鄱陽湖濕地苔草（Carex）景觀變化及其水文響應(yīng)?

周云凱，白秀玲??，寧立新

（1：河南大學(xué)資源與環(huán)境研究所，開封475004）（2：河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，開封475004）

鄱陽湖濕地苔草（Carex）景觀變化及其水文響應(yīng)?

周云凱1，2，白秀玲1，2??，寧立新1，2

（1：河南大學(xué)資源與環(huán)境研究所，開封475004）
（2：河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，開封475004）

淡水濕地水文過程控制著濕地植被景觀的形成與演變.基于Landsat TM／ETM+遙感影像數(shù)據(jù)，利用決策樹分類法提取鄱陽湖濕地1992、1999、2006、2012年4期景觀信息，通過景觀格局指數(shù)、轉(zhuǎn)移矩陣和質(zhì)心遷移法對(duì)苔草景觀的空間變化及其與水文過程關(guān)系進(jìn)行分析.結(jié)果表明：研究期間，鄱陽湖濕地秋、冬季苔草景觀分布面積受到水位和退水過程的影響，低水位年的中灘位緩慢退水與低灘位快速出露更有利于苔草景觀的擴(kuò)張；苔草景觀的空間格局與水位關(guān)系密切，在低水位年份，低位洲灘提前出露，苔草景觀分布高程較低，部分低位光灘被苔草所侵占，原苔草分布的部分洲灘轉(zhuǎn)變?yōu)樘J荻景觀，景觀的破碎化程度較重，在高水位年份，低位洲灘長(zhǎng)期被水體淹沒，苔草景觀分布高程相對(duì)較高，部分蘆荻分布區(qū)被苔草所侵占，而原苔草景觀的部分區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)樗w和光灘，由于該期間苔草主要集中分布在湖周和入湖河口地帶的高位洲灘上，其景觀破碎化程度較輕；水位年際間的升降變化會(huì)影響苔草景觀質(zhì)心位置，年均水位上升引起景觀質(zhì)心發(fā)生向湖岸方向推進(jìn)，而年均水位下降則會(huì)導(dǎo)致苔草景觀質(zhì)心向湖心方向轉(zhuǎn)移.

苔草景觀；景觀格局；水位變化；響應(yīng)；鄱陽湖濕地

濕地景觀格局是各種生態(tài)過程在不同尺度上綜合作用的結(jié)果［1］.其中，水文過程是淡水濕地景觀格局形成與演變更為重要的控制性因素，主導(dǎo)了濕地植被基本的空間分布格局［2-3］.不同的水文過程導(dǎo)致土壤水分梯度變化，引起濕地植物的分布范圍和群落結(jié)構(gòu)出現(xiàn)空間差異，形成不同的植被景觀類型，并在空間上表現(xiàn)為一定的景觀格局［4］.在淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)中，植被景觀往往表現(xiàn)出沿水分梯度呈現(xiàn)較為明顯的帶狀分布格局［5-6］.而水文過程年際間的變動(dòng)，又會(huì)影響濕地植物群落的穩(wěn)定性和物種多樣性，當(dāng)變動(dòng)超過植物的耐受范圍，則會(huì)引起植物群落發(fā)生正向或逆向演替，從而導(dǎo)致植被景觀格局發(fā)生改變［7-10］.

鄱陽湖是我國(guó)第一大淡水湖，也是長(zhǎng)江中游重要的通江湖泊之一.受長(zhǎng)江和“五河”（贛江、撫河、信江、饒河、修水）來水的雙重影響，湖泊水位年內(nèi)變化巨大，呈現(xiàn)豐水期與枯水期交替出現(xiàn)的獨(dú)特水文節(jié)律［11］，這種節(jié)律性水位變化，使洲灘各高程帶的出露—淹沒過程不一，形成不同的濕地水文環(huán)境和與之相適應(yīng)的植物群落帶.此外，由于水位年際間的波動(dòng)性和多變性，使?jié)竦卦兴沫h(huán)境遭到破壞，引起植物群落結(jié)構(gòu)、分布范圍及分布高程發(fā)生變化［12］.尤其近十幾年來，受氣候因素和三峽工程運(yùn)行的影響，江湖關(guān)系發(fā)生顯著變化［13］，導(dǎo)致鄱陽湖水位較常年偏低，枯水期提前、延長(zhǎng)，植被景觀的空間格局隨之發(fā)生明顯改變［14］.針對(duì)鄱陽湖濕地植被，早期更多地基于野外實(shí)地調(diào)查和遙感解譯，研究鄱陽湖濕地植被類型、分布及其演化規(guī)律［15-18］，近年來，許多學(xué)者開始關(guān)注鄱陽湖濕地植被演化與水文過程之間的關(guān)系，并取得了一定的研究進(jìn)展［19-22］，但研究的廣度和深度還有待進(jìn)一步推進(jìn).本文基于景觀生態(tài)學(xué)角度，利用遙感影像數(shù)據(jù)研究鄱陽湖濕地典型植被——苔草（Carex）景觀的空間格局變化及其對(duì)水文變化的響應(yīng)，研究結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步深入理解濕地植被景觀格局演變具有一定的理論價(jià)值，同時(shí)對(duì)于鄱陽湖濕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

