中国典型大型湖泊洪泛湿地不同植被类型净初级生产力对干旱响应的时空格局与机制解析

本研究针对气候变化与人类活动加剧背景下鄱阳湖湿地生态系统面临的干旱挑战，通过融合多源遥感时空数据与过程生态模型，系统揭示了1986-2020年间湿地植被净初级生产力（NPP）的时空动态及其对干旱的响应机制。研究发现洪泛湿地年均NPP呈显著下降趋势（-10.4 gC/m2 /yr2 ），干旱导致夏季NPP降低57.2%，其中优势群落Phragmites australis-Triarrhena lutarioriparia（PaT）和Carex cinerascens（Car）在极端干旱年夏季NPP分别减少77.8和114.5 gC/m2 /yr。该研究为评估湿地碳汇功能对气候变化的响应提供了关键科学依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，湿地生态系统作为陆地碳汇的重要组成正面临前所未有的干旱威胁。鄱阳湖作为中国最大的淡水湖和国际重要湿地，其洪泛湿地生态系统在调节长江中下游水循环和维持区域碳平衡方面具有不可替代的作用。然而近年来，受气候变化和人类活动的双重影响，鄱阳湖干旱事件频发，导致湿地植被退化、碳汇功能减弱，但不同植被类型对干旱的响应机制尚不明确，这严重制约了区域碳收支的准确评估和湿地保护策略的制定。

针对这一科学问题，江西师范大学等机构的研究人员开展了长达35年（1986-2020）的系统研究，通过整合高精度植被分类数据集与过程生态模型，首次揭示了鄱阳湖洪泛湿地植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）的时空演变规律及其对干旱的差异化响应。相关成果发表在生态信息学领域权威期刊《Ecological Informatics》上，为理解气候变化下湿地生态系统的适应机制提供了新见解。

研究团队采用三项关键技术方法：首先基于时空自适应融合模型（STAFFN）生成1986-2020年月尺度30米分辨率NDVI数据集；其次利用决策树分类法构建年度植被类型图谱（含8类：水、泥滩、浮游植物群落等）；最后通过光能利用率模型（CASA）量化NPP，并优化不同植被的最大光能利用效率（ε_max
）参数。研究数据涵盖鄱阳湖周边16个气象站观测数据和1960-2020年星子站水位数据，通过频率分析法将水文年划分为极端干旱、轻度干旱和正常年份三类。

研究结果揭示四个重要发现：

1. 植被NPP的时间格局
   湿地植被年均NPP呈现双峰型季节动态，主峰出现在5月（64.3 gC/m²
   /月），次峰在9月（38.1 gC/m²
   /月）。1986-2020年间年均NPP从736.3 gC/m²
   /yr降至222.7 gC/m²
   /yr，其中夏季降幅最大（165.2 gC/m²
   /yr），占全年总降幅的80.3%。

2. 植被NPP的空间异质性
   NPP呈现从湖心向湖滨递增的梯度格局，西南部年均NPP最高（495.8 gC/m²
   /yr），东部最低（377.3 gC/m²
   /yr）。2016-2020年期间16.4%的湿地区域出现NPP回升，可能与局部水文条件改善有关。

3. 干旱对NPP的影响强度
   极端干旱年使年均NPP降低至387.7 gC/m²
   /yr（正常年为467.4 gC/m²
   /yr），其中夏季NPP降幅达57.2%。空间上76.3%的湿地面积在轻度干旱年出现NPP下降，极端干旱年该比例升至67.5%，最大降幅达833.7 gC/m²
   /yr。

4. 植被类型的响应差异
   优势群落PaT和Car在极端干旱年夏季NPP分别减少77.8和114.5 gC/m²
   /yr，而浮游植物群落（Fam）年均NPP降幅最大（316.5 gC/m²
   /yr）。相反，林地（Wod）在干旱条件下NPP增加175.2 gC/m²
   /yr，显示木本植物更强的抗旱适应性。

讨论部分指出，鄱阳湖湿地NPP的长期下降趋势主要归因于三方面机制：水文情势改变导致的水位持续下降（1960年来年均降幅1.12米）；干旱事件频率增加使植被生长窗口期缩短；以及人类活动（如采砂、农业取水）加剧的水资源压力。研究首次发现干旱对NPP的影响存在季节分异：春季和冬季NPP因温度升高和辐射增强而小幅提升，而夏季和秋季的严重水分亏缺导致生产力大幅下降。这种"双刃剑"效应说明气候变化对湿地碳汇功能的影响具有复杂的时空非线性特征。

该研究的创新价值体现在三个方面：首次将研究时段扩展至前遥感时代（1986-1999），填补了长期变化研究的空白；通过植被类型细分揭示了优势种群的差异化响应策略；建立了水位-干旱-NPP的定量关系模型。这些发现为预测气候变化情景下湿地碳汇功能演变提供了科学依据，对制定基于自然的湿地适应对策具有重要指导意义。研究也指出当前模型的局限性，如沉水植被NPP估算的困难，以及最大光能利用率参数（ε_max
）的空间异质性未充分体现，这为未来研究指明了改进方向。