江維薇， 朱 頌， 肖衡林

(湖北工業(yè)大學(xué) 土木建筑與環(huán)境學(xué)院， 武漢 430068)

瀾滄江是中國西南地區(qū)的大河之一，是世界第七長河，源出青海省玉樹藏族自治州雜多縣吉富山，主干流總長度4 909 km，其中國內(nèi)長2 139 km。瀾滄江地形起伏很大，蘊(yùn)藏水能豐富，是中國“西電東送”重點(diǎn)開發(fā)的梯級水電基地[1-2]。小灣水庫[3-5]位于瀾滄江中游，是兩庫八級梯級開發(fā)中的第二級高壩大庫，屬于特大型水庫。自2010年蓄水運(yùn)行后，小灣水庫水位呈現(xiàn)周期性、反季節(jié)性漲落，使庫岸周邊形成落差60 m的消落帶，庫水位變動落差是三峽水庫的2倍，對消落帶地形地貌、植被土壤等的沖擊無疑比三峽水庫更為劇烈。庫岸周邊消落帶原有生態(tài)系統(tǒng)被打破，原有植被大量退化，引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題，例如水土流失、泥沙淤積、河岸崩塌甚至山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，亟待開展小灣水庫消落帶相關(guān)生態(tài)環(huán)境的研究。

目前，消落帶問題已經(jīng)列為三峽庫區(qū)防治的重點(diǎn)之一，研究人員圍繞三峽水庫消落帶開展了大量的研究和實(shí)踐工作[6-7]。相比之下，由于地處偏遠(yuǎn)高山峽谷區(qū)，地形極其復(fù)雜，小灣水庫消落帶相關(guān)的研究較少，直到2017年以后，才陸續(xù)有相關(guān)的研究報道。鐘榮華等[8]基于高分一號和Google Earth影像數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)了小灣庫區(qū)消落帶總體面積及其沿各地州、不同高程和坡度梯度的面積分布。徐雪婷等[9]分析了小灣庫區(qū)消落帶土壤各形態(tài)氮含量及其分布特征，并基于間隙水濃度梯度法和質(zhì)量衡算法估算了小灣庫區(qū)沉積物—水界面氮交換通量。Jiang等[10]調(diào)研了2019年瀾滄江黃登水庫消落帶、小灣水庫消落帶和糯扎渡水庫消落帶植被物種組成、覆蓋率及其分布，為瀾滄江梯級水庫消落帶植被恢復(fù)現(xiàn)狀提供了第一手資料。植被是消落帶生態(tài)系統(tǒng)的核心元素[11-13]，肩負(fù)著水土保持、控制沉積、截污過濾等重要作用[14-18]，消落帶生態(tài)系統(tǒng)的評價、保護(hù)和修復(fù)等都需要大量的植被數(shù)據(jù)和信息作為支撐。例如，作為消落帶生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，適生植物的篩選和配置離不開對消落帶本土植物的認(rèn)識。通常消落帶適生物種的篩選主要是通過文獻(xiàn)查閱、模擬淹水實(shí)驗(yàn)、示范區(qū)實(shí)地種植、野外實(shí)地觀測等方式來篩選[19-22]，其中野外實(shí)地觀測往往是其他幾種方式的基礎(chǔ)。目前小灣庫區(qū)消落帶植被基礎(chǔ)調(diào)查資料仍然較匱乏。

小灣水庫消落帶由于60 m的巨大落差，其植被受到水淹深度和強(qiáng)度相較三峽庫區(qū)消落帶植被更甚。同時，由于海拔高出三峽庫區(qū)1 000 m多，日照強(qiáng)度和蒸發(fā)量均顯著高于三峽庫區(qū)，尤其是處于干旱河谷段的部分消落帶，氣候特點(diǎn)進(jìn)一步加劇了消落帶受到的干旱脅迫，三峽庫區(qū)消落帶植被修復(fù)的研究成果能否適用于瀾滄江小灣庫區(qū)充滿了不確定性，亟需針對小灣庫區(qū)開展消落帶植被相關(guān)研究。本文基于3S技術(shù)，對干旱年小灣庫區(qū)消落帶固定樣地植被恢復(fù)現(xiàn)狀進(jìn)行了復(fù)位調(diào)查，繪制了植被分布圖，以直觀定量地方式展示了干旱年研究區(qū)消落帶自然恢復(fù)的植被物種組成、面積、覆蓋率，并與非干旱年進(jìn)行了對比分析；通過構(gòu)建研究區(qū)地形數(shù)據(jù)，并與植被分布圖進(jìn)行疊加分析來探究植被沿地形梯度的分布特征以及地形因子對植被空間分布的影響，以期為消落帶植被適生物種篩選及其合理空間配置提供一定的參考，也為相關(guān)后續(xù)研究提供本底資料。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

