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鄱阳湖是中国第一大淡水湖,水位在流域五河和长江的共同影响下,呈现高度动态的季节变化。鄱阳湖湿地是全国重要湿地,对维护周围地区生态平衡起着巨大的作用。但近年来在全球气候变化及人类活动的综合影响下,鄱阳湖出现频繁的干旱事件,连续的低枯水位威胁着当地植被生态环境的健康和稳定。因此,研究鄱阳湖湿地水分传输过程、阐明优势种的水分利用方式对区域湿地生态系统保护具有重要的理论意义。
本研究以鄱阳湖典型湿地芦苇群落为研究对象,首先运用土壤水分垂向运移数值模型HYDRUS-1D,模拟了湿地水分在土壤-植被-大气系统(SPAC)界面的传输过程,分析了SPAC系统不同界面水分通量的季节变化特征。然后借助氢氧稳定同位素示踪技术,从坡面尺度上阐明了鄱阳湖湿地各类水源(降水、地下水、河水、湖水、土壤水)的转化关系,并进一步揭示了湿地植物种芦苇的水分利用规律。主要研究结果如下:
(1)2018年鄱阳湖湿地芦苇群落根系层土壤水分主要补给来源为降水入渗和根系层以下深层土壤水分的向上补给。年降雨入渗总量为1023mm,主要集中在3-6月,占年总量的52.7%。根系层水分向上补给量为801mm,主要集中在6-8月,占年总补给量的67%。根系层土壤水分主要排泄方式为蒸散发和渗漏,蒸腾总量为1273mm,土面蒸发为140mm,根系层水分的年深层渗漏总量为457mm。
(2)湿地土壤水分补排过程受湖泊水情季节性变化影响显著,丰水期(6-8月)以深层土壤水向上补给为主,占总补给量的63%,枯(12-2月)、涨(3-5月)、退(9-11月)水期均以降水补给为主,占58%~77%。枯、涨、丰、退水期均以植物蒸腾为主要排泄方式(42%~77%)。
(3)2018年研究区大气降水线方程为δD=7.68δ18O+8.33(n=33,R2=0.94),湿地土壤水蒸发线方程为δD=6.75δ18O+5.27(n=69,R2=0.86)。涨水期湖水受降水和河水的共同补给,湿地地下水受到前期降水累积作用的影响以及前一年汛期河水的补给。丰水期湿地地下水、湖水、土壤水存在密切的水力联系,各层土壤水交换频繁,湿地地下水接受湖水和流域入湖河水的共同补给,河水受降水和壤中流、区域地下径流的补给。退水期湿地地下水向河道排泄,河水接受地下水的补给。三个时期的湿地深层土壤水均受到地下水毛细上升水的向上补给。
(4)典型湿地植物芦苇主要利用0-80cm不同深度的土壤水和地下水,且能够在不同水源间灵活转换。生长初期4-5月,主要利用0-40cm浅层土壤水,利用率59.7%~75.6%。丰水期6月,主要利用60-80cm深层土壤水和地下水,利用率分别为32.1%、33.1%,8月份主要吸收利用表层0-15cm的土壤水和地下水,总利用比例为84%。秋季9、10月,芦苇吸收水分比较均匀,9月份各层利用率的范围为16.4%~25.9%,10月份各层利用率的范围为10.5%~23.7%。
本研究以鄱阳湖典型湿地芦苇群落为研究对象,首先运用土壤水分垂向运移数值模型HYDRUS-1D,模拟了湿地水分在土壤-植被-大气系统(SPAC)界面的传输过程,分析了SPAC系统不同界面水分通量的季节变化特征。然后借助氢氧稳定同位素示踪技术,从坡面尺度上阐明了鄱阳湖湿地各类水源(降水、地下水、河水、湖水、土壤水)的转化关系,并进一步揭示了湿地植物种芦苇的水分利用规律。主要研究结果如下:
(1)2018年鄱阳湖湿地芦苇群落根系层土壤水分主要补给来源为降水入渗和根系层以下深层土壤水分的向上补给。年降雨入渗总量为1023mm,主要集中在3-6月,占年总量的52.7%。根系层水分向上补给量为801mm,主要集中在6-8月,占年总补给量的67%。根系层土壤水分主要排泄方式为蒸散发和渗漏,蒸腾总量为1273mm,土面蒸发为140mm,根系层水分的年深层渗漏总量为457mm。
(2)湿地土壤水分补排过程受湖泊水情季节性变化影响显著,丰水期(6-8月)以深层土壤水向上补给为主,占总补给量的63%,枯(12-2月)、涨(3-5月)、退(9-11月)水期均以降水补给为主,占58%~77%。枯、涨、丰、退水期均以植物蒸腾为主要排泄方式(42%~77%)。
(3)2018年研究区大气降水线方程为δD=7.68δ18O+8.33(n=33,R2=0.94),湿地土壤水蒸发线方程为δD=6.75δ18O+5.27(n=69,R2=0.86)。涨水期湖水受降水和河水的共同补给,湿地地下水受到前期降水累积作用的影响以及前一年汛期河水的补给。丰水期湿地地下水、湖水、土壤水存在密切的水力联系,各层土壤水交换频繁,湿地地下水接受湖水和流域入湖河水的共同补给,河水受降水和壤中流、区域地下径流的补给。退水期湿地地下水向河道排泄,河水接受地下水的补给。三个时期的湿地深层土壤水均受到地下水毛细上升水的向上补给。
(4)典型湿地植物芦苇主要利用0-80cm不同深度的土壤水和地下水,且能够在不同水源间灵活转换。生长初期4-5月,主要利用0-40cm浅层土壤水,利用率59.7%~75.6%。丰水期6月,主要利用60-80cm深层土壤水和地下水,利用率分别为32.1%、33.1%,8月份主要吸收利用表层0-15cm的土壤水和地下水,总利用比例为84%。秋季9、10月,芦苇吸收水分比较均匀,9月份各层利用率的范围为16.4%~25.9%,10月份各层利用率的范围为10.5%~23.7%。