李 冰，萬榮榮，楊桂山，譚志強，王殿常，吳興華

(1：中國科學院南京地理與湖泊研究所，中國科學院流域地理學實驗室，南京 210008) (2：中國科學院大學，北京 100049) (3：中國長江三峽集團有限公司，北京100038)

湖泊濕地作為全球內(nèi)陸濕地的重要組成部分，提供了豐富的洪水調(diào)蓄、水環(huán)境凈化、生物多樣性維持、淡水與食物供給等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[1-2]. 20世紀以來，受到氣候變化、圍墾和水利設(shè)施建設(shè)等的干擾，河湖水文連通性下降明顯，全球范圍濕地的長期損失率高達42%[3]，其中1970-2015年間35%的自然濕地因土地利用變化與人為筑壩而消失[2]，大量天然濕地喪失阻礙了湖泊濕地關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的維持[4-6]. 湖泊濕地空間格局長期演變及其對土地利用和水文連通性變化的響應(yīng)研究也成為國內(nèi)外學者關(guān)注的焦點，成果被廣泛應(yīng)用于濕地生態(tài)修復(fù)與管理、濕地保護政策制定等方面[5-8].

長江中下游湖泊濕地是全球典型的江湖淤塞淡水濕地，季節(jié)性的洪水、周期性的湖水快速更換，以及與大江大河密切的水文連通性，形成了包括湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)、江湖交互作用和人文地理等彼此相關(guān)的復(fù)雜水文環(huán)境與濕地結(jié)構(gòu). 隨著遙感手段的興起，多源遙感數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于長江中下游湖泊濕地的變化監(jiān)測，包括濕地景觀格局變化、濕地變遷、濕地生態(tài)系統(tǒng)健康等方面[9-13]. 中國科學院南京地理與湖泊研究所于2007-2009年開展了全國1 km2以上的湖泊遙感調(diào)查，與歷史時期湖泊調(diào)查數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，中國湖泊數(shù)量大幅度減少，其中長江中游地區(qū)約2/3的湖泊因圍墾而消失[12]. Wang等[9]基于MODIS數(shù)據(jù)監(jiān)測了長江中下游20 km2以上湖泊濕地的旬尺度動態(tài)，結(jié)果表明2000-2011年間湖泊濕地共損失了約7.4%，并提出區(qū)域氣候變異和長江干流與流域支流水利設(shè)施建設(shè)是湖泊濕地演變的主要原因. 然而目前湖泊濕地格局演變的研究主要集中于遙感手段興起以來的近40年，由于缺少歷史資料的整編，以及監(jiān)測頻度和精度的限制，罕有橫跨中華人民共和國成立前后、改革開放、大型水利工程建設(shè)等重要人類活動事件的濕地格局長期演變研究. 因此，已有學者開始將遙感數(shù)據(jù)與歷史地形圖和航片數(shù)據(jù)相結(jié)合，并對江漢平原湖群[14-16]、洞庭湖區(qū)[17-18]湖泊長期演變規(guī)律開展了研究并取得了較好的成果，為湖泊濕地生態(tài)修復(fù)和保護政策的制定提供了重要依據(jù). 如余姝辰等[18]利用清光緒22年以來的包含《洞庭湖全圖》、堤垸分布圖、民國時期歷史地形圖、中華人民共和國成立初期歷史地形圖、遙感影像等數(shù)據(jù)，重建了洞庭湖區(qū)通江水域面積的時序變化.