小灣水電站位于云南省西部南澗縣與鳳慶縣交界的瀾滄江中游河段，是瀾滄江中下游水電規(guī)劃“兩庫八級”中的第二級，總庫容約1.50×1010m3，調(diào)節(jié)庫容近1.00×1010m3，具多年調(diào)節(jié)能力，正常蓄水位為海拔1 240 m，死水位為海拔1 166 m[23]。根據(jù)小灣水庫多年水位調(diào)度情況，通常1—5月庫水位從海拔1 240 m逐漸消落到海拔1 180～1 186 m，6—9月中旬為了防洪，水位控制在海拔1 232 m以下，9月中旬至10月底，水位逐漸上升至海拔1 232～1 240 m，11—12月水庫完全蓄水，水位穩(wěn)定在海拔1 240 m。因此，多年來，庫區(qū)已經(jīng)形成落差最大可達(dá)60 m且與自然洪枯規(guī)律相反的季節(jié)性消落帶。

消落帶研究區(qū)位于云南省保山市隆陽區(qū)水寨鄉(xiāng)平坡村的瀾滄江西岸，河谷深切，地形狹窄，岸坡陡峭，屬于低緯度高海拔亞熱帶河谷型季風(fēng)氣候區(qū)，日照充足，年平均氣溫18 ℃，年降水量900 mm，干、濕兩季分明，一般5—10月為濕季，11月至次年4月為干季，約85%以上的降水集中在濕季，而又以6—8月為最集中。研究區(qū)采樣時間為2020年7月10日，處于1 193 m低水位枯水期。采樣當(dāng)年，小灣庫區(qū)水位從1月開始逐漸消落，至7月采樣當(dāng)月，累計(jì)降雨量僅348 mm，相對歷史同期平均降雨量下降26.6%，日降雨量超過3 mm的累計(jì)23 d，相對歷史平均值減少35.9%，消落帶植被恢復(fù)遭遇嚴(yán)重干旱。

1.2 野外數(shù)據(jù)采集

采用DJI大疆M600 PRO六旋翼無人機(jī)搭載包含紅綠藍(lán)三波段、1 200萬像素的可見光傳感器作為遙感數(shù)據(jù)獲取平臺，根據(jù)研究區(qū)地形特點(diǎn)規(guī)劃航跡，設(shè)置航向重疊度為86%，旁向重疊度為75%，飛行速度為2 m/s，航高28 m，并于研究區(qū)均勻布設(shè)10個像控點(diǎn)，使用科利達(dá)K9系列GPS(靜態(tài)平面精度：±3 mm+1 ppm,靜態(tài)高程精度：±5 mm+1 ppm)，基于CORS站測量像控點(diǎn)的經(jīng)度、緯度及高程(指橢球高，海拔高=橢球高-高程異常，根據(jù)UNAVCO(university navstar consortium facility)數(shù)據(jù)，研究區(qū)高程異常約-39.249 m(下文中高程均指橢球高)。

航飛完成之后，對研究區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，記錄植物種名、高度并拍攝植物照片；根據(jù)岸邊水淹痕跡分析消落帶邊界并拍照記錄，為消落帶無人機(jī)影像采集解譯標(biāo)志。根據(jù)消落帶現(xiàn)場實(shí)測水淹梯度，將研究區(qū)劃分為低(L段，高程1 154～1 169 m)、中(M段，高程1 169～1 184 m)、高(H段，高程1 184～1 199 m)3個區(qū)段，在各區(qū)段間隔均勻布設(shè)3個采樣點(diǎn)，分別測量每個點(diǎn)0—10, 10—20, 20—30 cm土層的溫度和含水率，每個點(diǎn)測3次取平均值，匯總土壤參數(shù)信息如表1所示。

