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黄河三角洲湿地是我国暖温带最完整、最广阔和最年轻的湿地生态系统。自1972年黄河下游出现断流以来,黄河下游来水量逐年下降,水分亏缺使黄河三角洲的湿地面积逐年减少,湿地功能退化,湿地生物多样性降低。在黄河三角洲湿地研究由于水分胁迫造成的生态风险,具有重要的理论和现实意义。
本研究针对黄河三角洲湿地面临的水分胁迫的问题,基于野外试验数据采用马科夫链-蒙特卡洛方法模拟了区域内水分胁迫的分布状况,在明晰水分胁迫与黄河三角洲湿地生物多样性、典型植物生物量及其营养元素吸收率的响应规律的基础上,构建了基于EVR的湿地生态风险评价模型,评价了水分胁迫下黄河三角洲湿地在时空尺度上可能存在的生态风险,评估了生态风险给黄河三角洲湿地生态服务功能可能造成的物质量和价值量损失,并基于生态风险评价的结果研究了黄河三角洲湿地的生态需水和缺水量,最后在模拟地下水位与土壤含水率响应关系的基础上,探讨了黄河三角洲湿地的安全水位,计算了基于安全水位的湿地生态缺水量。得出如下主要结论:
⑴黄河三角洲湿地植物对水分胁迫的响应规律。在本研究基于生物多样性、植物的生物量和土壤及植物中各元素含量,将研究区土壤含水率划分为干旱、水分适度和水分过多三个水分胁迫等级。它们在春季的范围分别为:10%-21%,21%-30%,30%-45%;夏季的范围为:13%-25%,25%-36%,36%-54%;秋季的范围为:10%-22%,22%-32%,32%-46%。研究水分胁迫等级与湿地植物的响应关系,发现生物多样性指数在水分适度时达到最高;芦苇、柽柳和盐地碱蓬的相对健康状态分别为水分过多状态、缺水状态和水分适度状态
⑵基于生态系统风险价值(Ecological value at risk,EVR)的水分胁迫下黄河三角洲湿地生态风险研究。研究采用基于EVR的生态风险评价模型对黄河三角洲湿地三个季节的生态风险进行了评价。将黄河三角洲湿地分为高、中、低三个风险等级。高风险等级的区域面积在春季达到最大,占总面积的28.46%,主要位于黄河北岸靠近渤海的带状区域。夏季和秋季的高风险区的面积相对于春季分别减少了11.56 km2和20.08 km2。夏季和秋季的低生态风险等级的区域面积较大,均超过湿地总面积的50%,表明夏秋两季的综合风险等级相对于春季有所降低。不过夏秋两季高风险等级的损失值远远大于春季。设置干旱、湿润和极湿润三个水分胁迫情景,评价了黄河三角洲湿地的生态风险在不同情景下的变化。结果表明干旱情景下湿地高风险区域的面积在三种情景下面积都为最大,主要分布在黄河北岸靠近渤海的大片带状区域。极湿润情景的最大特点是中等风险等级的区域在三种情景条件下面积最大,且春季的高风险区域的面积最小,表明在植物萌发的时期,水分条件对植物生长有重要影响,水分条件越好,出现高风险的概率越低。湿润情景下,低风险等级的区域面积最大,表明湿润情景下黄河三角洲湿地的生态风险整体等级较低。对比三种情景下八个评价指标的损失值,湿润情景下生物多样性指数、生物量以及氮磷钾的吸收率等多个指标大于其它情景,反映出湿润情景下,黄河三角洲湿地生态系统面临的风险等级低,风险损失小,较适合湿地生态系统的孕育和发展。
⑶基于生态风险评价的黄河三角洲湿地生态服务功能价值损失评估。采用生态服务功能价值评估的方法对黄河三角洲湿地生态服务功能的现状和在不同水分胁迫情景下可能遭受的损失进行评估。结果显示黄河三角洲湿地目前生态服务功能价值总量为3.68亿元/a,干旱情景下总价值量损失最大,在95%的置信水平下达到3.60亿元/a,极湿润情景下价值损失为2.78,湿润情景下价值损失最小,为2.06亿元/a。表明黄河三角洲湿地发生二十年一遇的水分生态风险时,湿润情景下发生生态风险将会比干旱情景下发生风险生态服务功能价值损失少1.54亿元/a。
⑷基于生态风险评价的黄河三角洲湿地生态需水量计算。基于湿地生态风险评价的结果,计算得到黄河三角洲湿地的最小,适宜和最大生态需水量分别为5.04亿m3,6.15亿m3和7.26亿m3。建立研究区土壤、植物、大气系统土壤水动力学模型,研究发现地下水埋深为1m,1.25m和3m是黄河三角洲湿地生态系统的安全水位、敏感水位和警戒水位。并且计算了春夏秋三个季节,基于生态风险评价和不同水位下的黄河三角洲湿地生态缺水。