè)樣方平均值作為該樣地的地上生物量。同時(shí)參考地形圖，利用GPS進(jìn)行定位，確定樣地位置范圍，并記錄其中心點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)。剔除異常值后，共計(jì)有效樣本數(shù)50個(gè)。

圖2 鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)野外實(shí)測(cè)生物量采樣點(diǎn)分布圖 Fig.2 Distribution of sampling locations for wetland vegetation in PLNRR

(3)DEM數(shù)據(jù)

地形數(shù)據(jù)來(lái)源于江西省水文局提供的1980年鄱陽(yáng)湖湖盆實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，研究區(qū)的DEM通過(guò)ArcGIS 9.3軟件插值生成。

1.3 主要分析方法

首先，采用線性內(nèi)插結(jié)合時(shí)間尺度轉(zhuǎn)換方法，將提取16d合成的EVI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為月尺度數(shù)據(jù)，其尺度轉(zhuǎn)換公式為[18]：

EVI(m)=a×EVI(i)+b×EVI(i+16)+c×EVI(i+32)

(1)

式中,EVI(m)為植被指數(shù)的月平均值(j=1, 2,…, 12月)；EVI(i)表示包含第m月部分天數(shù)的MODIS-EVI 16d產(chǎn)品；i為MODIS EVI 16d產(chǎn)品的編號(hào)，i=001，017，…,337，353；a、b、c分別為第i，i+16，i+32號(hào)EVI產(chǎn)品分布在第j月的天數(shù)與該月總天數(shù)的比值。

同時(shí)基于2008—2010年野外樣方實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以采樣點(diǎn)實(shí)測(cè)生物量為因變量，對(duì)應(yīng)坐標(biāo)位置上同時(shí)期的EVI值為自變量，建立起保護(hù)區(qū)濕地植被生物量的最優(yōu)擬合模型，并利用該模型實(shí)現(xiàn)研究區(qū)2001—2010年各月份濕地植被生物量及生物量密度的有效重建。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)所重建的保護(hù)區(qū)2001—2010年植被生物量時(shí)間序列，分別在年尺度和尺度上將各像元對(duì)應(yīng)位置的生物量密度進(jìn)行均值運(yùn)算，并利用具有最優(yōu)無(wú)偏估計(jì)的Kriging插值方法[19]將運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行空間插值，從而獲得較高分辨率的濕地植被生物量空間分布。

根據(jù)生物量多年均值的直方圖頻率分布，結(jié)合保護(hù)區(qū)濕地植被生長(zhǎng)的實(shí)際情況，獲取頻率直方圖上的波谷閾值。利用該閾值，在ArcGIS軟件的支持下，通過(guò)“密度分割”處理，將保護(hù)區(qū)生物量多年均值分布格局劃分為不同的生物量分區(qū)，并確定對(duì)應(yīng)分區(qū)上主要的植被群落類型。同時(shí)以該分區(qū)為基準(zhǔn)，分別生成2001—2010年研究區(qū)域濕地植被生物量的年均等值線分布圖和逐月等值線分布圖。以此為基礎(chǔ)，最后利用GIS空間分析與統(tǒng)計(jì)功能，分別探討鄱陽(yáng)自然保護(hù)區(qū)濕地植被生物量的空間分布規(guī)律及其季節(jié)性變化特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物量時(shí)間序列重建

圖3 鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)濕地植被生物量-EVI估算模型建立Fig.3 The retrieval models of wetland vegation biomass for PLNRR

圖3分別顯示了基于實(shí)測(cè)生物量數(shù)據(jù)和同時(shí)期MODIS-EVI數(shù)據(jù)所建立的線性、指數(shù)、乘冪及二次多項(xiàng)式等4種回歸模型。比較而言，乘冪模型(y= 5184.7x1.27)的相關(guān)系數(shù)最優(yōu)，R2達(dá)到0.823，且通過(guò)0.05水平上的F檢驗(yàn)。此外，采用2011年同時(shí)期的EVI數(shù)據(jù)和樣方生物量調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行檢驗(yàn)(圖4)，發(fā)現(xiàn)估算得到的生物量與樣方調(diào)查數(shù)據(jù)相對(duì)誤差平均值為8.3%，總體精度達(dá)到91.7%，具有一定的可靠性，可以有效用于研究區(qū)濕地植被生物量時(shí)間序列的重建。

