（环境科学专业论文）白洋淀湿地对干旱的适应机制及综合调控研究.pdf

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控制实验、原型观测实验、数理统计和地理信息技术等为主要技术手段，系统识 别不同干旱对典型湿地植物的影响及其适应机理，评价不同干旱情景下湿地植物 酶恢复能力：进丽在湿地功熊定位斡基磷上确定干旱情景下自洋淀湿地既综合调 控措施，以期为旱期湿地的补水及将湿地生态用水纳入流域水资源配置提供理论、 和应用支撑。 本文得到以下主要结论： ( 1 ) 气候变化和人类活动的共同影响导致湿地发生干旱的频率增大。干旱 主要通过改变湿地水文特征进而影响到湿地植物和整个生态系统，表现为水位下 降、水面积减小、生物多样性降低、生物量减少，进而导致湿地景观发生变化。 ( 2 ) 于旱导致芦苇和香蒲生长速率、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和 生物量减小，其水分利用效率表现为在某一干早情景下最高，超过或低于这个干 旱情景水分利用效率都会下降。芦苇对于旱的适应能力要强于香蒲，两种植物的 适应阈值分别是重旱情景( 土壤含水量2 0 3 0 ) 和中旱情景( 土壤含水量3 0 4 0 ) 。 对于不同干旱情景下的恢复能力来说，芦苇和香蒲均表现出中旱情景下的恢复能 摘要 力最大；香蒲的恢复能力小于芦苇，芦苇比香蒲更能适应干旱。 ( 3 ) 在湿地功能定位基础上，结合前几章研究内容，提出不同干旱情景下 湿地的保护目标及阈值，即：轻度干旱水位标准7 6 1 m ，中度干旱水位标准7 0 8 m ， 严重干旱水位标准6 9 1 m ，特大干旱水位标准6 8 8 m ；荠依此确定不同干旱情景 及不同典型时段湿地的补水量，提出干旱情景下湿地的综合调控措施。 关键词：白洋淀湿地；湿地干旱；生态水文；适应机制；综合调控 a b s t r a c t r e s e a r c ho na d a p t i v em e c h a n i s mt od r o u g h ta n d i n t e g r a t e dr e g u l a t i o n i nb a i y a n g d i a nw e t l a n d a b s t r a c t w e t l a n d sa l lo v e rt h ew o r l da r ef a c i n ga na b r u p td e g r a d e dt r e n dd u et ot h e d i v e r s i o no fe c o l o g i c a lw a t e ra n de c o l o g i c a ll a n da n dt h ee x t e n s i v eo c c u r r i n go f d r o u g h t sw i t hh i g hf r e q u e n c y , l a r g es c a l ea n dl o n gd u r a t i o n n o w a d a y s ，o nt h eb a s i s o fs y s t e m a t i c a l l yi d e n t i f y i n gt h ed e g r a d a t i o nm e c h a n i s mo fw e t l a n d sa n dp a r t i c u l a r l y t h ei m p a c tm e c h a n i s mo fe x t r e m ee v e n t s ，i ti sah o ts p o ta n dc u t t i n g e d g ei s s u ei n r e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t a lf i e l dt oc o m eu pw i t hc o m p r e h e n s i v em e a s u r e s ， e s p e c i a l l ym e a s u r e si nt h ec o n d i t i o nc o m b i n e do f t h em o s td i s a d v a n t a g e s 籽蒯o n o b j e c t i v e l ya s s e s s i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so f w a t e r s c a r c i t yo fw e t l a n d si nt h ec o n t e x to f d r o u g h t ，s o m em e a s u r e ss u c ha se s t a b l i s h i n gr a t i o n a la l l o c a t i o na n dr e g u l a t i o no f w a t e rr e s o u r c e sa n de n s u r i n ge m e r g e n c yr e s p o n s e so r i e