湿地冷湿效应的水热响应研究进展

湿地冷湿效应的水热响应研究进展

1湿地环境特征湿地是重要的自然资源，是由水和土壤相互作用形成的独特生态系统。它位于水和土壤之间，有三个基本特征：过度湿润、季节性或长期池塘、生长或栖息地中的水生动植物和土壤。湿地因具有巨大的环境功能和环境效益,被誉为“地球之肾”。湿地是水循环的重要环节,常被优选为地球表层各圈层相互作用和时空变化的研究基地;湿地又是受人类活动影响最强、历史最悠久的地区之一,湿地研究能够揭示人类在诱发资源与环境变化中的作用,并从自然和人文两方面评价这些变化的社会后效,探索社会、经济与资源环境协调发展的途径。随着人口增长、经济快速发展和人民生活需求日益提高,湿地的开发利用强度越来越大,各种湿地资源得不到正常的休养生息,功能和效益下降。冷湿效应是湿地的累积环境效应之一。由于湿地长期或季节性积水,水热容量大,消耗太阳能多,地表增温困难;同时强烈蒸发导致近地层空气湿度增加,气候较周边地区冷湿。研究湿地的冷湿效应有助于从水热角度来进一步揭示沼泽湿地的生态环境效应,为湿地的保护及合理利用提供依据。2一般试验与研究方法2.1实验场生态设计试验区位于三江平原沼泽湿地生态试验站的试验场内。三江平原位于黑龙江省东北部,主要由黑龙江、松花江、乌苏里江汇流冲积而形成的低平原,总面积为10.98×104hm2,是我国沼泽湿地最典型的分布区之一,也是我国淡水沼泽湿地最大的集中、连片分布区之一。沼泽湿地生态实验场面积为100hm2,覆盖有9m左右的粘土和亚粘土层,透水性很差,因此发育了各种沼泽湿地和沼泽化草甸湿地。该区属大陆性季风气候,年均温1.9℃,年降水量600mm左右,无霜期为120～125d。实验场内的植被类型主要有毛果苔草(Carexlasiocarpa),漂筏苔草(Carexpseudocuraica),狭叶甜茅(Glyceriaspiculosa),小叶章(Calamagrostisangustifolia)等,土壤类型主要有沼泽土、沼泽化草甸土、白浆土等。实验场内的植被类型和土壤类型在三江平原均具有典型性和代表性,可以说是三江平原各种典型类型湿地的一个缩影。本项研究选择小叶章湿地,毛果苔草湿地,漂筏苔草湿地以及周围的农田进行,3种湿地类型都有不同深度的积水。2.2织物中地温和温度的测定分别于2002年6月中旬和9月中旬上午9:00左右测定。不同高度气温和湿度的测定选用阿斯曼表,测定不同下垫面在20,40,60,100,150cm高度气温和湿度的变化情况;地温的测定选用直管地温计,分别测定不同下垫面5,10,15,20,30,40cm的地温。测试期间内天气状况良好,晴天,少云。3空气温度和湿度。据表1,直接作用于湿地冷湿效应是通过湿地与周围环境之间的水分和能量交换来实现的,其直接效应使其上空或周围附近地带上空空气的温度下降,湿度增加,降低地温。湿地冷湿效应具有一定的空间影响范围,形成局部冷湿场。3.1农田近地面温度变异规律以往的研究已经证明(刘兴土,1988),三江平原湿地具有气温低、温差小、湿度大为特点的小气候表现。通过测定发现,不同类型湿地及周围区域,其近地面气温和湿度明显不同。近地面气温的变化,主要取决于辐射平衡、地面温度与湍流交换强度。湿地因地表积水或土壤过湿,加上湿地植被削弱太阳辐射,白天地面增温缓慢,因而气温比农田低;夜间,虽然湿地地面温度有时高于农田,但由于气温受植被本身冷辐射的影响,仍比农田要低。