表1 研究區(qū)消落帶土壤平均溫度和含水率

1.3 消落帶植被信息提取

將無人機(jī)影像和像控點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入Pix4Dmapper軟件進(jìn)行內(nèi)定向、外定向、空三加密以生成數(shù)字地表模型(digital surface model，DSM)，基于DSM進(jìn)行影像正射糾正，最終通過影像鑲嵌生成全測區(qū)數(shù)字正射影像(digital orthophoto map，DOM)。

之后，采用FNEA算法[24]對研究區(qū)正射影像進(jìn)行多尺度分割，從單像素開始，基于光譜和形狀同質(zhì)性特征，迭代循環(huán)合并相似對象，直至兩個對象的同質(zhì)性小于給定閾值，本實(shí)驗(yàn)中影像的分割尺度、形狀和緊致性參數(shù)分別為15,0.4,0.7，對于欠分割對象進(jìn)行人工編輯拆分。分割完成之后，采用基于專家分類器的分層分類方法，結(jié)合目視解譯，對分割對象進(jìn)行消落帶植被分類：

第一步，將現(xiàn)場調(diào)查獲取的消落帶上邊界解譯標(biāo)志與DOM、DSM進(jìn)行圖層映射，根據(jù)規(guī)則集(1)，將影像分為消落帶、水體和非消落帶。

{DSM>1 115.3 and DSM≤1 151.7}

{DSM≤1 115.3}

(1)

第二步，根據(jù)公式(2—3)計(jì)算歸一化綠—紅差值指數(shù)NGRDI(normalized green-red difference index)和歸一化綠—藍(lán)差值指數(shù)NGBDI(normalized green-blue difference index), 式中R為紅外波段，G為綠光波段，B為藍(lán)光波段；基于公式(4)將消落帶進(jìn)一步分為植被與非植被類。

NGRDI=(G-R)/(G+R)

(2)

NGBDI=(G-B)/(G+B)

(3)

{NGRDI<0 and NGBDI<0}

(4)

第三步，按公式(5—6)計(jì)算植被顏色指數(shù)CIVE(color index of vegetation)和可見光波段差異植被指數(shù)VDVI(visible-band difference vegetation index)，建立規(guī)則集如公式(7)所示，初步提取狗牙根。

CIVE=0.44R-0.88G+0.39B+18.79

(5)

VDVI=(2G-R-B)/(2G+R+B)

(6)

{CIVE>0 and 0

(7)

最后，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，研究區(qū)主要優(yōu)勢物種為狗牙根、柳葉菜、習(xí)見蓼和藿香薊，其他植物類型數(shù)量稀少，且零散分布，因此，將現(xiàn)場調(diào)查獲取的植被優(yōu)勢物種的解譯標(biāo)志與DOM進(jìn)行空間映射，通過目視解譯優(yōu)化提取狗牙根類和其余優(yōu)勢物種類型，而將其他植物種類統(tǒng)一歸為其他植被類，最終繪制出研究區(qū)消落帶植被分布圖，并在其基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)各植被面積和覆蓋率。

1.4 消落帶植被分布的空間分析

基于DSM和消落帶植被分布圖，利用ArcGIS 10.5進(jìn)行空間分析，沿水淹梯度分別統(tǒng)計(jì)L，M，H各高程區(qū)段植被及其各子類覆蓋面積，并分別提取研究區(qū)坡度圖、坡向圖和最鄰近水體距離圖，其中最近鄰水體距離是基于消落帶植被分布圖中提取的包括江水、沖水溝和水洼在內(nèi)的研究區(qū)所有水體進(jìn)行計(jì)算獲取的最短水平距離。

根據(jù)中國水利部頒布的《水土流失危險程度分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL718-2015)，將水力侵蝕危險程度劃分為微度(0°～8°)，輕度(8°～15°)，中度(15°～25°)，重度(25°～35°)，極度(>35°)5個等級。本文在此基礎(chǔ)之上增加一個等級劃分，將消落帶坡度等級劃分為0°～8°，8°～15°，15°～25°，25°～35°，35°～60°和60°～90°共6個等級進(jìn)行研究。利用提取的消落帶坡度圖和植被分布圖，基于ArcGIS10.5空間分析，統(tǒng)計(jì)各坡度等級范圍內(nèi)消落帶植被及其子類覆蓋面積。