鄱陽湖濕地是我國(guó)最大的淡水湖濕地，也是世界重要濕地之一，地處江西省北部，長(zhǎng)江中下游南岸，水域面積在夏季豐水期達(dá)到3700 km2以上，而在秋、冬季枯水期縮減至1000 km2以下，呈現(xiàn)“洪水一片、枯水一線”的獨(dú)特自然景觀［20］.水位的周期性漲落形成了大面積水陸交替的草洲、泥灘和沙灘.在全湖尺度上，洲灘植被沿水分梯度總體呈較為明顯的條帶狀分布格局，由湖岸向湖心方向分布的主要優(yōu)勢(shì)植物群落為蘆葦群落（Phragmites）、南荻群落（Triarrhena）、苔草群落（Carex）、虉草群落（Phalaris）和沉水植物群落.蘆葦與南荻群落多分布于16～18m高程的高位洲灘，每年3月前后開始萌芽，9-10月開花，11-12月開始枯萎；苔草與虉草群落多分布于12～16m高程的中低位洲灘［15］，其中，苔草群落是鄱陽湖濕地分布最廣、面積最大的植被群落類型［23-24］，分為春草和秋草，春草一般2-5月為萌發(fā)生長(zhǎng)期，豐水期被湖水淹沒，大量死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)，秋草則在秋季退水期洲灘出露后開始生長(zhǎng)，一般9-12月為萌發(fā)生長(zhǎng)期，次年1-2月枯萎［23］；虉草每年2月萌芽生長(zhǎng)，至豐水期基本完成其生命周期，秋季洲灘出露后，只有少數(shù)虉草還可繼續(xù)生長(zhǎng)；沉水植物群落分布在12m高程以下且長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài)的低洼地帶［15］.在中等尺度下，由于受微地形和水分條件的影響，各植被類型在灘地上交錯(cuò)出現(xiàn)，構(gòu)成濕地群落復(fù)合體結(jié)構(gòu)和水平鑲嵌結(jié)構(gòu)［23］.

依據(jù)星子站水位數(shù)據(jù)，1992-2012年間鄱陽湖濕地多年月均水位最高值在18 m左右，明顯高于苔草群落的分布高程，因此，本研究以鄱陽湖區(qū)DEM生成的18m等高線和湖區(qū)圩堤界線為基礎(chǔ)，提取與鄱陽湖連成一體并受鄱陽湖洪水影響的區(qū)域，作為鄱陽湖濕地范圍（圖1）.

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究使用的數(shù)據(jù)包括遙感數(shù)據(jù)和非遙感數(shù)據(jù)2種.由于鄱陽湖水位年內(nèi)變化劇烈，在高水位時(shí)，大部分洲灘植被為湖水所淹沒，而低水位時(shí)，洲灘植被出露水面，為避免水淹的干擾，在遙感影像選取時(shí)，盡量選擇水位較低且苔草等植被生長(zhǎng)較為旺盛的秋、冬季影像，該時(shí)段鄱陽湖已基本進(jìn)入枯水期，苔草等植被幾乎全部出露水面，且此時(shí)苔草植被正值成熟期，與其他植被影像特征差異較為明顯，另外，在秋、冬季鄱陽湖區(qū)云雨較少，影像質(zhì)量較高，便于進(jìn)行遙感影像解譯，因此，遙感數(shù)據(jù)最終選取1992年11月28日、1999年12月10日、2006年11月3日和2012年10月26日的Landsat TM／ETM+影像，其軌道號(hào)為121／40，空間分辨率為30 m.非遙感數(shù)據(jù)包括鄱陽湖區(qū)1∶50000地形圖和DEM、圩堤數(shù)據(jù)以及野外考察采集的點(diǎn)位數(shù)據(jù)，作為研究區(qū)域確定和景觀信息提取的輔助數(shù)據(jù)；另外，還包括鄱陽湖水位數(shù)據(jù)，鄱陽湖共設(shè)有康山、吳城、都昌、星子、湖口5個(gè)基本水文站，其中星子水文站位于鄱陽湖入江水道上段左岸，能夠較為全面地反映鄱陽湖在江湖作用層面以及大湖面的水情變化［11］，故選星子水文站觀測(cè)水位（吳淞高程，下同）代表鄱陽湖水位.

遙感影像處理首先借助ENVI 4.7軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行波段合成；以1∶50000地形圖作為參考圖像對(duì)影像進(jìn)行幾何精校正；利用確定的鄱陽湖濕地范圍作為掩膜對(duì)合成后影像進(jìn)行裁剪；依據(jù)影像的光譜特征及計(jì)算得到的NDVI值，采用決策樹分類法對(duì)秋、冬季枯水期鄱陽湖濕地遙感影像進(jìn)行解譯.鄱陽湖濕地景觀可分為非植被景觀和植被景觀.非植被景觀包括水體、泥灘和沙灘；植被景觀主要包括沉水植物群落、中低位洲灘的苔草與虉草群落、高位洲灘的蘆葦與南荻群落.其中，沉水植被沒于湖中，在TM／ETM+遙感影像中難以與水體區(qū)分，并與水體區(qū)域疊合，故分類時(shí)未單獨(dú)劃分，而將其歸入到水體景觀中；泥灘與沙灘合并為光灘景觀；苔草、南荻、蘆葦?shù)戎脖皇芹蛾柡竦厍铩⒍咀钪饕膬?yōu)勢(shì)植被類型，呈不規(guī)則的帶狀或片狀分布，面積較大，其他濕生植被（如虉草等）在秋、冬季分布面積較小，且常與優(yōu)勢(shì)群落相混雜［18］.另外，由于TM／ETM+影像的分辨率為30 m，對(duì)于面積較小的植被類型難以準(zhǔn)確解譯出來.基于上述考慮，根據(jù)各景觀的影像特征和植被的生長(zhǎng)發(fā)育節(jié)律不同，本研究將鄱陽湖濕地景觀分為水體景觀（包括水體與沉水植物群落）、光灘景觀（包括泥灘和沙灘）、苔草景觀（以苔草為主，包括虉草、藜蒿在內(nèi)的中低位洲灘植物群落）和蘆荻景觀（以蘆葦與南荻為主的高位洲灘植物群落）4種類型；利用野外采集的點(diǎn)位數(shù)據(jù)和目視判讀數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯精度評(píng)價(jià)，并通過人工目視糾正錯(cuò)分區(qū)域，確保遙感影像解譯精度達(dá)到80%以上；最終形成鄱陽湖濕地景觀類型圖（圖2）.

