三江源区高寒湿地生态水文过程研究进展

由于三江源区高寒湿地特殊的地理位置和地
貌特征及在冻土区工程模拟研究中的重要地位, 高寒湿地水热过程常与冻土层的冻融过程结合研 究, 包括高寒草甸覆被变化和气温升高对土壤水 热变化的影响、植被对水热变化的响应等。杨梅 学等[ 9] 基于全球能量水分循环 ∀ ∀ ∀ 青藏高原亚洲 季风试验取得的土壤温度和含水量资料, 分析了 藏北高原土壤水热分布特征和冻融过程在季节转 换中的作用, 认为 5~ 7 个月的冻结过程有利于维 持土壤水分, 土壤冻融过程在高原季节转换中发 挥重要作用。由于浅层土壤水热变化对外界干扰 十分敏感并对表层植 被生长与演替 具有重要作 用, 王俊峰等[ 10] 采用 O T Cs 被动升温系统对青藏 高原沼泽草甸生态系统 分别进行 3~ 5 # 、1~ 2 # 升温处理, 研究了下垫面浅层土壤水热变化特 征及其生态环境效应, 认为近地表气温增温产生 的后果包括: ∃ 浅层土壤持续冻结期显著缩短而 融化期显著延长; % 表层土壤蒸发速度和植被蒸 腾速率增加, 从而影响植被生长; & 加速寒区有机 质的分解速率、降低土壤碳库稳定性, 促使青藏高 原气候进一步暖干化; ∋物种减少甚至消失, 严重 威胁着区域经济发展和生态安全。刘光生等[ 11] 在高寒湿地广泛发育的风火山地区研究了植被覆 盖变化对多年冻土区活动层水热过程的影响, 结 果表明多年冻土活动层土壤水分分布对植被覆盖 变化响应强烈; ( 浅层土壤冻结和融化对植被覆 盖度的响应程度较强; )土壤冻融的相变水量对 植被覆盖度变化响应明显, 植被覆盖度降低, 土壤 冻结和融化相变水量增大。 2. 2 高寒湿地水文过程的生态效应 2. 2. 1 高寒湿地 C 元素循环系统研究
第 28 卷第 11 期
孙向民等: 三江源区高寒湿地生态水文 过程研究进展
∗ 23 ∗
特征。高俊琴等[ 14] 研究了若尔盖高寒湿地土壤 活性有机碳垂直分布、受水分梯度影响、表层土壤 有机碳空间分布特征等。 2. 2. 2 湿地退化机制及动态研究进展
青藏高原独特的自然地理特征不仅影响大气 环流和生态系统分布, 且其脆弱、敏感的生态系统 对气候变化的响应对全球气候变化研究具有重要 的意义。蔡迪花等[ 15] 对玛曲湿地近 20 a L andsat 卫星遥感影像数据进行了分析, 认为气候暖干化 为湿地萎缩的主要原因, 人类活动加剧了此过程。 王根绪等[ 16] 分析了近 40 a 长江源区、黄河源区及 若尔盖等地典型高寒湿地系统动态变化特征及其 区域差异, 结果表明: 青藏高原典型高寒湿地退化 具有普遍性, 湿地面积萎缩 10% 以上; 长江源区 的沼泽湿地退化最严重, 退缩幅度 29% , 黄河源 区和若尔盖地区湿地系统空间分布格局的破碎化 和岛屿化程度显著加剧; 湿地系统变化与区域气 温显著升高有关, 高寒湿地退化是导致其流域径 流持续递减的主要因素之一。X u X K 等[ 17] 利用 经验正交函数及相关原理对叶面积指数( L AI) 卫 星图像进行解译, 认为全球气候变化在一定程度 上使青藏高原植被增加, 但增温亦致使青藏高原 北部降雨减少将导致植被退化, 而高原南部气候 将更加湿润。Xu W X 等[ 18] 利用卫星观测的归一 化植被指数( NDVI) 与基于站测的地表气温异常 资料, 分析了青藏高原植被分布的时空变化特征 及其与全球气候变暖的关系, 认为春末夏初植被 对气候变化的响应最强烈。