水文连通性对湿地植被碳储量的双重影响：来自中国最大淡水湖的证据

《Water Resources Research》：Linking Hydrological Connectivity to Wetland Vegetation Carbon Storage: Insights From the Largest Freshwater Lake in China

本研究通过多源遥感数据融合，定量揭示了水文连通性（Hydrological Connectivity）对鄱阳湖湿地植被碳储量的调控机制。研究发现2000-2020年间植被碳储量以0.09 Tg/年速率增长，水文连通性可解释73%的碳储量变异，但连通性增强并非总是促进固碳——低连通性季节性孤立湖泊（SILs）的固碳量（2,051.18 g C/m2/年）显著高于高连通性湖泊（1,593.75 g C/m2/年），这一发现挑战了传统认知，为通过水文调控优化湿地碳汇功能提供了新思路。

　　

1 引言

湿地虽仅覆盖地球表面积的2%，却储存了全球20%以上的有机碳，是碳循环的关键枢纽。水文连通性作为物质能量交换的载体，通过水源供给、营养输运和物理传输三重机制调控湿地植被碳储量。当前研究多关注连通性的正向效应，而其在洪水脉冲系统中的作用机制尚不明确。作为长江中下游仅存的三个自然通江湖泊之一，鄱阳湖为探究水文连通性与碳储存关系提供了理想场所。

2 研究区与数据源

鄱阳湖作为中国最大淡水湖，具有显著的水位变幅（丰水期>3,000 km²，枯水期<200 km²），洪泛区内分布77个季节性孤立湖泊（SILs）。研究融合MODIS与Landsat遥感数据，生成2000-2020年时空分辨率优化后的NDVI序列，并结合水文观测与植被物候数据，构建了湿地分类体系与碳储量估算模型。

3 研究方法

采用分层时空自适应融合模型（HSTAFM）提升数据质量，通过物候参数识别8类湿地景观。基于实地生物量测量建立NDVI-生物量立方多项式模型（R²=0.83），并应用自研的连通性评估工具（CAST）计算连通性函数（CF）与连通历时。关键创新在于引入退水期水文指标与年际物候参数，避免旱季观测偏差。

4 结果

4.1 植被固碳速率时空格局

鄱阳湖湿地植被年均固碳速率为2,627.54 g/m²/年，年际波动显著（2014年最低1,921.53 g/m²/年，2016年最高3,344.71 g/m²/年）。三峡工程蓄水后（2003年为界），湿地碳储量均值（4.60 Tg/年）较前期提高0.85 Tg/年。空间上，碳汇增加区域集中于河流三角洲前沿低洼洪泛区，而西部高洪泛区则出现显著下降。

4.2 季节性孤立湖泊连通性分异

基于连通历时将77个SILs划分为高连通型（年均281天）、中连通型（170天）与低连通型（68天）。三峡工程运行前（2000-2003年）湖泊连通性最强，之后退水提前导致连通历时缩短，印证了工程对湖-河相互作用的改变。

4.3 水文连通性与碳储量关联

退水期连通性函数（CF）与碳储量相关性最强，近端连通（如西-东方向0-3.13 km）贡献最大。回归模型表明：退水期西-东向近端CF、东北-西南向中端CF及涨水期西北-东南向近端CF可共同解释73%的碳储量变异（p<0.05）。低连通型SILs单位面积碳储量（2,051.18 g/m²/年）显著高于高连通型（1,593.75 g/m²/年），且强连通年份差异尤为显著。

5 讨论

与以往强调连通性正向作用的研究不同，本研究揭示在鄱阳湖这类洪水脉冲系统中，适度降低连通性可延长植被生长窗口，促进碳积累。连通性调控应注重时机管理：春季夏季延缓连通以减少淹没胁迫，秋季提前断流以延长生长季。当前碳储量评估的不确定性主要源于植被类型差异与多生长季累计算法，未来需结合多源验证数据优化模型。

6 结论

鄱阳湖湿地植被碳储量呈增长趋势，水文连通性通过调控淹露周期深刻影响碳汇功能。退水期近端连通性是关键预测因子，而低连通性环境反而更利于碳积累。研究强调水文管理需遵循"适时调控优于全面增强"原则，为全球湿地碳汇优化提供了科学范式。