鄱陽湖是我國最大的淡水湖泊和長江中游僅存的兩個通江湖泊之一，其自然通江的湖泊濕地范圍、結(jié)構(gòu)的季節(jié)性與年際變化直接影響了湖泊洪水調(diào)蓄、水資源供給、生物多樣性維持和水環(huán)境凈化等多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的發(fā)揮. 目前針對鄱陽湖湖泊濕地演變的研究主要集中于湖泊濕地遙感監(jiān)測與水文情勢波動的生態(tài)效應(yīng)等方面[19-24]. 眾多研究結(jié)果表明近幾十年來鄱陽湖秋冬季節(jié)濕地植被面積呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，且表現(xiàn)為濕生植被向湖心遷移的特征，濕地旱化明顯[20,25-26]. 此外，湖泊濕地面積的變化與水文情勢波動變化關(guān)系明顯[27]，三峽水庫運行疊加影響下的湖泊退水期水位降低是洲灘濕地出露提前、旱化加重的重要原因[20,22,28-29]. 在湖泊濕地長期演變研究方面，萬智巍等[30]針對鄱陽湖局部(南部區(qū)域)水體的演變，基于1930s軍事地形圖和兩期遙感影像采用景觀格局指數(shù)和濕地密度開展了研究. 然而鄱陽湖自然通江的湖泊濕地在近百年是如何演變的，其對土地利用和水文連通性變化的響應(yīng)如何，有賴于充分挖掘歷史地形圖資料，拓展遙感數(shù)據(jù)研究時間尺度，從而重建百年尺度鄱陽湖濕地格局，為鄱陽湖濕地生態(tài)修復(fù)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升等提供客觀資料. 綜上所述，本研究的目標是：基于歷史地形圖和遙感產(chǎn)品，探明近百年鄱陽湖濕地格局演變過程，解析土地利用變化與水文連通性變化及其對濕地格局演變的影響.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽湖位于我國江西北部、長江南岸(28°22′～29°45′N，115°47′～116°45′E)，南北長170 km，東西平均寬度16.9 km，最大寬度約74 km(圖1)[31]. 鄱陽湖上承流域贛、撫、信、饒、修五河來水，北部通過湖口水道注入長江，并與長江存在出流、頂托與倒灌的復(fù)雜江湖關(guān)系. 湖區(qū)屬北亞熱帶季風氣候，年均氣溫16.5～17.8℃，多年平均降水量1570 mm. 鄱陽湖年徑流量占長江年徑流總量的18%以上，不僅為長江中下游提供了可靠的優(yōu)質(zhì)水源，而且也是中下游洪水的巨大調(diào)蓄庫，承擔著調(diào)蓄長江中游25億 m3超額洪水的重任[32]. 同時作為具有國際意義的重要濕地，鄱陽湖是全球95%的白鶴、60%的東方白鸛等珍稀水禽的越冬場所[33]. 此外，鄱陽湖還提供了巨大的水質(zhì)凈化[34-35]與氣候調(diào)節(jié)功能[36].

圖1 研究區(qū)域示意圖Fig.1 Sketch of the study area

1.2 數(shù)據(jù)

為綜合考慮中華人民共和國成立前后、圍湖造田、退田還湖等重大人類活動事件脈絡(luò)下鄱陽湖濕地格局的演變特征，本研究收集整理了1980s年以前的歷史地形圖數(shù)據(jù)和1980s年以后的遙感解譯土地利用數(shù)據(jù)，具體包括：

1)1920s-1940s民國時期歷史地形圖. 該圖為美國陸軍工程署制圖局根據(jù)民國時期江西省3種最大比例尺地形圖編撰而成的1∶5萬地形圖，共計36幅，采用橫軸莫卡托投影50分帶投影. 信息源主要包括民國時期江西陸地測量局測量的江西1∶2.5萬地形圖、1∶5萬地形圖和部分湖北省陸地測量局測量的1∶5萬地形圖. 其中1∶2.5萬地形圖測圖時間為1930s，而1∶5萬地形圖測圖時間橫跨1920s-1930s(圖2)，通過對不同圖件測量時間的匯總發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)的地形圖測圖時間為1920s-1930s(約占84%)，因此，本研究認為該時期歷史地形圖反映的湖區(qū)真實年代為1930s.

圖2 鄱陽湖1920s-1940s歷史地形圖測圖年份分布： (a)1∶5萬比例尺；(b)1∶2.5萬比例尺(圖中豎線表示1940年)Fig.2 The survey time of historical topographic map of Lake Poyang from the 1920s to 1940s: (a) 1∶50000 scale; (b) 1∶25000 scale (The vertical line indicates year 1940)

2)1960s-1970s解放軍陸軍總參謀部測繪出版的地形圖. 比例尺為1∶10萬，中國人民解放軍陸軍總參謀部根據(jù)1971年修測、1972年出版的1∶5萬地形圖編繪而成，地形圖采用了1954年北京坐標系，高程基準為1956年黃海高程系[37]. 為便于說明，在文中統(tǒng)一采用1970s來表示.