以正北方向?yàn)?°，將研究區(qū)坡向分為平坡(-1°)，北坡(0°～22.5°和337.5°～360°)，東北坡(22.5°～67.5°)，東坡(67.5°～112.5°)，東南坡(112.5°～157.5°)，南坡(157.5°～02.5°)，西南坡(202.5°～247.5°)，西坡(247.5°～292.5°)，西北坡(292.5°～337.5°)，利用ArcGIS 10.5對消落帶坡度圖和植被分布圖進(jìn)行空間分析，統(tǒng)計(jì)消落帶不同坡向等級范圍的植被及其子類覆蓋面積。

根據(jù)消落帶最近鄰水體距離范圍，并考慮水流和涌浪對消落帶的綜合影響程度，將研究區(qū)最近鄰水體距離劃分為0～5，5～10，10～15，15～20，20～30，30～40，40～60，60～80，80～100，100～133.01 m共10個分級，利用提取的消落帶最近鄰水體距離圖和植被分布圖，基于ArcGIS 10.5空間分析，統(tǒng)計(jì)各分級范圍內(nèi)消落帶植被及其子類覆蓋面積。

1.5 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的地形因子影響分析

從研究區(qū)消落帶植被分布圖和對應(yīng)的DSM圖、坡度圖、坡向圖、最近鄰水體距離圖中采集了976 973個植被分布樣本數(shù)據(jù)，每個樣本有4個變量特征，即高程、坡度、坡向和最近鄰水體距離，輸出為地形環(huán)境適宜性。在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，輸入節(jié)點(diǎn)通過隱含層節(jié)點(diǎn)作用于輸出節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過非線性變換，產(chǎn)生輸出量。網(wǎng)絡(luò)迭代訓(xùn)練的過程，是通過不斷調(diào)整輸入節(jié)點(diǎn)與隱含層節(jié)點(diǎn)的連接權(quán)重和模型誤差閾值，使誤差沿梯度下降，經(jīng)過迭代學(xué)習(xí)，得到最小誤差下對應(yīng)的權(quán)重和閾值。

如圖1所示，構(gòu)造的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層有5個神經(jīng)元，隱藏層有6個神經(jīng)元，輸出層有1個神經(jīng)元。其中，激活函數(shù)采用Sigmoid函數(shù)，學(xué)習(xí)率設(shè)為0.01。將976 973個植被分布樣本數(shù)據(jù)中的50%作為訓(xùn)練集，30%作為測試集，剩下的20%作為驗(yàn)證集，根據(jù)計(jì)算出的輸入變量的重要性值分析各地形因子對消落帶植被恢復(fù)的相對影響。

圖1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

2 研究結(jié)果

2.1 消落帶植被覆蓋分類

圖2展示了研究區(qū)正射影像和消落帶植被覆蓋分布特征，其中各植被面積和比例如表2所示。根據(jù)Pix4Dmapper結(jié)果報告，研究區(qū)整體面積為36 169.35 m2，其中消落帶、水體和非消落帶面積分別為32 145.07，1 023.96，3 000.32 m2。由表2可知，研究區(qū)消落帶植被覆蓋率為22.23%，其中狗牙根為最大優(yōu)勢物種，面積達(dá)6 119.44 m2，占植被總面積的85.62%，主要生長于消落帶上部、下部以及沖刷溝附近；其次習(xí)見蓼、柳葉菜、藿香薊分別占總面積的比例為4.22%，3.72%，3.12%，集中分布于消落帶兩條沖刷溝附近，其中柳葉菜分布于沖刷溝上部；剩余3.31%的植被為土荊芥、蒼耳、小蓬草、蔊菜、牛筋草、艾、天名精、月見草、香附子及鉆葉紫菀，每種僅寥寥數(shù)棵，統(tǒng)歸為其他植被類，主要沿沖刷溝水流分布，其他區(qū)域偶爾出現(xiàn)一兩株。

圖2 瀾滄江小灣水庫典型消落帶植被的無人機(jī)正射影像(a)及其植被分類(b)