n t e dt ow e t l a n d se c o l o g i c a l s e c u r i t yw o u l db ek e yp r o b l e m s i ts h o u l db en o t e d 也a 匕d r o u g h ti nw e t l a n d sw e r en o t o n l yi n f l u e n c e db yt h ep r e c i p i t a t i o ni nt h ew e t l a n da r e a , b u ta l s ow h o l l yc o n s t r a i n e d b yw a t e rc y c l ei nw a t e r s h e d a san e wi s s u e ，d r o u g h ti nw e t l a n d sa p p e a r e dw h e n r e s p o n s e st oc l i m a t ec h a n g ea n dw e t l a n d sp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o nh a se n t e r e di n t oa n e ws t a g e u n f o r t u n a t e l y , t h e r ei sn e i t h e rs y s t e m a t i cr e s e a r c ha i m e da td r o u g h ti n w e t l a n d s ，n o ri n d e x e so re v a l u a t i o nm e t h o d o l o g yo fd r o u g h ti nw e t l a n d sh a sb e e n e s t a b l i s h e d ，h o m ea n da b r o a d c o r r e l a l i o n a ls t u d i e sm a i n l yf o c u s e do na s p e c t sa s w e t l a n d sh y d r o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，e c o l o g i c a lw a t e rr e q u i r e m e n t , e c o l o g i c a li m p a c t o fe x t r e m eh y d r o l o g i c a le v e n t s ，a n de m e r g e n c yw a t e rs u p p l yt ow e t l a n d s ，e t c u s u a l l y , r e s e a r c h e r ss t u d i e dd r o u g h ti nw e t l a n d sf r o mv a r i o u sa s p e c t ss u c ha sh o wd r o u g h t a f f e c t e dp l a n t s ，a q u a t i ca n i m a l s ，m i c r o o r g a n i s m s ，a n dt h e ym a i n l ya c q u i r e dt h e s e i n f o r m a t i o n t h r o u g he x p e r i m e n t s ，r e m o t es e n s i n g a n df i e l d m o n i t o r i n g a n d i n v e s t i g a t i o n o rt h e ys t u d i e dw a t e rq u a l i t y , e l e m e n tb e h a v i o ri nw e t l a n d sw h i l e d r o u g h to c c u r s t h e r ew e r eaf e wr e s e a r c h e sa b o u ta d a p t i v em e c h a n i s mo fw e t l a n dt o d r o u g h ti nas y s t e m a t i c a lv i e w b a s e do nt h et h e o r yo fh y d r o l o g ya n de c o l o g y ，a n dc o m b i n e dw i t hr e s e a r c h a c h i e v e m e n t so nw e t l a n de c o h y d r o l o g y ，t h i sp a p e rm a d eac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so n e c o h y d r o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fw