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生态过程对水文过程的响应关系是河口生态需水研究的核心问题,相关研究主要集中在不同生物过程对水文过程的响应关系方面,相应提出的生态需水方法难以保证生态系统整体平衡和健康。基于此,本研究选取生态系统综合功能的指标--净生态系统生产力(NEP)为关键生态指标,选取黄河口入海河道以及与之相连的淡水湿地作为两类典型研究区,利用开放水体溶氧曲线法估算黄河口NEP,重点探讨了黄河口淡水湿地水体NEP和黄河口入海河道水体NEP对水文过程的响应关系及其关键影响因素,并构建了黄河口入海河道水体NEP对淡水输入的响应关系模型。为进一步分析河口生态系统整体平衡目标下的生态需水研究奠定基础,并为定量化评价淡水入流短缺对河口生态系统可能造成的负面影响等提供科学支持。
选取人工补水作为典型水文过程,通过分析补水过程中黄河口五万亩和十万亩两类不同植被类型的淡水湿地水环境要素和NEP的变化,揭示NEP对人工补水的响应过程。由于植被类型和水深的差异,人工补水过程中两类淡水湿地水体的GPP、ER表现出不同的变化趋势。五万亩淡水湿地水体的GPP呈急剧减少的趋势(从54.9 mg02L-1d-1减少至5.2mg02L-1d-1),ER也呈减少的趋势,但变化幅度相对较小(从48.42 mgO2L-1d-1减少至27.41mg02L-1d-1),五万亩淡水湿地水体由显著自养变成显著异养(NEP从6.75 mg02L-1d-1减少至-24.64 mg02L-1d-1)。GPP、ER和NEP与水深相关性显著(p<0.001),水深可能是影响五万亩淡水湿地水体NEP的关键因素。在人工补水过程中,十万亩淡水湿地水体也由显著自养变成显著异养(NEP从9.79 mg02L-1d-1到-7.36 mg02L-1d-1),但变化幅度相对较小。而且十万亩淡水湿地水体GPP和ER呈现出先显著减少后又显著增加的变化趋势。水深、浊度以及可溶性无机盐浓度可能是影响GPP的主要因素。温度和有机物的输入可能是影响ER的主要因素。淡水湿地水体NEP对水文过程的变化具有高度的敏感性。NEP对人工补水的响应时间间隔大约在9-10天左右。
黄河口入海河道水体NEP对淡水输入的响应关系结果表明,黄河口入海河道水体NEP均为负值,变化范围为-0.49 mg02L-ld-l~---5.32 mg02L-1d-1,呈显著的异养状态,调水调沙后及丰水期表现出更显著的异养性,这说明该黄河口入海河道是巨大的碳源区,需要大量外界有机物的输入来维持其新陈代谢。黄河口入海河道水体NEP表现出明显的时空差异性,近河口区NEP比远河口区异养程度高,夏季NEP比春季异养程度高。结合各环境因子的变化,分析了NEP与各环境因子的相关性,结果表明,温度、浊度和淡水输入量(FWI)是影响黄河口入海河道水体NEP的关键影响因素。在95%的置信度下,NEP与温度显著相关(p=O.01,R2=0.4383)。对于近河口区,NEP与浊度(p=0.04,R2=0.51)和FWI(p=0.05,R2=0.6542)显著相关,且上河口的浊度变化主要是由流量变化引起的(p<0.001,R2=0.7582)。在淡水占主导的近河口区,NEP可以作为淡水输入响应的关键指标。与国外其它河口研究结果不同,在95%的置信度下,NEP与DIN(p=0.983)、DIP(19=0.712)几乎无相关性。这可能是由黄河口水体高浓度悬沙的特征造成的,受光的限制,浮游植物的初级生产受到抑制,不能充分利用营养盐。水深与NEP相关性不显著(p=0.158),这可能是由于黄河水体浊度较大,光补偿点较浅,而采样水深又较深,使得水深对NEP的影响不显著。由于研究中采样点未能包含河口盐度梯度变化集中区,研究结果未发现NEP与盐度间的相关性(p=0.349)。在此基础上,通过多元线性回归分析建立NEP与温度(T)以及淡水输入量(FWI)间的响应关系模型:NEP=-l.92-0.013T-2.04x10-5FWI。研究成果为进一步分析生态系统整体平衡目标下的生态需水研究提供科学支持。由于受到模型建立条件的限制,该模型适用于黄河口入海河道近河口区,对于极端流量以及低温条件下的应用还有待于进一步研究。