洪泛湿地植被非线性演变对地下水位波动的响应机制研究

The significant drying and wetting characteristics of Poyang Lake create a unique vegetation ecosystem. Germination and declining process driven by the groundwater fluctuations controlled the species composition, structure and evolution trend of communities. In the 21th century, frequent droughts have led to drastic changes in the groundwater level, which have an important impact on the vegetation pattern. However, the current research is relatively insufficient to understand the dynamics of groundwater level in Poyang Lake wetland and the nonlinear evolution mechanism of vegetation. Accordingly, in a typical wetland transect of Poyang Lake, 3 dominant plant populations will be chosen to represent the mesophyte, hygrophyte and emergent vegetation ecosystem. The field observation, niche evaluation and statistical regression methods will be comprehensively used to clarify the spatial-temporal dynamics of groundwater level and dominant plant populations. Besides, a coupled eco-hydrological model will be developed to reveal the response mechanism of vegetation to surface water-groundwater interactions. Finally, based on continuous decline and decline-rise scenarios in groundwater level, the lag effect of degradation and recovery process of different plant populations will be further simulated. The outcomes in this study will be helpful to evaluate the stability and resilience of different plant populations response to groundwater level changes in humid region, and provide scientific basis for decision-making of water management and vegetation restoration.

鄱阳湖显著的干湿交替过程造就了独特的植被生态系统，地下水位波动通过影响植物的萌发状态以及衰亡进程控制着整个群落的物种组成、结构以及演变趋势。21世纪以来，频发的干旱事件导致地下水位发生剧烈变化，给湿地的植被格局造成重要影响。然而，当前研究对鄱阳湖湿地地下水位动态及其驱动下的植被非线性演变机制认识相对不足。针对这一现状，本项目以鄱阳湖典型湿地为研究区，选取中生、挺水和湿生3种不同生活型的植物种群为研究对象，通过原位观测、生态位评价和统计回归，系统阐明地下水位波动及优势植物种群的时空演变规律。通过构建生态水文耦合模型揭示地表-地下水的交互作用过程和植被生长竞争过程。最后，基于情景模拟辨析地下水位持续下降以及地下水位下降后恢复基准状态下，不同生活型植物种群退化/恢复的迟滞效应。研究成果有助于客观评价湿润区不同生活型植物种群对地下水位波动的抵抗力和恢复力，为湿地水位调控和植被恢复决策提供科学依据。

鄱阳湖显著的干湿交替过程造就了独特的植被生态系统，地下水位波动通过影响植物的萌发状态以及衰亡进程控制着整个群落的物种组成、结构以及演变趋势。21世纪以来，频发的干旱事件导致地下水位发生剧烈变化，给湿地的植被格局造成重要影响。然而，当前研究对鄱阳湖湿地地下水位动态及其驱动下的植被非线性演变机制认识相对不足。本项目以鄱阳湖典型湿地为研究区，选取中生、挺水和湿生3种不同生活型的植物种群为研究对象，通过原位观测、生态位评价和统计回归，系统阐明地下水位波动及优势植物种群的时空演变规律。通过构建生态水文耦合模型揭示地表-地下水的交互作用过程和植被生长竞争过程。最后，基于情景模拟辨析地下水位持续下降以及地下水位下降后恢复基准状态下，不同生活型植物种群退化/恢复的迟滞效应。主要研究结论如下：（1）进入21世纪后，鄱阳湖湿地生长在海拔较高的滩地上的植被有显著减少的趋势，而生长在低滩地的植被有显著增加的趋势。三峡工程运行后鄱阳湖多年平均草洲面积显著大于三峡工程运行前的多年平均草洲面积。草洲面积的变化与都昌站水位变化存在着显著的联系。（2）藜蒿群落丰水年以地下水补给为主，而平、枯水年以降水和土壤水储量补给为主；芦苇群落丰、平、枯水年分别以湖水、湖水和地下水、地下水和降水补给为主；苔草群落各水文年都以降水和土壤水储量补给为主。地下水补给量对藜蒿和芦苇群落植被蒸腾的贡献率与地下水埋深均呈负线性关系，生长旺季地下水位每下降1 m，贡献率降低25%。（3）在气候极端干旱条件下苔草根系入渗量、蒸腾量、蒸发量以及地下水补给量分别增加9%、26%、5%和15%。此外，藜蒿和芦苇根系在植被生长旺期尤其是地下水埋深相对较深时会显著提高地下水补给根系层的水分通量。研究成果有助于客观评价湿润区不同生活型植物种群对地下水位波动的抵抗力和恢复力，为湿地水位调控和植被恢复决策提供科学依据。