浅水草型湖泊水生生态系统与环境对大规模围堰拆除的快速响应机制研究

推荐：针对围堰导致的水文连通性破坏和水生态退化问题，研究人员通过Sentinel-2时序数据结合改进的Pixel Binary Method和FUI-TSI模型，系统评估了白洋淀围堰拆除对SAV覆盖度、水体透明度及营养状态的影响，揭示了水文连通性恢复促进水生植被重建的生态机制，为浅水草型湖泊修复提供科学依据。

　　

在华北平原腹地，被誉为"华北之肾"的白洋淀正面临严峻生态挑战。历史上密集分布的围堰（cofferdam）严重割裂了湖泊水文连通性，削弱了水动力条件，导致沉水植物（SAV）衰退和水质恶化。作为雄安新区生态屏障，白洋淀自2020年启动大规模围堰拆除工程，三年内拆除约40公里围堰（占总量80%），这种剧烈人为干预如何影响浅水草型湖泊生态系统？这一科学问题对全球类似湖泊管理具有重要参考价值。

首都师范大学的研究团队创新性地构建了Sentinel-2五天间隔时序数据集，结合改进的像元二分模型（Pixel Binary Method）和FUI-TSI模型，对143个子湖泊单元展开多尺度监测。研究首次实现了白洋淀SAV最大分布范围提取和水质参数的协同反演，揭示了围堰拆除后生态系统的非线性响应规律。

关键技术包括：基于物候特征的SAV决策树分类法，利用NDVI和MNDWI指数区分植被类型；改进的像元二分模型量化SAV覆盖度（FVC）；基于CIE色度系统的FUI指数反演水体透明度和营养状态，建立Z_SD=3415.63×α^-1.49（FUI<8）和Z_SD=284.70×FUI^-2.67（FUI≥8）的混合透明度模型，验证R²达0.88。

【围堰拆除前后子湖泊水文连通性分析】

通过GF-6高分辨率影像解围堰空间格局，发现2019-2023年间小白洋淀、平阳淀等区域围堰长度减少90%，水域连通性显著提升。Qiantang区域围堰面积从5.12 km²降至1.49 km²，水交换效率提高66.1%。

【围堰拆除背景下白洋淀水生生态遥感监测】

SAV分布呈现明显空间异质性：自然状态较好的B、F区SAV面积稳定（28.1 km²），而围堰密集的D区拆除后SAV锐减至12.5 km²（p=0.009）。覆盖度分级显示F区保持75-85%高覆盖，以狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）为主；受人类活动影响的D区覆盖度降至40-60%，优势种变为金鱼藻（Ceratophyllum demersum）。

【围堰拆除背景下白洋淀水环境遥感监测】

水体透明度从0.4-0.8 m提升至平均0.6 m，东部湖区达0.8 m。FUI-TSI模型显示全湖96.9%区域处于中营养状态（TSI 30-50），富营养化面积从16%（2021）降至2.7%（2024）。热图分析揭示SAV分布区与高透明度（>0.6 m）、低TSI值区域高度重合。

【SAV与水质的空间耦合关系】

围堰拆除引发生态链式反应：水文连通性改善促进SAV重建，其根系网络稳定底泥减少再悬浮，使透明度提升10.45%；同时SAV吸收氮磷抑制藻类，形成"清水稳态"（clear-water state）。值得注意的是，D区虽水动力改善，但因光照限制和种子库缺失，SAV恢复滞后，说明单一工程措施需配合生境修复。

该研究突破传统地面监测局限，首次实现浅水草型湖泊SAV与水质的协同遥感反演。发现围堰拆除通过改善水下光环境（Z_SD提升）和降低营养盐（TSI下降）的双重途径，促使生态系统向清水态转型。相比国际同类研究（如美国路易斯安那州沼泽修复），白洋淀案例证实"结构拆除"同样能重建生态连通性，为半干旱区浅水湖泊管理提供新范式。论文提出的物候特征分类法和FUI-TSI耦合模型，为全球湖泊生态修复效果评估提供了可推广的技术框架。