本团队首先从鄱阳湖碟形湖出发,总结了前人对碟形湖水文节律演变规律的研究;然后针对鄱阳湖季节性水动力变化对溶质迁移及洲滩湿地土壤成分的影响研究现状进行了深入的探讨,最后总结了“水文节律变化-生源物质迁移转化-洲滩植被分布”间响应机理的研究现状。主要研究进展如下:
①鄱阳湖碟形湖水文节律演变规律研究现状
在三峡大坝建成、鄱阳湖湖体核心保护区设立等一系列举措实施后,鄱阳湖的水文节律发生了一定的改变,以往的模型不再适用。针对鄱阳湖水文节律演变,国内众多学者采用不同方法进行研究,如基于黄土的季节趋势分解法,MK检验、累计偏离等计算方法及遥感观测,分析了近50年鄱阳湖和长江不同站点的长期观测水位,得出年湖泊水位的累计变化、季节性湖泊水位的变化、每日湖水位分布变化等时空变化分析[1-3]。郝莹莹从生态学角度入手,运用遥感和地理信息系统的手段,对不同时相的鄱阳湖景观面积进行了提取和分析,结合鄱阳湖星子站30多年(1980-2016 年)来的水位数据,发现2003 年以来,鄱阳湖水位整体水位值低于2003年前,具体表现为:鄱阳湖丰水期“高水不高”、退水期退水加快、枯水期提前的水情[4]。但针对于鄱阳湖的水位时空变化模型,国内外研究还未深入开展。
其他大多数研究侧重于鄱阳湖的水沙交换情况,香天元[5-7]等综合运用M-K法和累积量斜率变化分析法,确定突变点——1968-1970年、1998-2000年前后。划分基准期和变异期,在计算气候变化和人类活动对泥沙的影响贡献率的基础上进行了归因分析,并建立了研究区域鄱阳湖湖口站水沙模拟模型,得出人类活动对同期鄱阳湖湖区淤积沙量的影响贡献率则呈现先降后升的趋势,从88.87%下降到84.66%,再上升到88.38%。
综上所述,现有研究主要以鄱阳湖的入湖水沙量分析和多年水文变化情况为主,虽然有部分研究季节性水文周期性变化及水文节律日变化,但其主要研究旱雨季而非按植物四季生长分布的水文节律。在此基础之上,本团队将建立鄱阳湖的季节性水文节律模型,进而得出鄱阳湖湖水的四季溶质变化规律。
②鄱阳湖季节性水动力变化对溶质迁移及洲滩湿地土壤成分的影响研究现状
基于上述鄱阳湖季节性水动力变化规律,通过水槽实验、数值模拟可得出鄱阳湖碟形湖中的溶质迁移路径,进而推算鄱阳湖州滩湿地的土壤条件。
对于水动力变化规律对溶质迁移的影响,黄冬凌等[8]做了鄱阳湖基于湖泊与出入湖水质关联性研究,由不同水期的水质得出水流流向对湖水溶质分布的影响;张中天[9]针对水位波动条件下鄱阳湖沉积物-水界面氮元素迁移转化规律,采用数据分析、室内实验和数值模拟等研究手段,研究了鄱阳湖的水位、总氮时空演变规律以及碟形湖典型剖面的氮元素迁移转化过程。
而溶质对土壤条件的影响方面,张广明[10]通过室内循环水槽实验和上覆水-孔隙水耦合模型,得出沉积物-水界面底栖生物洞穴的存在对溶质迁移及界面通量有促进作用。还利用数值模拟方法对洞穴内穴居生物的生物引灌作用进行了模拟,明晰了不同类型洞穴下生物引灌作用对溶质在沉积物-水界面迁移的影响,即生物引灌作用越大,溶质迁移的有效深度和净迁移量越大。郭宇菲等[11]通过S形取样法获取鄱阳湖州滩湿地的关键环境因子,并进行一元二次多项式拟合,获得土壤铵态氮、总磷拟合结果。琼任等[12-13]利用主成分分析(PCA)发现地下水位的升高也会改变土壤养分,相关性分析结果证实了鄱阳湖湿地土壤细菌真菌群落的多样性和丰富度与土壤WC显著相关。此外,水位和植被类型也显著影响了土壤微生物群落的结构。PCA结果表明,水位对土壤细菌和真菌群落的影响高于植被类型,不同水位下细菌和真菌群落的变化相反。由于土壤WC的变化,水位主要影响微生物群落,最终引起有机碳特性的变化,改变土壤的养分结构。