圖4 2011年野外實(shí)測(cè)生物量與估算結(jié)果的比較 Fig.4 Comparison of the retrived boimass and measured value in 2011

2.2 生物量多年平均分布規(guī)律

圖5 2001—2010年鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)多年生物量平均分布圖 Fig.5 The average distribution map of vegetation biomass from 2001—2010

圖6 鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)植被生物量多年均值等值線分布圖 Fig.6 The annual average contour distribution of vegetation biomass in PLNRR

圖5給出基于乘冪模型所生成的保護(hù)區(qū)2001—2010年生物量多年均值分布及其Kriging插值之后的結(jié)果。為了清晰地展現(xiàn)其空間分布規(guī)律，這里根據(jù)生物量多年均值的直方圖頻率分布，通過(guò)閾值分割的方法將其分布格局劃分為了高生物量區(qū)、中生物量區(qū)和低生物量區(qū)(表1)，并且繪制出了如圖6所示的保護(hù)區(qū)濕地植被生物量多年均值分布的等值線圖。從圖6可以看出，保護(hù)區(qū)植被生物量多年均值呈現(xiàn)出“島嶼型”空間分布模式，除了蚌湖沿湖心往四周逐漸升高外，總體上表現(xiàn)為南高北低的弧狀分布格局，同時(shí)伴隨著大小不一的斑塊狀分布特征。具體而言：在九大子湖泊或洼地中心地帶處，由于常常被水淹沒(méi)且地下水位相對(duì)較高，因此多年生物量密度均值的低值區(qū)大多分布于此處。在該區(qū)域范圍內(nèi)，植被生物量密度總體在285 g/m2以下，平均值為131.39 g/m2,占整個(gè)保護(hù)區(qū)面積的30.05%，對(duì)應(yīng)于表1所示的低生物量區(qū)，結(jié)合野外調(diào)查和相關(guān)文獻(xiàn)[20]發(fā)現(xiàn)，聚集于此的多為浮水植物和水生植物群落；隨著距離各子湖泊中心越遠(yuǎn)，其生物量密度也呈現(xiàn)逐步增加的趨勢(shì)。在離湖心水體較近的湖灘區(qū)域海拔較低，水淹時(shí)間較長(zhǎng)，保護(hù)區(qū)多年生物量密度均值的中生物量區(qū)主要分布在這個(gè)區(qū)域，該區(qū)域的植被生物量密度基本上在285—830 g/m2之間，平均值為580.73 g/m2,大約占保護(hù)區(qū)面積的35.54%，多為草甸沼澤土覆蓋的苔草和虉草群落；在各子湖泊的外圍環(huán)湖灘地區(qū)域，由于其接納修水、贛江北支的泥沙，形成了一定規(guī)模的河口三角洲和條帶形天然堤，大面積的灘地以及良好的光、熱條件，為植被生長(zhǎng)提供了基礎(chǔ)。該區(qū)域連續(xù)淹水時(shí)間較短，植被的年均生物量密度均較高，基本在830 g/m2以上，平均值為1020.70 g/m2,約占整個(gè)保護(hù)區(qū)面積的34.41%，對(duì)應(yīng)于表1所示的高生物量區(qū)，主要的群落類型有蒿群落，荻與蘆葦散布其中。

表1 基于直方圖頻率分布的鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)生物量密度等級(jí)劃分Table 1 Different zones in PLNRR based on histogram of biomass distribution

