熊麗黎，劉建新，李寬意，閔 翔，吳召仕，郭玉銀，王仕剛，鄧燕青，歐陽千林

(1：中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，南京 210008) (2：江西省水文監(jiān)測中心，南昌 330002) (3：江西省鄱陽湖水文生態(tài)監(jiān)測研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330002) (4：中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100864) (5：鄱陽湖水文水資源監(jiān)測中心，南昌 330002)

水文連通指以水為介質(zhì)的物質(zhì)、能量及生物在水文循環(huán)要素內(nèi)部或要素之間的傳輸轉(zhuǎn)移[1-2]，在湖泊洪水調(diào)蓄、水質(zhì)凈化和生物保護(hù)等方面發(fā)揮重要作用。水文連通性變化與水文情勢相互作用，進(jìn)而影響生境面積、湖泊植被靜態(tài)格局和水生生物動態(tài)遷移、覓食和繁殖特征等[3-4]。維持連通性是河湖水系管理和健康維護(hù)的重要要求[5]。然而近半個(gè)世紀(jì)以來，在氣候變化和人類適應(yīng)性水文調(diào)控的影響下，濕地局部水文連通性嚴(yán)重降低，造成濕地面積急劇萎縮和功能嚴(yán)重退化，損害水域生態(tài)完整性，制約流域經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境的協(xié)同發(fā)展[4,6-7]。Grill等構(gòu)建了河流連通狀態(tài)指數(shù)(connectivity status index)，結(jié)果表明大壩阻隔及水庫調(diào)節(jié)破壞了全球大約48.2%的河段水文連通性，影響了河流及河岸生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力[8]。因此，水文連通研究對于濕地生態(tài)環(huán)境評估與健康維護(hù)等顯得尤為重要。

鄱陽湖是長江流域典型的吞吐型、季節(jié)性湖泊，水文特征季節(jié)性差異明顯。漲水時(shí)，主湖區(qū)水流將營養(yǎng)物質(zhì)輸送至洲灘、碟形湖及湖濱帶，水生動物也進(jìn)入洪泛區(qū)覓食、繁殖甚至避難，退水時(shí)歸槽水流帶走腐殖質(zhì)，魚類等水生動物回歸主湖區(qū)，有效維持了洲灘、碟形湖及湖濱帶生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[9]。碟形湖物種多樣性豐富，是鄱陽湖80%以上候鳥(如白枕鶴(Ciconiaalba)、東方白鸛(Ciconiaboyciana)等)的棲息地和覓食場所[10-11]。濕地植物群落沿高程的分布特征是在多種環(huán)境因子綜合作用下形成的，水文過程通常被認(rèn)為是主導(dǎo)因子[12]。主湖區(qū)與碟形湖的水文連通變化迅速，對水位、淹沒面積等的影響十分明顯[13-14]。水文連通差異決定了碟形湖植被分布和生長特征的不同[15]。2003年以后，長江對鄱陽湖的倒灌量平均下降了近90%，主湖區(qū)枯水期提前且延長、枯水位進(jìn)一步降低，導(dǎo)致洲灘濕地的出露時(shí)間延長[16]。根據(jù)1983年和2013年兩次鄱陽湖科考成果，雖然因分布上下限拓寬各1 m，薹草群落面積增幅約為68.9%，但鄱陽湖沉水植物面積整體縮減37.7%，群落物種由5～8種降至3～5種，苦草(Vallisnerianatans)替代竹葉眼子菜(Potamogetonwrightii)成為優(yōu)勢物種[17]。

為了有效反映季節(jié)性洪泛湖泊水文連通狀況，學(xué)者從不同角度提出了多種水文連通度的定量分析方法，如與水文特征相關(guān)的輸移時(shí)間、換水周期等，與水動力特征相關(guān)的水沙通量、水流速率等，以及與生物相關(guān)的生物遷移能力等[18-20]。針對鄱陽湖季節(jié)性洪泛過程形成的河道-洲灘-碟形湖之間的水文連通過程，已有研究采用統(tǒng)計(jì)方法，引入水文連通函數(shù)(connectivity function)來表征湖區(qū)空間上縱向和橫向水文連通程度的變化，并有效反映了湖區(qū)水動力學(xué)條件、碟形湖水面擴(kuò)張和萎縮的程度[21-22]。結(jié)合水面積、水深、流速等水文參數(shù)，Li等基于湖泊洪泛水文水動力學(xué)，考慮連通性與生態(tài)環(huán)境指標(biāo)之間的耦聯(lián)關(guān)系，重新定義了水文連通性的概念及其意義[23]?；谶B通的定義，圍繞水鳥、魚類、浮游藻類和大型底棲動物等，Tan等進(jìn)一步探討了鄱陽湖洪泛區(qū)水文連通與生態(tài)環(huán)境要素之間的聯(lián)系，提升了對洪泛區(qū)水文連通及其生態(tài)環(huán)境服務(wù)功能的認(rèn)識[24]。

