第三章 湿地生态水文过程

第三章湿地生态水文过程

第一节湿地水文周期

湿地作为陆地生态系统与水域态系统之间的交错地带,由于湿地独特的水文过程,创造了不同于排水良好的陆地生态系统及水生生态系统环境条件,进而影响湿地的生物多样性特征。

水文过程被认为就是决定各种湿地类型形成与维持, 以及湿地过程的最重要的因素。

水文周期就是湿地水位的季节性变化格局,相关术语定义如表所示

大部分湿地的水位通常不就是恒定的而就是具有波动性变化特征,有些甚至就是无法预期的。

•事实上,具有显著的高、低水位差异的湿地水文周期,如河滨湿地的水文周期,通常就是季节吃个饭8性或者周期性洪水脉冲造成的。•而河口湿地通常要受径流、潮汐的双重影响, 季节性的水位波动对大部分湿地而言就是需要维持的特征,而不应该排除或受到控

制。

第二节湿地水量预算

一、一般预算模式

湿地水文周期或湿地的水文状态,主要取决于以下三个条件: 进水与出水之间的平衡湿地水量的预算底边将官外形,地下土壤湿地

地质与地下条件蓄水能力

二、主要计算量预算

(一)降水量: 降水量通常包括降雨与降雪量。

(二)表面流

• 通常要估算表面径流就是非常困难的,但就是通常可以估算由于降水特别就是暴雨引起的直接径流量。

在某些情况下,人们对某次降水引起的进入湿地的洪

峰径流量更感兴趣。

• 尽管对于大流域这方面的计算非常困难,但就是对于面积小于80hm2的流域,可以采用“合理径流量方法”有效地预测洪峰径流量。

（三）地下水

地下水对湿地的作用因湿地的类型而异。

大部分湿地对地下水或受地下水影响很小。因为

大部分湿地通常具有透水性较差的土层,主要水源仅限于地表径流,并只通过蒸腾蒸发与地表输出散失水分。

进入、流经与流出湿地的地下水流通常采用达西定律描述。该定律认为地下水流与压力表面坡度(水力梯度)与土壤的水力传导率或透水性成正比

四)蒸发蒸腾作用

蒸发蒸腾率与水面(或叶片表面)蒸气压与上层空气蒸气压之间的差值成比例,它可以用道尔顿定律进行描述。

(五)潮汐

•周期性的潮汐淹水就是海岸湿地重要的水文特征。

潮汐因为会造成湿地淹没、土壤盐碱化与土壤厌氧环境而成为区域湿地生态系统的胁迫因子;

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•但它同时会带走多余盐分、重建有氧条件与提供营养而成为有益的辅助条件。

•大潮－太阳月球同一直线,发生在满月与新月。

•小潮－太阳月球成90度角,发生在满月的四分之一与四分之三时。

第三节水文过程对湿地的影响

水文过程如降雨、地表径流、地下水、潮汐及河道的溢流水将能量及养分传输至湿地或由湿地中带走。

水深、流况(流量与流速)、延时及洪水频率等湿地水文条件能够决定湿地土壤、水分与沉积物的物理与化学性质, 进而影响物种的组成与丰富度、初级生产力、有机物质的积累、生物分解与营养循环及使用, 进一步影响到湿地生态系统的结构与功能。

(一)物种组成与丰富度

水文过程对湿地物种组成与多样性影响具有两面性。它对物种丰富度就是起限制作用还就是促进作用,取决于水文周期与自然能量。

洪水规模、最低水位、季节性洪水发生时间、年

平均水位、长期与短期的水位变化等对河滨湿地生物多样性有较大的影响

许多具有较长淹水时间的湿地,其植被物种丰富度要低于淹没频度较小的湿地。水涝土壤以及相应的氧气含量与其它化学条件的显著变化,会限制在这种环境中成活的植物数量与功能。