在高寒沼泽湿地广泛 分布的青藏高原多年冻土区, 杨兆平等[ 19] 统计了 高寒植被物种多样性和地上生物量, 探讨了多年 冻土退化对高寒草地物种多样性的影响, 结果表 明: 多年冻土退化过程中物种组成在属和物种丰 富度上呈降低趋势, 湿、中生植物逐渐被中生和旱 生植物替代; 青藏高原多年冻土退化将导致高寒 草地生态系统的物种 多样性和初级 生产力的降 低, 影响高寒草地生态系统的稳定性; 物种多样性 与初级生产力具有密切的抛物线型关系。由于多 年冻土区高寒湿地植被生物量及其与环境因子的 关系对植被演替机制非常关键, 陈生云等[ 20] 经研 究初步认为: 集中分布在 0~ 10 cm 的地下生物量 对总生物量 的贡献率最大; 土壤盐 分、土壤含水 量、空气温度是对总生物量影响最大的 3 个因子; 土壤温度同生物量存在负相关关系。伴随多年冻 土退化, 活动层表层土壤温度明显升高、含水量逐 渐降低、土壤盐分不断增加使高寒草地植被类型 出现由高寒沼泽草甸、高寒草甸至高寒草原的逆
第28 卷第11 期 2 01 0 年1 1 月
文章编号: 1000 7709( 2010) 11 0021 05
水电能源科学 Wat er Resources and Po wer
V ol. 28 N o. 11 No v. 2 0 1 0
三江源区高寒湿地生态水文过程研究进展
孙向民1, 2 王根绪1 刘光生1
高寒湿地生态水文过程研究未来需关注的热点和发展趋势, 供借鉴。
关键词: 生态水文过程; 三江源区; 高寒湿地; 沼泽化草甸; 全球气 候变化
中图分类号: P343; Q178
文献标志码: A
1 问题的提出
素有 世界水塔 之称的青藏高原是世界上海 拔最高、面积最大、形成最晚的高原, 平均海拔高 度在 4 000 m 以上, 是自然环境受人类活动干扰 最少的区域之一。位于青藏高原腹地的三江源地 区是长江、黄河和澜沧江的发源地和最为重要的 水源涵养区, 河流密布, 湖泊、沼泽众多, 雪山冰川 广布, 是世界上海拔最高、面积最大、分布最为集 中的高寒湿地生态系统, 湿地面积 7. 33 ! 104 km2, 占三江源自然保护区总面积的 24% , 包括河流湿 地、湖泊湿地、沼泽湿地、人工湿地和雪山冰川等 类型。基于三江源国家级自然保护区功能区划, 核心区 18 个, 面积 31 218 km2 , 占自然保护区总 面积的 20. 5% , 而主体功能以保护湿地生态系统 的核心区占核心区个数的 42% 、面积的 54% , 主 要分布于源头汇水区和高原湖泊周边。核心区的 扎陵湖和鄂陵湖已被国际湿地组织正式批准为国 际重要湿地。高寒湿地广泛分布于三江源的高山 和高原地区, 作为水生生态和陆地生态系统间的 过渡系统具有生态蓄水、水源补给、气候调节和保 持生物多样性等重要的生态功能, 尤其是丰富的 生物多样性和巨大的 涵养水源与水 资源调蓄作 用, 对青藏高原及全国的生态安全均具有重要影 响。然而, 近几十年来青藏高原高寒湿地普遍存 在退化现象。作为我国冰冻圈极其重要的组成部
2 三江源地区高寒湿地生态水文过 程及其生态效应
我国关于三江源区高寒湿地的研究较薄弱, 对三江源湿地的生态水文过程始于 20 世纪 90 年 代末, 杨永兴[ 1] 基于 1996~ 1998 年的野外考察资
收稿日期: 2010 07 09, 修回日期: 2010 09 10 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973)基金资助项目(2007CB411504) ; 国家自然科学基金资助项目( 40730634, 90511003) 作者简介: 孙向民( 1985 ) , 男, 硕士研究生, 研究方向为寒区生态水文过程, E mail: sunxm19@ g mail. com 通讯作者: 王根绪( 1965 ) , 男, 研究员、博导, 研究方向为生态水文学, E mail: w ang gx @ imde. ac. cn
