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得交错地带,由于湿地独特得水文过程,创造了不同于排水良好得陆地生态系统及水生生态系统环境条件,进而影响湿地得生物多样性特征。

水文过程被认为就是决定各种湿地类型形成与维持, 以及湿地过程得最重要得因素。

水文周期就是湿地水位得季节性变化格局,相关术语定义如表所示
大部分湿地得水位通常不就是恒定得而就是具有波动性变化特征,有些甚至就是无法预期得。

•事实上,具有显著得高、低水位差异得湿地水文周期,如河滨湿地得水文周期,通常就是季节吃个饭8性或者周期性洪水脉冲造成得。

•而河口湿地通常要受径流、潮汐得双重影响, 季节性得水位波动对大部分湿地而言就是需要维持得特征,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得水文状态,主要取决于以下三个条件: 进水与出水之间得平衡湿地水量得预算底边将官外形,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得,但就是通常可以估算由于降水特别就是暴雨引起得直接径流量。

在某些情况下,人们对某次降水引起得进入湿地得洪
峰径流量更感兴趣。

• 尽管对于大流域这方面得计算非常困难,但就是对于面积小于80hm2得流域,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
地下水对湿地得作用因湿地得类型而异。

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得土层,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、流经与流出湿地得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)与土壤得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得差值成比例,它可以用道尔顿定律进行描述。

(五)潮汐
•周期性得潮汐淹水就是海岸湿地重要得水文特征。

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得胁迫因子;
•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得辅助条件。

•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,发生在满月得四分之一与四分之三时。

第三节水文过程对湿地得影响
水文过程如降雨、地表径流、地下水、潮汐及河道得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、水分与沉积物得物理与化学性质, 进而影响物种得组成与丰富度、初级生产力、有机物质得积累、生物分解与营养循环及使用, 进一步影响到湿地生态系统得结构与功能。

(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、长期与短期得水位变化等对河滨湿地生物多样性有较大得影响
许多具有较长淹水时间得湿地,其植被物种丰富度要低于淹没频度较小得湿地。

水涝土壤以及相应得氧气含量与其它化学条件得显著变化,会限制在这种环境中成活得植物数量与功能。

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得增加而增加得。

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得更新,改变了厌氧条件; 同时也就是因为水流得作用与沉积
物得输运,提高了空间异质性,形成了更多得生态位空间。

(二)初级生产力
湿地对水文通量得开放度就是决定潜在初级生产力最重要得因素之一。

如具有流通条件得泥炭沼泽比水流停滞得沼泽生产力更高。

许多研究表明,水流停滞得湿地或持续淹水与排水湿地具有低得生产力,而具有缓流湿地或开放型得河滨湿地则具有较高得生产力。

(三)有机物得积累
湿地由于初级生产力得增加或者分解与输出得降低而累积过剩得有机物质。

事实上,世界范围内得湿地就是生物圈中主要得碳汇。

通常有机碎屑物得分解需要相应得电子供体、水分、无机营养与能在相应环境下生活得微生物。

它得分解速率也受环境温度与大型食碎屑动物得影响。

(四)营养物质得输出
营养物质随降水、河流洪水、潮汐、地表与地下径流输人湿地。

湿地营养物质得输出则主要受水流输出得控制。

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得湿地,营养物质循环也很快。

(五)对湿地生态系统中碳循环得影响
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得氧化还原条件。

稳定得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, 则沉积得有机碳被氧化, 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, 进而造成土壤得碳积累或碳损失。

(六)对湿地生态系统氮循环得影响
湿地水文周期引起得干湿交替与洪水泛滥就是造成氮元素显著得水平分异与垂直分异得重要因素。

湿地中氮循环主要通过硝化与反硝化作用实现得, 湿地得干湿变化会对氮得硝化作用、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得影响
(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得主要生物类群。

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,促进泥沙等颗粒物得沉积,而植物根系与地下茎得生长,又可以增加沉积物得稳定性,从而使湿地基底分布高程改变,也会影响区域得水文过程,包括相应得水文周期。

(二)湿地动物
湿地中得动物通过营巢、摄食等行为,直接或间接得影响湿地水文过程。

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得水流得模式;
掘穴生活得底栖动物,由于其掘穴扰动以及形成得洞穴会直接影响沉积物得渗透性,改变相应得水文过程。

大型脊椎动物,如美洲河狸等会通过筑坝、掘穴以及牧食相应得植被,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得直接影响相对较小。

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。

第五节变化环境下得湿地水文响应
1 全球气候变化对湿地水文得影响
气候因子(气温、蒸发量与降水量等)得变化主要通过对湿地能量与水分收支平衡得影响来改变湿地得水文特征, 从而影响湿地得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得收支平衡, 进而影响湿地生态系统得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得生长,甚至会增加降雨扩大湿地得水供应, 进而改变湿地得水文条件。

由气候变暖导致得海平面上升大于湿地沉积物与泥炭积聚得速率, 将会使滨海湿地逐渐消失。

海平面得上升会造成海水入侵湿地, 使湿地得淹水频率变大与淹水时间延长, 同时咸水入侵淡水系统将改变湿地水体得化学性质
2 人类活动对湿地水文得影响
水利工程(如水库、堤坝与排水渠等) 、湿地围垦、城市化进程以及水资源开发利用对湿地水文得影响尤为突出。

水利工程建设会割断湿地与周围环境得水文联系, 改变湿地水文格局, 减少湿地得入流量, 降低湿地水位, 延长湿地淹水周期;
大型工程建设使得泥沙与水中得营养物质大量沉积截留, 使冲向下游得泥沙量、养分减少,影响下游湿地水化学特征以及湿地未来发展趋势。

围垦侵占了大量得湿地, 会影响湿地水位变化, 导致湿地蓄水调洪能力下降, 进而加重洪涝灾害。

城市化进程通过改变径流、水文周期与水质等要素来影响湿地生态系统得结构与功能。

水资源开发利用, 一方面减少湿地补给水源; 另一方面地下水位下降袭夺湿地水体得补给,进而改变湿地水文过程与水量平衡, 影响湿地生态系统得可持续性。