摘要
水文过程是影响洪泛湿地水鸟栖息地适宜性和面积变化的重要因素。当前全球变暖引起的极端水文事件频发，鄱阳湖在2020年和2022年分别发生了极端洪水和极端干旱，2015年又发生了冬季洪水，但极端水文事件对鄱阳湖水鸟越冬生境面积的影响并不明确。本文基于2013—2023年的卫星影像，提取每年9月-次年2月的鄱阳湖越冬水鸟栖息地数据，然后通过对比极端水文事件年份与平水年的水鸟越冬生境的时空变化，探讨极端水文事件对鄱阳湖水鸟越冬生境面积的影响。研究发现：1）夏季极端洪水、夏秋季极端干旱和冬季洪水导致的鄱阳湖水鸟越冬生境面积损失分别高达67.62%、29.83%和18.18%；2）夏季极端洪水和夏秋季极端干旱在9—11月导致鄱阳湖水鸟越冬生境面积明显减少，但并未减少水鸟越冬关键期（冬季）的生境面积，虽然冬季洪水的影响强度不及夏季极端洪水和夏秋季极端干旱，但是冬季洪水导致水鸟越冬关键期的生境面积平均损失了14.31%；3）极端水文事件对鄱阳湖水鸟越冬生境的影响存在明显的时空差异，这与极端水文事件的过程和湖底高程有关。本研究结果对鄱阳湖及类似洪泛湿地的管理与水鸟保护具有参考意义。
Abstract
Hydrological processes are crucial factors affecting the suitability and areas of waterbird habitats in floodplain wetlands. Currently, extreme hydrological events triggered by global warming have become more frequent. For example, Lake Poyang experienced extreme flooding in 2020 and extreme drought in 2022, and a winter flood in 2015. So far impacts of extreme hydrological events on wintering habitat area of waterbirds in Lake Poyang remain unclear. This study extracted data on the wintering waterbird habitats in Lake Poyang from satellite imagery between 2013 and 2023 for the period from September to February of the following year. By comparing the spatial and temporal changes in waterbird wintering habitats between extreme hydrological event years with normal hydrological years, the study explores the impact of extreme hydrological events on wintering waterbird habitats area at Lake Poyang. The findings are: 1) The area loss of wintering habitats for waterbirds in Lake Poyang caused by extreme flooding in summer (EFS), extreme drought in late summer and autumn (EDSA), and winter flooding (WF) reached as high as 67.62%, 29.83% and 18.18%, respectively; 2) EFS and EDSA led to a significant reduction in the area of waterbird wintering habitats from September to November, but they did not reduce the habitat area during the critical wintering period (winter). Although the intensity of WF was not as severe as that of EFS and EDSA, WF resulted in an average habitat area loss of 14.31% during the critical