3)1980s以來湖區(qū)土地利用數(shù)據(jù)和遙感影像. 考慮到基于遙感影像的土地利用技術(shù)已經(jīng)頗為成熟，本研究采用了國家基礎(chǔ)地理信息中心發(fā)布的3期30 m分辨率土地利用數(shù)據(jù)(http://www.globallandcover.com)，經(jīng)裁剪后得到鄱陽湖區(qū)1990s、2000s和2010s三期土地利用數(shù)據(jù). 在此基礎(chǔ)上，下載了鄱陽湖區(qū)1990s以來的年代際最小云量Landsat影像用于土地利用數(shù)據(jù)的目視檢查與精度判別，對明顯錯分的土地利用數(shù)據(jù)進行了手動修改，進一步保證土地利用數(shù)據(jù)可靠性. 影像日期分別為：1995年9月29日、1999年12月2日、2005年9月29日、2017年7月28日.

1.3 研究方法

1.3.1 通江湖泊濕地信息提取 1930s、1970s歷史地形圖數(shù)據(jù)采用鄱陽湖1∶1萬地形圖進行平面控制，根據(jù)圖幅經(jīng)緯度坐標進行初步配準，通過與遙感影像、谷歌衛(wèi)星地圖疊加對比，利用地形圖與影像中的山峰等標志性地物對配準結(jié)果進行反復(fù)微調(diào)，以最大程度上減少地形圖信息提取誤差. 值得說明的是，本文的研究對象為鄱陽湖保持自然通江的湖泊濕地，是指不受圩垸與閘壩控制的，隨季節(jié)性水位波動而呈現(xiàn)特定水文節(jié)律的水體、草灘與泥灘的統(tǒng)稱. 此外，在利用歷史地形圖和遙感影像提取鄱陽湖濕地信息過程中，考慮到鄱陽湖濕地面積年內(nèi)變化劇烈，而兩期歷史地形圖測圖季節(jié)不詳，因此不考慮由于水位波動導致的湖泊濕地面積變化. 為與遙感產(chǎn)品結(jié)果保持統(tǒng)一，將地形圖矢量化過程中的草灘、泥灘統(tǒng)一標識為草洲. 在確定鄱陽湖濕地邊界時，參考中國科學院南京地理與湖泊研究所開展的第二次湖泊調(diào)查湖泊邊界判譯規(guī)則[13]，在有堤防或閘壩控制的岸段，以堤防或閘壩的中心線作為通江水域濕地邊界，而在無堤防控制的岸段，考慮到鄱陽湖年內(nèi)水位波動劇烈，按照地形圖和遙感影像中最大水涯線或草灘與泥灘的最外延邊界作為通江水域濕地的邊界，在入湖河口位置，根據(jù)湖泊的形狀，在河流寬度突然增大出將湖岸線自然延伸連接. 此外，為充分反映子湖閘控或圩垸對湖泊濕地面積、水文連通性變化的影響，針對不同歷史時期湖泊內(nèi)部存在的因堤壩或圩垸與主湖阻隔的子湖，在ArcGIS中沿堤防與閘壩的中心線和子湖濕地最外延邊界手動矢量化得到閘控子湖信息. 為消除不同人員主觀認知上的差異，控制并保證調(diào)查精度，邊界的劃定和子湖的矢量化等工作由專人負責檢查修訂. 同時，考慮到不同時期湖泊濕地提取數(shù)據(jù)源不同，本文將數(shù)據(jù)空間信息統(tǒng)一投影至World UTM 50N分帶，以保證空間信息對比的可靠性.