表2 研究區(qū)植被面積及覆蓋率

值得注意的是，消落帶中部大面積為非植被類。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查(圖3)，中部覆蓋大片枯萎凋亡的習(xí)見蓼。參考Jiang等[10]的研究，2019年同期，研究區(qū)中部大面積為習(xí)見蓼類，為進(jìn)一步對比分析，將兩期數(shù)據(jù)重疊區(qū)域進(jìn)行變化檢測分析，結(jié)果如圖4和表3所示。兩年重疊區(qū)面積為10 315.05 m2，其中45.23%的區(qū)域未發(fā)生類別變化，54.77%的區(qū)域發(fā)生了類別變化，其中消落帶下部變化最為顯著，主要為習(xí)見蓼大量轉(zhuǎn)化為非植被，實(shí)際是2020年習(xí)見蓼大量枯萎被劃分為非植被類，面積達(dá)2 591.27 m2，占重疊區(qū)消落帶總面積的25.12%。由圖4b可見，植被類型之間的相互轉(zhuǎn)化以及植被增長(非植被→植被)主要發(fā)生在消落帶頂部和下部近水區(qū)，植被退化(植被→非植被)主要發(fā)生在消落帶中下部，而消落帶中上部相對較穩(wěn)定，其中2020年7月10日相對于2019年7月9日，植被退化率59.75%，結(jié)合圖4c可見，消落帶中下部植被退化類型主要為：習(xí)見蓼→非植被和狗牙根→非植被。然而，雖然狗牙根有1 208.25 m2退化成非植被，但由于消落帶各部也存在其他覆蓋類型轉(zhuǎn)化成狗牙根，尤其是在消落帶頂部，狗牙根大量取代原有的習(xí)見蓼，因此狗牙根相較2019年，總面積仍然擴(kuò)增382.37 m2。而習(xí)見蓼同比銳減97.86%，是植被整體退化的典型代表。從原位未變率(表3)可見，優(yōu)勢物種的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于非優(yōu)勢物種(其他植被)，而狗牙根相對習(xí)見蓼更加穩(wěn)定。

注：a，b為消落帶沖刷溝附近植被；c，d為消落帶枯萎的習(xí)見蓼。

圖4 2019年7月9日,2020年7月10日重疊采樣區(qū)植被時空變化特征

表3 2019年7月9日至2020年7月10日重疊采樣區(qū)植被覆蓋變化轉(zhuǎn)移矩陣m2

2.2 植被分布特征

2.2.1 沿高程分布特征 如表4所示，消落帶H段植被有3 568.44 m2，占總植被面積的49.96%；消落帶M段植被僅有937.52 m2，比例為13.12%；剩余的2 640.84 m2的植被分布于消落帶L段，比例為36.95%。消落帶植被覆蓋率從下往上呈現(xiàn)先減少后增大的拋物線狀變化，至消落帶H段達(dá)到最大。這種現(xiàn)象比較少見，與2019年調(diào)研結(jié)果[10]也表現(xiàn)出顯著差別，主要原因在于M段優(yōu)勢物種習(xí)見蓼大量枯死，因此在影像處理的時候，將這一大片區(qū)域都劃分為非植被區(qū)。

表4 植被沿不同高程梯度的分布面積

各優(yōu)勢物種也表現(xiàn)出明顯的高程分布偏好。其中狗牙根有50.21%分布于H段，39.85%分布于消落帶L段，而M段僅9.94%；柳葉菜有95.53%集中分布在消落帶H段；藿香薊有54.48%分布在消落帶M段；其他植被有59.43%分布于消落帶H段；習(xí)見蓼有40.09%零散分布于消落帶L段，有47.13%成片分布于消落帶M段。消落帶不同高程區(qū)段反映了不同的淹水時間和淹水深度，L段淹水脅迫最為強(qiáng)烈，因而能夠在L段生長良好的狗牙根、習(xí)見蓼耐淹性相對較好。