wintering period; 3) There were significant spatiotemporal differences in the impact of extreme hydrological events on the waterbirds' wintering habitats in Lake Poyang, which were related to the extreme hydrological process and the lake's elevation. The study is valuable for the management and waterbird conservation of Lake Poyang and similar floodplain wetlands.
Keywords
洪泛湿地是维持生物多样性的宝贵生态系统[1-2]，由全球变暖导致的降水空间分布变化极大地改变了区域的水文节律，进而导致极端水文事件频发[3-4]，未来洪泛湿地的变化将以洪水和干旱的发生频率、持续时间和强度增加为特征[5-6]。水鸟是湿地生境质量的重要指示性动物类群[7-8]，由于水文过程决定着洪泛湿地生态系统的结构和功能，并在湿地水鸟群落变化中起着关键作用[9-10]，因此极端水文事件对洪泛湿地水鸟栖息地的影响备受关注[1，11-12]。
极端水文事件能从多方面影响洪泛湿地中的水鸟栖息地。首先，极端水文事件会导致水生植被大量死亡，从而降低栖息地的质量[12-13]。第二，极端洪水能形成大面积水鸟无法利用的深水区域，从而减小草滩、浅水等可利用区域的面积[7]，而极端干旱则会形成大面积水鸟无法利用的无植被沙滩，从而使栖息地面积减小[8]。第三，极端干旱还会导致洪泛湿地提前退水，草洲生长时间过长，草食性越冬水鸟到达时已无法获取足够的食物资源[14]，而极端洪水能形成更高的水位，进一步增加水鸟获取食物的难度[7，10，15]。针对极端水文事件对水鸟栖息地造成的不利影响，水鸟只能寻找新的栖息地或者扩展觅食的范围[12，16]。
鄱阳湖是国际重要的水鸟越冬地[17-18]，平均每年有超过40万只水鸟到此越冬，其中包括全球85%以上的白鹤[19-20]。由于气候变化和人类活动的共同影响，鄱阳湖越冬水鸟正遭受前所未有的生存压力。首先，鄱阳湖的沉水植被已严重退化，导致部分鸟类的食物短缺成为一种新的常态[13]，越来越多的水鸟只能到鄱阳湖周边的人工湿地中觅食[16，21-22]。其次，近年来鄱阳湖出现持续的低枯水位，主要表现为秋季水位过低、退水过快、枯水期提前和低枯水位持续时间延长[23-24]，提早退水导致鄱阳湖的苔草提前生长，草食性越冬水鸟到达时已无法取食[10，14]。
近年来鄱阳湖流域极端水文事件频发，而且有增加的趋势[12，25]，这使鄱阳湖越冬水鸟面临比以往任何时候都更大的生存压力。2020年鄱阳湖发生特大洪水，湖区80%的水文站超过历史最高水位[26]，2022年鄱阳湖流域特大干旱，星子站水位于8月6日退至11.99 m（枯水期）、8月19日退至9.99 m（低枯期），9月6日再退至7.99 m（极枯期），均为1951年有记录以来同期最低水位[27]。有研究发现，即使短期的水文变化也会对鄱阳湖越冬水鸟栖息地的景观格局产生重大影响[18]。从不同水文年来看，平水年时鄱阳湖能为越冬水鸟提供充足的食物和栖息地，而洪水和干旱都会对水鸟越冬造成不利影响[12，28]。极端水文事件究竟会减少多少越冬生境面积尚不清楚。因此，开展极端水文事件对鄱阳湖水鸟越冬生境面积的影响研究，对鄱阳湖以及类似洪泛湿地的管理和水鸟保护都有重要意义。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
鄱阳湖位于江西省北部，长江以南，是我国最大的淡水湖泊，也是一个典型的洪泛湿地，它的水位受上游赣江、饶河、抚河、信江、修河来水和长江顶托作用的双重影响（图1）。鄱阳湖的年内水位落差平均超过10 m，最大年份甚至超过15 m。鄱阳湖流域旱涝急转事件主要分布在3—10 月，其中3—6月主要表现为“旱转涝”，7—10月主要表现为“涝转旱”，不同年份也存在一定的时间差异[29]；鄱阳湖的干旱在8—9月频繁发生，一般在10—11月停止[30]。近年来鄱阳湖极端水文事件频发，夏季极端洪水年、极端干旱年、冬季洪水年以及平水年鄱阳湖星子站的水位变化见图2。
每到秋季，鄱阳湖水位逐渐下降，依次形成浅水、泥滩、草洲等湿地景观，能为不同类群水鸟提供觅食和栖息场所，由于草洲的生长时间与水鸟的到来时间重合，鄱阳湖成为候鸟的天堂[31]。在三峡大坝运行与采砂等人类活动的共同作用下，鄱阳湖出现持续低枯水位、枯水期提前和枯水期延长等现象[22]。
1.2 研究数据
