三江平原典型湿地植被生态-水文多尺度耦合作用

湿地生态水文耦合定量关系研究有助于更加精准地预测水文过程与格局等条件变化可能带来的生态后果, 为良性水文生态的格局过程维持或恢复提供理论依据。本研究以重要国际湿地三江平原洪河自然保护区为案例，基于观测事实与数字模拟集成方法，构建坡面尺度5种典型湿地植被群落的生长季生境湿度时空模型，并基于耦合定量分析方法探索湿地植物及其栖息地时空格局过程间作用机制。基于坡面尺度湿地植物生态-水文定量关系机制，探索将遥感等地学信息新技术与多元常规监测技术集成后，包括运用尺度转化和多元数据同化等技术，同生态水文学交叉理论方法相结合，模拟集水区尺度20年湿地水文过程，并基于此分析湿地植物栖息地环境与植被生理生态的格局过程耦合作用关系，揭示以湿地植物生境退化为核心的驱动三江平原淡水湿地生态退化机制，寻求以特定生态保护目标的湿地水资源管理策略，促进信息技术与湿地科学的交叉与综合，进一步丰富湿地科学定量化的研究发展。

三江平原目前是我国最大的商品粮基地，具有保障我国粮食安全的重要地位。同时，三江平原也是我国最大的沼泽湿地分布区，区内沼泽湿地由于其自然栖息地受到周边的农业水利工程等多种影响，自然沼泽湿地自然生境栖息地破坏严重，湿地生态系统的退化和保护日益受到关注。湿地生态水文耦合定量关系研究有助于更加精准地预测区域水文过程变化，以及地表水系格局等条件变化可能产生的湿地植被生态后果, 为良性区域水文生态的格局过程维持和沼泽湿地等重要生态系统的恢复与保护提供理论依据和方法论支持。.本项目选择东北三江平原洪河湿地自然保护区为研究区，在研究区北部浓江河一处典型的河岸坡面区域，沿着水分梯度设置了多类型湿地植被生态-水文原型观测系统。研究人员综合运用多分辨率遥感和地理信息系统技术，通过湿地植被生态-水文观测事实与数值模拟技术方法的结合，构建了坡面尺度5种典型植被群落（漂筏，毛果，小叶樟，灌丛和岛状林）的生长季生境湿度时空模型。漂筏苔草植物种湿地水生境模型的研究结果显示，地表水深和水岸距离是漂筏苔草植物种分布的控制性因素。运用Hydrus模型和生境湿度指数模型等耦合定量分析方法，进一步探索了多种湿地植物的栖息地时空格局转化过程机制。基于坡面尺度定量描述的湿地植物生态-水文定量关系特征，分析预测了北部浓江河3种不同生态调水情境下的洪河保护区湿地植被空间格局恢复方案，指出东北部堵水坝水位50厘米高为最佳的研究区湿地恢复的水位高度。同时，运用SWAT模型模拟了集水区尺度20年湿地水文过程。在以上模型研究基础上，研究人员进一步分析了洪河保护区及周边区域的湿地水生态效应，建立了特定湿地植物种的退化过程驱动力多元回归模型。本项目突破性领域：不同湿地植被遥感模型的尺度特征分析；高分辨率遥感影像支持下的漂筏苔草植物种湿地水生境模型研究；面向坡面尺度的湿地过饱和土壤水环境下地表水-土壤水原型观测技术系统。成果在《wetlands》，《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》等多个SCI国际期刊发表，同时还获得多个国家发明专利授权。