湖泊是地球陆地表层水体的重要组成部分,在水文循环、水量调节、区域社会经济发展、生物多样性保护以及为人类社会提供淡水和食物来源等方面发挥着重要作用(Maltby et al.,2011;张奇等,2020;谭志强等,2022)。据统计,全球共有150多万个面积大于0.1 km 2 的湖泊,总面积达2.7×10 6 km 2 ,占陆地总面积的2%(南极洲冰川和格陵兰除外)(GLWD,Global Lakes and Wetlands Database),总容积达181.9×10 3 km 3 (Messager et al.,2016;Woolway et al.,2020;张奇等,2020);面积大于0.01 km 2 的湖泊数量甚至可能超过1 500万个(Lehner et al.,2004)。而我国的湖泊数量也众多,且分布广泛、类型多样,2005—2006年的第二次湖泊调查表明,全国共有1 km 2 以上的自然湖泊2 693个,总面积81 414.6 km 2 ,约占全国国土面积的0.9%,青藏高原和东部平原地区是我国湖泊分布最为集中的区域(马荣华等,2011)。
近年来,在全球变化的影响下,热浪和暴雨的强度及频率都呈现增加的趋势,导致湖泊极端水文事件的发生频率及强度呈增加、增强趋势,严重威胁了湖区沿岸人类生命财产安全,并对水生生态、湿地生态系统带来了复杂的影响(Shabani et al.,2020;Sun et al.,2018;Ung et al.,2019;李群等,2020;欧朝敏等,2011)。国际水文计划政府间理事会第20届会议通过了以“水安全:应对地方、区域和全球挑战”为主题的国际水文计划第八阶段(IHP-Ⅷ,2014—2021)执行概要,而“与水有关的灾害和水文变化”主题是该阶段关注的首要重点问题。因此,研究全球变化下湖泊极端水文事件的发生机理及其生态环境效应,是当前水文水资源领域研究的重大热点问题之一,对湖泊防洪抗旱减灾与可持续发展具有重要的现实意义。
鄱阳湖是我国第一大淡水湖泊,也是长江中游重要的自然通江湖泊之一,是重要的天然径流调节库。鄱阳湖承纳赣江、抚河、信江、饶河、修水五大河及环湖区间来水,经湖盆调蓄后由湖口北注长江,形成完整的鄱阳湖水系。鄱阳湖流域面积16.2万km 2 ,约占长江流域面积的9%,年均径流量占长江流域年均径流量的16.3%,每年注入长江的水量超过黄河、海河、淮河的径流总量,承担着保障长江中下游水安全和生态安全的重要使命(胡振鹏等,2009;2010)。鄱阳湖是一个季节性吞吐型湖泊,其水位受流域内五河入湖水量和长江顶托拉空作用的双重影响,无论是年内还是年际间,湖泊水位和面积变幅巨大。年内水位变幅在9.79~15.36 m,而年际间的水位差异更大,最高、最低水位差达16.68 m。正是由于鄱阳湖水位的这种巨大变幅,湖泊在一年内呈现交替扩大和缩小,对应的湖泊面积在洪水期可达近 4 000 km 2 ,而在枯水期不足1 000 km 2 ,形成了鄱阳湖“洪水一片,枯水一线”的独特景观(胡振鹏等,2010)。
季节性的水位波动使得鄱阳湖洲滩呈现出周期性的淹没与出露,形成了众多的浅水洼地和大面积的洲滩湿地(刘青等,2012)。鄱阳湖湿地具有极其丰富的湿地植被资源与物种多样性(黄金国等,2007),是我国湿地生态系统中生物资源最丰富的地区,是众多野生植物的物种宝库。鄱阳湖湿地也是被首批列入《世界重要湿地名录》的国际重要湿地,巨大的湿地面积为候鸟提供了广阔的栖息地和丰富的食物来源,是亚洲最大的冬季候鸟栖息地,也是世界最大的白鹤越冬地。同时,鄱阳湖湿地在涵养水源、调蓄洪水、调节气候、净化水质、控制侵蚀、保护土壤以及维持生态平衡与生物多样性等方面发挥着巨大的生态服务功能,对调节长江中下游地区水量平衡与生物地球化学循环等都具有重要意义(王晓鸿,2005;朱海虹等,1997)。
然而,受气候变化与人类活动的双重影响,近年来鄱阳湖水文情势发生了巨大变化,主要表现为季节性水资源紧缺、汛后水位消退加速、湖泊面积萎缩等一系列干旱化问题。尤其是2003年以来,受流域及湖区强人类活动的干扰和长江上游大型水利工程的影响,江湖关系变化,水量平衡关系改变,湖区干旱事件更为频繁,且日趋严重,引起了社会各界的广泛关注。如2003年、2006年、2007年、2011年、2014年、2015年、2017年、2018年湖区都发生了持续性的严重干旱,枯水位屡创新低。人民网、《光明日报》、网易新闻、《江西日报》等主要媒体有关鄱阳湖干旱的报道累计达4 000多次, Nature 等国际顶级刊物也多次发文关注(Lu et al.,2011;Qiu,2011)。特别是2022年8月6日鄱阳湖提前进入枯水期,为1951年有记录以来最早进入枯水期的年份,较原最早进入年份(2006年8月22日)提前16天,较1951—2002年平均出现时间提前100天,较2003—2021年平均出现时间提前69天,并于9月23日刷新有记录以来历史最低水位(7.11 m)。枯水位降低,枯水期提前,枯水持续时间延长以及春夏连旱,伏秋连旱,这是近年来鄱阳湖区干旱特征的集中写照。
鄱阳湖区干旱不断加剧,使得鄱阳湖湿地系统正面临着生态退化、演替速率加快、固碳功能下降、物种多样性减小等一系列威胁(Han et al.,2015;刘旭颖等,2016)。枯水期提前使得高位滩地提前出露,湿地面积破碎化,植被出现明显的矮化和旱化趋势(胡振鹏等,2010)。高位滩地的芦苇群落分布面积萎缩,而苔草群落不断向湖心扩展。同时,湿地植被生物量整体下降,苔草群落生物量下降了近2/3,芦苇群落生物量不足20年前的1/10(吴建东等,2010)。枯水期水位的提前下降还使得沉水植被大量死亡,处于水陆过渡带的湿地植物物种多样性减少。此外,由于干旱对植被的影响具有累积和滞后效应,因此干旱事件结束后仍然对植被的水分传导属性及生理生态等持续产生影响(Huang et al.,2018)。这些变化已严重影响了鄱阳湖湿地生态系统的完整性和稳定性,威胁整个湿地生态系统的结构与功能。