三峡水库消落带植被净初级生产力变化及其对水位波动节律的响应研究

After the Three Gorges Reservoir (TGR) starts full operation in 2010, the water level in the reservoir is artificially to be kept at 175 m above sea level during the dry winter months and lowered to 145 m for the summer flood season (can be generally characterized as large annual water level change region, anti-season flooding, and periodicity). The vegetation communities in this 30-m-high strip of land (also known as drawdown zone) between those two levels have been changed greatly and, in turn, degrading the ecosystem function which may threat the reservoir ecological security. Thus, the degradation of the drawdown zone ecosystem function has been received great attentions. Vegetation net primary productivity (NPP) is the material fundamental and energy source of ecosystem functioning. However, how the NPP of drawdown zone varies and their responses of unique water level fluctuation of the TGR have litter been known. To this ends, by tracing the fluctuation of water level of the TGR, this study firstly to monitoring vegetation NPP monthly, from different water level gradient belts of drawdown zone during the period of water level exposed, in a 2 consecutive years. Through data analysis, the distribution patterns (along the water level gradient) and seasonal variations of vegetation NPP will be revealed. Further, the water level fluctuation will be represented by multiple parameters, and based on which the key factors that influence the spatial temporal variation patterns of NPP will be carefully identified using multivariate data analysis methods. Finally, the relationship between the selected factors and NPP will be clarified. This study will improve the further understanding of the ecosystem function evolution mechanism of the drawdown zone. Moreover, it is also expected to provide a scientific basis for the assessment of ecological system function and management of drawdown zone under the current water level operation mode of TGR.

三峡水库消落带生态功能退化一直备受关注，而植被净初级生产力(NPP)是消落带生态功能恢复和重建的重要物质基础和能量来源。受独特的水位波动节律影响，三峡水库消落带周期性的浸泡/出露对植被生长过程胁迫以及对土壤理化性质的改变都可能对植被NPP产生重要影响，然而其变化规律及其对水位波动节律的响应关系目前尚不明确。为此，本研究拟跟踪三峡水库水位波动过程，通过连续2年在消落带不同水位梯度带出露期间开展地面植被NPP月动态监测，通过室内数据分析，研究并揭示消落带植被NPP沿水位梯度的空间分布特征和季节变化规律；在此基础上，通过对研究期间水位波动节律的多参数化表达，进一步辨识其中影响植被NPP时空变化的关键因子，并在多元数据分析方法支持下定量阐明其中的影响-响应关系。本研究有助于进一步系统阐明消落带生态功能演化机制，对于现行水位运行模式下消落带生态系统功能评估、消落带恢复与科学管理具有现实的指导意义。

地上净初级生产力（ANPP）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。本文对水位波动节律影响下的消落带时空变化特征、规律及其影响因素的探讨，对于后续开展现行水位运行模式下消落带生态系统功能系统变化评估和消落带科学管理提供了必要的基础理论支持，对于保障消落带生态系统稳定和水库生态安全具有重要的科学意义。本项目以三峡水库典型缓坡消落带——白家溪消落带为研究区，利用遥感技术，结合地面实地调查数据估算生成了ANPP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).消落带植被ANPP在各生长季呈现不同形式的沿高程带带状分布特征。植物群落类型所具有的内在生理特性的差异、水位波动对植被生长过程中的物候和生理胁迫的干扰强度差异，以及光能利用率(用日均叶面积因子表征)是ANPP空间变异的重要因素。此外，放牧干扰对区域ANPP空间分异也存在一定的影响，放牧干扰区域ANPP小于未受放牧干扰区。光合有效辐射、土壤水分和土壤pH和土壤有机质含量对ANPP空间分异的影响相对较小。.(2).消落带植被ANPP季节变化特征显著，总体呈先降低(5-6月)后增大(6-7月)再降低(7-9月)的变化特征，其中6-7月ANPP最大。不同高程带植被ANPP季节变化格局差异明显，各种生态环境影响因素(温度、降雨量、光合有效辐射以及水位波动)的影响方式和强度各不相同。其中，温度、降雨量和水位波动是引起低海拔区域ANPP季节变化的主要因素；而在中高海拔区域，水位波动影响相对较小，辐射耦合温度和降水成为这些区域ANPP季节变化的主要因素。这种不同高程主要影响因素的差异性主要是由各高程所覆盖的主要植物群落类型和水位波动影响强度差异导致的植物生长期物候不同以及植被本身生理特征的差异所决定的。.(3).消落带具有极大的固碳潜力，具有与沼泽湿地媲美的固碳功能，因此可充分利用这一特性开展消落带草地的合理利用。狗牙根单优群落在所有消落带群落中具有优势的生产力，这可为消落带生态恢复和管理提供科学参考。鉴于水位波动在消落带植物生长过程中(特别是生长初期和中期)的重要作用，建议可根据特定的管理目标，通过水位波动控制植被生长萌芽期以及对植被的淹水胁迫强度，控制植物长势、固碳能力以及生物多样性。