2.2.2 沿坡度分布特征 根據(jù)表5可知，研究區(qū)消落帶坡度主要集中在0°～25°范圍內(nèi)，面積達(dá)26 035.2 m2，占總消落帶面積的80.99%，而0°～25°坡度范圍內(nèi)的植被面積只占了總植被面積的75.14%；坡度在25°～35°范圍內(nèi)的面積為3 770.91 m2，占總消落帶面積的11.73%，而此坡度范圍內(nèi)的植被面積占總植被面積的16.14%；剩余2 338.96 m2的消落帶面積為坡度35°以上的，占總消落帶面積的7.28%，而植被面積占到了總植被面積的8.71%。植被覆蓋率隨著坡度增大先增大后減小，在25°～35°坡度等級達(dá)到最大覆蓋率30.60%；而在60°～90°坡度等級植被覆蓋率最低，為15.70%。具體到某一植被種類來看，狗牙根、習(xí)見蓼、藿香薊以及其他植被種類的面積隨坡度增大呈現(xiàn)出明顯的先增后減變化，在15°～25°坡度范圍內(nèi)，覆蓋面積達(dá)到最大，隨后當(dāng)坡度大于25°，覆蓋面積呈現(xiàn)大幅減少；而柳葉菜在25°～60°坡度范圍內(nèi)，隨著坡度增大，覆蓋面積變化不大，相對來說，柳葉菜對坡度的適應(yīng)范圍較廣，在60°以內(nèi)的陡坡也能夠生長良好；各種植被在60°以上陡坡覆蓋面積驟減?？偟膩砜?，對于各種植被來說，25°以內(nèi)緩坡最為適宜，而60°以上陡坡最不適宜，柳葉菜在60°以內(nèi)坡度均能良好生長。

表5 瀾滄江小灣水庫典型消落帶植被沿不同坡度等級的分布面積和覆蓋率

2.2.3 沿坡向分布特征 根據(jù)表6研究區(qū)消落帶不同坡向上植被面積分布表可以得出，除了平面植被覆蓋率明顯較低之外，其余坡向植被覆蓋率相差并不是特別大，植被覆蓋率均超過了20%。西坡、西南坡、南坡、東南坡覆蓋率相對最高，依次分別為32.40%，31.10%，30.49%，26.72%；其次是西北坡、北坡、東北坡和東坡，依次分別為26.34%，22.18%，21.91%，20.31%；平面上的植被覆蓋率最低，僅9.33%?？傮w上看，陽坡的植被覆蓋率要大于陰坡的植被覆蓋率。

表6 瀾滄江小灣水庫典型消落帶植被

2.2.4 沿最近鄰水體距離分布特征 水分對于植被生長具有不可忽視的作用，消落帶植被以草本植物為主，生長周期短，根系遠(yuǎn)不如灌木、喬木等發(fā)達(dá)，根系大多短淺，因而其生長受到表層土壤含水量影響極大。最近鄰水體距離是指距離包括江水、沖水溝、水洼等在內(nèi)的研究區(qū)所有水體的最短水平距離，在一定程度上體現(xiàn)了消落帶生境所承受的干旱脅迫。

根據(jù)柵格數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)各級最近鄰水體距離的植被分布情況(表7)，經(jīng)過簡單計(jì)算可以得出有24.55%，16.79%，14.91%，11.54%的植被分別分布于最近鄰水體距離0～5,5～10,10～15,15～20 m的區(qū)段上；有67.79%的植被較為集中的分布在最近鄰水體距離較近的0—20 m區(qū)域內(nèi)，而剩余的32.21%的植被較為均勻零散分布在距離水體20～133.01 m的區(qū)域內(nèi)?？傮w上看，植被數(shù)量和物種豐富度與距水體距離呈負(fù)相關(guān)，離水體距離越遠(yuǎn)，植被數(shù)量越少，物種越趨于單一。習(xí)見蓼、藿香薊、柳葉菜以及消落帶實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)的一些其他植被，絕大多數(shù)都喜歡生長在田邊、溪邊等潮濕的環(huán)境下，根據(jù)分類結(jié)果也可以看到，這些喜歡潮濕的植物也基本分布于距離水體較近的地方；而距離水體30～133.01 m的較遠(yuǎn)區(qū)域，基本只有狗牙根分布，其他植被則很少生長在此區(qū)域。距離水體越遠(yuǎn)，相對來說受旱情影響越大，因此，狗牙根相對來說耐旱性較好。

