濕地冷濕效應(yīng)的水熱響應(yīng)研究進(jìn)展

1濕地環(huán)境特征濕地是重要的自然資源，是由水和土壤相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)。它位于水和土壤之間，有三個(gè)基本特征：過(guò)度濕潤(rùn)、季節(jié)性或長(zhǎng)期池塘、生長(zhǎng)或棲息地中的水生動(dòng)植物和土壤。濕地因具有巨大的環(huán)境功能和環(huán)境效益,被譽(yù)為“地球之腎”。濕地是水循環(huán)的重要環(huán)節(jié),常被優(yōu)選為地球表層各圈層相互作用和時(shí)空變化的研究基地;濕地又是受人類活動(dòng)影響最強(qiáng)、歷史最悠久的地區(qū)之一,濕地研究能夠揭示人類在誘發(fā)資源與環(huán)境變化中的作用,并從自然和人文兩方面評(píng)價(jià)這些變化的社會(huì)后效,探索社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的途徑。隨著人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活需求日益提高,濕地的開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度越來(lái)越大,各種濕地資源得不到正常的休養(yǎng)生息,功能和效益下降。冷濕效應(yīng)是濕地的累積環(huán)境效應(yīng)之一。由于濕地長(zhǎng)期或季節(jié)性積水,水熱容量大,消耗太陽(yáng)能多,地表增溫困難;同時(shí)強(qiáng)烈蒸發(fā)導(dǎo)致近地層空氣濕度增加,氣候較周邊地區(qū)冷濕。研究濕地的冷濕效應(yīng)有助于從水熱角度來(lái)進(jìn)一步揭示沼澤濕地的生態(tài)環(huán)境效應(yīng),為濕地的保護(hù)及合理利用提供依據(jù)。2一般試驗(yàn)與研究方法2.1實(shí)驗(yàn)場(chǎng)生態(tài)設(shè)計(jì)試驗(yàn)區(qū)位于三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站的試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)。三江平原位于黑龍江省東北部,主要由黑龍江、松花江、烏蘇里江匯流沖積而形成的低平原,總面積為10.98×104hm2,是我國(guó)沼澤濕地最典型的分布區(qū)之一,也是我國(guó)淡水沼澤濕地最大的集中、連片分布區(qū)之一。沼澤濕地生態(tài)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)面積為100hm2,覆蓋有9m左右的粘土和亞粘土層,透水性很差,因此發(fā)育了各種沼澤濕地和沼澤化草甸濕地。該區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候,年均溫1.9℃,年降水量600mm左右,無(wú)霜期為120～125d。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的植被類型主要有毛果苔草(Carexlasiocarpa),漂筏苔草(Carexpseudocuraica),狹葉甜茅(Glyceriaspiculosa),小葉章(Calamagrostisangustifolia)等,土壤類型主要有沼澤土、沼澤化草甸土、白漿土等。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)的植被類型和土壤類型在三江平原均具有典型性和代表性,可以說(shuō)是三江平原各種典型類型濕地的一個(gè)縮影。本項(xiàng)研究選擇小葉章濕地,毛果苔草濕地,漂筏苔草濕地以及周圍的農(nóng)田進(jìn)行,3種濕地類型都有不同深度的積水。2.2織物中地溫和溫度的測(cè)定分別于2002年6月中旬和9月中旬上午9:00左右測(cè)定。不同高度氣溫和濕度的測(cè)定選用阿斯曼表,測(cè)定不同下墊面在20,40,60,100,150cm高度氣溫和濕度的變化情況;地溫的測(cè)定選用直管地溫計(jì),分別測(cè)定不同下墊面5,10,15,20,30,40cm的地溫。測(cè)試期間內(nèi)天氣狀況良好,晴天,少云。3空氣溫度和濕度。據(jù)表1,直接作用于濕地冷濕效應(yīng)是通過(guò)濕地與周圍環(huán)境之間的水分和能量交換來(lái)實(shí)現(xiàn)的,其直接效應(yīng)使其上空或周圍附近地帶上空空氣的溫度下降,濕度增加,降低地溫。濕地冷濕效應(yīng)具有一定的空間影響范圍,形成局部冷濕場(chǎng)。3.1農(nóng)田近地面溫度變異規(guī)律以往的研究已經(jīng)證明(劉興土,1988),三江平原濕地具有氣溫低、溫差小、濕度大為特點(diǎn)的小氣候表現(xiàn)。