上官星雨卻不同意，她說：“我聽說東方宇軒谷主離開東海，來秦嶺山中開辟萬花谷，他的家人并不贊同，特別是谷主他老人家的未婚妻子方碧玲，甚至是一路追尋到秦嶺，在萬花谷畔的絕情谷隱居下來，希望他能夠收回成命，隨她回蓬萊島踐行婚約，生兒育女。谷主當然是沒有答應(yīng)，不然哪里有什么萬花谷！外面的人猜谷主心意如鐵，對方女俠無情狠絕，我倒是覺得他是將情愫深埋在心里，就像這朵牡丹深埋在山里，你們仔細看，這朵花的模樣好傷感，不像是含苞開放，而是迷思于煙雨中，泫然欲淚?！?/p>

1.3.2 湖泊濕地喪失情況分析 高強度的人類活動通過墾殖、城鎮(zhèn)化、退田還湖等土地利用方式的改變直接影響了鄱陽湖濕地格局的演變. 為反映土地利用變化對湖泊濕地格局演變的影響，本研究以1930s鄱陽湖濕地范圍為基準，通過ArcGIS平臺的相交、擦除、聯(lián)合等工具，結(jié)合馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣分析近百年鄱陽湖濕地喪失的范圍、面積與轉(zhuǎn)變情況. 值得說明的是，在土地利用變化比較過程中，將前一期中水體與草洲合并為濕地，進而分析前期湖泊濕地向下一時期水體、草洲、耕地、林地與建設(shè)用地的變化過程.

1.3.3 基于地統(tǒng)計學的水文連通性變化分析 為表征不同歷史時期由于圩垸和堤壩的建設(shè)導致的湖泊濕地阻隔造成的水文連通性喪失，本文采用Trigg等[38]提出的基于干濕二元柵格數(shù)據(jù)集的地統(tǒng)計學水文連通函數(shù). 該函數(shù)計算了給定距離條件下兩個濕像元存在水力聯(lián)系的可能性，由連通的濕像元總數(shù)和總濕像元集對的比值的計算. 其概念模型如下式所示：

(1)

式中，∏為乘積算子，CF(n;zc)為沿特定方向n個單元距離的值均大于閾值zc的概率，I(uj;zc)表示地點uj處z(uj)大于閾值zc的判斷，當uj大于zc時，I(uj;zc)=1，否則I(uj;zc)=0[38].

該函數(shù)曲線隨距離的增加下降越緩慢，表明湖泊濕地內(nèi)部的連通性越高，其中短距離高連通性多代表破碎水體，而長距離高連通性多表示大片連續(xù)水體. 該方法已成功應(yīng)用于洪泛區(qū)水文連通性變化過程的定量刻畫[39-40]. 以1930s鄱陽湖濕地范圍作為基準，基于MATLAB平臺計算了1930s、1970s、1990s、2000s和2010s鄱陽湖濕地沿西-東與北-南方向的連通性函數(shù)值，用于近似表征湖泊橫向與縱向水文連通性的變化.

圖3 近百年鄱陽湖自然通江的湖泊濕地范圍變化Fig.3 The Yangtze connected lake-wetland changes in Lake Poyang for the recent century

2 研究結(jié)果

2.1 近百年鄱陽湖濕地面積演變特征

近百年鄱陽湖濕地分布變化如圖3所示. 1930s鄱陽湖濕地面積約為5024.3 km2，其中水體與草洲占比分別為21%和78%，沒有閘控或圩垸導致的子湖. 中華人民共和國成立以來，湖區(qū)開展了大規(guī)模的墾殖和防洪工程，軍山湖和康山圩于1960s修筑大堤，湖泊北部通江水道的南北港湖、新妙湖等湖汊也相繼修筑閘壩與主湖阻隔，鄱陽湖濕地面積在1970s銳減至3356.8 km2. 1990s湖泊濕地面積持續(xù)減少至3224.7 km2，之后由于1998年大洪水事件后開始的退田還湖活動湖泊濕地面積有所上升，但基本保持穩(wěn)定，2000s湖泊濕地面積為3235.2 km2，目前，仍保持與長江連通的鄱陽湖濕地面積為3232.7 km2. 通過對比1930s與2010s鄱陽湖濕地分布范圍變化，發(fā)現(xiàn)相較民國時期，鄱陽湖濕地面積減少了1791.6 km2，長期喪失率高達35.7%，且主要分布于贛江入湖尾閭、饒河入湖尾閭與康山圩，人工閘壩與堤垸的建設(shè)也導致鄱陽湖濕地的大幅減少，包括軍山湖、南北港、新妙湖和和康山圩大明湖等. 對鄱陽湖濕地的質(zhì)心而言，2010s的濕地質(zhì)心相較1930s向西和向北分別轉(zhuǎn)移了3.2和6.3 km，也表明了鄱陽湖濕地在南部和西部湖區(qū)面積喪失較大.