Landsat卫星数据来源于美国地质调查局网站（https://earthexplorer.usgs.gov/），为L2C2格式的地表反射率数据。哨兵1（Sentinel-1）雷达数据为level1 GRD格式，哨兵2（Sentinel-2）多光谱数据为L2A格式的地表反射率数据，哨兵数据都来自欧空局网站（https://scihub.copernicus.eu/）。鄱阳湖地形数据为2010年实测数据，格式为5 m×5 m的栅格，水位数据来源于江西省水文监测中心，所用卫星影像及当日星子站水位见表1。
图1研究区的位置及其分区
Fig.1Location and zoning of the study area
图2不同水文年鄱阳湖星子水文站水位变化
Fig.2Variation of water levels at the Xingzi Hydrological Station in Lake Poyang for different years
1.3 研究区分区
基于水文过程的差异和现有研究成果[28]，鄱阳湖可划分为主湖区（2278 km2）、碟形湖（972 km2）和人控湖汊（487 km2）3个区域。主湖区是指水文过程仅受自然降水和自然退水过程影响的水体连通区域；碟形湖是指秋冬季退水过程受人为因素影响的区域；人控湖汊是指鄱阳湖圩堤之外人为控制水位的区域，3个区域的分布见图1。
碟形湖是鄱阳湖内的碟形洼地，也称“湖中湖”。“堑秋湖”是碟形湖群广泛存在的一种传统捕鱼方式，渔民利用人工闸门在秋季蓄水拦鱼，冬季排水抓鱼[32]。在鄱阳湖的退水过程中，蓄水捕鱼直接导致碟形湖的退水过程变缓延长，不仅能减缓水文变化对湿地植被生长的影响[33-34]，还能显著提高碟形湖中适宜水鸟越冬的栖息地面积[35]。碟形湖缓慢下降的水位，逐渐伸展的泥滩，周边有序分布的湿生与水生植物群落，能为越冬水鸟持续提供丰富的食物和歇息环境，因此全湖70%以上的水鸟在碟形湖区域越冬[31]。
表1卫星影像和对应的星子站水位*
Tab.1Satellite images and corresponding water levels of the Xingzi hydrological station
*S1和S2分别表示Sentinel-1和Sentinel-2数据，LE表示Landsat7 ETM+数据，LC 表示Landsat8/9 OLI数据；水位为黄海高程；2020年为极端洪水年，2022年为极端干旱年，2015年为冬季洪水年，其他年份为平水年。本文中某年的数据包含当年9月至次年2月的数据。
1.4 栖息地分类体系
近年来，到鄱阳湖越冬的水鸟多达60万只/年，种类超过60种[21]，不同种类水鸟利用的栖息地虽然存在差异，但普遍重叠[36]。因此，从单种水鸟的视角无法反映鄱阳湖越冬水鸟对栖息地的整体需求。本文将越冬水鸟划分为雁类、鸻鹬类、鹭鹳类、鸭类、鹤类、小天鹅、深水区鸟类7个功能团类型，各功能团的主要越冬生境见图3。
根据越冬水鸟的食性及觅食生境需求[37-39]，并参考现有的水鸟栖息生境分类体系[40-41]，将鄱阳湖越冬水鸟栖息地分为：深水（水深＞50 cm）、浅水（30 cm＜水深≤50 cm）、极浅水（0 cm＜水深≤30 cm）、泥滩、沙滩（包括干涸的泥滩）、稀疏草洲、茂密草洲、高草草洲和湖中高地（高程≥21 m）。
1.5 栖息生境遥感分类方法
在构建水鸟越冬栖息地分类体系过程中，综合了水文、水鸟越冬习性、地形等多方面的知识，因此本文用基于知识的决策树分类方法逐步提取各类栖息地类型。基于专家知识的决策树分类方法是一种广泛使用的遥感分类方法[42]，它不仅可以解决数据中的不确定性和分类参数的不一致性，而且通过引入多源数据，能明显提高分类的精度[43-44]。越冬水鸟栖息生境遥感识别方法及流程见图4。
1）湖中高地：指常年不受水淹的区域，基于DEM提取高程大于21 m的区域；
2）水域：先利用AWI（automated water extraction index）水体指数从遥感影像提取水域范围[45]，再结合DEM数据计算每个像元的水深[46]，最后根据水深划分出深水、浅水和极浅水类型；
3）沙滩：用短波近红外波段（2.20 μm）进行非监督分类，亮度最高的类型为沙滩；
图3鄱阳湖自然保护区大湖池越冬水鸟的栖息生境分布
Fig.3Distribution of wintering waterbird habitats in the Dahuchi of Lake Poyang Nature Reserve
图4鄱阳湖越冬水鸟栖息生境遥感识别流程
Fig.4Flowchart of remote sensing identification for wintering waterbird habitats in Lake Poyang