圖1 鄱陽湖濕地范圍Fig.1 Location of the Lake Poyang Wetland

1.3 研究方法

利用景觀格局指數(shù)法研究苔草景觀結(jié)構(gòu)變化.基于斑塊類型水平上選取景觀類型面積、景觀類型面積百分比、平均斑塊面積、斑塊數(shù)目、斑塊密度、平均形狀指數(shù)和平均分維數(shù)等指標(biāo)，利用ArcGIS和FRAGSTATS 4.0軟件提取各景觀格局指數(shù)，從分布面積、破碎化、形狀方面研究苔草景觀結(jié)構(gòu)變化.各指標(biāo)計(jì)算方法及生態(tài)意義參考文獻(xiàn)［25］和Fragstats用戶指南.

利用轉(zhuǎn)移矩陣法研究苔草景觀與其他景觀類型間的相互轉(zhuǎn)換.通過ARCGIS空間分析模塊對(duì)1992、1999、2006和2012年4期遙感影像解譯圖進(jìn)行空間疊加分析，屬性數(shù)據(jù)整理后得到1992-1999、1999-2006和2006-2012年3個(gè)時(shí)段苔草景觀與其他景觀類型相互轉(zhuǎn)化的面積.轉(zhuǎn)移矩陣的表達(dá)式［26］為：

式中，S為面積，n為轉(zhuǎn)移前后景觀類型數(shù)，i、j（i，j＝1、2、…、n）分別為轉(zhuǎn)移前、轉(zhuǎn)移后的景觀類型，Sij為前一期的i類景觀轉(zhuǎn)變成后一期的j類景觀的面積.矩陣中每一行元素代表前期i類景觀向后期各類景觀的流出信息，每一列元素代表后期的j類景觀從前期的各類景觀的流入信息.

圖2 1992、1999、2006和2012年鄱陽湖濕地景觀類型Fig.2 Landscape types of Lake PoyangWetland in 1992，1999，2006 and 2012

利用分布質(zhì)心遷移法研究苔草景觀空間分布的變動(dòng)情況.借助ARCGIS的空間分析工具生成1992、1999、2006和2012年4個(gè)時(shí)期苔草各斑塊的分布質(zhì)心，并生成各斑塊質(zhì)心的經(jīng)緯度，運(yùn)用公式（2）計(jì)算得到各期苔草景觀分布質(zhì)心，通過對(duì)景觀分布質(zhì)心的比較，反映不同時(shí)期鄱陽湖濕地苔草景觀在空間上的變化特征.質(zhì)心坐標(biāo)的計(jì)算公式［27］為：

式中，X和Y分別為按面積加權(quán)得到的質(zhì)心經(jīng)度和緯度，Xi和Yi分別為苔草景觀第i個(gè)斑塊的經(jīng)度和緯度，Ci為苔草景觀第i個(gè)斑塊的面積，n為苔草景觀的斑塊總數(shù)目.

2 結(jié)果與分析

2.1 苔草景觀格局變化

2.1.1 苔草景觀結(jié)構(gòu)變化 研究期間，鄱陽湖濕地苔草景觀面積經(jīng)歷了先逐漸增大后減小的變化過程（表1），最大分布面積為2006年的1019.7 km2，占研究區(qū)面積的33.73%，與1992年相比，苔草景觀面積增加了423.22 km2，擴(kuò)張近71%；2012年苔草景觀面積為737.72 km2，較2006年減少了281.98 km2.斑塊數(shù)、斑塊密度與面積的變化趨勢(shì)一致，而平均斑塊面積表現(xiàn)為先逐漸減小后增大的趨勢(shì)，這表明苔草景觀的破碎化程度也經(jīng)歷了先增大后減小的變化過程.從景觀形狀來看，4期的平均分維數(shù)和平均形狀指數(shù)無明顯變化趨勢(shì)，基本保持穩(wěn)定，說明苔草景觀在自然狀態(tài)下形狀的不規(guī)則性變化較小.

