由于水文变化，中国第二大湖泊洞庭湖的湿地植被向湖泊中心方向扩展

《CATENA》：Hydrological alterations induced lakeward expansion of wetland vegetation in Dongting Lake, China's second-largest lake

东洞庭湖湿地植被面积年均增长5.08平方公里，区域差异显著，水文改变（如三峡大坝导致水位下降0.6米、干旱期延长35天）和泥沙-植被反馈机制驱动植被带向湖心迁移，但人类活动（围垦、采砂）造成117.7平方公里湿地损失。

　　

杨江杰|戴志军|梅雪飞|布芳媛|刘一壮

华东师范大学河口与海岸研究院，中国上海200062

摘要

洞庭湖（DTL）是中国最大的淡水湖之一，也是重要的湿地生态系统。由于自然因素和人为因素的影响，其面积迅速缩小。本研究通过结合长期水文数据和高分辨率遥感图像，对1989年至2023年的湿地植被动态进行了最长时间的连续分析，重点研究了三峡大坝（TGD）建设前后水文变化对湿地植被的影响。研究结果显示，洞庭湖的植被面积以每年5.08平方公里的速度增加，其中东部地区为每年1.88平方公里，南部地区为每年2.54平方公里，西部地区为每年1.46平方公里；植被向湖泊中心推进的速度分别为东部每年27.56±27.03米，南部每年13.74±14.45米，西部每年22.45±20.67米，这对应着水体退缩和植被带的下移。三峡大坝导致的水文变化（如水位下降约0.6米和干旱季节延长至35天）显著影响了湿地植被的动态：东部洞庭湖主要受水位下降的影响，而南部和西部洞庭湖则对干旱季节的持续时间更为敏感。沉积物的输入促进了植被的扩展，植被-沉积物反馈机制通过捕获沉积物和抬高泛滥平原的高度加速了湿地的演化过程。局部土地开垦和采砂活动导致湿地面积减少了117.7平方公里。本研究全面揭示了水文驱动因素与生态反馈对湿地演化的耦合效应，为湖泊生态系统的可持续管理和恢复提供了重要启示。

引言

作为全球内陆生态系统的重要组成部分，湖泊湿地提供了诸如洪水调节、水质净化、生物多样性保护、碳封存和淡水储存等关键服务（《湿地公约》，2018年；Reynaud和Lanzanova，2017年；Sterner等人，2020年）。在这些生态系统中，湿地植被（包括挺水植物和树木）在维持生态完整性方面发挥着关键作用，它们为多种野生动物提供栖息地，并作为抵御洪水和侵蚀的天然屏障，从而增强生态系统对极端天气事件的抵御能力（Deng等人，2014年）。鉴于湿地植被的重要性，其变化被广泛认为是水环境安全和湿地可持续性的关键指标，同时也是湿地退化和演替的最直接迹象（Tan等人，2022年；Liu等人，2024年）。

从全球趋势来看，湖泊湿地已成为最濒危的生态系统之一，在气候变化和人类活动的加剧背景下面临严重的萎缩和退化（Asselen等人，2013年；Mei等人，2016年；Bu等人，2025年）。据估计，世界上超过一半的大型湖泊经历了显著的恶化（Yao等人，2023年），例如美国五大湖地区（Gehring等人，2020年）、非洲的维多利亚湖（Nyamweya等人，2023年）和乍得的乍得湖（Grove，1996年）。自1900年以来，湖泊湿地和植被面积大幅减少（Davidson，2014年；Xu等人，2023年）。在五大湖地区，自19世纪以来已有60-80%的湖泊湿地消失（Kim等人，2021年）。在中国，长江流域的湖泊湿地在过去一个世纪里减少了超过11,800平方公里（Li等人，2024年）。

尽管全球范围内湿地面积呈下降趋势，但一些与河流相连的湖泊却出现了植被扩展的现象。这种反常现象，尤其是在退化或水文条件改变的湖泊中，可能反映了生态压力而非恢复过程，因为挺水植物的扩展会减少开阔水域的栖息地，削弱水文连通性，并加速演替导致的栖息地丧失（Mei等人，2016年）。例如，在中国的大型湖泊中，鄱阳湖的植被面积在1989年至2017年间增加了15.5%（Mu等人，2020年），东洞庭湖的植被面积在1995年至2015年间增加了约80平方公里（Hu等人，2018年）。这些植被扩展通常与水文-沉积条件的变化有关，如水位波动（Huang等人，2024年）、沉积作用（Xie和Chen，2008年）以及暴露时间的延长（Mu等人，2020年；Yang等人，2020年），同时还受到降水、温度和太阳辐射等气候因素的影响（Jiang等人，2011年；Zhang等人，2021年）。Wang等人（2024年）强调降水 and 温度通过改变水文条件影响湿地植被，而Liu等人（2020年）指出了气候和水文变化对湿地植被的耦合效应。在气候变化和人类压力不断增加的背景下，这些相互作用日益驱动湖泊湿地植被的快速和复杂演变。

