鄱阳湖典型洲滩湿地生态水文过程研究

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水文过程不仅直接影响着湿地植被的生长和分布,也间接控制着湿地土壤的理化过程,是决定湿地生态系统健康、维持物种多样性的最重要的环境驱动力。鄱阳湖湿地是长江中下游典型的通江湖泊湿地,进入21世纪以来,在全球气候变化和人类活动的共同影响下,鄱阳湖干旱事件频发并日趋严重,水文情势发生了显著的改变,严重威胁到湿地植被生态系统的稳定。因此,揭示湿地关键水文过程及其与植被的关系对湿地系统保护具有重要意义。  论文以鄱阳湖吴城国家自然保护区的一个典型洲滩湿地断面为研究区,建立了气象-水文-土壤-植被多要素联合观测系统,同时结合野外原位实验、室内实验、统计模型分析和数值模拟等方法,分析了典型湿地水土环境因子的时空变化规律及其与植被群落特征空间分布的关系,揭示了湿地地下水-土壤-植被-大气(Groundwater-Soil-Plant-Atmosphere)系统界面水分交换规律,探求了不同水文情景对洲滩湿地植被群落水分补给来源和蒸腾用水的影响。主要得到以下结论:  (1)洲滩湿地地下水存在明显的季节变化,年内变幅约10m,最大埋深出现在1月可达10 m,最高水位出现在8月可出露地面,不同植被群落埋深为:茵陈蒿>芦苇>灰化薹草,地下水位的季节变化与湖水位高度一致,湖水是洲滩湿地地下水的主要驱动因子。茵陈蒿群落土壤含水量存在明显季节变化(2%-55%),在强降水和地下水浅埋期可达饱和,其它季节平均低于15%,而芦苇群落土壤含水量常年基本维持在40%以上,对降水无明显响应。茵陈蒿群落的土壤含水量最低且季节性变异最大,芦苇群落的含水量最高且季节性变异最小,灰化薹草群落居中。  (2)植被生物量和多样性指数与环境因子的相关分析表明,高养分土壤环境促进生物量积累,但不影响物种丰富度;未淹水、高土壤水分且低变异性的生境下物种更丰富。典范对应分析发现影响植被群落空间结构的因素排序为:水文要素>pH>土壤养分,其中生长季平均地下水埋深(WTDave)为最重要影响因素。地上、地下生物量沿WTDave的分布均满足高斯模型,最大值分别出现在0.8m和0.5m,Shannon-Wiener指数和物种丰富度指数沿WTDave呈双峰分布,最大值分别出现在2.2m和2.4 m处。  (3)茵陈蒿、芦苇和灰化薹草群落的年蒸散量分别为554-671、1110-1210和715-783mm。在植被生长初期(4-6月),降水能保证植被按潜在蒸腾速率耗水,在生长旺季(7-10月),降水不能满足植被需水,植被蒸腾受其它补给水源的影响。高水位2012年生长旺季,地下水最大可提供茵陈蒿蒸腾的全部水分,湖水和地下水对芦苇蒸腾的贡献率达97%,而低水位2013年,地下水对茵陈蒿蒸腾用水的贡献仅6%,对芦苇的贡献率为79%。湖水和地下水的补给量直接决定了茵陈蒿和芦苇生长旺季的蒸腾量,2012年植被实际蒸腾基本等于潜在蒸腾,而2013年仅占55%。灰化薹草群落秋季蒸腾均以降水和土壤水储量补给为主。  (4)地下水补给量对茵陈蒿和芦苇群落植被蒸腾的贡献率与地下水埋深均呈负线性关系,生长旺季地下水位每下降1m,贡献率降低25%。湖泊典型丰水年,湿地植被群落生长旺季蒸腾都为潜在速率;平水年,茵陈蒿群落蒸腾总量较丰水年同期下降24%,芦苇和灰化薹草群落仍能保证充足用水;枯水年,茵陈蒿、芦苇和灰化薹草群落蒸腾总量较丰水年同期依次减小34%、42%和35%。茵陈蒿群落丰水年以地下水补给为主,而平、枯水年以降水和土壤水储量补给为主;芦苇群落丰、平、枯水年分别以湖水、湖水和地下水、地下水和降水补给为主;灰化薹草群落各水文年都以降水和土壤水储量补给为主。  (5)1955-1999和2000-2013多年平均湖水位情景模拟结果显示,2000年以后茵陈蒿群落生长旺季实际蒸腾受水分胁迫的起始时间由2000年以前的9月初提前约1个月,导致8-10月总蒸腾量下降了27%。芦苇群落2000年以后蒸腾受限的起始时间由2000年以前的10月初提前了20天,导致9-10月蒸腾总量减少了28%;2000年以前芦苇群落地下水和湖水各占总补给量40%,而2000年以后地下水补给比例上升到55%。2000年以前、以后灰化薹草群落秋季生长期都不受水分限制影响,但2000年以后9-11月的土壤水储量损耗较2000年以前增加了32%,根区土壤明显变干。
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