4）泥滩和茂密草洲：先对未分区域计算NDVI（normalized difference vegetation index）指数[47]，然后对NDVI完成非监督分类，NDVI值最高的区域为茂密草洲，NDVI值最低的区域为泥滩，NDVI值中等的区域为其他草洲；
5）稀疏草洲和高草草洲：其他草洲中将高程小于13.5 m的区域划分为稀疏草洲，高于13.5 m的区域再进行非监督分类，NDVI值大的区域划分为高草草洲，其余为稀疏草洲。
对于个别缺少多光谱影像的月份，本文先用当月的Sentinel-1影像提取3类水域，然后将其融合到邻近月份的栖息地分类结果中，并基于水位下降过程中景观的演替规律完成部分栖息地类型的转化，从而得到该月的栖息地分类数据。
2 结果与分析
2.1 湿地景观分类结果及分类精度
共完成66景卫星影像的湿地景观类型识别。极端水文情景下鄱阳湖湿地景观分布见图5，其中A、B、C、D分别为极端洪水、极端干旱、冬季洪水和正常水文情景下的湿地景观。由图5可见，极端洪水形成以水域占主导的湿地景观，越冬水鸟所需的泥滩和稀疏草洲几乎消失；极端干旱导致无植被的沙滩面积大增，越冬水鸟所需的浅水、极浅水和泥滩面积大量减少；冬季洪水导致水域面积较平水年的同期值明显增加，特别是水鸟无法利用的深水类型，而泥滩和稀疏草洲面积明显减少。
图5不同水文情景下鄱阳湖的湿地景观（A：2020年极端洪水年；B：2022年极端干旱年；C：2015年冬季洪水年；D：2023年平水年）
Fig.5Wetland landscapes of Lake Poyang under different hydrological scenarios (A: Extreme flood year, 2020; B: Extreme drought year, 2022; C: Winter flood year, 2015; D: Normal flow year, 2023)
12月和1月是越冬水鸟数量最多，也是可利用越冬生境面积最大的月份。本文对2021年12月2日和2024年1月13日的景观分类结果进行了精度验证，首先对两期数据各产生1000个随机点，然后基于影像进行目视判别，给出每个随机点的验证类型值，最后对2000个随机点的结果一并计算分类精度，得到表2所示的分类精度评价表。景观分类的总体精度为90.25%，Kappa系数为0.8854，像元误分主要发生在3类水体内部和3类草洲内部。
表2分类精度评价混淆矩阵
Tab.2Confusion matrix for classification accuracy evaluation
2.2 不同水文年的湿地景观组成及其年内变化
2013—2023年不同月份鄱阳湖各湿地景观类型的面积变化见图6，可见鄱阳湖水鸟越冬栖息地的景观组成存在明显的年内和年际差异。即使是平水年，鄱阳湖湿地景观组成也存在明显的年内和年际差异。因此，平水年均值能更好地反映平水年鄱阳湖湿地景观结构和变化特征。从图6可见，深水、浅水、极浅水类型的面积都随着鄱阳湖的退水过程逐渐变小，一般在12月或1月时面积最小。泥滩、沙滩、稀疏草洲、高草草洲的面积会因水退而逐渐增大。沙滩和高草类型的面积先增加然后逐渐减少。湖中高地的面积则长期保持不变。
2020年发生极端洪水，9月3日星子站水位高达17.03 m，使深水的面积占比超过80%，而其他类型（湖中高地除外）的面积都低于正常年份。随着洪水的消退，浅水、极浅水、泥滩和草洲的面积依次增长，但各类型的面积恢复到平水年均值的时间明显不同。深水和泥滩的面积在11月达到常年水平，而浅水、极浅水和各类草洲的面积在12月也恢复到常年水平，可见夏季极端洪水并未明显改变冬季的景观结构。
2022年极端干旱，9—11月的深水、浅水和极浅水的面积都明显小于平水年，而沙滩面积由平水年的不足150 km2增加到1200 km2，净增加面积超过1000 km2，高草草洲的面积也有明显增加。2022年12月-次年2月，由于干旱消退，深水、浅水都恢复到平水年的面积，大面积沙滩变成稀疏草洲，可见2022年夏秋季的极端干旱并未明显改变冬季的景观结构。
在2015年冬季洪水年，景观与其他年份的差异发生在11月-次年2月。从图6可见，冬季洪水造成各类水域面积明显大于其他年份的同期值，特别是越冬水鸟无法利用的深水类型。各类草洲面积总体减小，1—2月的沙滩类型面积大幅度增加，而多数水鸟能利用的泥滩和稀疏草洲的面积都明显减少。由于冬季是鄱阳湖越冬水鸟对生境需求最大的时期，泥滩和稀疏草洲的面积减少势必会对水鸟顺利越冬造成不利影响。
鄱阳湖湿地景观组成的主成分分析结果见图7。在不同月份，第一、二主成分的主要决定因子都有变化，说明鄱阳湖的景观组成在秋冬季有很大变化。第一、二主成分的贡献率之和在66.4%~81.3%之间，代表了鄱阳湖秋冬季景观结构的主要信息。