表1 1992-2012年苔草景觀格局指數(shù)Tab.1 Changes of class-level indexes of Carex landscape during 1992-2012

2.1.2 苔草景觀轉(zhuǎn)移變化 苔草景觀除了面積發(fā)生變化外，其分布區(qū)域也在研究期間發(fā)生明顯改變，這意味著苔草景觀與其他景觀類型之間進(jìn)行著較為頻繁的轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出過程.1992-1999年間，苔草景觀主要與蘆荻以及光灘景觀發(fā)生相互轉(zhuǎn)換，而與水體間的轉(zhuǎn)換極少（表2）.該階段苔草景觀轉(zhuǎn)出的主要方向?yàn)樘J荻景觀，有114.94 km2的苔草景觀轉(zhuǎn)變?yōu)樘J荻景觀，占轉(zhuǎn)出總面積的70%，轉(zhuǎn)為光灘景觀部分的面積占轉(zhuǎn)出總面積的27.32%；而轉(zhuǎn)入部分也主要來自蘆荻景觀，共有142.82 km2的蘆荻景觀轉(zhuǎn)變?yōu)樘Σ菥坝^，占轉(zhuǎn)入量的52.96%，而光灘景觀有124.85 km2轉(zhuǎn)變?yōu)樘Σ菥坝^，占轉(zhuǎn)入量的46.30%.在1999-2006年間，苔草景觀面積進(jìn)一步擴(kuò)大，達(dá)到1019.70 km2，該階段苔草景觀轉(zhuǎn)出方向仍以蘆荻景觀為主，占轉(zhuǎn)出總面積的76.92%，轉(zhuǎn)為光灘景觀部分占轉(zhuǎn)出總面積的15.67%；而轉(zhuǎn)入部分則與前一階段不同，光灘成為該階段的主要轉(zhuǎn)入景觀類型，占轉(zhuǎn)入總面積的57.66%，而蘆荻景觀的轉(zhuǎn)入部分占轉(zhuǎn)入總面積的28.32%，此外，也有66.17 km2的水體景觀轉(zhuǎn)變?yōu)樘Σ菥坝^，占轉(zhuǎn)入總面積的14.02%，明顯高于上一階段.在2006-2012年間，苔草景觀面積大幅減少，有506.39 km2的苔草景觀轉(zhuǎn)出為其他景觀類型，其中有297.31 km2轉(zhuǎn)變?yōu)樗w景觀，占轉(zhuǎn)出總面積的58.71%，是該階段的主要轉(zhuǎn)出方向，其次是光灘，轉(zhuǎn)移面積為126.14 km2，占24.91%；與此同時(shí)，也有部分其他景觀轉(zhuǎn)入為苔草景觀，最主要的轉(zhuǎn)入來源為蘆荻景觀，轉(zhuǎn)入面積為155.22 km2，占轉(zhuǎn)入總面積的67.17%，另外，還有29.46%來自于光灘景觀，而水體景觀轉(zhuǎn)入部分極少，僅占轉(zhuǎn)入部分的1.37%.

表2 3個(gè)時(shí)段苔草與其他景觀類型之間的轉(zhuǎn)移面積（km2）Tab.2 Transfer among Carex and other landscape types in three different periods

上述分析可以看出，研究期間苔草景觀與其他景觀類型之間進(jìn)行著頻繁的相互轉(zhuǎn)換，但不同時(shí)段其轉(zhuǎn)移方向及轉(zhuǎn)移量存在較大差異.1992-1999和1999-2006年期間，苔草景觀主要轉(zhuǎn)出為蘆荻景觀，2006-2012年間則主要轉(zhuǎn)出為水體景觀；而3個(gè)時(shí)段的轉(zhuǎn)入部分主要來自蘆荻和光灘景觀，占總轉(zhuǎn)入面積的86%以上.

2.1.3 苔草景觀質(zhì)心遷移變化 研究期間，苔草景觀分布質(zhì)心均位于大湖區(qū)的西南部，但不同時(shí)期，分布質(zhì)心的遷移方向有所不同.在1992-1999年間，鄱陽湖濕地苔草景觀分布質(zhì)心向西北方向偏移了739.87 m，整體向贛江中支入湖河口形成的三角洲方向推進(jìn)，質(zhì)心點(diǎn)高程由1992年的12.94m略升高到1999年的13.01 m；1999-2006年間，苔草景觀分布質(zhì)心又向東偏南方向偏移了1527.19 m，年均偏移量（218.17 m／a）明顯大于前一階段（105.70m／a），該時(shí)期質(zhì)心點(diǎn)向遠(yuǎn)離湖岸方向推進(jìn)，質(zhì)心點(diǎn)高程明顯降低，降低了0.36 m；而在2006-2012年間，分布質(zhì)心向南遷移477.38 m，年均偏移量（79.56 m／a）最小，質(zhì)心點(diǎn)高程升高了0.12 m，這一階段分布質(zhì)心略表現(xiàn)出向湖岸方向推進(jìn)（圖3）.

圖3 1992-2012年苔草景觀分布質(zhì)心遷移變化Fig.3 Centriods shifting of Carex landscape during 1992-2012

2.2 鄱陽湖水位變化

1992-2012年間，鄱陽湖年均水位波動(dòng)頻繁（圖4），多年平均水位為13.20m，最大值出現(xiàn)在1998年，為15.61 m，最小值出現(xiàn)在2011年，為10.96 m，年均水位最大差值為4.65 m.從多年變化曲線來看，鄱陽湖年均水位整體表現(xiàn)出一定的下降趨勢(shì).2006年為相對(duì)枯水年，年均水位為11.55 m，低于多年平均值1.65 m；1999年為相對(duì)的豐水年，年均水位達(dá)到14.12 m，高于多年平均值0.92m；而1992和2012年的年均水位也高于多年平均值，分別為13.33和13.74 m.