e t l a n di nt h ec o n t e x to fd r o u g h t a c c o r d i n g l y ，w e p r o p o s e dt h ec o n n o t a t i o na n da s s e s s m e n tm e t h o do fd r o u g h td e p e n d i n go nt h e e v o l u t i o no fd r o u g h t i nb a i y a n g i d a nw e t l a n d ，w h i c hf o r m e da ne a s yd e s c r i p t i o no f i i 1 a b s 际a c 薯 w e t l a n dd r o u g h ta sw e l la si t sc h a r a c t e r i s t i c s 髓el a b o r a t o r ye x p e r i m e n t ，p r o t o t y p e o b s e r v a t i o n ，m a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c sa n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，e t c w e r e u s e do ns y s t e m a t i ci d e n t i f i c a t i o no ft h ei n f l u e n c ea n da d a p t i v em e c h a n i s ma b o u t t y p i c a lp l a n t si nw e t l a n da td i f f e r e n td r o u g h ts c e n e s ，t h e ng a v ea s s e s s m e n t so nt h e r e c o v e r yc a p a b i l i t yo ft h ep l a n t sa td i f f e r e n td r o u g h ts c e n e sa sw e l l f u r t h e r m o r e ， p r o p o s e dt h ei n t e g r a t e dr e g u l a t i o nm e a s u r e sw h i c hb a s e do nt h ef i m c t i o n a lo r i e n t a t i o n o fb a i y a n g d i a nw e t l a n d ，s oa st op r o v i d eat h e o r e t i c a la n da p p l i c a t i o ns u p p o r tt ot h e r a t eo fw a t e rm a k e u pa td i f f e r e n td r o u g h ts c e n e sa n db r o u g h te c o l o g i c a lw a t e ru s eo f w e t l a n di n t ob a s i nw a t e rr e s o u r c e sa l l o c a t i o n t h ec o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) d u et oc l i m a t ec h a n g ea n dh u m a na c t i v i t i e s ，t h ef r e q u e n c yo fd r o u g h to c c u r s i nw e t l a n d si n c r e a s e i ta l t e r e dh y d r o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sf i r s t ，t h e ni n f l u e n c e d v e g e t a t i o na n de c o s y s t e mo fw e t l a n d ，l e a dt ot h er e d u c i n go fw a t e rl e v e l ，w a t e ra r e a ， b i o d i v e r s i t ya n db i o m a s s a tl a s t ，i tc h a n g e dl a n d s c a p eo fw e t l a n d ( 2 ) d r o u g h tr e s u l t e di n t h er e d u c i n go fg r o w t hr a t e ，n e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ， s t o m a t a lc o n d u c t a n c e ，t r a n s p i r a t i o nr a t ea n db i o m a s so fr e e da n dt y p h a a st ot h e w a t e ru s ee f f i c i e n c y , i tb e c a m eh i g h e s ta to n ed r o u g h ts c e n e 。