从图7中9月的PCA分析结果来看，2020年和2022年都在95%置信区间之外，表明极端洪水和极端干旱都明显地改变了9月的湿地景观。PC1的贡献率为47.3%，深水面积与其呈密切负相关关系；PC2贡献率为29.3%，沙滩与其呈密切负相关关系，表明2020年极端洪水对9月湿地景观的改变要大于2022年极端干旱导致的景观变化。从图7中10月和11月的结果来看，由于洪水消退，2020年的极端洪水并未导致10—11月鄱阳湖湿地景观的明显变化，但2022年的极端干旱却明显改变了10—11月鄱阳湖的湿地景观。
图62013—2023年鄱阳湖各湿地景观类型的面积变化
Fig.6Area changes of various wetland landscape types in Lake Poyang from 2013 to 2023
从图7中11月-次年2月的结果来看，2015年的湿地景观连续4个月都与其他年份显著不同，这说明2015年冬季洪水明显改变了湿地的景观结构，12月和1月是鄱阳湖越冬水鸟最多的月份，冬季洪水导致湿地景观的明显变化，必定会对水鸟越冬造成不利影响。
2.3 不同水文年鄱阳湖水鸟越冬生境面积变化
从图3可见，稀疏草洲、泥滩、极浅水、浅水和深水是鄱阳湖水鸟越冬的5类生境。由于绝大多数水鸟都无法利用深水越冬，深水面积越大，则越不利于鄱阳湖越冬水鸟的整体越冬，所以本文对深水类型进行单独统计。由于稀疏草洲、泥滩、极浅水和浅水同时能为不同的功能团提供越冬生境，而且不同水鸟利用的生境又普遍存在交叉和重叠，因此本文对该4类越冬生境的总面积进行统计和分析。不同水文年鄱阳湖水鸟越冬生境面积见表3。
平水年均值代表了众多平水年中水鸟越冬生境面积的平均水平，它能更好地表征鄱阳湖水鸟越冬生境的正常水平和变化特征。从表3可见，越冬生境的平水年均值从9月的1581.66 km2逐步增加到次年2月的2134.98 km2，相应的面积占比从42.37%增加到57.14%，表明9月-次年2月期间，鄱阳湖提供的水鸟越冬生境数量呈逐步增加的趋势。
极端洪水年越冬生境占湿地总面积的13.73%~59.97%，在洪水尚未消退的9月，越冬生境仅有512.22 km2，比同期的平水年均值减少了67.62%，而深水面积占比高达82.25%，随着洪水的迅速消退，越冬生境在11月就恢复到平水年的水平。极端干旱年越冬生境占湿地总面积的29.69%~64.59%，在干旱的秋季，其越冬生境面积比平水年均值减少了471.87~664.29 km2，随着干旱缓解，冬季的越冬生境面积恢复到常年水平。冬季洪水年越冬生境占湿地总面积的43.64%~49.13%，冬季洪水导致次年1月和2月越冬生境面积占比分别减少9.57和10.40个百分点，面积分别减少356.38 km2和388.05 km2。
图7鄱阳湖湿地不同月份景观主成分分析（ss：深水；qs：浅水；jqs：极浅水；nt：泥滩；st：沙滩； xc：稀疏草洲；gc：高草草洲；mc：茂密草洲；gd：湖中高地）
Fig.7Principal component analysis of wetland landscapes in Lake Poyang across different months
表3不同水文年鄱阳湖水鸟越冬生境逐月面积及占比
Tab.3Areas and proportions ofwaterbird habitats in Lake Poyang across different hydrological years and months
上述不同水文年越冬生境的面积变化说明，鄱阳湖水鸟越冬生境的面积大小与水文过程密切相关，极端洪水年和极端干旱年的最小越冬生境面积占比分别为13.73%和29.69%，都明显小于平水年的均值（42.37%），说明极端洪水和极端干旱都会减少水鸟的越冬生境面积，但是这些影响仅发生在水鸟越冬的初期，冬季时越冬生境面积又恢复到平水年水平。冬季洪水的强度虽然不大，但它减少了水鸟越冬关键期的生境面积。
2.4 不同水文年3个分区内的水鸟越冬生境面积变化
根据图1的3个分区，统计了不同水文年中不同月份各个分区内水鸟越冬生境的面积信息。从表4可见，不同水文年和不同月份，水鸟越冬生境面积和面积占比都有明显的空间差异。从表4中的平水年均值来看，主湖区逐月的越冬生境面积占比分别为42.49%、45.70%、53.28%、54.20%、58.11%、59.57%，碟形湖区分别为56.59%、55.66%、63.26%、65.58%、66.85%、68.67%，人控湖汊区分别为13.38%、13.66%、18.29%、20.78%、22.60%、22.83%。3个分区越冬生境面积基本都呈逐月增加的趋势，碟形湖区的越冬生境面积占比比主湖区高约10个百分点，而人控湖汊内的越冬生境面积占比远小于主湖区和碟形湖区。可见单位面积碟形湖中的水鸟越冬生境面积最大，主湖区次之，人控湖汊最小，单位面积内碟形湖中的水鸟越冬生境面积约为人控湖汊内的3倍。