圖4 1992-2012年鄱陽湖星子站年均水位變化Fig.4 Annualwater level change of Xingzi Station of Lake PoyangWetland during 1992-2012

由于受入湖河流及長(zhǎng)江徑流過程的影響，不同年份鄱陽湖水文變化過程有所差異.研究期間，水位年內(nèi)變化雖然均呈單峰模式（圖5），但2006年水位變化過程最為平緩，最高水位為16.72m，最低水位為7.84m，年內(nèi)變幅為8.88m；而1999年水位變化過程最為劇烈，最高水位達(dá)到21.71 m，最低水位為7.83 m，年內(nèi)變幅達(dá)到13.88 m，1992和2012年的水位變化過程則介于前兩者之間，年內(nèi)變幅分別為12.41和11.84m.若以年內(nèi)最高水位為界將鄱陽湖水位過程分為漲水和退水2個(gè)階段，則2006年退水時(shí)間相對(duì)提前（6月21日），退水過程最為緩慢，日均水位降低0.05 m；2012年退水時(shí)間相對(duì)滯后（8月13日），退水過程相對(duì)較快，日均水位降低0.07 m；而1999年自7月21日開始退水，退水階段水位日均降低值最大，為0.08m／d.

圖5 1992、1999、2006和2012年鄱陽湖水位變化過程Fig.5Water level changes of Lake Poyang in 1992，1999，2006 and 2012

表3 不同高程帶苔草景觀面積百分比構(gòu)成Tab.3 The area percentages of Carex landscape in different elevation zones

2.3 苔草景觀對(duì)水文變化的響應(yīng)

2.3.1 苔草景觀分布與結(jié)構(gòu)對(duì)水文變化的響應(yīng)鄱陽湖濕地苔草景觀的空間分布主要受地貌及水文條件影響.對(duì)于秋季苔草而言，地貌高程與濕地退水過程的影響更為重要.從苔草的分布高程來看（表3），研究的4個(gè)年份中，苔草均分布在16 m高程以下，其中12～14 m高程帶是苔草最為主要的分布區(qū)，但不同年份各高程帶上苔草面積占比不同，反映了苔草主要分布高程的變化.在枯水年（2006年），12 m以下高程的苔草面積占比高于其他年份，而14～16 m高程的面積占比低于其他高程，說明枯水年的低水位引起苔草分布高程出現(xiàn)一定程度的下移.

表4 退水過程不同階段經(jīng)歷時(shí)間Tab.4 Duration of different stages in the process ofwater recession

從苔草景觀分布面積來看（表1），枯水年（2006年）苔草面積遠(yuǎn)高于其他年份，但最小面積并未出現(xiàn)在豐水年（1999年），而是出現(xiàn)在相對(duì)的平水年（1992年），這說明水位僅是影響苔草景觀分布的重要影響因子之一，苔草景觀的分布還受到其他水文因子的影響.通過對(duì)4個(gè)年份退水過程分析發(fā)現(xiàn)，不同年份退水過程各階段歷時(shí)差異明顯（表4），在苔草分布的主要高程區(qū)間，水位由16m降到14m，以苔草分布面積最大的2006年歷時(shí)最長(zhǎng)（36 d），其次為2012年（29 d），而苔草分布面積最小的1992年歷時(shí)最短（14 d）；當(dāng)水位由14m繼續(xù)下降到12m，2006年歷時(shí)最短（8 d），其次為2012年（18 d），而1992年歷時(shí)最長(zhǎng)（41 d）.結(jié)合4個(gè)年份的苔草景觀面積可發(fā)現(xiàn)，中灘位（14～16m高程帶）的退水歷時(shí)長(zhǎng)且低灘位（12～14m高程帶）退水歷時(shí)短，苔草景觀面積則大，反之，則小.據(jù)此可初步推測(cè)，中灘位的緩慢退水和低灘位的快速出露聯(lián)合作用下的水文經(jīng)歷更有利于苔草的萌芽生長(zhǎng)與擴(kuò)張，形成面積較大的苔草景觀；相反，中灘位的快速退水和低灘位的緩慢出露聯(lián)合作用下的水文經(jīng)歷則會(huì)對(duì)苔草的萌發(fā)與分布產(chǎn)生抑制作用，這一定程度上反映退水過程對(duì)苔草景觀分布具有重要影響.

與此同時(shí)，隨著水位的年際間升降，苔草景觀空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生相應(yīng)變化.在低水位年份（2006年），鄱陽湖濕地的洲灘大面積出露，尤其在“五河”河口及湖心地帶，由河流沖淤作用形成諸多大小不一的洲灘出露水面，在一定的高程帶上形成了苔草適生的水文環(huán)境，苔草開始萌芽、生長(zhǎng)，苔草空間上呈較為明顯的片狀分布格局，苔草斑塊數(shù)目較多，而平均斑塊面積較小，苔草景觀的破碎化程度相對(duì)較重；而在高水位年份（1999年），由于河口與湖中部分洲灘被水體所淹沒，苔草的分布區(qū)域主要集中在湖周及河口地帶高程相對(duì)較高的洲灘上，苔草景觀空間上呈現(xiàn)出條帶狀分布格局，苔草分布的斑塊數(shù)目較少，平均斑塊面積較大，景觀破碎化程度相對(duì)較輕.而斑塊平均形狀指數(shù)與平均分維數(shù)對(duì)水位變化并不敏感，苔草斑塊始終在自然狀態(tài)下呈現(xiàn)出不規(guī)則狀.