一般而言,至少在植物群落中,物种丰富度就是随着水流流通的增加而增加的。

流水通常对多样性具有促进作用,这可能就是由于流水促进了矿物质的更新,改变了厌氧条件; 同时也就是因为水流的作用与沉积

物的输运,提高了空间异质性,形成了更多的生态位空间。

(二)初级生产力

湿地对水文通量的开放度就是决定潜在初级生产力最重要的因素之一。如具有流通条件的泥炭沼泽比水流停滞的沼泽生产力更高。许多研究表明,水流停滞的湿地或持续淹水与排水湿地具有低的生产力,而具有缓流湿地或开放型的河滨湿地则具有较高的生产力。

(三)有机物的积累

湿地由于初级生产力的增加或者分解与输出的降低而累积过剩的有机物质。事实上,世界范围内的湿地就是生物圈中主要的碳汇。通常有机碎屑物的分解需要相应的电子供体、水分、无机营养与能在相应环境下生活的微生物。它的分解速率也受环境温度与大型食碎屑动物的影响。

(四)营养物质的输出

营养物质随降水、河流洪水、潮汐、地表与地下径流输人湿地。

湿地营养物质的输出则主要受水流输出的控制。

当生产力与分解速率较高时,如具有流水或脉冲式水文周期的湿地,营养物质循环也很快。

(五)对湿地生态系统中碳循环的影响

湿地地表积水深度与地下潜水水位影响土壤CO2 与CH4通量。

水循环过程控制着湿地生物地球化学循环的氧化还原条件。稳定的水位使湿地在一段时间内处于缺氧环境而生成CH4;相反, 若水位变动幅度大, 则沉积的有机碳被氧化, 产生CO2。

湿地水文通过影响土壤pH, 影响微生物活性与土壤有机碳周转, 进而造成土壤的碳积累或碳损失。

(六)对湿地生态系统氮循环的影响

湿地水文周期引起的干湿交替与洪水泛滥就是造成氮元素显著的水平分异与垂直分异的重要因素。

湿地中氮循环主要通过硝化与反硝化作用实现的, 湿地的干湿变化会对氮的硝化作用、反硝化作用产生影响。

在一个湿地水文周期中, 在干旱期, 湿地水位下降, 水量减少, 氮循环就由反硝化过程向硝化过程发展; 相反, 在淹水条件下, 湿地土壤氧化还原电位Eh值约在220 mV 以下时, NO3- 被还原为N2O或N2, 即向反硝化过程发展。

第四节湿地生物对水文过程的影响

(一)湿地植物

湿地植物,特别就是大型维管束植物,就是影响湿地水文过程的主要生物类群。

湿地植物可以改变湿地环境条件,特别就是地貌等特征,进而影响湿地水文过程。茎与叶减缓水流,促进泥沙等颗粒物的沉积,而植物根系与地下茎的生长,又可以增加沉积物的稳定性,从而使湿地基底分布高程改变,也会影响区域的水文过程,包括相应的水文周期。(二)湿地动物

湿地中的动物通过营巢、摄食等行为,直接或间接的影响湿地水文过程。

无脊椎动物,如牡砺、河蚬等滤食性种类,通过滤食行为,可以改变流过其周边的水流的模式;

掘穴生活的底栖动物,由于其掘穴扰动以及形成的洞穴会直接影响沉积物的渗透性,改变相应的水文过程。

大型脊椎动物,如美洲河狸等会通过筑坝、掘穴以及牧食相应的植被,改变地貌、水系,进而影响甚至完全改变湿地水文过程。(三)湿地微生物

微生物对湿地水文过程的直接影响相对较小。主要通过改变湿地营养条件、有机质累积等环境特征,与湿地植被、沉积物等共同作用,进而影响湿地水文过程。

第五节变化环境下的湿地水文响应

1 全球气候变化对湿地水文的影响

气候因子(气温、蒸发量与降水量等)的变化主要通过对湿地能量与水分收支平衡的影响来改变湿地的水文特征, 从而影响湿地的水循环过程与水文条件。

气候变暖通过减少水供应与增加水需求改变水分的收支平衡, 进而影响湿地生态系统的水分状况与生态特征。

全球变暖可能会促进极地地区湿地植被的生长,甚至会增加降雨扩大湿地的水供应, 进而改变湿地的水文条件。