表7 植被沿各級最近鄰水體距離分布面積

2.3 植被空間分布的影響因素

由于消落帶特殊的成因，淹水是影響消落帶植被恢復(fù)的主要因素之一，通常消落帶生境所承受的淹水脅迫與水位高程成反比，無論是淹水深度還是淹水時間，均為：消落帶下部>消落帶中部>消落帶上部。根據(jù)消落帶植被沿高程分布特征，消落帶上部的主要優(yōu)勢物種為狗牙根、柳葉菜；消落帶中部的主要優(yōu)勢物種為藿香薊和習(xí)見蓼；消落帶下部的主要優(yōu)勢物種為狗牙根和習(xí)見蓼。消落帶植被由于耐淹性差異以及種間競爭等因素的共同作用，表現(xiàn)出明顯的帶狀分布，消落帶下部優(yōu)勢物種狗牙根和習(xí)見蓼相對較耐淹，可以考慮作為消落帶下部修復(fù)的先鋒物種。

值得注意的是，通常消落帶下部由于淹水強(qiáng)度最甚而植被覆蓋率最小[25-28]。但是本文調(diào)研結(jié)果顯示，干旱年研究區(qū)植被沿高程梯度分布呈現(xiàn)出反?，F(xiàn)象，消落帶中部植被覆蓋率顯著低于消落帶下部和上部。對比研究區(qū)前一年植被分布情況可見，主要原因在于消落帶中部優(yōu)勢物種類型單一，習(xí)見蓼占絕對優(yōu)勢，而今年習(xí)見蓼大量枯萎發(fā)黑，導(dǎo)致中部植被覆蓋率驟降。

由于庫水位每年1月開始逐漸下降，因而消落帶從1月開始逐漸出露，通常至5月底完全出露，消落帶植被逐漸復(fù)蘇萌發(fā)。根據(jù)中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)[29]資料統(tǒng)計(jì)顯示，自1月消落帶開始出露至7月采樣當(dāng)月，2020年月平均氣溫與歷史同期比較接近，但是整體降雨情況顯著低于歷史平均水平。由圖5可知，截至采樣當(dāng)月，消落帶植被生長期累計(jì)降雨量相比多年同期平均值下降26.6%，日降雨量超過3 mm僅23 d，相對歷史平均值減少35.9%。尤其是自5月底消落帶完全出露，6月正是植被全面恢復(fù)的時期，2020年6月月累計(jì)降雨量相比2019年同期下降54.7%，相比歷史多年平均值下降64.0%，日累計(jì)降雨量超過3 mm的僅2 d，旱情導(dǎo)致占據(jù)消落帶優(yōu)勢區(qū)域的第一大優(yōu)勢種習(xí)見蓼大面積枯死，使得消落帶中部覆蓋率呈現(xiàn)最低的反?，F(xiàn)象。這反映了消落帶生態(tài)系統(tǒng)極度脆弱，消落帶植被容易受到氣候等外界因素干擾。另一方面，消落帶上部和下部優(yōu)勢物種狗牙根在旱情影響下覆蓋率并未受到顯著影響，狗牙根面積反增382.37 m2，并且由各植被沿最近鄰水體距離分布特征可見，當(dāng)距離水體大于30 m，幾乎僅狗牙根覆蓋良好，相對于習(xí)見蓼，狗牙根表現(xiàn)出了較強(qiáng)的耐旱性和恢復(fù)穩(wěn)定性。

圖5 瀾滄江小灣水庫消落帶植被生長期(截至采樣當(dāng)月)多年氣象數(shù)據(jù)

根據(jù)植被沿坡度分布特征顯示，在坡度25°以下，各種植被均能生長良好，而當(dāng)坡度大于25°，植被覆蓋面積大幅降低，柳葉菜除外。對于25°～60°的陡坡消落帶，柳葉菜依然能夠覆蓋良好，可以考慮作為60°以內(nèi)陡坡消落帶的先鋒物種。當(dāng)消落帶坡度大于60°時，幾乎僅剩少數(shù)狗牙根和極少數(shù)柳葉菜存活，60°以上陡坡極其不適宜消落帶植被生長。坡度影響著地表徑流[30-32]，相對而言，陡坡土壤侵蝕更為嚴(yán)重，保土保水較差，植物賴以生存的條件較惡劣，因此研究區(qū)消落帶絕大多數(shù)植物偏好生長于25°以下緩坡消落帶。