2.3.2 苔草景觀轉(zhuǎn)移對(duì)水文變化的響應(yīng) 由于水位年際間的變動(dòng)，苔草分布區(qū)域及分布高程發(fā)生改變，導(dǎo)致苔草景觀與其他景觀類型間不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)換.當(dāng)處于相對(duì)的高水位年份（如1999、2012年），苔草分布高程有所上移，侵占先前的蘆荻景觀分布區(qū)，然由于濕地洲灘地貌的復(fù)雜性以及水文情勢(shì)的多變性，部分原苔草生長(zhǎng)區(qū)域形成更有利于蘆荻生長(zhǎng)的水文環(huán)境，使苔草景觀被蘆荻景觀所取代；此外，還有部分原苔草分布的低位洲灘由于長(zhǎng)期的水淹而不利于苔草自身的生存，轉(zhuǎn)變成為光灘和水體景觀；而處于相對(duì)的低水位年份（2006年），苔草的分布高程有所下移，部分光灘被苔草所侵占，原苔草分布的高位灘地則轉(zhuǎn)變?yōu)樘J荻景觀，此外，受局地特殊的水文與地貌條件影響，也有部分蘆荻景觀轉(zhuǎn)變?yōu)樘Σ菥坝^.

2.3.3 苔草景觀質(zhì)心對(duì)水文變化的響應(yīng) 隨著苔草分布區(qū)域與分布高程的變化，苔草景觀的分布質(zhì)心也不斷發(fā)生遷移.從景觀質(zhì)心遷移方向與水位變化情況可看出，苔草景觀質(zhì)心遷移方向與水位升降緊密相關(guān).在水位上升時(shí)期（1992-1999、2006-2012年），苔草的主要分布區(qū)域向湖岸帶和入湖河流河口區(qū)的較高灘位轉(zhuǎn)移，其景觀質(zhì)心會(huì)發(fā)生向湖岸方向的遷移；而在水位降低時(shí)期（1999-2006年），苔草分布高程下降，湖中出露的灘地、入湖河口以及湖岸帶的中低灘位被苔草侵占，其主要分布區(qū)域向湖心低位洲灘方向擴(kuò)張，從而引起分布質(zhì)心也隨之向湖心方向遷移.

3 結(jié)語

利用1992、1999、2006和2012年4期Landsat TM／ETM+遙感影像數(shù)據(jù)，從景觀生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，分析了鄱陽湖濕地典型植被—苔草景觀的空間變化，并對(duì)其與水文過程變化之間的關(guān)系進(jìn)行初步探討，主要得到以下結(jié)論：

1）1992-2012年間，鄱陽湖濕地年均水位波動(dòng)頻繁，然整體略呈下降趨勢(shì).不同年份濕地水文變化過程差異明顯，其中2006年水位變化最為平緩，退水過程最慢；而1999年水位變化最為劇烈，退水過程最快.

2）鄱陽湖濕地秋、冬季苔草景觀分布主要受地貌高程和水文過程影響.苔草景觀分布在16 m高程以下，而12～14 m高程帶是其最主要的分布區(qū)間；苔草景觀分布面積受到水位的影響，但退水過程影響更為重要，尤其是中灘位（14～16m高程帶）與低灘位（12～14m高程帶）退水過程的聯(lián)合作用對(duì)苔草景觀的分布起到促進(jìn)或抑制作用.

3）苔草景觀空間格局與水位密切相關(guān)，在低水位年份，苔草景觀的破碎化程度較重，景觀質(zhì)心向湖心方向遷移；在高水位年份，其景觀破碎化程度較輕，景觀質(zhì)心會(huì)向湖岸方向推進(jìn).

鄱陽湖濕地植被景觀格局的變化受多種因素影響，雖然水文過程起到主要的控制作用，但其他因素（如泥沙沖淤、土壤環(huán)境、人為開墾、火燒、放牧等）的影響也不容忽視.目前，淡水濕地植被景觀格局與水文變化關(guān)系研究雖取得一定進(jìn)展，但研究的深度還十分有限，未來還需更為長(zhǎng)期的系統(tǒng)觀測(cè)與模擬試驗(yàn)才能定量地揭示兩者之間的作用機(jī)理；同時(shí)，也需要加強(qiáng)其他因素在濕地植被景觀格局變化中的作用研究，從而進(jìn)一步豐富和完善濕地植被格局演變理論.

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院鄱陽湖湖泊濕地觀測(cè)研究站在野外點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集時(shí)提供的幫助；同時(shí)感謝中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所陳宇煒研究員，孫占東、賴錫軍副研究員提供的水位數(shù)據(jù).

［1］ Bai Junhong，Ouyang Hua，Yang Zhifeng et al.Changes in wetland landscape patterns：A review.Progress in Geography，2005，24（4）：36-45.［白軍紅，歐陽華，楊志峰等.濕地景觀格局變化研究進(jìn)展.地理科學(xué)進(jìn)展，2005，24（4）：36-45.］

［2］ Huang Yilong，F(xiàn)u Bojie，Chen Liding.Advances in ecohydrological process research.Acta Ecologica Sinica，2003，23（3）：580-587.［黃奕龍，傅伯杰，陳利頂.生態(tài)水文過程研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23（3）：580-587.］

［3］ Li Xu，Xie Yonghong，Huang Jishan et al.Research progresses on the formationmechanism of vegetation distribution pattern in wetland.Wetland Science，2009，7（3）：280-288.［李旭，謝永宏，黃繼山等.濕地植被格局成因研究進(jìn)展.濕地科學(xué)，2009，7（3）：280-288.］

［4］ Cao Qing，Huang Senkai，Huang Binbin et al.Research advances in lakeside zone landscape pattern and hydrological process.Pearl River，2014，（3）：82-86.［曹慶，黃森開，黃彬彬等.水文過程對(duì)湖濱帶景觀格局影響研究進(jìn)展.人民珠江，2014，（3）：82-86.］

［5］ Bornman TG，Adams JB，Bate GC.Environmental factors controlling the vegetation zonation patterns and distribution of vegetation types in the Olifants Estuary，South Africa.South African Journal ofBotany，2008，74（4）：685-695.