目前，相關(guān)研究主要是基于系統(tǒng)和宏觀視角，側(cè)重于水文連通的變化過程和影響機(jī)理，研究方式多基于遙感數(shù)據(jù)或者模型模擬[25-26]。然而，針對大湖洪泛的典型區(qū)域，水文連通性的長期變化特征以及有關(guān)水文連通的影響研究尚需加強(qiáng)，基于長時(shí)間序列實(shí)測數(shù)據(jù)以及地理地形測量資料，聚焦不同時(shí)期的水文連通改變程度及對鄱陽湖典型洪泛系統(tǒng)水生生境的影響工作仍較為少見。同時(shí)1962-2002年鄱陽湖主湖區(qū)水位呈周期性變化且略有上升趨勢，但受江湖關(guān)系變化的影響，2003年以后水位呈現(xiàn)顯著下降變化且波動較為劇烈[15]。與南磯山等其他洪泛區(qū)不同的是，東部湖灣枯水期與主湖區(qū)存在水文連通出口僅有一處，為相對獨(dú)立的水生態(tài)系統(tǒng)，水量交換特征與碟形湖類似，便于分析水文連通性改變程度以及潛在影響，且因地形和距離的差異而存在生態(tài)差異。因此，本文分析對比2003年前后鄱陽湖東部湖灣和主湖區(qū)的水文連通性變化及其影響，為進(jìn)一步探討碟形湖和洪泛區(qū)的水生態(tài)系統(tǒng)演變提供科學(xué)依據(jù)。主要研究目標(biāo)為：(1)基于近60年實(shí)測水位數(shù)據(jù)以及近年湖泊地理地形測量資數(shù)據(jù)分析2003年前后主湖區(qū)水文變異程度及其生態(tài)效應(yīng)影響；(2)從連通天數(shù)、發(fā)生時(shí)間等方面定量反映與主湖區(qū)的水文連通變化程度；(3)探討水文連通改變對濕地植物分布及候鳥棲息的潛在影響，提出相關(guān)保護(hù)對策。對東部湖灣這一典型區(qū)域開展水文連通性變化原因及其對濕地植物、候鳥的影響研究，有利于揭示鄱陽湖洪泛區(qū)水文連通性及其對濕地植被、候鳥影響的長期變化趨勢，為其水生態(tài)保護(hù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)與方法

1.1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)

鄱陽湖東部湖灣，面積約為580 km2，占鄱陽湖面積的17.7%，系湖區(qū)最大湖汊(圖1)。區(qū)域分布有企湖、珠池湖、白池湖、漢池湖等多個(gè)碟形湖，這些碟形湖的水量交換也受東部湖灣水文連通性影響。東部湖灣月平均水深變化范圍為4～10 m，每年3-9月與主湖區(qū)保持良好的水文連通且存在著周期性的水量交換，9月中旬以后東部湖灣流向主湖區(qū)徑流量驟減，10月中旬至次年2月與主湖區(qū)沒有水量交換，僅在虎頭渡口有徑流流出。東部湖灣生長有薹草、蘆葦?shù)葷裆参镆约爸袢~眼子菜、苦草、黑藻(Hydrillaverticillata)等沉水植物，是鄱陽湖國家鯽魚鯉魚產(chǎn)卵場保護(hù)區(qū)和鄱陽湖都昌候鳥省級自然保護(hù)區(qū)。近年來，多次現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)東部湖灣植被群落發(fā)生較大改變[21]。

圖1 鄱陽湖東部湖灣位置及遙感影像圖Fig.1 Location of theeastern bay in Lake Poyang and its remote sensing images

本文選取棠蔭水位站和塘美水位站進(jìn)行計(jì)算分析。塘美站位于東部湖灣，建于2018年7月；棠蔭站位于鄱陽湖主湖區(qū)鄰近東部湖灣，建于1961年11月。數(shù)據(jù)序列選取棠蔭站1962年1月1日-2019年10月22日和塘美站2018年8月8日-2020年10月22日的逐日水位數(shù)據(jù)。利用塘美和棠蔭兩站同時(shí)期水位資料分析兩站水位關(guān)系，基于棠蔭站水位數(shù)據(jù)分析主湖區(qū)水文變異程度。鄱陽湖湖底地形采用2010年1∶1萬實(shí)測高程數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源于江西省水文監(jiān)測中心。