坡向的變化決定了光照強(qiáng)度的大小，從而影響植被生長發(fā)育過程中對光照的需求?？傮w上看，研究區(qū)消落帶陽坡的植被覆蓋率要大于陰坡的植被覆蓋率。通常陽坡光照強(qiáng)度大于陰坡，光熱條件更適合植物的生長。

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的地形因子綜合分析結(jié)果如圖6所示。最近鄰水體距離和高程因子的相對重要性值顯著大于坡度和坡向，這表明最近鄰水體距離和高程因子相對于坡度和坡向因子對植被空間分布的影響更大，而二者在一定程度上分別體現(xiàn)了消落帶植被所承受的干旱脅迫和淹水脅迫，這意味著，干旱脅迫和淹水脅迫對消落帶植被的空間分布格局有顯著影響。并且在干旱年，前者的影響略大于后者(由圖6可知)。

圖6 瀾滄江小灣水庫地形因子重要性值

3 討論與結(jié)論

小灣水庫是中國西南邊陲瀾滄江流域的特大型高壩深庫，水位落差達(dá)60 m，自2010年高位蓄水運(yùn)行之后，消落帶原有植被被淹大量退化。在周期性的淹水—落干循環(huán)交替中，小灣水庫消落帶經(jīng)過了近10 a的自我調(diào)節(jié)和適應(yīng)，目前急需開展相關(guān)研究，為了解小灣水庫消落帶植被現(xiàn)狀、科學(xué)維護(hù)和修復(fù)消落帶植被提供基礎(chǔ)信息和參考。本文利用無人機(jī)遙感結(jié)合實(shí)地調(diào)研，對干旱年研究區(qū)消落帶植被恢復(fù)現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，繪制了研究區(qū)消落帶植被覆蓋專題圖、獲取了消落帶植被物種組成、覆蓋率、優(yōu)勢物種類型、沿地形因子分布特征，并在此基礎(chǔ)上深入分析了消落帶植被分布的影響因素等。

(1) 研究區(qū)消落帶多為一年生或多年生草本植物，包括狗牙根、習(xí)見蓼、柳葉菜、藿香薊、土荊芥、蒼耳、小蓬草、蔊菜、牛筋草、艾、天名精、月見草、香附子及鉆葉紫菀等，其中狗牙根為最大優(yōu)勢物種，占植被總面積的85.62%，其次優(yōu)勢物種習(xí)見蓼、柳葉菜、藿香薊分別占比4.22%，3.72%，3.12%，而其他植被每種僅寥寥數(shù)棵。

(2) 消落帶絕大多數(shù)植物偏好生長于25°以下緩坡消落帶，除柳葉菜在坡度60°以下均覆蓋良好，而坡度60°以上消落帶，植被存活較少。

(3) 各優(yōu)勢物種沿高程梯度表現(xiàn)出明顯的帶狀分布特征。狗牙根集中分布于消落帶上部和下部，中部最少；過半藿香薊生長于消落帶中部；習(xí)見蓼以中下部居多。消落帶下部優(yōu)勢物種主要為狗牙根和習(xí)見蓼，反映了二者具有較強(qiáng)的耐淹性。

(4) 消落帶植被受到地形因子的影響中：最近鄰水體距離>高程>坡度>坡向，前兩者在一定程度上分別體現(xiàn)了消落帶植被所承受的干旱脅迫和淹水脅迫強(qiáng)度，這意味著，干旱脅迫和淹水脅迫對消落帶植被的空間分布格局有顯著影響，并且，在干旱年，前者的影響略大于后者。

(5) 受旱情影響，2020年7月10日相對于2019年7月9日，研究區(qū)消落帶植被退化率達(dá)59.75%，植被退化主要發(fā)生在消落帶中下部，而消落帶中上部相對較穩(wěn)定，退化類型主要為習(xí)見蓼大量枯萎轉(zhuǎn)化為非植被，植被類型之間的相互轉(zhuǎn)化以及植被增長(非植被→植被)主要發(fā)生在消落帶頂部和下部近水區(qū)，優(yōu)勢物種的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于非優(yōu)勢物種，而狗牙根相對習(xí)見蓼更加穩(wěn)定，抗旱性更優(yōu)。