2.3 生物量季節(jié)性分布規(guī)律

圖7顯示了2001—2010年鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)植被生物量密度逐月均值等值線分布。從圖中可以看出，受到鄱陽(yáng)湖水位周期性漲落和氣候季節(jié)變化的影響，鄱陽(yáng)湖濕地保護(hù)區(qū)植被群落總體上形成特定的季相變化特征，其生物量密度在不同的月份呈現(xiàn)出不同的空間分布規(guī)律。在這一季節(jié)性總體分布特征的背景下，下面分別以前文所劃定的生物量等級(jí)分區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)，分別探討隨著季節(jié)性時(shí)間的變化，其低生物量區(qū)、中生物量區(qū)和高生物量區(qū)的空間分布規(guī)律及演進(jìn)與消退趨勢(shì)。

(1)低生物量區(qū)

從圖7可以看出，和多年生物量均值的等值線分布圖相似，鄱陽(yáng)湖濕地保護(hù)區(qū)各月份的低生物量區(qū)總體上都是集中分布在各子湖泊或洼地的中心地帶處。但是，隨著季節(jié)的變化，低生物量區(qū)的面積比重及其空間分布也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。受水位漲落的影響，低生物量區(qū)的分布面積總體上呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)。特別是從春季5、6月份開(kāi)始，隨著鄱陽(yáng)湖汛期的來(lái)臨，其低生物量分布區(qū)域的擴(kuò)大趨勢(shì)尤為明顯，其面積百分比從最初3、4月份的20%—30%逐漸增大至7月份的65%左右(圖8)。在空間分布上具體表現(xiàn)為，從6月份開(kāi)始，除大湖池以外，各子湖泊(以蚌湖和大汊湖尤為明顯)所在的低生物量區(qū)均表現(xiàn)出向外圍擴(kuò)大的趨勢(shì)；秋季(9—11月份)，水位逐漸緩慢下降，各種水生植物也開(kāi)始死亡，各子湖泊所在的低生物量分布區(qū)域又逐漸退縮至30%左右。

(2)中生物量區(qū)

與低生物量區(qū)相比，研究區(qū)域 中生物量區(qū)的面積比重和空間分布的變化相對(duì)較為明顯。具體表現(xiàn)為：1—2月份，保護(hù)區(qū)中生物量區(qū)面積比重較大(接近70%左右)，主要分布在各子湖泊的湖體或洼地中心以外的廣大區(qū)域(圖7)；3—5月份，該區(qū)域的面積比重迅速退縮至20%左右，僅僅在離主要子湖泊水體較近的湖灘邊緣有少量分布；6—9月份，中生物量區(qū)的面積比例基本維持在25%—30%左右，但是在空間分布上出現(xiàn)了明顯的變化，各子湖泊湖灘周圍的中生物量區(qū)總體上均呈現(xiàn)出北部退縮而南部擴(kuò)大的趨勢(shì)，其中以蚌湖尤為明顯(圖7)；10—12月份，隨著水位的逐漸下落，各子湖泊北部湖灘處的中生物量區(qū)又逐漸顯露，其面積比重也呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)，特別是到12月份，整個(gè)保護(hù)區(qū)的中生物量區(qū)已增大至40%左右，其中大汊湖南部擴(kuò)大較為突出。

圖7 2001—2010年鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)植被生物量密度逐月均值等值線分布圖Fig.7 The monthly average distribution map of vegetation biomass from 2001—2010

圖8 鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)植被生物量分區(qū)面積比重逐月變化圖 Fig.8 The change of area proportion of vegetation biomass zone in different months

(3)高生物量區(qū)