［6］ Huang Qun，Jiang Jiahu，Lai Xijun etal.Changes of landscape structure in Dongting Lakewetlandsand the evaluation on impacts from operation of the Three Gorges project.Resources and Environment in the Yangtze Basin，2013，22（7）：923-927.［黃群，姜加虎，賴錫軍等.洞庭湖濕地景觀格局變化以及三峽工程蓄水對(duì)其影響.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2013，22（7）：923-927.］

［7］ Bacon PE，Stone C，Binns DL et al.Relationships between water availability and Eucalyptus camaldtdensis growth in a riparian forest.Journal ofHydrology，1993，150：541-561.

［8］ Beauchamp VB，Stromberg JC.Flow regulation of the Verde River，Arizona encourages Tamarix recruitment buthasminimal effect on Populus and Salix stand density.Wetlands，2007，27（2）：381-389.

［9］ Yao Xin，Yang Guishan，Wan Rongrong et al.Impact of water level change on wetland vegetation of rivers and lakes.J Lake Sci，2014，26（6）：813-821.DOI：10.18307／2014.0601.［姚鑫，楊桂山，萬榮榮等.水位變化對(duì)河流、湖泊濕地植被的影響.湖泊科學(xué)，2014，26（6）：813-821.］

［10］ Li Shengnan，Wang Genxu，DengWei.Research advances in wetland landscape pattern and hydrological process.Chinese Journal ofEcology，2008，27（6）：1012-1020.［李勝男，王根緒，鄧偉.濕地景觀格局與水文過程研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)雜志，2008，27（6）：1012-1020.］

［11］ DaiXue，Wan Rongrong，Yang Guishan etal.Temporal variation of hydrological rhythm in Poyang Lake and the associated water exchange with the Changjiang River.Scientia Geographica Sinica，2014，24（12）：1488-1496.［戴雪，萬榮榮，楊桂山等.鄱陽湖水文節(jié)律變化及其與江湖水量交換的關(guān)系.地理科學(xué)，2014，24（12）：1488-1496.］

［12］ Yu Li，He Longhua，Zhang Qi etal.Landsat-TM data based study on dynamic changes of typicalwetlands of Poyang Lake. Remote Sensing Information，2010，（6）：48-52.［余莉，何隆華，張奇等.基于Landsat-TM影像的鄱陽湖典型濕地動(dòng)態(tài)變化研究.遙感信息，2010，（6）：48-52.］

［13］ Dai X，Wan RR，Yang GS.Non-stationarywater-level fluctuation in China's Poyang Lake and its interactionswith Yangtze River.Journal ofGeographical Sciences，2015，25（3）：274-288.

［14］ Hu Zhenpeng，Ge Gang，Liu Chenglin.Cause analysis and early warning for wetland vegetation degradation in Poyang Lake.Resources and Environment in the Yangtze Basin，2015，24（3）：381-386.［胡振鵬，葛剛，劉成林.鄱陽湖濕地植被退化原因分析及其預(yù)警.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2015，24（3）：381-386.］

［15］ Zhang Quanjun，Yu Xiubo，Hu Binhua.Research on the characteristics of plant communities in the Poyang NanjiWetlands，China.Resources Science，2013，35（1）：42-49.［張全軍，于秀波，胡斌華.鄱陽湖南磯濕地植物群落分布特征研究.資源科學(xué)，2013，35（1）：42-49.］

［16］ Liu Xiaoli，Ding Mingjun，Li Guicai et al.Research on variation ofwetland plant communities along elevation gradient around Poyang Lake.Yangtze River，2013，44（5）：82-86.［劉肖利，丁明軍，李貴才等.鄱陽湖濕地植物群落沿高程梯度變化特征研究.人民長(zhǎng)江，2013，44（5）：82-86.］

［17］ Ge Gang，Zhao Anna，Zhong Yiyong et al.Patterns of dominant populations of plants in Islets of Poyang Lake.WetlandScience，2011，9（1）：19-25.［葛剛，趙安娜，鐘義勇等.鄱陽湖洲灘優(yōu)勢(shì)植物種群的分布格局.濕地科學(xué)，2011，9（1）：19-25.］

［18］ Wu Jiandong，Liu Guanhua，Jin Jiefeng et al.Structure analysis of beach vegetation in Poyang Lake in autumn.Jiangxi Science，2010，28（4）：549-554.［吳建東，劉觀華，金杰峰等.鄱陽湖秋季洲灘植物種類結(jié)構(gòu)分析.江西科學(xué)，2010，28（4）：549-554.］

［19］ Dai X，Wan RR，Yang GS et al.Responses of wetland vegetation in Poyang Lake，China to water-level fluctuations. Hydrobiologia，2016，773：35-47.

