第三章 湿地的生态水文过程

不同深度环境的生态特征变化（芦苇）
• 随年平均水深增加，平均株高和茎粗均增加。
• 平均密度和平均盖度与水深呈非线性变化，表明水深过低和
过高都影响芦苇的生长。 • 盖度指植物地上部分植投影的面积占地面的比率。
2. 最低生态水位
水是生物体的重要组成部分，也是生命之源。根据水对生物 的生长发育的不同基点，可分为最高、最适和最低三个基点。 • 低于最低：水分不足使生物体内能力代谢紊乱，能力利用效 率降低，植物生长和生物合成作用减弱，原生质结构破坏， 物质吸收和运输受阻。 • 高于最高：抑制有氧呼吸、组织水分和矿物质吸收，各个器
2. 湿地水量平衡
水分收入：降水、地表径流及地下水补给 水分支出： 蒸发、地表径流及下渗 人为作用会导致极端现象，挖沟渠排水、河流改道、围湖造田等等。 湿地的水文状况由三个因素影响：a 水的流入和流出之间的平衡； b 景观的表面轮廓；c 亚表层土壤、地质和地下水条件。 第一个因素定义了湿地的水量平衡，后两个定义了湿地的储水能力。
湿地水文循环过程决定了湿地的水量平衡，包括湿地植被 对降水的再分配；湿地降水径流形成过程；湿地地表层径 流；湿地蒸散发过程等。 降水受到植物的影响：影响降水形式的空间格局，对降水
的再分配
径流形成过程对不同类型湿地而言具有明显差异。
3. 湿地水量平衡要素的测量
地表水：指湿地中开阔的水域。湿地中不同部分的地表水
• 生物膜：包括藻类、细菌等。受到深度、干湿交替频率、水 流速等方面影响。
对初级生产力的影响
• 水流停滞的湿地或持续淹水和排水的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。
水文过程是营养物质输入的主要途径。 • 水文条件在淡水草本沼泽生产力的影响不确定。
对有机物累积和输出的影响
寿命。
另一个概念是湖泊湿地的换水周期理论。换水周期系指全部湖水交换更新一次所 需时间长短的一个理论概念
湿地系统的物理、化学和生物属性取决于系统的开放度，水的更新率是开放度的 一个重要指标。 由于湿地中水体不均匀混合，使得计算得到的水流经湿地的滞留时间要长于实际 的滞留时间。
5. 地下水与地表水
截留量在研究单次大暴雨时可忽略不计，但在湿地水量平
衡研究中十分重要。
从湿地水或者土壤中蒸发出的水加上通过维管植物到达大 气的水汽被统称为蒸发蒸腾作用，简称蒸散发，是一个与
降水相反的过程。
蒸散发与环境因素和植物自身性质相关。温度，风速，叶 片气孔等。 植物对于湿地水分的蒸散发有什么影响？增加？降低？
第三章 湿地的生态水文过程
• 水文过程是决定各种湿地类型形成与维持，以及湿 地过程的唯一最重要的因素。 • 湿地水文过程取决于气候和地形条件。 • 湿地水文过程可直接改变湿地环境的理化性质，特 别是氧气的可获取性及相关性质，湿地环境的改变 也会影响湿地水文过程。 • 湿地环境条件直接影响湿地的生物类群。
官和组织萎缩、腐烂。
第四节 水文与湿地系统的相互作用
• 水文对湿地生态系统的影响
• 湿地生态系统对水文的影响
1. 水文对湿地生态系统的影响
对植物物种组成与丰富度的影响
• 物种组成与丰富度水文过程对湿地物种组成和多样性影响具 有两面性，受水文周期和自然能量的影响。 限制作用：选择耐淹植物排除不耐淹植物。 促进作用：物种丰富度随着水流流通的增加而增加。 • 很难在水文条件变化与湿地植物间建立直接的联系。
洪水规模与降水、径流速率、植被等密切相关。
传统工程防洪由于损失天然调蓄洪水的能力，经常产生众
多问题，例如增加下游地区的洪水风险，产生地质灾害等。
洪水既有负面作用，也具有正面效应。 洪水能够为土壤提供大量水分和营养物质，补充地下水等。
4. 持续时间和周转率
湿地水的持续时间或者更新率或者水周转率是湿地最为关键的要素，影响湿地的
地下水是湿地重要水源之一，存在于岩石颗粒之间或细微 的裂缝中，这些含水的岩石称为蓄水层。
地下水通过影响包气带土壤水分和盐分间接影响天然植物
生长状态。 地下水主要通过向上的运动补充土壤水分。 湿地可以受到地下水的控制，也有可能不受控制，主要取 决于地表土壤的渗透性。
第二节 湿地水平衡
气候
地形
第一节 湿地水文要素
• 降水与蒸散发 • 集水区和径流
• 洪水和河缘湿地
• 持续时间和周转率 • 地下水和地表水
1. 降水与蒸散发
降水包括降雨和降雪，随地理、时间和季节变化，变化依
赖于大气和地形因素。