1.2 主要方法

水文變異會導(dǎo)致生物棲息地發(fā)生改變，Richter等[27]提出的IHA (indicators of hydrologic alteration)/RVA (range of variability approach) 法可定量評價(jià)生態(tài)環(huán)境水文過程，在河流湖泊水文變異及其生態(tài)效益評估中得到了廣泛運(yùn)用[27-30]。本文選擇IHA/RVA法分析評價(jià)主湖區(qū)水位變異程度及潛在生態(tài)影響，進(jìn)一步分析水位變異對東部湖灣和主湖區(qū)的水文連通關(guān)系的影響。從適宜生境面積、連通天數(shù)以及非連通期發(fā)生時(shí)間3個(gè)方面量化表征水文連通性的改變程度。其中，適宜生境面積表征濕地植被適宜生境的大小，連通天數(shù)可反映水量與主湖區(qū)的交換頻次，非連通發(fā)生時(shí)間則在一定程度上體現(xiàn)越冬候鳥取食時(shí)間及范圍。

1.2.1 IHA/RVA法 因鄱陽湖區(qū)不存在斷流情況，本文采用的IHA方法包括月平均水位、年極端水位、極端水位出現(xiàn)時(shí)間、高低水位頻率和持續(xù)時(shí)間、水位變化率5組32個(gè)水文指標(biāo)[30]，可反映水文變化對濕地植物群落分布、生物覓食和棲息地塑造的影響程度(表1)。

表1 IHA評價(jià)指標(biāo)及對濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響Tab.1 Index of IHA method and their ecological impact on wetland

通常，RVA閾值上下限為參照時(shí)段IHA指標(biāo)發(fā)生率的75%和25%，該范圍可認(rèn)為能滿足水生生物生態(tài)需水的變動要求。湖泊水位變化程度可采用分項(xiàng)指標(biāo)改變度(Ai)和整體改變度(A0)來表示，計(jì)算公式見式(1)和(2)。分項(xiàng)指標(biāo)改變度指每個(gè)指標(biāo)的改變程度，而整體改變度綜合反映水位改變程度及其影響。當(dāng)指標(biāo)改變度小于33%時(shí)，屬于影響程度較小的低度改變；當(dāng)改變度大于33%并小于67%時(shí)，屬于具有一定影響的中度改變；當(dāng)改變度大于67%時(shí)，屬于影響程度較大的高度改變。

(1)

(2)

式中，Ai為第i個(gè)指標(biāo)的水文改變度；ei和e0分別為水位變化時(shí)段指標(biāo)在RVA閾值的上下限之間的實(shí)際年數(shù)和預(yù)期年數(shù)。預(yù)期年數(shù)為閾值上下限的中間值(50%)與變化時(shí)段總年數(shù)(17年)之積，本文為8.5年。

1.2.2 適宜生境面積與連通天數(shù) 利用ArcGIS 10.2從鄱陽湖東部湖灣DEM數(shù)據(jù)中提取不同高程的水面面積，建立東部湖灣水位-面積關(guān)系。東部湖灣濕生植物和沉水植物的優(yōu)勢種分別為薹草和苦草[31]，是鴻雁(Ansercygnoides)、東方白鸛等越冬候鳥的主要食物來源[32]。薹草適宜生境主要取決于適宜淹沒時(shí)長和適宜水深，分別為71～225 d和0.16～1.16 m[33-34]；而苦草和大多數(shù)候鳥覓食的適宜水深分別為0～1.0 m和0.2～0.4 m。根據(jù)東部湖灣水位-面積關(guān)系曲線，利用不同水位差計(jì)算不同水位情況下的水深情況，分析薹草、苦草生長以及候鳥覓食的適宜水深范圍對應(yīng)的生境面積，建立東部湖灣水位與薹草、苦草生長以及候鳥覓食生境面積的關(guān)系，以反映東部湖灣適宜生境面積隨水位的變化情況。此外，對于薹草適宜生境面積，在適宜淹沒水深對應(yīng)的薹草生境面積基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮其對適宜淹沒時(shí)長的影響。