w h e nt h ew a t e rc o n t e n t e x c e e d e do rb e l o wt h i ss t a n d a r d ，w a t e ru s ee f f i c i e n c yo fr e e da n dt y p h aw o u l d d e c r e a s e t h ea d a p t a b i l i t yt od r o u g h to fr e e dw a sh i g h e rt h a nt h a to ft y p h a a n dt h e a d a p t i v et h r e s h o l do fr e e da n dt y p h aw e r ea ts e r i o u sd r o u g h ts c e n e ( s o i lw a t e rc o n t e n t 2 0 3 0 ) a n dm o d e r a t ed r o u g h ts c e n e ( s o i lw a t e rc o n t e n t3 0 4 0 ) ，r e s p e c t i v e l y s a m e a st h ea d a p t a b i l i t y , t h er e c o v e r yc a p a b i l i t yo fr e e dw a sh i g h e rt h a nt y p h a + a n dt h e y b o t hs h o w e dt h eh i g h e s tr e c o v e r yc a p a b i l i t ya tm o d e r a t ed r o u g h ts c e n e ( 3 ) b a s e do nt h ef u n c t i o n a lo r i e n t a t i o no fb a i y a n g d i a nw e t l a n da n dt h es t u d i e s i np r e v i o u sc h a p t e r s ，w ep u tf o r w a r dt h ep r o t e c t e do b j e c ta n dt h r e s h o l do ft h ew e t l a n d ， t h e yw e r e ：o b j e c ti nm i l dd r o u g h t - - aw a t e rl e v e ls t a n d a r da t7 6 1 m ；o b j e c ti n m o d e r a t ed r o u 曲卜嚏w a t e rl e v e ls t a n d a r da t7 0 8 m ；o b j e c ti ns e r i o u sd r o t l 曲t _ 一a w a t e rl e v e ls t a n d a r da t6 91m ；o b j e c ti nm e g ad r o u g h t 穗w a t e rl e v e ls t a n d a r da t 6 。8 8 m a c c o r d i n gt o t h ep r o t e c t e do b j e c t s w ec o u l dc a l c u l a t et h er a t eo fw a t e r m a k e u pa td i f f e r e n td r o u g h ts c e n e sa n dd i f f e r e n tp e r i o d ，a n dp r o p o s et h ei n t e g r a t e d r e g u l a t i o nm e a s u r e si nb a i y a n g d i a nw e t l a n d 。 w a n gq i n g ( e n v i r o m e n t a ls c i e n c e ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o ry a nd e n g h u a x 置yw o r d s ：b a i y a n g d i a nw e t l a n d ；w e t l a n dd r o u g h t ；e c o h y d r o l o g y ；a d a p t i v e m e c h a n i s i m ；i n t e g r a t e dr e g u l a t i o n 目录 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景、毽酶与意义l 1 1 1 研究背景1 1 1 2 研究目的与意义2 l2 国内外研究进展2 1 2 1 湿地生态水文研究进展2 1 2 2 干旱对湿地生态水文的影响6 l 。