水位变化下水库消落带湿地植被演替的遥感探测

水库消落带是季节性或人为控制性水位消涨在库周形成的反复淹没和出露的区域，是生态脆弱的敏感带。消落带适生植物演替机制研究是水库消落带生态恢复和重建的重要基础。消落带植被结构和功能退化引起的边岸侵蚀和库区淤积已是官厅水库面临的首要问题。本课题拟从宏观表征和内在作用机制方面，借助于野外定位实验、多源遥感数据和历史观测数据，基于遥感变化检测技术和三维激光雷达测量技术，探测近四十年官厅水库消落带的历史动态变迁过程，分析在长期蓄水和非季节性控制水位的方式下，消落带的有效缓冲区宽度及功能分区；在深入分析植物生化组分光谱吸收特征和相应物理机制的基础上，定量分析和模拟水位变化下，植物内部生理生化组分和形态结构特征的适应性机制；针对消落带不同的功能分区，研究在长期或阶段性的水位涨落下，消落带湿地植物群落的演替模式和数量特征，定量揭示水文格局和植被格局的耦合关联特征，综合分析水库消落带生态环境问题的形成机制

水库消落带是季节性或人为控制性水位消涨在库周形成的反复淹没和出露的区域，是生态脆弱的敏感带。消落带植被结构和功能退化引起的边岸侵蚀和库区淤积已是官厅水库面临的首要问题。本课题从宏观表征和内在作用机制方面，借助于野外定位实验，在分析官厅水库库区1979-2013年月均和年均水位变化特征的基础上，选择1979-2013年长时间系列的Landsat MSS/TM/ETM+/OLI丰枯水月的影像为数据源，探测了水位变化下近三十五年官厅水库消落带的消涨特征及其历史动态变迁过程，分析在长期蓄水和非季节性控制水位的方式下，消落带的有效缓冲区范围及功能分区；研究发现1979-2013年长时间研究序列中，消落带变化可分为三个阶段，1979-1996年间隔涨落阶段、1996-2007持续萎缩阶段和2007-2013年频繁涨落阶段；最终确定水库消落带有效缓冲区范围为118.31km2，永久淹水范围为25.26km2。以中、高分辨率的遥感影像和地面实测高光谱数据为数据源，并针对不同空间分辨率的数据源制定了与其对应的湿地植被分类体系，利用面向对象分类、反向传播人工神经网络（BP-ANN）和Fisher线性判别分析，对消落带内的湿地植被进行了分类提取；然后，利用从5期中分辨率Landsat影像上提取的消落带湿地植被空间分布格局图，同时结合消落带的分区数据，基于景观格局和CA-Markov（元胞-马尔可夫）的分析方法，揭示了消落带不同分区内湿地植被的时空演替规律，并对未来消落带不同分区内湿地植被的空间分布格局进行了预测；最后，利用野外采集的湿地植被地面实测高光谱数据、水质数据和室内测定的湿地植被生化参数数据，利用数理统计方法和物种分布统计模型-GAM（结合空间分布预测模块GRASP），分析湿地植被光谱特征及其与生理生化组分的相互作用机制、植被分布对环境因子的适应性机制，揭示了水库消落带湿地植被的适生机制，从而综合分析水库消落带生态环境问题的形成机制。