第三章 湿地生态水文过程.docx

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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是恒定的而是具有波动性变化特征，有些甚至是无法预期的。

•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

地质和地下条件蓄水能力

二、主要计算量预算

（一）降水量：

降水量通常包括降雨和降雪量。

（二）表面流

•通常要估算表面径流是非常困难的，但是通常可以估算由于降水特别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。

（3）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，并只通过蒸腾蒸发和地表输出散失水分。

进入、流经和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）和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）蒸气压和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、土壤盐碱化和土壤厌氧环境而成为区域湿地生态系统的胁迫因子；

•但它同时会带走多余盐分、重建有氧条件和提供营养而成为有益的辅助条件。

•大潮－太阳月球同一直线，发生在满月和新月。

•小潮－太阳月球成90度角，发生在满月的四分之一和四分之三时。

第3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（流量和流速）、延时及洪水频率等湿地水文条件能够决定湿地土壤、水分和沉积物的物理与化学性质,进而影响物种的组成和丰富度、初级生产力、有机物质的积累、生物分解和营养循环及使用,进一步影响到湿地生态系统的结构和功能。

（一）物种组成和丰富度

水文过程对湿地物种组成和多样性影响具有两面性。

它对物种丰富度是起限制作用还是促进作用，取决于水文周期和自然能量。

洪水规模、最低水位、季节性洪水发生时间、年

平均水位、长期和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和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和功能。

一般而言，至少在植物群落中，物种丰富度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，这可能是由于流水促进了矿物质的更新，改变了厌氧条件;同时也是因为水流的作用和沉积物的输运，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和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和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、无机营养和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和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、地表和地下径流输人湿地。

湿地营养物质的输出则主要受水流输出的控制。

当生产力和分解速率较高时，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

湿地地表积水深度和地下潜水水位影响土壤CO2和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,影响微生物活性和土壤有机碳周转,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和洪水泛滥是造成氮元素显著的水平分异和垂直分异的重要因素。

湿地中氮循环主要通过硝化和反硝化作用实现的,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220mV以下时,NO3-被还原为N2O或N2,即向反硝化过程发展。

第4节湿地生物对水文过程的影响

（一）湿地植物

湿地植物，特别是大型维管束植物，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，特别是地貌等特征，进而影响湿地水文过程。

茎和叶减缓水流，促进泥沙等颗粒物的沉积，而植物根系和地下茎的生长，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、蒸发量和降水量等）的变化主要通过对湿地能量和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和水文条件。

气候变暖通过减少水供应和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和生态特征。

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。

由气候变暖导致的海平面上升大于湿地沉积物和泥炭积聚的速率,将会使滨海湿地逐渐消失。

海平面的上升会造成海水入侵湿地,使湿地的淹水频率变大和淹水时间延长,同时咸水入侵淡水系统将改变湿地水体的化学性质

2人类活动对湿地水文的影响

水利工程（如水库、堤坝和排水渠等）、湿地围垦、城市化进程以及水资源开发利用对湿地水文的影响尤为突出。

水利工程建设会割断湿地与周围环境的水文联系,改变湿地水文格局,减少湿地的入流量,降低湿地水位,延长湿地淹水周期;

大型工程建设使得泥沙和水中的营养物质大量沉积截留,使冲向下游的泥沙量、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。

围垦侵占了大量的湿地,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、水文周期和水质等要素来影响湿地生态系统的结构和功能。

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的补给,进而改变湿地水文过程和水量平衡,影响湿地生态系统的可持续性。