2 。3 湿地生态系统对于旱的自我恢复麓力。9 1 2 4 存在问题暨未来关键研究主题1 0 1 3 研究内容与技术路线1o 1 3 1 研究蠹容 0 1 3 2 技术路线1 2 1 4 拟解决的关键科学闯题及创新点。】3 第二章干旱对湿地影响及综合调控理论与技术框架1 4 2 1 流域干旱对湿地生态系统的整体影响机制1 4 2 2 淡水湖泊湿地干旱评价技术体系1 5 2 1 1 基于水平衡麴湿地干旱漆涵1 5 2 1 2 白洋淀干旱指数内涵及简介16 2 3 湿地适应干旱的关键技术l8 2 3 1 室内控制实验l8 2 3 2 野外观测实验2 0 2 4 本章小结2 l 第三章自洋淀湿地概况及主要生态环境闯题2 3 3 1 白洋淀流域基本情况2 3 3 2 自洋淀湿地水资源量及开发剩耀现状。2 8 3 3 白洋淀湿地生态状况2 8 3 3 1 植被组成2 9 3 3 2 鱼类组成3 9 3 3 3 浮游生物及大型底栖动物组成3 0 3 3 4 鸟类组成3l 3 。4 白洋淀湿地主要生态环境问题。3 2 3 4 1 生态用水被挤占、干淀频繁3 2 3 4 2 生态用地被挤占、水域淤积3 2 3 4 。3 环境污染3 3 3 5 本章小结3 3 第四章白洋淀湿地干旱演变及评价3 4 4 自洋淀湿地干旱演变。3 4 4 2 干旱情景下囱洋淀湿地生态水文特征演变3 5 4 。2 1 湿地水文特征演变3 5 4 。2 2 湿地生态特征演变3 9 强录 4 1 3 自洋淀澎地干旱评价4 4 4 3 1 典型时段干旱评价4 4 4 3 2 年尺度干旱评价4 7 4 3 3 自洋淀湿地干旱指数与s p i 、z 指数的比较及应用4 7 4 4 本章小结4 8 第五章自洋淀湿地对干旱的适应机理5 0 5 。l 典型湿地植被对干旱能适应枧理。5 0 5 1 1 芦苇对干旱的适应机制5 0 5 1 。2 香蒲对干旱的适应机理5 4 5 。2 芦苇和香蒲对干旱的适应阙值5 8 5 3 不同干旱情景下典型湿地植被的恢复能力6 0 5 3 1 不同干旱情景下芦苇的恢复能力6 0 5 。3 2 不同干旱情景下香蒲舱恢复麓力6 2 5 3 3 不同干旱情景下典型湿地植被的恢复能力评价6 5 5 4 干旱对湿地植物种群的影响6 8 5 5 本章蠢、结6 9 第六章干旱情景下白洋淀湿地综合调控7 l 6 。l 自洋淀湿地功能定位。7 l 6 2 干旱情景下湿地的保护嚣标及阙值。7 l 6 3 不同干旱情景下湿地的补水量7 5 6 4 干旱情景下湿地综合调控措旌与应对策略7 5 6 4 1 湿地生态用水调控措施7 5 6 4 2 湿地生态用地调控措施7 6 6 。5 本章小结。7 6 第七章结论与展望7 8 7 1 结论7 8 7 2 展望7 9 参考文献。8 l 论文和参加科研情况8 9 致谢9 l 第一章绪论 1 1 研究背景、目的与意义 第一章绪论弟一早三百v 匕 1 1 1 研究背景 在气候变化和人类活动的影响下，作为极端水文气候事件之一的干旱事件呈 现出频发、广发、并发、连发态势，其影响的范围、程度逐渐增大。随着全球气 候变暖加剧，湿地生态系统遭受干旱的频率也在增加【l 】。水文过程及水动力条件 是湿地演变的关键驱动因子。湿地水文和水动力过程受到流域水循环的影响。在 自然营力驱动下，干旱具有固有重现期；但是在人为气候变化、下垫面条件变化 和水资源开发等综合影响下，干旱的发生频度、范围和强度也发生了深刻变化， 导致流域水循环过程发生演变，进而影响到湿地水文过程。干旱情景下湿地水量 亏缺和水分条件的改变，影响湿地生物和生境条件，并危及到湿地系统的生态健 康【2 j 。因此，结合湿地生态水文相互作用机制，明晰干旱对湿地生态演变的影响 机制，提出干旱背景下湿地的综合维系策略，已成为湿地保护领域的关键问题之 白洋淀位于河北省中部，是我国北方最具典型和代表性的湖泊和草本沼泽湿 地。该湿地是华北地区最大的天然淡水湖泊湿地和重要的生态功能区，对于华北 地区气候调节、洪水调蓄和区域生态环境维持具有重要意义。近年来，在气候变 化和人类活动双重影响下，a 洋淀湿地生态系统呈明显退化趋势，湿地干旱次数 增加。2 0 世纪8 0 年代，曾连续出现了5 年干淀现象，危及到白洋淀湿地的健康维 系。气候干旱是白洋淀生态系统退化的背景条件，而上游水库的截流、水利工程 的建设及水资源的开发利用等自然、人为因素的耦合作用，加速了白洋淀生态系 统退化的进程。学术界对白洋淀的生态环境保护问题进行了大量研究，主要集中 在湿地周边地区和流域的生态环境变化或水量、水质方面，对白洋淀湿地生态水 文作用机制的研究尚待深入，尤其是对干旱情景下湿地生态水文特征演变及湿地 对干旱的适应研究鲜有报道。在气候变化和人类活动的耦合作用下，白洋淀湿地 遭遇干旱的风险增加，应对干旱的能力下降，自身的脆弱性加速了生态系统退化 的进程。近几年，虽采取了上游补水及跨流域调水等工作，在一定程度上缓解了 白洋淀湿地的干旱问题，但缺乏湿地干旱机理的认识及科学合理的水资源调度措 施，湿地保护问题依然严峻。因此，确定干旱情景下白洋淀湿地的保护目标及阈 值，协调干旱期间生产、生活、生态用水，对湿地干旱采取合理的补水措施是实 现流域社会经济和湿地资源可持续利用的关键问题之一。 