通常，每年3-6月鄱陽湖碟形湖與主湖區(qū)逐漸連通，7-9月保持高水位完全連通，10月后水位下降形成獨(dú)立的子湖體。對比棠蔭站和塘美站逐日水位變化，當(dāng)水位高于閾值12.5 m時(shí)，東部湖灣與主湖區(qū)處于“連通”狀態(tài)，兩者水位保持同步變化；反之，當(dāng)水位低于該閾值時(shí)，主湖區(qū)和東部湖灣處于“非連通”狀態(tài)，兩者水位變化存在著明顯差異。當(dāng)東部湖灣與主湖區(qū)處于“連通”狀態(tài)時(shí)，棠蔭站和塘美站水位變化相關(guān)性顯著，可通過建立兩者水位相關(guān)關(guān)系方程，利用棠蔭站長序列的水位數(shù)據(jù)延長塘美站水位數(shù)據(jù)，為東部湖灣薹草、苦草生長以及候鳥覓食適宜生境面積的分析提供數(shù)據(jù)支持。根據(jù)東部湖灣與主湖區(qū)連通時(shí)的水位閾值，可統(tǒng)計(jì)獲得研究時(shí)段內(nèi)東部湖灣處于連通狀態(tài)時(shí)各月份的平均天數(shù)，即月平均連通天數(shù)。

(3)

式中，L為一年的天數(shù)；Ωz轉(zhuǎn)化為弧度，表示非連通期發(fā)生時(shí)間，弧度0、2π分別表示1月1日和12月31日。對于某時(shí)段，年內(nèi)第l日(儒略日)處于非連通狀態(tài)共計(jì)nl天，該時(shí)段非連通狀態(tài)的平均發(fā)生時(shí)間和平均合成長度的計(jì)算公式為：

(4)

(5)

其中，

(6)

2 結(jié)果與分析

2.1 水位與水文連通關(guān)系

2.1.1 東部湖灣水位-面積關(guān)系 以塘美站為依據(jù)分析鄱陽湖東部湖灣水位與水面面積及適宜生境面積的關(guān)系(圖2)。水面面積隨著塘美站水位的升高而增加，但其增加值先增加后減少且大于15.0 m以后變化平緩，水面面積最大增加值為100.3 km2，相應(yīng)的塘美站水位為13.5 m。不同水位薹草、苦草生長和候鳥覓食的生境面積呈先增加后減少的變化。當(dāng)塘美站水位為13.5、14.4和13.6 m時(shí)，東部湖灣適宜薹草、苦草生長和候鳥覓食的生境面積達(dá)到最大，分別為187.9、194.4和40.1 km2，占相應(yīng)水位水面面積的58.7%、49.3%和13.2%。在塘美站水位低于12.8、14.0和12.4 m時(shí)，薹草、苦草生長和候鳥覓食的適宜生境面積受東部湖灣水位變化影響較大；但水位高于15.6、15.8和13.2 m時(shí)，適宜水深對應(yīng)的水面面積變化平緩，此時(shí)水位的變化對東部湖灣生境的影響較小。

圖2 東部湖灣水位-水面面積曲線(a)及水位-適宜生境面積曲線(b)Fig.2 Curves of water level and area (a), water level and suitable habitat area (b) of the eastern bay

2.1.2 水文連通關(guān)系 根據(jù)2018年8月8日-2020年10月22日棠蔭站和塘美站逐日水位數(shù)據(jù)變化過程(圖3a)和東部湖灣水位面積關(guān)系，分析2018-2020年東部湖灣適宜生境面積變化過程(圖3b)。從棠蔭站和塘美站逐日水位變化結(jié)合實(shí)際調(diào)查可判斷，棠蔭站水位12.5 m為東部湖灣與主湖區(qū)水文連通的閾值。當(dāng)棠蔭站水位高于12.5 m時(shí)，棠蔭站和塘美站水位保持同步變化，東部湖灣與鄱陽湖主湖區(qū)保持全面連通，屬“連通”狀態(tài)；當(dāng)棠蔭站水位低于12.5 m時(shí)，棠蔭站和塘美站水位差異明顯，東部湖灣脫離主湖區(qū)獨(dú)立成子湖，屬“非連通”狀態(tài)。通常，每年3-9月東部湖灣與主湖區(qū)處于“連通”狀態(tài)，年內(nèi)其它月份多為“非連通”狀態(tài)。當(dāng)塘美站水位在13～16 m范圍變化時(shí)，薹草和苦草生長適宜生境面積較大；而當(dāng)塘美站水位小于13 m或大于16 m時(shí)，薹草和苦草生長的適宜生境面積急劇下降，而薹草主要受淹沒時(shí)長不足或過長的影響，在東部湖灣的適宜生境面積消失。

