第三章-湿地的生态水文过程

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。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。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？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：•该方程式表明湿地的直接地面径流量与降水量的体积（P×Aw）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。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，影响湿地的寿命。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。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5.地下水与地表水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•湿地水文周期•湿地水量平衡•湿地水量平衡的要素•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。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。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。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。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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。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。•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•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。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。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。