长江中下游浅水湖泊湖滨带水生植被的水位波动需求研究

Periodic hydrological processes are the main driving force for the evolution of floodplain plants, thus being indispensable for the vegetation development. However, natural patterns of water-level fluctuations (WLFs) in the Yangtze floodpain lakes have been dramatically altered due to river-lake disconnection, hydropower projects, etc., resulting in serious degradation of lake vegetation. In the present project, we will focus on a scientific question, i.e. how to quantitatively reveal WLFs requirements of aquatic vegetation in the lakeshore regions of floodplain lakes. First, we will carry out field surveys on aquatic plants and their environments in lakes with different WLFs, and then classify different species into water-level-limited guilds. Second, we will construct empirical models of WLFs requirements for each water-level-limited guild, and further verify these models by simulated experiments conducted for representative species of each guild. Third, we will model relationships of large-scale characters of lake vegetation with WLFs. Lastly, we will determine WLFs requirements for various lake types. The research will reveal WLFs requirements of aquatic vegetation in the lakeshore regions of Yangtze shallow lakes, and establish a methodology for hydrological requirments assessment of floodplain lake vegetation, and provide scientific bases for dam re-operation and water resource management in the basin. The project will be the first systematic research on WLFs requirements of floodplain lake vegetation.

周期性水文过程是泛滥平原植物进化的主要驱动力，因而是植被正常发育必不可少的条件。然而，江湖阻隔和水电工程等改变了长江泛滥平原湖泊的自然水位波动节律，导致湖泊植被严重退化。本项目围绕"如何定量揭示湖滨带水生植被正常发育的水位波动需求"这一科学问题，首先选择水位波动型式不同的湖泊(区)开展现场调查，划分水位制约共位群，建立共位群水位波动需求经验模型，进而开展水位波动对水生植物代表种类影响的实验以验证经验模型，然后建立湖滨带水生植被宏观特征与水位波动关系模型，解析典型湖泊湖滨带水生植被正常发育的水位波动需求。项目完成后，将定量揭示长江中下游浅水湖泊湖滨带水生植被正常发育所必需的自然水文节律，建立适合泛滥平原湖泊特点的植被水文需求评估方法体系，为闸坝生态调度和流域水资源管理提供定量操作依据。主要创新点是首次系统研究泛滥平原湖泊湖滨带水生植被的水位波动需求。

本项目围绕“如何定量揭示湖滨带水生植被正常发育的水位波动需求”这一科学问题，通过对长江中下游14个湖泊野外调查及实验湖沼学研究，开展了湖滨带水生植物水位波动需求研究。按照项目计划，完成了各项研究内容，达到预期目标。取得的主要结果如下：1）分析了湖滨带水生植物群落结构。在14个湖泊的711个样方中，共发现水生植物146种。湿生植物秋季生物量略高于春季，优势种在不同水位波动型式湖泊有较大差异。水位波动是影响湖滨带水生植物群落结构的主要因素，主要参数包括：水位波动型式、年水位波幅、萌发和生长季水位变幅及水位变化率，以及露滩时机。2）划分了湖滨带水生植物水位制约共位群。计算了水生植物在土壤含水率和相对高程上的生态位宽度。对比研究了三种水位制约共位群的划分方法，确定以物种个体属性参数和生态位宽度相结合的方法，将湖滨带水生植物划分为14个水位制约共位群。3）建立了水位制约共位群水位波动需求模型。分析了各水位制约共位群沿水位波动梯度的分布，解析了关键水位波动参数的适宜范围。通过湖沼学实验，研究了代表性种类苔草和芦苇在萌发、生长等关键生活史时期对水深、水位变化速率、淹没时间等水位要素的响应和需求。结合野外数据和模拟实验研究，建立了14个水位制约共位群的水位波动需求模型。4）分析了湖滨带水生植物宏观分布特征与水位波动关系。分析了湖滨带水生植物多样性及生物量的宏观分布特征与主要水位波动要素的关系，建立水生植物群落总体的水位波动需求模型；提出湖泊生态水位评估新方法，以不同生活史时期植物发育对水位的需求为标准，计算不同植被覆盖度目标下的湖泊生态水位过程线；初步解析了典型湖泊梁子湖的水位波动需求，并提出水位调控建议。发表论文4篇，其中SCI论文3篇；授权发明专利1项；2篇英文稿件正在审稿，1篇英文稿件准备投稿。项目研究成果可为长江中下游浅水湖泊生态水位评估及生态水位调度方案制定提供科学依据。