圖3 2018-2020年東部湖灣水位(a)與適宜生境面積(b)Fig.3 Daily water level (a) and suitable habitat area (b) of the eastern bay from 2018 to 2020

根據(jù)棠蔭站和塘美站逐日水位變化，分析“連通”、“非連通”兩種狀態(tài)東部湖灣與主湖區(qū)的水位相關(guān)性，如圖4所示。在水文連通狀態(tài)，棠蔭站和塘美站年內(nèi)水位變化范圍較大，約為9.0 m，但兩者水位差始終保持在0.30 m左右，決定系數(shù)(R2)達(dá)0.997，可用于構(gòu)建兩站水位的函數(shù)關(guān)系。非連通狀態(tài)通常處于枯水期，棠蔭站水位主要受五河來水的影響，而塘美站水位則受到上游漳田河和潼津河來水影響，兩者水位R2為0.667。非連通狀態(tài)棠蔭站和塘美站的平均水位分別為13.0和11.5 m，水位變化范圍分別為12.5～13.5 m和10.7～12.5 m，為分析枯水期適宜生境面積變化提供依據(jù)。

圖4 2018-2020年棠蔭站和塘美站水位差異(a)以及連通狀態(tài)(b)和非連通狀態(tài)(c)的相關(guān)關(guān)系Fig.4 Differencess of daily water level (a), their correlation relationship under hydrological connectivity (b) and non-connectivity (c) between Tangyin Station and Tangmei Station from 2018 to 2020

2.2 主湖區(qū)水位變異程度

鄱陽湖主湖區(qū)年際年內(nèi)水位變化較大，1962-2019年棠蔭站年最高水位和最低水位平均值分別為19.2和11.3 m，2003年以后平均降低約0.7 m，水位差范圍由4.4～10.9 m變?yōu)?.6～10.1 m(圖5)。以1962-2002年為基準(zhǔn)期，分析2003-2019年主湖區(qū)IHA指標(biāo)改變程度(表2)。第1組月平均水位改變度為27.8%，2003年以后月平均水位都有不同程度的下降，12項(xiàng)指標(biāo)中多數(shù)變化以低改變程度為主，其中 10-12 月為中改變程度；第2組年極端水位改變度為33.4%，11項(xiàng)極端水位指標(biāo)為中低改變程度，其中年均1、3、7以及90 d最小值4項(xiàng)指標(biāo)均為中改變程度，2004、2007和2008年年均7 d最低水位均下降至10 m以下，不同時(shí)長的最大值指標(biāo)為低改變程度，但其下降幅度多數(shù)為1 m以上，處于16.5～18.5 m之間；第3組年極端水位出現(xiàn)時(shí)間改變度為65.8%，有90%以上的年份超過RVA上限值67%，平均提前約15 d，屬于高改變度，而最高水位出現(xiàn)時(shí)間平均推后約5 d，屬于低改變程度；第4組高低水位頻率和持續(xù)時(shí)間改變度為30.6%，年高、低水位頻率為中改變程度，相應(yīng)地持續(xù)時(shí)間則為低改變程度，表現(xiàn)為低水位持續(xù)時(shí)間延長，平均增加6.5 d，而高水位持續(xù)時(shí)間縮短，平均減少6 d；第5組水位變化率改變度為77.1%，3項(xiàng)指標(biāo)變異程度較高，其中年平均水位增長率和年水位逆轉(zhuǎn)次數(shù)為高改變程度，而平均水位減少率為中改變程度。從32個(gè)IHA指標(biāo)可知，低、中、高改變程度分別為19、10和3個(gè)，2003年以后鄱陽湖主湖區(qū)水位降低集中在枯水期的10-12月，同時(shí)存在著湖區(qū)低水位進(jìn)一步降低且年水位波動頻率增加的變化。水位整體改變度為40.2%，屬于中改變程度，可導(dǎo)致洪泛區(qū)與主湖區(qū)的水文連通關(guān)系減弱。

圖5 1962-2019年棠蔭站年水位序列(a)及IHA指標(biāo)(b)Fig.5 Water level series (a) and its IHA (b) of Tangyin Station from 1962 to 2019

表2 2003-2019年棠蔭站IHA指標(biāo)改變情況Tab.2 Summary on IHA of Tangyin Station from 2003 to 2019