2.2 通江湖泊濕地喪失情況

為進一步分析近百年來鄱陽湖濕地的喪失情況，以1930s湖泊濕地范圍和不同時期為基準，逐年代對比了不同歷史時期原屬1930s自然通江湖泊濕地范圍的濕地向其他用地類型轉(zhuǎn)移情況(表1，圖4). 1930s-2010s，自然通江的湖泊濕地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，累計面積達1149.6 km2，占該時段濕地喪失總面積的59%，其中以1930s-1970s這一時段轉(zhuǎn)變?yōu)楦刈顬槊黠@，達867.1 km2. 其次為1970s-1990s，有270.8 km2的濕地轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，且主要表現(xiàn)為與主湖分隔的湖泊濕地的喪失，如康山圩內(nèi)部湖泊濕地的持續(xù)減少. 進入20世紀以來，湖泊濕地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐拿娣e大幅減少，1990s-2000s和2000s-2010s分別為9.4和2.3 km2. 此外，與1930s相比，目前有約634.1 km2的湖泊濕地仍保持著水體和草洲的用地類型，約占37.1%，但值得注意的是，這部分湖泊濕地大多由于閘控或圩垸與通江主湖阻隔，不具備通江屬性，一定程度上阻礙了其關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的發(fā)揮.

表1 近百年鄱陽湖自然通江的湖泊濕地喪失轉(zhuǎn)移情況 (km2)

圖4 近百年鄱陽湖自然通江的湖泊濕地喪失空間分布Fig.4 Spatial pattern of Yangtze connected lake-wetland loss in Lake Poyang for the recent century

就湖泊濕地喪失的空間分布而言，與不同歷史時期自然通江的湖泊濕地邊界范圍的變化類似，1930s-1970s濕地向耕地的轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在贛江、饒河的入湖尾閭地區(qū)和康山圩等. 1970s-1990s濕地向耕地的轉(zhuǎn)移則主要發(fā)生在康山圩內(nèi)部，與主湖分隔后的大明湖持續(xù)受到墾殖的作用，湖泊濕地面積進一步縮小，而通江主湖面積變化不大. 1990s以后湖區(qū)濕地喪失情況基本保持穩(wěn)定.

圖5 不同歷史時期閘控或 圩垸子湖分布Fig.5 The distribution of controlled sub-lakes in different epochs

2.3 通江湖泊濕地水文連通性變化

湖泊圍墾等因素導致的湖區(qū)土地利用變化是導致湖泊濕地喪失的重要原因，而水文連通性變化則加劇了通江湖泊濕地的喪失. 鄱陽湖目前受閘控或圩垸阻隔的子湖面積633.6 km2，其中最大子湖水文阻隔面積發(fā)生在1930s-1970s，共有549.4 km2，其次為1970s-1990s，共有131.1 km2湖泊濕地與通江濕地阻隔，隨著2000s以來鄱陽湖生態(tài)保護力度的不斷加大，子湖阻隔現(xiàn)象明顯減少，1990s-2000s、2000s-2010s新增江湖阻隔子湖面積分別為0.6與2.3 km2(圖5). 較為典型的阻隔子湖為湖區(qū)南部的軍山湖、康山圩內(nèi)的大明湖、原屬東部湖汊的珠湖，以及位于北部通江水道的新妙湖、南北港等，這些子湖目前主要用于區(qū)域防洪、灌溉和養(yǎng)殖.

就北-南方向縱向連通而言，1930s縱向水文連通函數(shù)與橫向水文連通函數(shù)曲線類似，基本維持在1左右，表明該時段湖泊的縱向水文連通性最佳. 由于南部軍山湖、康山圩內(nèi)的大明湖等大面積南北向水體與主湖阻隔，1970s縱向水文連通性大幅下降，不同連通距離水文連通函數(shù)均值為0.71，1990s及之后年代縱向水文連通性進一步減小并維持在相對穩(wěn)定的水平，水文連通函數(shù)均值在0.65左右.