同一时间测定的结果表明(见表1),农田近地面(20～150cm)平均温度要比湿地平均温度高出1～2℃;变异系数湿地要比农田高,但总体来看,近地面温度变异并不大。从图1A可以看出,近地面温度变化的基本趋势是农田>小叶章湿地>毛果苔草湿地>漂筏苔草湿地,主要是由植被类型和积水深度不同造成的;另外越靠近地面,温度差异越大,远离地面差异变小。这主要是由于湿地水分蒸发造成的降温和近地面空气湍流交换造成的。3.2农田空气湿度大,比湿地更下垫面水分的蒸散发是大气水汽的主要来源,蒸散量由地面蒸发和植物蒸腾两部分组成,因此蒸散量的大小主要由下垫面的水分条件和植被特征所决定。由于湿地处于长期或季节性积水地带,植被生长繁茂,水分的蒸散和植被使得湿地上空及其周边空气湿度较大,温度较低。测定结果表明(表1),农田近地面(20～150cm)平均湿度要比湿地平均湿度低7%～19%;变异系数农田要比湿地高一些。由于三江平原所处地理纬度较高,气候寒冷,植被的生长期一般从5月初到9月底。通过6月份和9月的测定,发现9月份近地面空气湿度远远小于6月空气湿度。6月份漂筏苔草湿地空气湿度可以达到95%,而9月份只有60%～70%,相差25%～30%,这主要与湿地地面积水深度和植被状况有关。9月份植被大都进入枯黄期,叶片已枯死或凋落,只有茎部还保留部分绿色;同时8月份的雨季已过,9月份积水深度比6月份要浅。从图1B可看出,近地面湿度变化的基本趋势是农田<小叶章湿地<毛果苔草湿地<漂筏苔草湿地,且随着高度增加,湿度减小。3.3湿地对地温的影响测定结果表明,湿地与农田地温存在差异,且不同类型湿地地温不同,其中农田地温>小叶章地温>毛果苔草地温>漂筏苔草地温(见图1C和图1D)。从6月份平均地温来看,农田地温平均值高出小叶章湿地4℃之多,高出漂筏苔草湿地近5℃,表明湿地的制冷作用很明显,6月份,无论是湿地还是农田,随着深度的增加,地温下降也是很明显。从地温垂直分异来看,漂筏苔草>毛果苔草>小叶章>农田(见表2),漂筏苔草地温垂直分异达到33.71%;农田地温水平分异以20cm深度为最大,基本趋势是距离湿地越远,地温越高。9月份由于突然降温(降温幅度达到8℃左右),湿地和农田地温出现反常现象,即随着深度加深,地温反而升高,但基本趋势(农田地温>小叶章湿地地温>毛果苔草湿地地温>漂筏苔草湿地地温)是不变的(见图1D)。4湿地冷湿效应(1)湿地冷湿效应的形成过程主要与湿地的蒸散作用和冷辐射作用相关,而蒸散强度和冷辐射强度主要取决于下垫面的温度、水分条件和植被类型,所以湿地冷湿效应与湿地植被及其积水深度密切相关。湿地由于长期或季节性积水,水分要远大于农田;而漂筏苔草湿地水分又大于小叶章湿地,毛果苔草湿地介于二者之间。从温度来看,一般漂筏苔草<毛果苔草<小叶章<农田。冷湿效应以漂筏苔草湿地最大,其次为毛果苔草湿地,小叶章湿地最小。(2)不同下垫面近地面气温和湿度变化不同,但总体趋势是一致的,即随着高度增加,温度升高,湿度降低。从气温和地温来看,农田>小叶章湿地>毛果苔草湿地>漂筏苔草湿地;从湿度来看正好相反,即农田<小叶章湿地<毛果苔草湿地<漂筏苔草湿地。(3)通过6月份和9月份两次测定,地温变化趋势明显不同。6月份随着深度增加,地温逐渐下降;9月份随着深度增加,地温逐渐上升,这主要与不同季节太阳辐射强度有关。6月份下垫面温度处于上升趋势,地表接收太阳辐射较多,升温快;9月份温度处于下降趋势,地表降温较地下快,所以不