2.3 連通狀況及適宜生境面積變化

2.3.1 連通天數(shù)與適宜生境面積 分析1962-2002年和2003-2019年不同時(shí)段的平均水文連通天數(shù)變化(表3)，2003年前后東部湖灣與主湖區(qū)年內(nèi)不同時(shí)段水文連通時(shí)長均有不同程度的減少。1962-2002年東部湖灣與主湖區(qū)年均水文連通天數(shù)為291.0 d，而2003-2019年水文連通天數(shù)為244.8 d，減少了約46.2 d，變化幅度為15.9%。對于不同季度，10-12月水文連通天數(shù)的變化最大，縮短了27.5 d，變化幅度達(dá)46.8%，其次1-3月水文連通天數(shù)縮短了約8.3 d，變化幅度為16.4%，這主要由于10-12月和1-3月受長江與鄱陽湖關(guān)系的改變，鄱陽湖主湖區(qū)枯水期提前且低水時(shí)段拉長；4-6月和7-9月為豐水期，受流域“五河”來水以及長江水位頂托影響，兩個(gè)時(shí)段鄱陽湖水位變化較小，連通天數(shù)縮短了5 d左右，變化幅度約為6%。2003年前后東部湖灣與主湖區(qū)年內(nèi)不同時(shí)段水文連通時(shí)長均有不同程度的減少。

表3 1962-2019年東部湖灣與主湖區(qū)連通天數(shù)Tab.3 Number of days under hydrological connectivity between the eastern bay and the main lake of Lake Poyang from 1962 to 2019

對于薹草和苦草生長，分析1962-2002年和2003-2019年兩個(gè)時(shí)期3-10月逐月適宜生境面積情況變化(表4)。對比2003年前后，3-10月東部湖灣平均水位下降了0.6 m，除了6月份水位不變以外，其他7個(gè)月東部湖灣平均水位均呈減少的變化，特別是9和10月，分別減少1.2和1.0 m。對于薹草適宜生境而言，2003-2019年較1962-2002年適宜水深相應(yīng)的水面面積增加值最大的月份為9月，增加幅度為73.9%；而減少的月份為7月，降幅為4.1%。對于苦草適宜生境而言，2003-2019年較1962-2002年適宜水深相應(yīng)的水面面積增加值最大的月份依次為9和10月，增幅分別為39.2%和21.4%；而減少的月份為3月和6月，降幅分別為10.4%和10.5%。2003年前后東部湖灣平均水位有所下降，薹草和苦草等典型濕地植物的分布將向湖中心轉(zhuǎn)移，但其適宜水深對應(yīng)的生境面積有所增加。

表4 1962-2019年東部湖灣薹草和苦草月適宜生境面積Tab.4 Monthly suitable habitat area for Carex cinerascens and Vallisneria natans in the eastern bay from 1962 to 2019

2.3.2 非連通天數(shù)與發(fā)生時(shí)間 分析1962-2002年和2003-2019年兩個(gè)時(shí)期非連通天數(shù)和發(fā)生時(shí)間變化(表5，圖6)，結(jié)果表明東部湖灣與主湖區(qū)的非連通狀態(tài)發(fā)生了明顯的改變。1962-2002年東部湖灣與主湖區(qū)平均年非連通天數(shù)為74.2 d，而2003-2019年為119.5 d，平均年非連通天數(shù)明顯增加，增加幅度達(dá)61.2%，其中2011年非連通天數(shù)達(dá)257 d，占全年的70%以上；1962-2002年東部湖灣非連通期平均角度為6.2°(1月6日)，而 2003-2019年為-6.9° (12月24日)，平均提前了約13 d，且2003年以后非連通期開始時(shí)間明顯提前了1個(gè)月，大約提前至10月中旬；1962-2002年東部湖灣與主湖區(qū)非連通期從11月上旬至2月上旬，而2003-2019年則從10月中旬至2月中旬，兩個(gè)時(shí)期非連通期合成長度分別為0.81和0.64，東部湖灣非連通狀態(tài)在年內(nèi)的時(shí)間跨度更長。

表5 1962-2019年東部湖灣非連通狀態(tài)的變化Tab.5 Results on the non-connectivity between the eastern bay and main lake of Lake Poyang from 1962 to 2019

圖6 1962-2019年東部湖灣非連通期天數(shù)(a)及方向(b)Fig.6 Days (a) and directions (b) under the non-connectivity between the eastern bay and main lake of Lake Poyang from 1962 to 2019