2020年夏季发生极端洪水，导致9月的水位仍然很高，主湖区和碟形湖的深水面积占比分别高达83.71%和76.99%，而它们的越冬生境面积占比仅为11.30%和21.71%，都比平水年同期值低30个百分点以上，2020年10月越冬生境面积占比也比同期平水年均值低28个百分点以上。从平水年9月和10月的越冬生境面积来看，主湖区为967.24和1040.37 km2，碟形湖区为549.18和538.90 km2，主湖区基本是碟形湖区的2倍。极端洪水年9月和10月主湖区越冬生境面积分别为257.26和386.69 km2，碟形湖区对应值分别为209.88和357.49 km2，二者差异明显缩小，可见极端洪水对主湖区的影响更大，这可能是因为碟形湖区的高程整体上比主湖区高，在相同的水位下，碟形湖的深水面积占比更小。
2022年夏秋季发生极端干旱，9—11月主湖区越冬生境面积占比分别为31.46%、33.33%、34.56%，主湖区平水年均值则分别为42.49%、45.70%、53.28%，越冬生境的面积占比相对平水年同期值降低约10个百分点。在碟形湖区，2022年9—11月越冬生境面积占比分别为35.36%、35.65%、38.91%，平水年均值分别为56.69%、55.66%、63.26%，越冬生境的面积占比相对平水年同期减少20个百分点以上，说明在碟形湖区极端干旱对水鸟越冬生境的影响更大，可能是由于碟形湖的平均高程比主湖区更高，更容易受地下水位下降的影响。
2015年鄱阳湖发生冬汛，从11月中下旬到次年2月中旬，持续3个月，冬汛期间星子站平均水位比多年同期均值高出3.38 m（图2），导致水鸟越冬生境发生明显的时空变化。从表4可见，2015年11月-次年2月，主湖区的越冬生境面积占比均小于50%，较平水年均值下降了约10个百分点。在碟形湖区，11月-次年2月的越冬生境面积占比分别为62.30%、71.02%、55.36%、54.35%，11—12月的越冬生境面积占比并未因洪水而减小，次年1—2月却比平水年均值分别下降了11.49和14.32个百分点。可见冬季洪水对主湖区和碟形湖区的影响也有明显的时空差异。
表4不同水文年鄱阳湖各分区内的水鸟越冬生境面积及占比
Tab.4Areas and proportions of winteringwaterbird habitats in different regions of Lake Poyang across different hydrological years
人控湖汊通过堤坝与鄱阳湖的水体隔断，因此它不受鄱阳湖水位波动的影响。从枯水年的深水面积占比来看，2023年1月，主湖区和碟形湖的深水面积占比分别低至10.96%和3.62%，而人控湖汊的深水面积占比却高达79.07%，表明人为控制是人控湖汊水文过程的决定性因素，即使是枯水年，人控湖汊也能长期维持高水位。在11月-次年2月的4个月中，人控湖汊内的深水面积占比情况是：极端洪水年分别为66.01%、67.99%、66.47%、54.27%，平水年均值分别为78.39%、74.53%、72.35%、72.28%、极端干旱年分别为79.18%、79.00%、79.07%、78.16%，可见人控湖汊内的深水面积占比排序为：极端干旱年＞平水年均值＞极端洪水年，与自然的水文过程完全相反，这可能是人为排水防洪和蓄水抗旱的结果。12月-次年2月，人控湖汊内越冬生境面积占比情况是：极端洪水年分别为28.06%、28.24%、37.05%，平水年均值分别为20.78%、22.60%、22.83%，极端干旱年分别为17.77%、17.79%、17.77%，水鸟越冬生境占比的排序为：极端洪水年＞平水年均值＞极端干旱年，与碟形湖的排序完全相反，说明人控湖汊内越冬生境面积也主要受人为控水过程的影响。
2.5 冬季洪水年主要景观类型和越冬生境的面积变化
冬季洪水减少了水鸟越冬关键期的越冬生境面积，有必要进一步分析其景观变化过程和水鸟越冬生境面积减小的原因。冬季洪水年主湖区的主要景观类型和越冬生境的统计信息见表5。从表5可见，冬季洪水导致2015年11月-次年2月主湖区的越冬生境面积占比基本都比平水年均值下降了10个百分点，11月和12月主湖区水鸟越冬生境减少的主要原因是洪水导致深水面积大幅增加，泥滩和稀疏草洲的面积大幅减少。进入1—2月，洪水逐步消退，主湖区越冬生境面积减少的主要原因是沙滩面积大幅度增加。
表5冬季洪水年主湖区主要景观类型面积和越冬生境面积