第一章鳞论 l 。i 2 研究盈韵与意义 ( 1 ) 研究目的 本文主要探讨干旱背景下湿地的保护的问题，需要解决三个核心阀题：什 么样的干旱会对湿地产生影响? 对湿地产生何种影响? 通过何种途径对湿 地进行保护? 针对上述三个问题，首先需要对对湿地产生影响的干旱进行界定，这需要考 虑历史于旱事件以及湿地的生态水文特征的演变规律，找出它们之间的联系，从 焉界定什么样的于旱会对湿地产生影响；进褥通过室内实验和野外观测来揭示干 旱对湿地产生的影响；在此基础上确定湿地的保护目标及阂值，对湿地进行调控。 ( 2 ) 研究意义 由于干旱背景下湿地生态水文相关研究较少，本研究从理论、方法和应用方 面都具有一定价值及意义，即：进一步完善干旱( 水文极值事件) 条件下湿地 的生态水文理论；提出了基于滚水湖泊澎地水平衡的湿邈干旱内涵，提出了澎 地干旱的识别和评价方法，丰富了干旱研究的范围及内容；通过研究典型湿地 楗物退水与享 水演变机理，揭示干旱对湿地生态系统的影响及湿地生态系统的适 应性机制，为湿地干旱研究提供了新思路；以白洋淀湿地为实证研究，提出了 基于湿地功能定位的保护目标和闽值，为不同干旱情景下湿地的保护和补水提供 决策和管理依据，为将干旱情景下的湿地生态用水纳入流域整体水资源配置提供 了技术支持。 1 2 国内外研究进展 结合本文的研究主题，将从湿地生态水文、干旱对湿地生态水文影响、干翠 情景下湿地的恢复能力等三个方面，对国内外的相关研究进行述评，并明晰其存 在的闻题及未来的研究重点和关键问题。 1 2 1 湿地生态水文研究进展 生态水文学是水文学和生态学的交叉学科 3 , 4 1 。水文特征变量的作用方式和 强度深刻影响了生物结构及其活动；另一方面，生物结构可以调节生物活动，生 物活动反过来影响水文过程。早期的生态水文学( e c o h y d r o l o g y ) 源于湿地生态 系统管理和恢复的研究【5 1 。国外对湿地生态水文相互作用机制的研究较早。 i n g r a m q 在1 9 8 7 年首次提出了生态水文学这一概念，并对苏格兰泥炭地的生态 水文过程进行了研究。那时候是用来描述湿地生态系统中水与植被的关系，仅为 湿地研究丽杜撰的。随焉，b r a g g 聪等模拟了苏格兰一个泥炭湿地熬生态水文过 程；h e n s e l l 8 j 等研究了天然湿地的生态水文过程；j a n s e n t 9 1 等研究了平坦湿地的生 态水文过程，露时试图采用模型的方法来研究生态水文过程。 2 第一誊绪论 生态水文过程是指水文过程与生物动力过程之间的功能关系，是揭示生态格 局和生态过程变化的生态水文机理的关键【l 们。湿地生态水文过程主要包括生态 过程和水文过程及其相互作用，其中生物过程是生态过程的基础【1 1 1 ；水文过程主 要包括湿地水循环新涉及的相关要素过程l 猃l 。生态过程与水文过程之间相夏影 响，具有双向反馈作用。根据水分行为，生态水文过程可分为生态水文物理过程、 化学过程及其生态效应，其研究内容主要涉及湿地水文情势分析与枫理、水文过 程的参数特征和边际效j 煦、湿地水文循环和湿地水量平衡等【t o , t 2 。从生态系统层 次来看，湿地生态水文过程体现在4 个层次上，即个体过程、种群过程、群薄过 程及生态系统过程；其中，个体过程，也即生物与水分的关系，是研究的基础和 核心内容【1 3 】。 湿地生态水文相互作用机制是本研究豹理论基础，干旱情景下湿地的生态水 文特征是在低水位、低水量的极值条件下，湿地生态系统对其的适应及反馈。 ( 1 ) 湿遂水文过程 湿地水文过程直接控制着湿地生态系统的形成和演化【1 2 】，控制着许多生态 学格筠和生态过程，特别是控制了基本的植被分布格局l 豫l ，因而是湿地分类麴 重要标志。湿地的水文特征是气候条件和下垫面条件综合作用的体现，是湿地出 入水量、湿地地形地貌和地下水条件之间平衡的结果f 1 4 j 。 漱地水文过程包括湿地植被降水截嫠、蒸散发、径流和地下水等过程( 图 1 一1 ) 。一直以来，植物与水分的关系都是生态水文学家研究的重点f 1 6 1 。因此，对 于湿地水文过程来说，植被截留和蒸散发过程是湿地生态水文研究的重要内容。 圈i - i 典型湿地水循环过程示意图 f i g 1 1t y p i c a lw a t e rc y c l ei nw e t l a n d 大气中的降水首先降落到植被冠层，并在向下输移的过程中被重新分配，分 3 第一章绪论 配过程的每个环节都伴随着液态水的损失和气态水的生成与发散1 1 7 j 。植被对降 水的截流损失受植被的类型、结构特征、密度、枯枝落叶层和降水形式以及时空 分布等多方面的影响【1 8 1 。d u b 6 等在加拿大魁北克沼泽湿地研究发现，该湿地 乔木截留量约占降雨量的3 5 - - - - 4 1 。p o o k 等【2 0 】发现当降雨较小且不超过植被 树冠储水容量时，植被的截流率较高；降雨持续时间较长时，植被树冠的水分蒸 发损失控制着植被的截流率。 湿地蒸散发是水分损失的重要途径之一，蒸散发作为湿地生态系统的重要水 文特征直接影响到湿地的物质和能量循环。湿地蒸发散包括湿地水一土壤植被表 面的蒸发过程和湿地植被的蒸腾过程，其中湿地植被表面的蒸发过程是湿地植被 截流过程的延续1 | 。 