［20］ Liu Xuying，Guan Yanning，Guo Shan et al.Response on wetland vegetation distribution to hydrology regularity based on harmonic-time series analysis.JLake Sci，2016，28（1）：195-206.DOI：10.18307／2016.0123.［劉旭穎，關(guān)燕寧，郭杉等.基于時(shí)間序列諧波分析的鄱陽湖濕地植被分布與水位變化響應(yīng).湖泊科學(xué)，2016，28（1）：195-206.］

［21］ Zhang Meng，Ni Leyi，Xu Jun etal.Annual dynamics of the wetland plants community in Poyang Lake in response towater-level variation.Research of Environmental Sciences，2013，26（10）：1057-1063.［張萌，倪樂意，徐軍等.鄱陽湖草灘濕地植物群落響應(yīng)水位變化的周年動(dòng)態(tài)特征分析.環(huán)境科學(xué)研究，2013，26（10）：1057-1063.］

［22］ Zhang Lili，Yin Junxian，Jiang Yunzhong et al.Relationship between hydrological conditions and vegetation communities in Poyang Lake national nature reserve of China.Advances in Water Science，2012，23（6）：769-776.［張麗麗，殷峻暹，蔣云鐘等.鄱陽湖自然保護(hù)區(qū)濕地植被群落與水文情勢(shì)關(guān)系.水科學(xué)進(jìn)展，2012，23（6）：769-776.］

［23］ Hu Zhenpeng，Ge Gang，Liu Chenglin etal.Structure of Lake PoyangWetland plantsecosystem and influence of lakewater level for the structure.Research ofEnvironmental Sciences，2010，19（6）：597-605.［胡振鵬，葛剛，劉成林等.鄱陽湖濕地植物生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及湖水位對(duì)其影響研究.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2010，19（6）：597-605.］

［24］ Wu Qin，Yao Bo，Zhu Lili et al.Seasonal variation in plant biomass of Carex Cinerascens and its carbon fixation assessment in a typical Poyang Lakemarshland.Research ofEnvironmental Sciences，2012，21（2）：215-219.［吳琴，堯波，朱麗麗等.鄱陽湖典型苔草濕地生物量季節(jié)變化及固碳功能評(píng)價(jià).長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2012，21（2）：215-219.］

［25］ Li Cong，Li Xiaowen，Zheng Yu et al.Evolution of wetland landscape pattern in Hengshui National Nature Reserve.Resources Science，2008，30（10）：1571-1578.［黎聰，李曉文，鄭鈺等.衡水湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)濕地景觀格局演變分析.資源科學(xué)，2008，30（10）：1571-1578.］

［26］ Qiao Weifeng，Sheng Yehua，F(xiàn)ang Bin etal.Land use change informationmining in highly urbanized area based on transfermatrix：A case study of Suzhou，Jiangsu Province.Geographical Research，2013，32（8）：1497-1507.［喬偉峰，盛業(yè)華，方斌等.基于轉(zhuǎn)移矩陣的高度城市化區(qū)域土地利用演變信息挖掘——以江蘇省蘇州市為例.地理研究，2013，32（8）：1497-1507.］

［27］ Gong Zhaoning，Zhang Yiran，Gong Huili et al.Evolution ofwetland landscape pattern and its driving factors in Beijing. Acta Geographica Sinica，2011，66（1）：77-88.［宮兆寧，張翼然，宮輝力等.北京濕地景觀格局演變特征與驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析.地理學(xué)報(bào)，2011，66（1）：77-88.］

Landscape pattern changes of Carex and its response to water level in Lake Poyang Wetland

ZHOU Yunkai1，2，BAIXiuling1，2??＆NING Lixin1，2
（1：Institute ofNatural Resources and Environment，Henan University，Kaifeng 475004，P.R.China）
（2：College of Environment and Planning，Henan University，Kaifeng 475004，P.R.China）

The formation and evolution of vegetation landscape are controlled by the hydrological processes in freshwater wetlands. Based on the Landsat TM／ETM+remote sensing images，the landscape information on Lake PoyangWetland in 1992，1999，2006 and 2012 was extracted by using decision tree classification.The spatial variation of Carex landscape was analyzed by means of landscape pattern index，transfermatrix and centriod shiftingmethods.Meanwhile，the relationship between Carex landscape and hydrological processeswas also preliminarily discussed.Results showed that the distribution and area of Carex landscape in autumn were influenced by the water level and recession process of Lake PoyangWetland during the study period，the slow recession of intermediate-elevation（14-16m）areas and fastemersion of low-elevation（12-14m）areas play amore important role in the formation and expansion of Carex landscape than thewater level.The spatial pattern Carex landscape in Lake PoyangWetland was closely related to the annualmean water level.In the year of low annualmean water level，the distribution elevation of Carex landscape is relatively low，some exposed mudflats were occupied by Carex landscape，and the original distribution areas of Carex landscape were partly replaced by Phragmites and Triarrhena landscape，the fragmentation degree of Carex landscape was relatively heavy. While in the yearwith high annualmean water level，many low bottomlandswere submerged，the elevation of Carex distributed was relatively high.Many regions of Phragmites and Triarrhena landscape were occupied by Carex，while the original distribution areas of Carex landscape became partlymudflatorwater landscape types.Affected by the risingwater level，Carex landscapemainly shifted and centered on the high zones of estuary of input rivers and lakeshore，thus the fragmentation degree of Carex landscape was relatively light.In addition，water level inter-annual fluctuation will affect the centroid position of Carex landscape，with centriodshifting to the lakeshore during the rising water level；vice verse to the lake center during the falling water level falling.

Carex；landscape pattern；water level change；response；Lake Poyang Wetland

DOI 10.18307／2017.0410

?2017 by Journal of Lake Sciences

?國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41101089，41371450）資助.2016-03-18收稿；2016-10-14收修改稿.周云凱（1980～），男，博士，副教授；E-mail：ykzhou2009＠126.com.

??通信作者；E-mail：bxling＠163.com.