對比不同年代橫向與縱向水文連通性沿距離的變化，可以發(fā)現(xiàn)相較歷史時期，鄱陽湖縱向水文連通性的下降更為顯著. 值得說明的是，盡管目前鄱陽湖濕地水文連通性相較1930s和1970s有了一定程度下降，但其不同連通距離的橫向與縱向水文連通函數(shù)均在0.65左右，尤其是橫向水文連通性函數(shù)在0～60 km內(nèi)下降較為緩慢，表明鄱陽湖水文連通程度仍處于較好的狀態(tài).

3 討論

歷史時期地形圖與遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合能夠有效拓展河湖面積和形態(tài)變化研究的時間尺度[18, 41]，從而為河湖生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀的保護提供參考本底. 本研究采用民國時期高精度軍事地形圖、改革開放前1∶10萬地形圖和遙感解譯產(chǎn)品重建了近百年鄱陽湖濕地的變化過程. 由于歷史時期，尤其是民國時期測繪技術(shù)、人員水平的限制，湖泊濕地信息提取過程中會不可避免地產(chǎn)生一定不確定性，筆者在配準與矢量化過程中，不斷與遙感影像、谷歌影像數(shù)據(jù)進行比對校核，盡可能地減少該不確定性對歷史時期湖泊濕地狀態(tài)的影響. 此外，民國時期地形圖在近年來被陸續(xù)發(fā)掘，并在歷史時期土地利用重建、城市化水平、湖泊演變等研究領(lǐng)域取得了眾多成果[41-43]. 學者也在不同地區(qū)開展了該類軍事地形圖精度的驗證，結(jié)果表明通過地形圖標志性地物與遙感影像的對比，發(fā)現(xiàn)標志點的誤差在0.227和3.84 km之間[41,44]. 表明該批軍事地形圖精度較好，提取的湖泊濕地信息可信度較高.

近百年來鄱陽湖濕地面積從5024.3 km2下降至3232.7 km2，長期損失率高達35.7%，其中湖泊濕地向耕地的轉(zhuǎn)換是鄱陽湖近百年濕地喪失的主要形式，累計有1149.6 km2湖泊濕地轉(zhuǎn)變?yōu)楦? 自然因素和湖區(qū)高強度的人類活動是驅(qū)動長江中游湖泊濕地面積萎縮的主要原因，已形成共識[12]. 對于鄱陽湖而言，圍墾是1990s以前鄱陽湖灘地資源開發(fā)利用的主要方式之一，受到“以糧為綱”指導方針的影響，1950-1970s末，鄱陽湖區(qū)興建大型圩達331座，由圍墾導致平均每年減少湖泊面積40余 km2，尤其是康山圩的建設(shè)，圍墾面積占鄱陽湖總面積的8.6%[31]. 1990s以來，鄱陽湖自然通江的湖泊濕地范圍總體保持穩(wěn)定(圖3)，這主要是由于1980s以后，鄱陽湖區(qū)大規(guī)模建圩活動已基本得到控制，主要進行的是湖泊濕地邊界范圍外的聯(lián)圩并垸工程[45]. 此外，1998年長江流域大洪水事件發(fā)生后，國務(wù)院下發(fā)了“封山育林，退耕還林；退田還湖，平垸行洪；以工代賑，移民建鎮(zhèn)；加固干堤，疏通河道”32字方針指導災(zāi)后重建與生態(tài)修復(fù)，其中退田還湖是最早開始實施的生態(tài)工程，江西省在鄱陽湖區(qū)實行了規(guī)?？涨暗耐颂镞€湖工程，其中雙退圩堤95座，單退圩堤185座，鄱陽湖濕地面積有所上升，并在應(yīng)對2020年鄱陽湖汛期水位暴漲中取得了重要成效[46].