Tab.5Major landscape types and wintering habitat information in the main lake area
冬季洪水年碟形湖区的主要景观类型和越冬生境的统计信息见表6，从表6可见，11—12月，碟形湖区越冬生境面积与平水年均值基本持平，但次年1—2月碟形湖区越冬生境面积占比较同期平水年均值都下降了10个百分点以上，主要表现为沙滩面积大量增加，而泥滩和稀疏草洲面积明显减少。上述结果表明，11—12月冬季洪水处于高水位时，洪水对主湖区的影响明显大于碟形湖区，2016年1—2月洪水消退后，主湖区和碟形湖区的越冬生境面积占比都下降了10个百分点以上，主要表现为沙滩面积增加，泥滩和稀疏草洲面积明显减小。
表6冬季洪水年碟形湖区主要景观类型面积及越冬生境信息
Tab.6Major landscape types and wintering habitat information in the dish-shaped lake area
3 讨论
3.1 极端水文事件对鄱阳湖水鸟越冬生境面积的影响
极端水文事件会改变湿地的景观，必然引起鄱阳湖水鸟越冬生境的面积变化。研究发现，极端洪水能形成大面积水鸟无法利用的深水区域，从而减小草滩、浅水等可利用区域的面积[7]，而极端干旱则会形成大面积水鸟无法利用的无植被沙滩，从而使越冬生境面积减小[8]。2020年9月和2022年9月的水鸟越冬生境面积分别为512.22和1109.79 km2，都远低于同期平水年的均值（1581.66 km2），越冬生境面积减小的主要原因分别是深水和沙滩面积大量增加。研究发现，平水年时鄱阳湖能为越冬水鸟提供充足的食物和栖息地，洪水和干旱都会对水鸟越冬造成不利影响[12，28]，与干旱年相比，洪水年能提供的水鸟越冬生境面积最小，最不利于水鸟正常越冬[21-22，28]，本文的结果与其一致。
随着夏季洪水的消退和夏秋干旱的缓解，鄱阳湖的水鸟越冬生境面积逐渐增加，自12月开始，其水鸟越冬生境面积恢复到平水年均值，面积占比达到60%左右，数量与夏少霞等的研究结果一致[37]。鄱阳湖流域旱涝急转事件主要分布在3—10月，其中3—6月主要表现为“旱转涝”，7—10月主要表现为“涝转旱”，不同年份也存在一定的时间差异[29]；而鄱阳湖的干旱以夏秋持续干旱为主，8—9月频繁发生，一般在10—11月停止[30]。旱涝转换的发生时间也表明，夏季极端洪水和夏秋季的极端干旱对水鸟越冬生境面积的影响主要集中在水鸟越冬初期，而对冬季水鸟越冬生境面积的影响不大。
虽然2020年的极端洪水和2022年的极端干旱对冬季水鸟越冬生境面积的影响不大，但极端水文事件会对水鸟越冬生境的质量造成影响。研究发现，极端洪水会导致水生植被大量死亡，从而降低栖息地的质量[12-13]，而极端干旱则会导致洪泛湿地提前退水，草洲生长时间过长，草食性越冬水鸟到达时已无法取食[10，14]，由于食物短缺，越来越多的水鸟只有到鄱阳湖周边的人工湿地中觅食[16，21-22]。
历年的水鸟观测数据表明，鄱阳湖的越冬水鸟最先在10月初到达，然后平稳增加，11月开始数量急剧增加，12月中旬-1月中旬数量达到峰值，因此冬季需要更大的可利用生境面积。2015年鄱阳湖发生冬季洪水，导致次年1月和2月鄱阳湖水鸟越冬生境的面积占比明显下降，面积比同期平水年均值分别减少356.38和388.05 km2。Wang等对鄱阳湖9个子湖泊的水鸟调查研究发现，2015年冬季洪水极大影响了子湖中水鸟的丰度，与平水年的数据相比，冬季洪水导致9个子湖中鸟类的丰度下降了19.7%~75.5%[15]，说明冬季洪水不仅减少了水鸟越冬生境的面积，也降低了越冬水鸟的数量和丰度。
3.2 极端水文事件对水鸟越冬生境面积影响的空间差异
对越冬生境面积占比的平水年均值分析发现，单位面积中碟形湖区的水鸟越冬生境面积最大，主湖区次之，人控湖汊最小，单位面积内碟形湖中水鸟越冬生境面积约为人控湖汊的3倍。有研究发现，在鄱阳湖的退水过程中，蓄水捕鱼直接导致碟形湖的退水过程变缓延长，不仅能减缓水文变化对湿地植被生长的影响[33-34]，还能显著提高碟形湖中适宜水鸟越冬的栖息地面积[28，35]。有研究发现，每单位面积中，碟形湖中适宜雁类的栖息地面积是主湖区的1.67~1.80倍[35]。碟形湖缓慢下降的水位，逐渐伸展的泥滩，以及周边湿生与水生植物群落的有序分布，能为越冬水鸟持续提供丰富的食物和歇息环境，因此全湖70%以上的水鸟在碟形湖区域越冬[31]。