3 討論

3.1 水文連通性變化的主要原因

本研究認(rèn)為鄱陽湖東部湖灣近年來與主湖區(qū)水文連通性呈下降趨勢，尤其2003年以來連通時(shí)間縮短，這主要受主湖區(qū)水位變化的影響。2003年以后主湖區(qū)枯水期提前且時(shí)間延長，枯水期水位下降，與前人關(guān)于鄱陽湖水位變化的研究[17]基本一致，表現(xiàn)為10-12月平均水位、年極端水位、年最低水位出現(xiàn)時(shí)間、高低水位頻率以及水位變化率等水位指標(biāo)發(fā)生中高度程度的改變。主湖區(qū)水位主要受到江湖關(guān)系、湖泊地形、氣候變化等影響[36-38]。根據(jù)1973-2011年多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)分析結(jié)果，三峽工程蓄水運(yùn)行引發(fā)的長江與鄱陽湖關(guān)系變化是近20年鄱陽湖汛末水位突變的重要因素之一[39]，此外，2000年以后(特別是2003-2016年間)大規(guī)模的采砂造成湖盆局部形態(tài)發(fā)生改變[40]，導(dǎo)致北部湖區(qū)湖底大幅度下切變深、局部擴(kuò)寬，10和11月棠蔭站平均水位分別下降2.81和2.05 m[37,40-42]。氣候變化導(dǎo)致2003-2012年多年平均降雨量較1956-2002年偏少3.62%[38]。

三峽工程的運(yùn)行以及采砂、氣候變化不同程度改變了主湖區(qū)水位變化，從而引起洪泛區(qū)與主湖區(qū)的連通性，而東部湖灣作為受主湖區(qū)水位影響最為密切的區(qū)域，其水文連通性變化更為敏感且影響深遠(yuǎn)。

3.2 水文連通性變化對濕地植物和候鳥生境的影響

隨著水文連通性的下降，東部湖灣水面面積呈現(xiàn)萎縮趨勢，植被及候鳥群落結(jié)構(gòu)及分布特征發(fā)生較大變化。2003年以后，水文連通性變化導(dǎo)致草洲提前出露，苦草、黑藻、竹葉眼子菜等沉水植物種類和數(shù)量有所減少，但薹草等濕生植物移向湖心且分布有增加的趨勢，改變了濕地植物的優(yōu)勢物種和群落結(jié)構(gòu)[43]，鄱陽湖沉水植物分布上限降低1 m[17]。近年來，東部湖灣濕地植物的適宜生境面積整體上升，但對于沉水植物和濕生植物的影響各不相同，尤其在9-10月份恰好是薹草秋草生長期以及苦草的果期[42]。鄱陽湖汛末水位突變導(dǎo)致9-10月份鄱陽湖枯水提前、枯水水位下降[38-39]，將減少淹沒時(shí)間，適宜生長面積增加，有利于薹草等濕生植物生長，使其面積呈上升趨勢。對于苦草來說，3和6月分別是其萌發(fā)期和開花期，適宜生長面積減少影響其種群生長，而9-10月適宜生長面積增加，但是汛末突變同時(shí)也使得水位下降幅度的增加，導(dǎo)致其原生長空間被侵占，新增的生長空間不利于新的個(gè)體萌發(fā)，整體壓縮了沉水植物的生存面積，導(dǎo)致東部湖灣沉水植物群落密度和生物量反而下降[43]。該變化規(guī)律與鄱陽湖濕地洲灘植被整體變化趨勢一致[17,44-47]。

濕地植物的豐富性和可取食性是白鶴、鴻雁、東方白鸛等越冬候鳥選擇棲息地的重要條件。薹草群落是鄱陽湖濕地分布最廣、面積最大的植被群落類型，它的嫩芽是越冬候鳥的重要食物來源。薹草是東部湖灣重要的濕地植物，水文連通性變化導(dǎo)致薹草等濕生植物移向碟形湖湖心，可能會導(dǎo)致鄱陽湖越冬候鳥種群和棲息地發(fā)生變化，以薹草嫩芽為主要食物的雁類(如豆雁(Anserfabalis)和鴻雁)種群增加明顯[48]。每年10月主湖區(qū)適宜鳥類覓食的草洲尚未出露，淺水區(qū)的面積也相對較小，11月星子水位下降至10 m左右，洲灘和碟形湖與主湖區(qū)水文連通性逐漸變?nèi)?，水陸過渡帶面積越來越大，12月至翌年3月份，星子水位逐步下降至6 m左右，碟形湖內(nèi)沉水植被帶達(dá)到白鶴等食塊莖鳥類的適宜覓食水深范圍，大量鳥類集中覓食[49]。對棲息地質(zhì)量變化較為敏感的種群(如鶴類)覓食棲息地發(fā)生了轉(zhuǎn)移，鄱陽湖越冬白鶴原來僅在碟形湖淺水區(qū)覓食，2010年首次發(fā)現(xiàn)在草洲取食下江萎陵菜的塊莖和老鴉瓣的球莖。此外，近些年也發(fā)現(xiàn)越冬白鶴在湖區(qū)周邊藕塘、稻田覓食的現(xiàn)象[50]。