( 1. 中 水国科 利学院 部成都山地灾害与环境研究所 , 成都 四川 610041; 2. 中国科学院 研究生院 , 北京 100049)
摘要: 结合三江源区高寒湿地生态系统的水文循 环和生态过程的特点, 探讨了三江源区高寒湿 地水文循 环过
程、土壤水热过程、碳循环系统、高寒湿地的退化机制、湿地资源的保护与修复的研究进展, 并分析了三江源区
高寒湿地水文循环研究在长江源区沼泽化草 甸分布较典型的北麓河风火山流域内较为集中。 李太兵等[ 2] 基于高寒沼泽湿地小流域水文过程特 征多年的观测资料, 探讨了气温、地温、降水、土壤 水分与径流的响应关系, 认为多年冻土区降水大 部分冻结于土壤中或用于补充土壤水分的亏缺而 不直接产流。元寿等[ 3] 观测天然降水与人工模 拟降水在相同坡度不同植被覆盖下的产流产沙效 应, 认为降雪融水的产流量最大, 产沙量最小。柴 雯等[ 4] 认为土壤水分对降水的响应明显存在较长 的滞后现象, 较高的植被覆盖能有效改善土壤物 理结构、提高土壤有机质含量, 促进降水入渗。李 春杰等[ 5] 选取沼泽化草甸典型样地进行人工降雨 截留试验, 分析了截留特征及其影响因子。
由于受到高寒地区典型的冻土冻融过程、气 候特征、冰川活动、全球气候变化和人类活动等因 素的影响, 三江源区高寒湿地的水文循环过程、冻 土区土壤水热变化和水分行为均具有明显不同于 其他地区的特点。以小流域为单元, 研究不同退 化覆盖度和典型植被类型中的水文过程及其影响 因素。 2. 1. 1 高寒湿地水文循环过程研究
张法伟等[ 6] 分析了青藏高原高寒湿地地表能 量分配的日变化和季节动态及非生物因素对其影 响, 认为潜热通量是地表有效能量的主要消耗部 分, 净辐射通量和潜热通量呈明显的单峰式变化, 降雨能显著降低能量通量的各分量。赵静等[ 7] 进 行了三江源区蒸发量遥感估算, 构建了三江源区 蒸发量估算模型, 研究表明: 三江源蒸发量呈增加 趋势, 但各区域蒸发量存在差异化; 蒸发量受温度 和降水量影响较大; 蒸发量增大是三江源区湖泊 萎缩和湿地退化的主要因素。段德玉等[ 8] 利用稳 定 H 、O 同位素定量区分三江源区主要植物物种 的水分来源, 并利用二项或三项分隔线性混合模 型分析了植物躯干、降雨、产流和土壤水等不同水 分的同位素特征, 获得了主要植被不同水分来源 所占的比例及其变化规律。 2. 1. 2 高寒湿地土壤水热过程研究进展
分, 三江源地区是气候变化的敏感区和脆弱区, 面 对全球气候变化和我国冰冻圈萎缩的压力, 江河 源区的生态环境变化及其影响备受关注。国家从 2004~ 2010 年投资 75 亿元用于三江源国家级自 然保护区的保护和建设, 主要涉及退耕还草、重点 湿地保护、黑土滩治理和生态移民、鼠害综合治理 等。世界自然基金会( WWF ) 联合 UNESCO IHE 水教育学院和圣地亚哥州立大学( SDSU) 于 2010 年开始共同实施一项针对高寒湿地的 保护湿地 蓝天 研究计划。可见, 高寒湿地作为三江源自然 保护区的主要生态类型和核心区面积最大的分布 类型, 同时由于其具有重要的江河源区水源涵养 和生物多样性保育等重要作用及其巨大的水热效 应和有机碳库功能, 在地区和全球气候环境变化 研究中占有特殊和重要的地位, 因此三江源区高 寒湿地已开始被广泛关注, 有利于科学认识三江 源地区的气候与环境变化。鉴此, 本文论述了气 候变化对源区高寒湿地等生态系统的影响, 并提 出适应气候变化和加强三江源区高寒湿地保护与 发展的应对策略。