鄱阳湖典型湿地植物净初级生产力时空分异对水位波动的响应

Net primary productivity of plants is affected by the physiological characteristics of plants and the external environmental factors such as climate, soil, topography and hydrological conditions. In local region with small scale, the spatial variation of NPP for the same plant community is mainly determined by the spatial characteristic of the mentioned environmental factors. Wetland plant NPP is affected by water level fluctuation (WLF) under different topographic conditions. However, it is still not clear what is the key hydrological parameter contributed to the variation of Wetland plant NPP, and how the NPP responses. Therefore, the response relationship of NPP of a typical plant community (Carex cinerascens) to WLF is studied using the theories and methods of Remote Sensing and Geographic Information System, ecology, hydrology, numerical modeling and statistical analysis in Poyang Lake wetland. Based on the improved model of light energy utilization model, the NPP time series with high spatial and temporal resolution is established, and the spatio-temporal variation of NPP among different water level gradient zones are studied. The process of WLF is described by constructing hydrological parameter sets (including lake water level, groundwater level, flooding time, time period, etc.). The ecological threshold theory and random forest modeling are used to identify the key hydrological parameters affecting NPP. The contribution of the parameter to NPP is evaluated and the response relationship between the spatio-temporal variation of NPP and WLF is established. This study could contribute to promoting the innovation and development of theory research on the effect of regional environmental changes on wetland ecosystems function.

植物净初级生产力(Net Primary Productivity)受植物自身生理特征及气候、土壤和水文条件等外界环境共同影响，同一有限空间区域，同一植物群落NPP的空间分异特征主要是由上述环境因子的空间差异性决定的。湿地植物NPP受不同地形条件下水位波动影响，但关键水文因子贡献及植物NPP响应关系尚未明确。本研究以鄱阳湖典型湿地植物灰化薹草NPP为研究对象，综合运用遥感与地理信息系统、生态水文、统计分析和数学建模等学科理论和技术方法定量评价植物NPP年内时空分异对水位波动的响应：基于改进的光能利用率模型建立高时空分辨率NPP时序并揭示其在不同水位梯度带的年内时空分异特征；通过构建水文参数集刻画水位年内波动过程；采用生态阈值理论和随机森林建模遴选影响植物NPP的关键参数，评价其贡献并建立植物NPP的定量响应关系。推动区域环境变化对湿地生态系统功能影响研究理论的创新和发展。

植物净初级生产力(Net Primary Productivity)是生态系统功能变化的重要物质基础和能量来源，是表征生态系统功能的关键参量。本研究对水位波动影响下的鄱阳湖湿地植被NPP时空变化特征、规律及其影响因素的探讨，对于区域湿地生态系统功能系统变化评估和湿地科学管理提供了必要的基础理论支持。本项目以鄱阳湖湿地为研究区，利用遥感技术，结合地面实地调查数据估算生成了湿地植被NPP时空数据集，并重点分析了其时空变异格局及主要影响因素，得到以下主要结论：（1） 近20年来鄱阳湖湿地植被的NPP呈显著上升的趋势。在各高程带中，以海拔小于13 m的地区变化最明显，其次为海拔13-14 m的地区，而在海拔大于16 m的地区，湿地植被NPP年际变化并不显著。（2）不同高程带湿地植被NPP呈现出双峰曲线季节变化模式，鄱阳湖湿地GPP以及植被生理生态参数NDVI、LAI和FAPR也呈现相似特征。与我国其它地方相比，鄱阳湖湿地NPP季节变化过程稍有差异，这是受鄱阳湖独特的水文节律影响。通常来讲，全国绝大多数自然植被的NPP季节变化都表现为一条先升高到7、8月达到最大值后降低的单峰变化曲线，主要是由气候的变化规律所决定的。（3）不同高程带湿地植被NPP受水位波动的影响并不相同。在鄱阳湖湿地海拔大于16 m的地区，植被NPP季节变化过程与水位呈显著的正相关关系，这是由于海拔相对较高，受水位上升的淹没影响和胁迫作用较小，水位的上升有利于补充地下水，从而有利于植被的净光合作用进行干物质积累，而其它高程带NPP季节变化过程与水位之间的关系不显著。（4）不同季节湿地植被NPP受水位波动的影响不同。在4-10月之间，鄱阳湖整体水位较高，大部分的植被淹没，导致了湿地植被的生长发育和光合作用速率的下降，阻碍了植被的净光合作用进行干物质积累，不同高程带的NPP与水位变化之间呈现明显的负相关关系，水位的季节变化分别能够解释不同高程带的4月到10月NPP季节的22%-45%，但在海拔相对较高的地区，两者的关系比低海拔地区要弱。本成果有助于推动区域环境变化对湿地生态系统功能影响研究理论的创新和发展。