本研究还发现，极端干旱对水鸟越冬生境的影响在碟形湖区更大，这可能与鄱阳湖的地形有关。极端干旱会形成大面积水鸟无法利用的无植被沙滩，从而使越冬生境面积减小[8]，这可能与极端干旱导致洪泛平原的地下水位大幅下降密切相关。Chen等研究发现，2022年极端干旱导致鄱阳湖洪泛平原东部地区9—11月的地下水位降幅超过4 m [48]。根据2010年鄱阳湖地形测绘的结果，主湖区的范围包括了高程最低的河道以及湖中高地等区域，高程分布范围为-20~123 m，但主要集中在12 m以下，而碟形湖区的高程基本在10~15 m之间，主要集中在12~14 m之间[49]。碟形湖分布区的高程普遍高于主湖区，碟形湖受到地下水下降的影响应该更大，所以极端干旱对水鸟越冬生境的影响在碟形湖区更大。
通过对比极端洪水对水鸟越冬生境影响的空间差异发现，极端洪水对主湖区的影响明显大于对碟形湖区的影响。有研究发现，干旱和洪水都会导致栖息地适宜性指数下降，尤其是洪水，水文连通的子湖泊比水文受控的子湖泊更容易受到水文异常的影响[34]。由于水文自由连通的子湖泊与主湖区的水文过程更趋一致，这也说明极端洪水在主湖区的影响更大。从分布高程来看，主湖区的高程普遍低于碟形湖区，相同水位下，主湖区更容易形成水鸟无法利用的深水区域，因此极端洪水对主湖区的影响应该比碟形湖区更大。
2015年冬季鄱阳湖发生洪水，其对水鸟越冬生境影响的空间差异结果表明，冬季洪水处于高水位时（11—12月），洪水对主湖区的影响明显大于碟形湖区。从表1可知，从2015年11月和12月影像获取的当日鄱阳湖星子水文站水位分别为12.54和10.36 m，虽然都比平水年的水位高，但碟形湖的分布高程主要集中在12~14 m之间，主湖区主要在12 m以下[49]，因此导致2015年11—12月主湖区深水面积占比分别为49.94%和40.33%，而碟形湖同期的深水面积占比分别为26.46%和10.31%，可见碟形湖区受冬季洪水的影响明显更小。
2015年冬季洪水消退时期（次年1—2月），主湖区和碟形湖区的越冬生境面积占比都下降了10个百分点以上，主要表现为沙滩面积增加，泥滩和稀疏草洲面积明显减小，这可能是因为冬季气温太低，植被停止生长，退水后形成的泥滩不能变成稀疏草洲，泥滩长时间出露后变干，转变成了水鸟无法利用的沙滩类型。研究发现，苔草生长对气温比较敏感，日平均温度低于10℃时，苔草就处于停止萌发和生长状态[50]，鄱阳湖的日平均气温基本在11月底就降至10℃以下，低温要持续到3月初[51]，由于1—2月气温过低，鄱阳湖的苔草基本停止生长[52]。
4 结论
当前全球变暖导致的极端水文事件频发，本文以我国最大的淡水洪泛湿地鄱阳湖为例，探讨了极端水文事件对鄱阳湖水鸟越冬生境面积的影响，主要结论有：
1）影响鄱阳湖水鸟越冬生境的极端水文事件有夏季极端洪水、夏秋季极端干旱和冬季洪水，它们都导致了鄱阳湖湿地景观的显著变化，不同极端水文事件导致的湿地景观变化差异很大。极端洪水会形成以水域为主的湿地景观；极端干旱则会大量增加无植被沙滩的面积；冬季洪水的高水位会明显增加水域的面积，但退水后会大量增加无植被沙滩的面积。
2）极端水文事件都会导致鄱阳湖水鸟越冬生境面积减少。与平水年同期相比，夏季极端洪水年、夏秋季极端干旱年和冬季洪水年越冬生境面积减少的最大值分别为1069.44、664.29和388.05 km2，比平水年均值分别减少了67.62%、29.83%和18.18%。但夏季极端洪水和夏秋季极端干旱的影响发生在秋季，并未减少水鸟越冬关键期的水鸟越冬生境面积。冬季洪水的影响强度虽然不及夏季极端洪水和夏秋季极端干旱，但是导致水鸟越冬关键期的生境面积平均损失了14.31%，可能会给水鸟越冬带来更加不利的影响。
3）极端水文事件对鄱阳湖水鸟越冬生境的影响存在明显的时空差异，这与极端水文事件的过程和鄱阳湖的地形密切相关。从时间上来看，2020年夏季的极端洪水只减少了9—10月的越冬生境面积，2022年的夏秋季干旱也只是减少了9—11月的越冬生境面积，而2015年的冬季洪水则减少了11月-次年2月的越冬生境面积。从空间差异来看，极端洪水对主湖区的影响比碟形湖区大，而极端干旱对碟形湖区的影响比主湖区大。2015年冬季洪水的前期，只减小了主湖区的水鸟越冬生境面积，而后期同时减小了主湖区和碟形湖区的水鸟越冬生境面积。
4）人控湖汊的水位受人为控制，其景观结构和水鸟越冬生境面积都不受极端水文事件的影响，在排水防洪和蓄水抗旱的人为调控下，人控湖汊内的水文过程和水鸟越冬生境面积变化甚至出现与主湖区和碟形湖完全相反的过程，这有利于减小极端水文事件对鄱阳湖水鸟越冬生境面积的损失，但人控湖汊仅占全湖面积的13.03%，其可利用生境的面积占比均值也仅有19.12%，因此人控湖汊能增加的栖息生境面积十分有限。
5）碟形湖是鄱阳湖水鸟越冬的关键区域，传统的“堑秋湖”渔业活动使碟形湖形成更缓慢的退水过程，有利于越冬水鸟持续利用生境。长江十年禁渔后，大量碟形湖的水闸和圩堤被破坏，碟形湖快速退水，导致鄱阳湖水鸟越冬生境面积锐减。因此，恢复碟形湖禁渔前的水文节律，是鄱阳湖应对极端水文事件和保护水鸟顺利越冬的重要举措。