作为中国第二大淡水湖，洞庭湖被列为国际重要的湿地，并且是与长江紧密相连的典型河流系统，为研究高度动态的湿地植被提供了理想的案例（Xie等人，2014年；Liu等人，2024年；Guo等人，2022年）。洞庭湖是一个通流型湖泊，通过三个入口从长江接收水源，并从其流域内的四条支流获取补给，最终再次流入长江。这种双向的河湖交换维持了广阔的湖泊泛滥平原，为研究水位下降对湿地植被动态的影响提供了独特的机会。以往关于洞庭湖的遥感研究提供了有关植被变化的宝贵见解，特别是湿地面积的一般趋势（Yang等人，2020年；Peng等人，2022年；Liu等人，2024年）。同时，大量研究关注了水面和沉积物沉积的变化（Huang等人，2012年；Yu等人，2018年），以及水位波动（Peng等人，2005年；Han等人，2016年；Yuan等人，2015年）。然而，水文变化如何驱动植被动态的机制仍不完全清楚。

因此，本研究旨在填补这些关于湖泊系统退化过程中植被扩展机制的知识空白，特别关注水文变化在洞庭湖中的作用。我们利用了从1989年至2023年的独特长序列数据，结合Landsat TM/ETM+/OLI和Sentinel-2遥感图像以及每日水文和沉积物数据，记录了洞庭湖的湿地植被动态。该数据集使我们能够研究湿地植被对水文变化的响应，包括三峡大坝建设前后的对比。我们的研究目标是：（1）监测洞庭湖的水文-沉积动态变化；（2）探究洞庭湖湿地植被的时间和空间变化过程；（3）诊断湿地植被动态的驱动因素。我们的发现有助于更好地理解在水文条件改变下的湿地植被动态，并为大型河流相连湖泊的适应性湿地管理提供指导。

研究区域

洞庭湖（北纬28°42′-29°32′，东经111°52′-113°08′）是中国第二大淡水湖，面积约为2600平方公里。它位于亚热带季风气候区，降雨量具有明显的季节性变化，大部分降水发生在4月至6月（Wang等人，2011年）。年平均气温在16.4–17.0°C之间，年降水量在1100至1400毫米之间（Yin等人，2022年）。洞庭湖的水位存在显著的季节性变化

洞庭湖的水文动态

在过去30年里，洞庭湖的水文参数表现出明显的变化（图3）。具体而言，三个入口和四条支流的水流量和SSD（沉积物密度）均有所下降（图3A，D）。三个入口的流量从62.47±17.12×10^9立方米减少到47.04±16.73×10^9立方米，SSD从66.83±33.19×10^6吨减少到7.12±34.63×10^6吨，下降了近90%。同样，四条支流也出现了类似的变化

降水和温度的作用

气候因素，包括降水和温度，对湖泊湿地生态系统至关重要（Jiang等人，2011年；Zhang等人，2021年；Yao等人，2022年）。先前的研究已经表明，植被指数与降水在空间分布上存在显著相关性（Jiang等人，2011年），而温度也通过调节光合作用和延长生长季节显著影响植被生长（Yin等人，2024年）。在洞庭湖流域

结论

作为中国重要的湿地生态系统，洞庭湖具有巨大的生态和经济价值。然而，其植被受到自然过程和人类活动引起的水文变化的强烈影响。本文利用高分辨率遥感图像分析了洞庭湖的长期植被动态，并评估了各驱动因素的相对贡献。主要结论如下：

（1）从1989年到2023年，洞庭湖的水文条件

作者贡献声明

杨江杰：撰写——初稿，可视化，正式分析，数据管理。戴志军：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，监督，方法学，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。梅雪飞：撰写——审稿与编辑，监督，方法学。布芳媛：正式分析，数据管理。刘一壮：方法学，正式分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（42430406）、国家社会科学基金重大项目（23&ZD105）和国家自然科学基金（42576163）的支持。