就高生物量區(qū)而言，隨著季節(jié)的變化，該區(qū)域的空間分布和面積比重的變化更為突出。主要表現(xiàn)為：1—2月份，保護(hù)區(qū)的高生物量區(qū)僅在蚌湖西北角和大汊湖的北部三角洲地帶有零星分布，其面積比重僅僅占整個(gè)保護(hù)區(qū)面積的2%—3%左右；3—5月份，隨著雨水增多，氣溫變暖，大部分苔草群落和蒿群落開(kāi)始萌發(fā)生長(zhǎng)，高生物量區(qū)迅速向各子湖泊的外圍環(huán)湖灘地區(qū)域擴(kuò)張，其面積比重也陡然增加至50%—60%左右；6—9月份，水位急劇快速上升，整個(gè)保護(hù)區(qū)濕地洲灘被洪水所覆蓋，出露水面的高生物量植被僅為天然堤上的蘆葦?shù)龋虼嗽撾A段保護(hù)區(qū)內(nèi)的高生物量區(qū)又迅速退縮至10%—20%左右，在空間上主要表現(xiàn)為天然堤壩形狀的條帶狀分布特征；10—12月份，隨著保護(hù)區(qū)水位的逐漸下降，各種苔草植被逐漸顯露，此時(shí)蘆葦和南荻等植被群落經(jīng)歷著開(kāi)花、枯萎的階段，研究區(qū)域的高生物量區(qū)也呈現(xiàn)出先增大和逐漸減小的趨勢(shì)(圖7，圖8)。至12月份，大湖池、沙湖、象湖以及保護(hù)區(qū)東南部區(qū)域的高生物量區(qū)已經(jīng)鮮有分布。

3 結(jié)論與討論

本文主要利用具有高時(shí)間分辨率的MOD13Q1影像和實(shí)測(cè)植被生物量數(shù)據(jù)，結(jié)合3S技術(shù)，對(duì)鄱陽(yáng)湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)濕地植被生物量的空間分布規(guī)律及其季節(jié)性變化特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析。研究結(jié)果顯示，MODIS增強(qiáng)型植被指數(shù)EVI的乘冪模型可以較好地模擬研究區(qū)濕地植被生物量的鮮重，模擬的總體精度達(dá)到91.7%。同時(shí)，利用MODIS-EVI結(jié)合野外生物量采樣數(shù)據(jù)可以有效重建研究區(qū)長(zhǎng)時(shí)間序列的濕地植被生物量，這將突破以往研究中僅僅局限于某一時(shí)間點(diǎn)上生物量的估算，從而有助于濕地植被生物量在時(shí)間和空間上的連續(xù)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的刻畫(huà)與認(rèn)識(shí)，為更好地保護(hù)候鳥(niǎo)棲息地、制定合理的濕地保護(hù)政策提供科學(xué)依據(jù)。

從生物量的空間分布格局來(lái)看，鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)濕地植被的多年平均生物量總體上呈現(xiàn)出島嶼型弧狀空間分布模式。各子湖泊及洼地中心處，表現(xiàn)為水生植被群落為主的低生物量區(qū)(<285 g/m2)；湖心水體外圍14—15 m的高程區(qū)域，分布著以苔草群落為主的中生物量區(qū)(285—830 g/m2)；高程位于16—18 m的河口三角洲及天然堤壩區(qū)域，表現(xiàn)為以蒿、荻和蘆葦群落為主的高生物量區(qū)。這一空間分布格局的形成，很大程度上是濕地植被對(duì)生境條件長(zhǎng)期適應(yīng)的結(jié)果，也是多種因素共同影響的結(jié)果。首先，鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)位于鄱陽(yáng)湖主湖區(qū)的西北部，在贛江和修水支流匯入鄱陽(yáng)湖沖積而形成的三角洲前緣，同時(shí)又處于湖泊和島嶼的水陸交接地帶。這種區(qū)位環(huán)境使得保護(hù)區(qū)濕地經(jīng)常處于季節(jié)性干濕交替的狀態(tài)，從而形成了以水域、沼澤、泥灘和草洲等生境下不同生物量梯度的環(huán)帶狀空間分布格局；其次，鄱陽(yáng)湖的長(zhǎng)期水位波動(dòng)也會(huì)影響到濕地植被群落的生境范圍，其影響包括從植物個(gè)體的生態(tài)適應(yīng)性到生物量分配，從群落多樣性到群落時(shí)空分布規(guī)律等一系列連續(xù)的過(guò)程，保護(hù)區(qū)特殊的水文節(jié)律對(duì)濕地植被生物量的空間分布格局可能也表現(xiàn)在這些過(guò)程中。

