三江平原土地利用变化对露水凝结的影响研究

【摘要】：露水是湿地、农田生态系统重要的水分输入项，露水凝结量及水质对湿地植物和农田作物生长有重要影响。近60年来，三江平原经历了大规模的湿地垦殖过程，农田已成为主要的景观类型。下垫面的剧烈变化对露水凝结过程、露水水质及露水水汽来源的影响程度尚不清楚。本研究选择三江平原典型沼泽湿地（季节积水、常年积水）及农田（旱田、水田）为研究对象，监测了露水在植株表面的凝结情况，辨析了影响露水形成的主要因子，阐明了土地利用方式变化对露水量、露水水质及露水水汽来源的影响，得出以下结论： 1）三江平原湿地和农田生态系统日落1.5小时后露水开始在植株上凝结，至次日凌晨日出前0.5小时时停止，生长季露水日凝结历时约6～8小时。 2）8月份露水凝结量最大，露水量与夜间相对湿度、露点温度、水汽压呈正相关，与风速呈负相关。露水凝结最适宜的条件是风速在2.0m/s左右、水汽压高于9hpa、相对湿度在90%-95%、露点温度高于6℃。 3）旱田作物植株表面露水凝结强度略低于沼泽湿地与水田。沼泽和农田生态系统冠层露水强度大于近地表层。水田植株上露水凝结量最多，年露水凝结量在30mm左右，为湿地和旱田露水量的2～3倍。 4）常年积水沼泽露水的pH为6.42±0.23，未监测到酸露现象；露水中金属元素种类丰富，K含量为29531μg/L，Ag、Th、U、Be和Tl的含量低于0.03μg/L；露水中的K、Ca、Na、Mg、Mn、Fe和Zn浓度远高于当地雨水，露水为湿地植物生长提供了丰富的营养元素和微量元素；露水中金属主要来源于地表积水和大气干沉降。露水中Pb、Ba、Se、As、Co、Cr和Cu等微量元素含量极低，研究区环境空气质量良好。 5）农田露水pH在5.36～7.00，均值为6.36，总体偏酸性。相比雨水，露水为作物提供了更多的有效态N、P。水田露水中NO_3~--N含量显著高于NH_4~+-N(P0.05)。露水是水稻重要的N、P输入源，7～9月通过露水凝结输入水田的NH_4~+-N，NO_3~--N和PO_4~(3-)-P量分别为0.10，0.22和0.04kg/hm~2，高于叶面肥输入的有效态N、P量。 6）应用稳定同位素方法，发现雨季水田露水中约30%的水分来自于水稻蒸腾和作物吐水，约70%来源于空气中水汽和田面水蒸发的水汽；湿地露水主要来源于地表积水蒸发的水汽。露水与雨水中氢氧同位素组成与含量变化同步，利用露水同位素信息可反映降雨水汽的来源。 7）沼泽开垦为旱田后，露水量接近，旱田改为水田后露水量大幅度上升。LAI是影响生态系统露水量的关键因素。水田露水N、P含量低于湿地露水。水田与湿地露水水汽来源主体均为地表积水蒸发水汽。