通過(guò)測(cè)定發(fā)現(xiàn),不同類型濕地及周圍區(qū)域,其近地面氣溫和濕度明顯不同。近地面氣溫的變化,主要取決于輻射平衡、地面溫度與湍流交換強(qiáng)度。濕地因地表積水或土壤過(guò)濕,加上濕地植被削弱太陽(yáng)輻射,白天地面增溫緩慢,因而氣溫比農(nóng)田低;夜間,雖然濕地地面溫度有時(shí)高于農(nóng)田,但由于氣溫受植被本身冷輻射的影響,仍比農(nóng)田要低。同一時(shí)間測(cè)定的結(jié)果表明(見(jiàn)表1),農(nóng)田近地面(20～150cm)平均溫度要比濕地平均溫度高出1～2℃;變異系數(shù)濕地要比農(nóng)田高,但總體來(lái)看,近地面溫度變異并不大。從圖1A可以看出,近地面溫度變化的基本趨勢(shì)是農(nóng)田>小葉章濕地>毛果苔草濕地>漂筏苔草濕地,主要是由植被類型和積水深度不同造成的;另外越靠近地面,溫度差異越大,遠(yuǎn)離地面差異變小。這主要是由于濕地水分蒸發(fā)造成的降溫和近地面空氣湍流交換造成的。3.2農(nóng)田空氣濕度大,比濕地更下墊面水分的蒸散發(fā)是大氣水汽的主要來(lái)源,蒸散量由地面蒸發(fā)和植物蒸騰兩部分組成,因此蒸散量的大小主要由下墊面的水分條件和植被特征所決定。由于濕地處于長(zhǎng)期或季節(jié)性積水地帶,植被生長(zhǎng)繁茂,水分的蒸散和植被使得濕地上空及其周邊空氣濕度較大,溫度較低。測(cè)定結(jié)果表明(表1),農(nóng)田近地面(20～150cm)平均濕度要比濕地平均濕度低7%～19%;變異系數(shù)農(nóng)田要比濕地高一些。由于三江平原所處地理緯度較高,氣候寒冷,植被的生長(zhǎng)期一般從5月初到9月底。通過(guò)6月份和9月的測(cè)定,發(fā)現(xiàn)9月份近地面空氣濕度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于6月空氣濕度。6月份漂筏苔草濕地空氣濕度可以達(dá)到95%,而9月份只有60%～70%,相差25%～30%,這主要與濕地地面積水深度和植被狀況有關(guān)。9月份植被大都進(jìn)入枯黃期,葉片已枯死或凋落,只有莖部還保留部分綠色;同時(shí)8月份的雨季已過(guò),9月份積水深度比6月份要淺。從圖1B可看出,近地面濕度變化的基本趨勢(shì)是農(nóng)田<小葉章濕地<毛果苔草濕地<漂筏苔草濕地,且隨著高度增加,濕度減小。3.3濕地對(duì)地溫的影響測(cè)定結(jié)果表明,濕地與農(nóng)田地溫存在差異,且不同類型濕地地溫不同,其中農(nóng)田地溫>小葉章地溫>毛果苔草地溫>漂筏苔草地溫(見(jiàn)圖1C和圖1D)。從6月份平均地溫來(lái)看,農(nóng)田地溫平均值高出小葉章濕地4℃之多,高出漂筏苔草濕地近5℃,表明濕地的制冷作用很明顯,6月份,無(wú)論是濕地還是農(nóng)田,隨著深度的增加,地溫下降也是很明顯。從地溫垂直分異來(lái)看,漂筏苔草>毛果苔草>小葉章>農(nóng)田(見(jiàn)表2),漂筏苔草地溫垂直分異達(dá)到33.71%;農(nóng)田地溫水平分異以20cm深度為最大,基本趨勢(shì)是距離濕地越遠(yuǎn),地溫越高。9月份由于突然降溫(降溫幅度達(dá)到8℃左右),濕地和農(nóng)田地溫出現(xiàn)反常現(xiàn)象,即隨著深度加深,地溫反而升高,但基本趨勢(shì)(農(nóng)田地溫>小葉章濕地地溫>毛果苔草濕地地溫>漂筏苔草濕地地溫)是不變的(見(jiàn)圖1D)。4濕地冷濕效應(yīng)(1)濕地冷濕效應(yīng)的形成過(guò)程主要與濕地的蒸散作用和冷輻射作用相關(guān),而蒸散強(qiáng)度和冷輻射強(qiáng)度主要取決于下墊面的溫度、水分條件和植被類型,所以濕地冷濕效應(yīng)與濕地植被及其積水深度密切相關(guān)。濕地由于長(zhǎng)期或季節(jié)性積水,水分要遠(yuǎn)大于農(nóng)田;而漂筏苔草濕地水分又大于小葉章濕地,毛果苔草濕地介于二者之間。從溫度來(lái)看,一般漂筏苔草<毛果苔草<小葉章<農(nóng)田。冷濕效應(yīng)以漂筏苔草濕地最大,其次為毛果苔草濕地,小葉章濕地最小。(2)不同下墊面近地面氣溫和濕度變化不同,但總體趨勢(shì)是一致的,即隨著高度增加,溫度升高,濕度降低。從氣溫和地溫來(lái)看,農(nóng)田>小葉章濕地>毛果苔草濕地>漂筏苔草濕地;從濕度來(lái)看正好相反,即農(nóng)田<小葉章濕地<毛果苔草濕地<漂筏苔草濕地。(3)通過(guò)6月份和9月份兩次測(cè)定,地溫變化趨勢(shì)明顯不同。6月份隨著深度增加,地溫逐漸下降;9月份隨著深度增加,地溫逐漸上升,這主要與不同季節(jié)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度有關(guān)。6月份下墊面溫度處于上升趨勢(shì),地表接收太陽(yáng)輻射較多,升溫快;9月份溫度處于下降趨勢(shì),地表降溫較地下快,所以不