鄱阳湖典型洲滩湿地水分垂向运移过程研究

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湿地水分在土壤-植物-大气界面的运移和转换是维持能量和营养物平衡的重要环节,水分运移是湿地生态水文过程研究的关键。数值模型模拟已成为研究水分运移的重要手段,然而限于复杂的湿地自然条件及有限的监测手段,部分界面水分通量连续动态变化数据的获取及定量化工作较为困难,目前应用数值模拟法于研究湿地水分运移的案例仍不多见。  本文以鄱阳湖典型洲滩湿地为研究区,辨明湿地生态水文要素变化规律的基础上,构建垂向一维数值模型,阐释水文气象条件显著季节性变化下,湿地水分在不同界面的传输过程,量化了湿地水分的补排关系。结果表明:(1)鄱阳湖湿地生态水文要素季节性变化显著,降雨集中在4-6月,占年总量的66.8%;7-8月的大气蒸发能力和植物蒸腾耗水需求明显强于12-2月;秋冬季地下水埋深变化范围为4~8 m,7-8月地下水位接近地表,受鄱阳湖水位驱动;芦苇群落均高和叶面积指数在7-8月达到峰值;土壤含水量为0.30~0.45,受降水-地下水-植物水相互作用的显著影响;(2)湿地出露条件下,根系层土壤水分主要来源为降水入渗和根系层以下深层土壤水的向上补给,年补给量分别为1450 mm和609mm,主要排泄途径为根系层水分渗漏、植物蒸腾和土面蒸发,年排泄量为1053mm、926 mm和176 mm;(3)湿地水分界面运移过程受气候条件、水位波动和植物生长进程季节性变化的共同影响。降雨入渗和根系层水分渗漏集中在雨季4-6月,分别占年总量的65%和73%;土面蒸发和植物蒸腾集中在气候炎热且植物生长旺盛的7-8月,占年总量的30%和47%;根系层以下深层土壤水的向上补给集中在地下水浅埋时段6-8月,占年总量的76%,导致水分补排关系具有季节性差异;(4)随降雨量的增加,降雨入渗、根系层土壤水渗漏和植物蒸腾量增加,根系层以下深层土壤水向上补给减少;低频率高强度的降雨条件更有利于降雨入渗、根系层土壤水渗漏及根系层以下深层土壤水向上补给,但不利于植物蒸腾;湖水位降低,尤其在15.5~17.5 m范围内降低,导致根系层以下深层土壤水补给和实际蒸腾大幅减少,分别减少172 mm和127 mm;日最高气温Tmax增加1℃,根系层以下深层土壤水补给和植物蒸腾分别增加11 mm和9mm,日最低温度Tmin增加1℃,则分别减少2 mm和3mm。  本文定量了湿地水分在大气-土壤、大气-植物、根系层底部界面的连续交换关系,辨析了各界面水分的主要影响因子,研究结果有助于深入理解水分在湿地生态系统土壤-植物-大气界面的相互作用机制,认识湖泊洲滩湿地水量平衡,为揭示水文气象条件变化对湿地生态的可能影响提供依据,为湿地生态水文过程研究提供重要方法和理论参考。
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