3.3 對鄱陽湖管理的啟示

在自然和人類活動的雙重作用下，水文連通發(fā)生變化，使?jié)竦卦械纳鷳B(tài)平衡被打破[51]。洪泛區(qū)是鄱陽湖重要的生態(tài)系統(tǒng)，其水文連通性的減弱與面積的萎縮將帶來一系列的生態(tài)問題，如沉水植物的減少以及鳥類活動區(qū)域的轉(zhuǎn)變等，必須引起高度重視。水利工程建設(shè)、采砂等人類活動以及氣候變化引起鄱陽湖主湖區(qū)水位變化是東部湖灣水文連通性變化的重要影響因素。近年來，采砂活動得到較好的控制，而水利工程調(diào)度要考慮氣候變化對水位的影響，還應(yīng)充分考慮在3、6月沉水植物重要生長期以及秋冬季節(jié)的水位調(diào)控，并減少水位波動幅度，以進(jìn)一步保護(hù)生態(tài)平衡。

4 結(jié)論

水文連通性是湖泊水文情勢變化的重要組成部分，水文連通狀況及改變程度很大程度上影響了鄱陽湖碟形湖及湖汊濕地植物群落和候鳥棲息地的分布特征。本文分析1962-2019年鄱陽湖主湖區(qū)水位的變異程度，定量探究東部湖灣與主湖區(qū)的連通天數(shù)和發(fā)生時(shí)間等水文連通特征的變化，討論鄱陽湖水文連通性改變對濕地植物、候鳥覓食的潛在影響。

1)與1962-2002年相比，2003年以后鄱陽湖主湖區(qū)枯水期水位普遍降低，持續(xù)時(shí)間延長。從月平均水位、年極端水位、年極端水位出現(xiàn)時(shí)間、高低水位頻率和持續(xù)時(shí)間、水位變化率5組32個(gè)水文指標(biāo)分析，水位中高度改變指標(biāo)為13個(gè)，整體改變度為40.2%，屬于中度改變，對濕生植物和沉水植物的分布、候鳥越冬覓食棲息將產(chǎn)生一定的不利影響。

2)2003年以后東部湖灣與主湖區(qū)的水文連通發(fā)生了較為明顯的改變，非連通期明顯提前并延長。與1962-2002年比較，2003-2019年東部湖灣與主湖區(qū)連通天數(shù)減少了46.2 d，變化幅度為15.9%，其中10-12月連通天數(shù)的變化最大，變化幅度達(dá)46.8%；與主湖區(qū)的非連通期天數(shù)有大幅度增加，發(fā)生時(shí)間提前1個(gè)月且年內(nèi)時(shí)間分布較為離散，可能導(dǎo)致薹草和苦草等濕地植物移向湖心且生長周期提前，越冬鳥類的覓食區(qū)域轉(zhuǎn)移至主湖區(qū)的其他淺灘。

3)水文連通性改變將破壞鄱陽湖洪泛區(qū)現(xiàn)有的生態(tài)平衡，需要引起高度重視。采砂和水利工程建設(shè)是重要的影響因素，需要加強(qiáng)管理，科學(xué)調(diào)控，氣候變化的影響也不容忽視。本文受篇幅和資料限制，對于東部湖灣濕地植被、候鳥研究主要基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，更加深入的研究還需要進(jìn)一步調(diào)查，另外除水位變異影響之外，濕地植被還受到土壤、水動力條件、營養(yǎng)物質(zhì)[52-53]等的制約，可將其作為進(jìn)一步研究的對象。對于濕地植物和候鳥對適宜生境及維持適宜生境的水文連通需求、如何調(diào)控以達(dá)到水文連通要求等方面量化研究還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。