就生物量的季節(jié)性分布規(guī)律而言，保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)其高、中、低生物量分區(qū)及植被群落類型隨著季節(jié)的變化呈現(xiàn)出不同的空間生消和演變規(guī)律。已有研究發(fā)現(xiàn)，鄱陽(yáng)自然保護(hù)區(qū)水位的高低直接影響了洲灘出露時(shí)間的早晚，從而控制著不同水位梯度上植被生長(zhǎng)和繁殖的時(shí)間，存在著明顯的時(shí)空分異性[21]。通常情況下，鄱陽(yáng)湖水位在年內(nèi)從5、6月份開(kāi)始上漲，9、10月份又逐漸下落，使得同一區(qū)域湖泊洲灘的出露時(shí)間和水淹時(shí)間存在一定的梯度差異。因此，鄱陽(yáng)湖水位周期性的漲落，很大程度上是影響保護(hù)區(qū)濕地植被生物量季相變化的一個(gè)重要擾動(dòng)因子。

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Spatial distribution of wetland vegetation biomass in the Poyang Lake National Nature Reserve, China

WU Guiping1，YE Chun2，LIU Yuanbo1,*

1StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment,NanjingInstituteofGeography&Limnology,ChineseAcademyofScience,Nanjing210008,China2GeographicInformationandTourismCollege,ChuzhouUniversity,Chuzhou239000,China

Vegetation is one of the important components of wetland, and vegetation biomass is a key indicator of the health status of the wetland ecosystem. Comphrehensive understanding of spatial distribution of vegetation biomass and its temporal variation is a pre-requirement for effective protection of bird habitats and scientific planning of wetland conservation. In this regard, it has been one of central topics in hydro-ecology, wetland ecology and vegetation ecology in past decades. In recent years, vegetation change has become one of major concerns with frequently occurred extreme droughts in the Poyang Lake National Nature Reserve (PLNRR) of China. To investigate the spaital changes of vegetation, MODIS (Moderate resolution Imaging Spectrordiometer) vegetation index products (MOD13Q1) were used to construct a model for retrieval of vegetation biomass with the coincident field data in PLNRR for the period from 2000—2011. GIS spatial analysis techniques were used to analyze the spatial patterns and seasonal variations of wetland vegetation biomass. Our findings can be summerizes as follows: (1) the power function best describe the relationship between MODIS-EVI (Enhanced Vegetation Index) and green yield of vegetaiton in PLNRR, with an overall accuracy of 91.7%. (2) Multi-year average of vegetation biomass displayed an island-like spatial pattern and can be classified into three zones. Vegetation biomass was lower than 285g/m2, dominant with aquatic vegetation communities, for the bottom areas near the center of lakes. It ranged from 285 to 830 g/m2, dominant with sedge communities, for the periphery of the lakes with an elevation of 14—15 m. The biomass was higher than 830 g/m2dominant with wormwood and reed communities, for surrounding delta or dyke areas with an elevation of 16—18 m. (3) Vegetation biomass showed different seasonal variations in each zone, which was jointly affected by multiple factors. Lake stage is the most important factor in regulating the spatial development of the vegetation biomass. Overall, the results should be not only helpful for understanding the change in biodiversity and ecosystem stability, but also provide a scientific basis for effective management and protection of wetland resources in the PLNRR.

wetland vegetation; MODIS; biomass time series; spatial pattern; the Poyang Lake National Nature Reserve

中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所“一三五”戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(NIGLAS2012135001)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41401506)

2013- 07- 30;

2014- 04- 17

10.5846/stxb201307301983

*通訊作者Corresponding author.E-mail: ybliu@niglas.ac.cn

吳桂平，葉春，劉元波.鄱陽(yáng)湖自然保護(hù)區(qū)濕地植被生物量空間分布規(guī)律.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(2):361- 369.

Wu G P，Ye C，Liu Y B.Spatial distribution of wetland vegetation biomass in the Poyang Lake National Nature Reserve, China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(2):361- 369.