鄱阳湖典型洲滩湿地土壤界面水分通量对复合水情的响应机制研究

The water level changes of the highly dynamic Poyang lake cause the seasonal inundation of its typical lake wetland. In view of the soil water cycles and nutrient transport play important roles in regulating the whole wetland system,this study will select three study sites with significantly different wetland water regimes. These three study sites will represent the wet area,seasonal inundation area and exposure area, respectively.The integrated system based on the field observations of meteorological variables,land surface evapotranspiration, soil water moisture, groundwater level and lake water level will be established to distinguish the influencing factors and main factor of the soil water hydrology. At the same time, the stable isotopes and hydrochemical analyses will be used to study the origin of soil water and their seasonal dynamic distributions. The combination of in-situ monitoring data, soil water budget and H/O mass balance approaches will be employed to calculate and distinguish the fluxes of soil water components in responses to the complex water regimes of the wetland. This study will reveal the soil water cycles and response mechanisms. The outcomes will provide the theoretical fundation for exploring the nutrient transport pathways in the Poyang lake wetland, thereby helping to develop the interface interactions of soil water, wetland hydrological processes and water resources management.

鄱阳湖高度动态的水位变化导致湿地系统呈现多因素综合影响的复合水情特征,鉴于湿地土壤水分的迁移转化过程对整个湿地系统有着动态调节作用,本研究在鄱阳湖典型洲滩选取3个具有不同水情特征的湿地土壤样点,分别表征常年湿润区、季节性水淹区和常年暴露区。建立以土壤水文要素为核心的气象-地表蒸散-土壤水-地下水-湖水定点监测系统，基于统计模型来辨析湿地土壤水分的影响因素与主控因子，并结合稳定环境同位素与水文地球化学离子示踪技术来综合论证水文情势作用下土壤水分来源与其季节性动态分配。通过野外定点监测、土壤水量和氢氧稳定同位素质量守恒模型的有效结合来模拟计算与定量区分湖泊湿地土壤界面水分通量，进而阐明土壤水循环过程及其主要界面的水分通量对湿地复合水情驱动的响应机制。本研究有助于丰富与发展湿地土壤水分界面作用机制、湖泊湿地水循环过程以及湿地水资源保护等方面，也可为湿地营养盐输移研究提供理论依据。

土壤在湿地“气候-植被-地表水-土壤水-地下水”系统界面迁移转化过程中起重要枢纽作用，同时也对湿地系统水循环进程有动态调节功能。本项目以鄱阳湖复合水情作用下典型湿地土壤水文过程动态性、复杂性为背景，开展气象-土壤水-地下水-湖水多要素长期监测，分析土壤水文要素季节特征与影响因素，采用稳定环境同位素等示踪手段来研究水情影响下土壤水分来源与动态分配，基于土壤水分运移模型估算土壤关键界面水分通量变化，揭示其对湿地复合水情的响应机制。. 项目构建了典型洲滩湿地“气象-植被-地表水-土壤水-地下水”联合监测断面，获取了近3年的气象要素、植被生长指标、地表水深、土壤含水量及地下水位高频数据集，分析了这些关键要素的季节性特征及其影响因素。数据显示，洲滩湿地年降水量约1746 mm，年内气温变化约-5 ℃-36 ℃，地下水位年变幅由地表以下10 m至地表以上淹水深度近2 m。重点阐明了土壤水分的动态响应规律，发现了降雨和地下水位对土壤含水量具有重要影响，典型样点土壤含水量变化值介于10%-50%。实验得出，洲滩湿地由砂粒、粉砂和淤泥3种土壤类型组成，饱和含水率约43%-50%，残余含水率近10%-15%，同时获取了不同土壤类型水分特征曲线的关键参数。同位素示踪表明，洲滩湿地大气降水线为δ2H=8.4δ18O+14。降雨δ2H值变化范围约-90‰-30‰，δ18O变化范围为-14‰-3‰。湖水和地下水的稳定同位素值变化较为接近，δ2H值变化幅度小于1‰，δ18O变化范围为-10‰--2‰。推断而言，土壤水主要来自湖水和降水补给，降水是湖水和地下水的主要来源，湖水和地下水存在水力交换。模拟计算表明，大气-土壤界面水分通量主要为土壤蒸发量，年蒸发量约144-201 mm，夏季最大蒸发量为30 mm，冬季蒸发量约小于10 mm；土壤-地下水界面通量主要发生在蒸散发作用强烈和地下水埋深较浅条件下，以垂向向上补给为主，向下通量主要发生在强降雨季节，均受湖水位波动而影响。 . 本研究成果在丰富与发展湿地土壤界面水分传输与转化机制、湿地生态水文学理论与方法、湖泊湿地水循环过程、湿地水资源可持续发展等方面具有重要的理论价值和科学意义。