部分降水被植物覆盖截留，保存在树冠层，叫做截留量， 实际透过植被达到下面的水量叫贯穿降水量，植被茎秆留 下的水量称为茎流量。 截留量取决于总的降水量以及植被发育的阶段。
2. 湿地生态系统对水文的影响
植物的影响
• 直接影响：减缓水流、持留降水、蒸发蒸腾等。 • 间接影响：改变地貌特征，土壤渗透型性等，影响水文过程。 • 化学影响：导致水体pH值、溶解氧、营养元素的改变。
动物的影响
• 直接影响：通过滤食作用、集聚分布、掘穴活动等改变水流 模式、水流速度以及沉积物渗透性等。 • 间接影响：通过改变营养条件、有机质累积等环境特征，与 湿地植被、沉积物等共同作用，进而影响水文过程。
• 由于初级生产力的增加或分解与输出的降低而累积过剩的有 机物质，与流水体相连的湿地通常具有较高的输出率，而水 文隔绝的地通常具有少的有机物质输出。 • 水文对分解途径的影响目前还不是很清楚。
对营养物质循环的影响
• 营养物质随降水、河流洪水、潮汐、地表和地下径流输入湿 地，营养物质的输出主要受水流输出的控制。 • 营养物质流也是湿地生产力和分解能力的重要决定因素。
地下水：地下水对湿地的影响因湿地类型而异，有些影响
较大，有些毫无作用。根据地下水与湿地的关系，湿地可
分为流注湿地和回灌湿地。较难直接测量，利用水量守恒 计算。 潮汐：是海岸湿地的重要水文要素，会造成土壤盐碱化等 负面作用，但也能够带走多余盐分、重建有氧条件和提供 营养。实测，检测涨退潮的水位变化。 蒸发蒸腾：液态水变成气态水蒸气的过程，受到温度、湿 地、风速等条件的控制。
第三节 湿地的水深与水位
• 水深与湿地植被
• 最低生态水位
1. 水深与湿地植被的关系
不同水深环境梯度下的群落结构
• 年内水深大于0m，群落以水生植物为主 • 年内水深低于0m，群落逐渐演替为旱生植物 • 年内水深变幅大于1m，优势种为藻类 • 年内水深变幅0.9-1m，优势种为藻类、草本 • 年内水深变幅0-0.8m，优势种为草本
2. 集水区和径流 降雨被拦蓄时，无法形成地表径流，拦蓄的积水通过蒸
发和下渗输出系统。 当雨量超过土壤下渗能力，雨水汇集成径流，并在更大更 广泛的低洼处汇集，形成湿地。
由集水区形成的湿地受到地表水的影响：坡面漫流和河川
径流。
集水区形成的湿地水量呈现明显的波动性。
• 河流流量的直接径流部分非常关键， 也就 是在一场暴雨中引起河流流量立即增加的 降雨量。一场暴雨中导致直接径流（或快 速径流） 的降雨量可用下面的方程式估算：
对动物物种组成与丰富度的影响
• 大型无脊椎动物：静水环境下种群丰富度较高。 • 浮游动物：在洪水过后特别丰富。 • 鱼类：上游水会影响下游中的鱼类，洪水有利于提供食物和 栖息地。 • 鸟类：具有较广的活动范围，但对长期水文变化较敏感。 • 两栖动物：水质较差则无法生存，水位波动对其丰富度有影
响。
微生物的影响
• 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。
4.湿地水量预算
一般预算模式：
主要计算量的预算 降水量：
表面流：
洪峰径流量：
沟渠化水量：
地下水
大部分湿地对地下水或者受地下水的影响很小，因为湿地一般 具有透水性较差的土层。
蒸发蒸腾率：与水面（或叶表面）蒸汽压和上层空气蒸汽压之 间的差值成正比。
蒸发蒸腾量的计算除了直接测量，一般可利用一些公式进行计 算，公式参数往往是一些气象数据。
• 湿地水文周期 • 湿地水量平衡
• 湿地水量平衡Biblioteka Baidu要素
• 湿地水量预算
1. 湿地水文周期
水文周期是湿地水位的季节性变化格局，表现为湿地表层 和亚表层水位的升降。
不同类型的湿地具有特定的水文周期，而其年际间的稳定性决 定了湿地的稳定性。 湿地的水文周期每年都不同，但从长时间看具有一定的循环期。
水位是变化的，因此地形信息对于估算水量十分重要。 降水：是湿地水量平衡的主要输入来源，短时降水用雨量 计测量。 表面流（地表径流）：地表径流主要由降水转化，转化比 例取决于气候因素。包括地面径流和河川径流。流量计测 量。 土壤水：多年平均变化为零，但每年的土壤水都不相同， 各个季节也有差异。土壤水是生物需水量的重要组成部分。
• 该方程式表明湿地的直接地面径流量与降水 量的体积（ P × A w ） 成比例。Rp 表示形成 湿地直接地面径流的那部分流域降水所占全 流域降水的比例。一般而言， Rp 随纬度增加 而增加。
3. 洪水和河缘湿地
洪水是河流水位超过河漫滩地面溢流的现象，是一种自然 灾害，但也仅是水文过程自然变化的一部分。