圖6 基于地統(tǒng)計的鄱陽湖水文連通函數(shù)曲線變化：(a)自西向東方向；(b)自南向北方向Fig.6 Changes of geostatistical hydrological connectivity curves in Lake Poyang: (a) the west-east direction; (b) the north-south direction

水文連通性作為湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)以水為介質(zhì)的物質(zhì)、能量循環(huán)和生物遷移等關(guān)鍵過程的傳輸紐帶，對于河湖生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)穩(wěn)定發(fā)揮具有重要意義[47]. 隨著全球范圍內(nèi)水庫和閘壩的建設(shè)，天然河湖系統(tǒng)水文連通性喪失嚴重，并給生態(tài)環(huán)境帶來了深遠的負面影響[48]. 相較1930s，鄱陽湖共有約683.4 km2湖泊濕地由于閘壩和圩堤與主湖阻隔，水文節(jié)律完全獨立于鄱陽湖濕地，造成了鄱陽湖橫向與縱向的水文連通性均出現(xiàn)一定程度的喪失. 研究表明，水文阻隔改變河湖原有水文水動力過程，水體營養(yǎng)鹽滯留時間增大，是藻類水華暴發(fā)的主要誘因[49]. 董芮等[50]在西洞庭湖濕地大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)對水文連通性響應(yīng)研究中發(fā)現(xiàn)，大型底棲動物的物種豐富度、密度、多樣性都會受到低連通度的負面影響. Shi 等[51]通過比較鄱陽湖自由連通與閘控子湖濕地植被生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)連通濕地的植被生長具有顯著更高的恢復(fù)力穩(wěn)定性.

近年來，受氣候變化和重大水利工程的雙重影響，長江中游江湖關(guān)系發(fā)生根本調(diào)整[52]. 鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)也發(fā)生了深刻變化，出現(xiàn)了水資源季節(jié)性短缺[28, 53]、洪水調(diào)蓄功能受損[54-55]、水環(huán)境凈化功能減弱[56]、湖泊與洲灘濕地生境退化[25, 27, 57]等一系列問題，并由此引發(fā)了鄱陽湖湖口水利樞紐工程建設(shè)的激烈爭論. 與此同時，我國首部流域保護專門法律《長江保護法》明確提出要加大對鄱陽湖實施生態(tài)環(huán)境修復(fù)的支持力度. 因此，在鄱陽湖水利樞紐工程等大型水利工程措施調(diào)控以外，探索其他可能的生態(tài)環(huán)境修復(fù)路徑，尤其是近自然的措施，對于鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)保護具有重要意義. 重建百年尺度鄱陽湖濕地演變過程，有助于在較長時間尺度上審視鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)變化. 此外，未來可借助民國時期鄱陽湖水文連通格局與地形數(shù)據(jù)，通過水文水動力與生態(tài)水文過程模擬，情景分析恢復(fù)鄱陽湖水文連通格局對鄱陽湖洪水調(diào)蓄、水環(huán)境凈化、生物多樣性保持等關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提升或消損作用，通過恢復(fù)閘控子湖與鄱陽湖主湖的自然水文連通過程，設(shè)置不同水文連通格局恢復(fù)方案，遴選綜合生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益的最佳優(yōu)化方案. 值得注意的是，水文連通的恢復(fù)重建將不可避免地產(chǎn)生大量工程與社會成本，實施難度較大，尤其考慮到閘控子湖已成為周邊居民賴以生活的重要資源，但對該方案的模擬研究對于拓展鄱陽湖生態(tài)修復(fù)與保護策略和路徑具有重要意義.

4 結(jié)論

綜合歷史地形圖和遙感解譯產(chǎn)品，重建了近百年鄱陽湖濕地格局變化序列，闡明了土地利用變化與水文連通性變化對鄱陽湖濕地格局變化的影響. 主要結(jié)論如下：

1)鄱陽湖濕地面積從1930s的5024.3 km2下降至2010s的3232.7 km2，長期損失率高達35.7%，且主要集中于贛江、饒河的尾閭地區(qū)和康山圩.

2)土地利用變化，尤其是湖泊濕地向耕地的轉(zhuǎn)移是鄱陽湖濕地喪失的主要形式. 1930s以來，共有累計1149.6 km2的濕地轉(zhuǎn)移為耕地.

3)閘壩與圩垸導致的水文連通性降低加劇了鄱陽湖濕地格局的變化. 相較1930s，共有683.4 km2的湖泊濕地與主湖阻隔喪失了通江屬性，不同年代的水文連通函數(shù)曲線變化也表明1930s以來，鄱陽湖濕地的橫向與縱向水文連通性均發(fā)生了一定程度的下降.