综上所述,国内学者在水动力对鄱阳湖溶质迁移规律的影响方面和其他湖泊如君山湖、洱海等的水质变化导致土壤成分做了丰富的研究,研究方法和研究思路都较为完备[14-15]。在溶质分布对鄱阳湖湖盆州滩土壤中无机盐、氮、磷及土壤含水率的影响方面所做研究较少,多侧重于土壤本身的环境因子分布或是研究某一因素对二者互相作用的影响而非溶质造成的土壤成分改变。在由水动力推出溶质迁移,再由溶质迁移规律获得州滩湿地土壤条件后,就可以参考对其他湖泊的研究搭建模型,由水文站获得的数据模拟得出鄱阳湖碟形湖州滩湿地的环境因子分布,从而大大便利鄱阳湖碟形湖湿地的生态修复工作。
③鄱阳湖洲滩植被带分布对溶质迁移、水文节律变化的响应机理研究现状:
水文节律是湿地生态系统最重要的、最基本的调控因子,洲滩湿地植被群落组成、初级生产力和空间分布等受湿地水文状况所驱动。有大量的研究证明了这一点。如Barrett等[16]研究了澳大利亚东南部Murray河附近的21块洪泛平原湿地,发现植物群落结构在不同的“湿”、“干”和“介于湿干之间”水文情势历史阶段具有明显的差异;刘扬等[18]针对鄱阳湖灰化薹草群落物种多度分布格局进行研究时,指出湿地水文条件变化是引发分布改变的主因[17]。水淹作用是湿地水文对湿地植物发挥作用的最基本形式。一方面,水淹能够通过塑造湿地内部环境条件进而制约湿地植物种子的萌发[19],限制湿地植物分布。另一方面,水淹也能够引起湿地中植物种对其产生适应性或胁迫性的生长响应[20-21],驱动湿地植物的分布。一般认为植物能够与湿地水淹条件之间表现出明显的对应关系[22]。对于能够适应水淹的湿地植物而言,其往往生长分布于湿地中地势较低、水文状况变换较为频繁的区域;而对于对水淹反应较为敏感的湿地植物而言,其往往生长分布在水淹较少、水文状况不活跃的区域[23]。因此在长期的演化过程中,不同湿地植物形成了不同的耐淹水时长阈值[22],呈现出不同的分布特点。而在淡水湿地中,湿地植物沿淹水时长梯度分布的现象尤为明显[24]。可见,水淹是湿地植被群落生长与分布相关研究中必须考虑的驱动因素。
就洲滩湿地植被而言,大量的科学事实与研究表明,其总是沿着某一环境梯度而表现出明显的条带状分布特征[25-26]。但是,相比于其他湿地类型如滨海湿地,洲滩湿地的带状分布格局存在明显不同,淡水沼泽植物类型间的交替不存在明显界限,而是逐渐变化的,可认为是非典型带状分布[27]。因此,淡水湿地植被的生长与分布相关的机制可能更加复杂。在以往的研究中,发现洲滩植被的分布受多方面环境因素制约,为植被与水文、气候、地貌等要素综合作用的结果[20,28]。其中,最主要的非生物因素是水文因子[27],而主要的生物因素包括物种适应和生源物质,这些因素在湿地植物生长和分布中发挥极其重要的作用[29]。
生源物质能够直接影响洲滩湿地植被根系的发育、生物量和无性繁殖等生长活动[30],进而控制植物在湿地中的扩张与分布。国内外大量研究论证了地址养分特征与湿地植物生长分布之间的关联性。如Feng等在对瑞士纳沙泰尔湖湖岸带不同高程的湿地植物群落分布特征进行调查时,发现底质氮、磷能够在不同水文条件下对植物生长产生不同的限制作用,驱动湖岸带植物群落的分异[31];纪昌品等在对鄱阳湖湿地植物进行研究时也有类似发现,即鄱阳湖湿地底质有机碳、全氮含量具有显著的生态梯度,在鄱阳湖湿地植物的生长与分布中发挥了关键作用[32]。
综上所述,鄱阳湖洲滩植被的生长与分布相关的机制比较复杂,受多方面环境因素影响,其中生源物质如底质氮、磷在水文节律下对植被带状分布有着一定的影响。从生源物质迁移方面入手,直接研究其与洲滩湿地在植被分布间的关系有助于进一步了解湿地植物生长和分布机制。
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