湿地地下水与表层水和大气水之间的联系和交换过程是湿地系统水循环过 程的重要环节之一，直接关系到湿地系统的水量平衡。地下水与湿地存在非常复 杂的关系，是湿地的重要水源之一1 2 2 j 。湿地地下水过程研究主要是揭示湿地基 质的水文过程，即湿地基质中的水平流和垂直流过程，这些过程受控于湿地基质 的水文地质特性，如基质结构、水力梯度、水力传导系数等的影响，同时受降雨、 地下水抽取等其他水文和水力过程的影响幽j 。 ( 2 ) 湿地生态过程 湿地生态系统生态过程主要是指湿地的发生与发展过程，主要包括湿地生物 过程( 有机物的生产) 、化学过程( 营养物质循环：指大量和微量生命必需元素) 和物理过程( 能量流动) ，其中生物过程是基础1 2 引。 湿地生态系统中，由于土壤、植被一年中的大部分时间都被水淹，这对分解 过程有着重要影响，同时也决定了净初级生产的有机质分解速度阈值，大于这个 阈值时，有机质积累。分解和净生产过程之间的平衡，决定着湿地生态系统中有 机质是否积累及其积剥1 。r e a d e r 2 4 1 通过对禾本科几种湿地禾草生物量的分析， 发现生物量能反映它们之间的竞争关系。m o r c a u 等 2 5 1 通过n o a a 气象卫星的近 红外波段对安第斯山两种湿地草类不同阶段的地上生物量和地上净初级生产力 进行了时空评价。在国内，主要研究了芦苇、海三棱草群落、芦苇群落、芦苇 互花米草群落等植被的地上部分生物量及测算方法1 2 嵋。 对于植物各不同组织营养成分的季节性变化研究多集中于叶子，叶子中养 分含量的变化最为敏感，但对其它部分的研究则较少2 6 ，2 7 1 。s c o t t 2 8 】在研究贫营 养土壤植被的演替动态过程中，发现土壤中氮的转移和分配同植被的演替有关。 t i l m a n 等【2 9 啦! 研究了草场植被演替与氮的竞争的动态关系。闫芊等【3 3 】研究了长 江口东滩潮滩植物群落各演替阶段优势种的生物量与氮含量的季节变化以及演 替过程中的空间变化格局。 ( 3 ) 生态水文相互作用过程 4 第一章绪论 在湿地生态水文过程研究中，通常以水文过程对禧被的影响为主。水循环特 征对湿地，尤其是植被的特定作用主要体现在以下几个方面：水文条件控制着植 被的组成丰富度；澎地初级生产力因流水环境和水文周期的节律波动两提高，因 静水状况而降低；水文过程影响了湿地初级生产力的增加或有桃物的分解与输出， 从而控制了湿地有机物的累积：水文条件对营养物质的循环和可利用性具有显著 的影响瞄】。水文过程控京l 着生态系统内营养物、污染物、矿物质和有机质等的 运移和转化，水质的恶化、水位变化和水化学特征及其变化影响着植物的群落结 构、动态、分布和演替。因此，可以逶过调整水文过程来控制植被动态瓣联。 湿地的水文过程改变了湿地的环境理化性质，制约着植物种子的萌发和生长， 从而影响到湿地生态系统植物群落的分布及其生产量群的稳定性、物种多样性和 群落的演替1 3 引。土壤水分梯度变化影响着植物群落，物种多样性及生态型，并 表现出一定的适应对策1 3 6 1 。g l a s e r 等1 3 7 j 通过对美国明忍苏达州北部同一个水文 景观内碱沼和高位沼泽两个不同湿地类型的对比研究表鹎，植被对水化学梯度很 敏感，水化学梯度( 主要是p h 值和c a 含量) 对植被群落演替具有重要的作用。 孟宪民等泌l 的研究结果表明，湿地水文具有显著的周期特征，不同高程植被带 的淹水频率、淹水历时和淹水周期都有明显差异，由此控制着湿地植被分布，呈 现显著的带状特征。不同的瀑地水文情势及其变化影响裂湿地中已定屠植物稀存 活的类型和数量，以及新植物种的入侵，从而制约着湿地植被物种组成和多样性。 通常，湿地水文动态变化及其开放程度可能是潜在初级生产力豹一个最重要 的决定因素1 2 2 1 。地表水位波动对植被组成和槭被边界都有重要的作用，植物的 多度受到水深、物种传播速度、植物扩散过程等影响。许多研究表明，死水或持 续深水环境的湿地生产力较低，丽水流缓慢或易受泛滥河流影响的湿地生产力较 高1 2 2 1 。水位波动大，木本植物一般难以生长，而湿草甸长势很好，水位长期波 动焉，在高潮期植物种贫乏，低潮期禳物种丰富。b f i g g s 等1 3 9 1 发现，在季节性干 燥区域，植物的生物量往往比常年淹没区域的生物量高。 在生态系统中，植被，特别是大型维管束植物，是水文过程主要的影响因素。 它们往往直接与水文过程发生作用，或者本身就是水文过程进行的基本载体，进 而对湿地水文过程具有重要的反馈控制作用。内于湿地植物的茎和叶可以减缓水 流，从而可以促进泥沙等颗粒物的沉积，两沉淀物和有机物会阻碍水流，最终减 少湿地的淹没程度和洪水频率。植物根系和地下茎的生长又可以增加沉积物的稳 定性，在洪水来临时期保持流积物和防止其它物质流失，为土壤有机物质和水生 有机物质提供来源。同时由于湿地土壤特殊的水文物理性质，使湿地成为天然的 蓄水库，对河川径流起到重要的调节作用1 4 们。植被的叶匿积指数、植被覆盖度 影响着水文过程中的蒸发蒸腾和植被截留过程等；植被的枯落物通过改变下垫面 条件以及地表糙度等参数影响水文过程要素的再分配【2 l j 。 第一章绪论 1 2 2 干旱对湿地生态水文的影响 关于干旱对湿地生态影响的研究很少，大多是调查研究，研究内容主要涉及 了植被、永生动物及水质方面洋期