湿地是陆地生态系统的重要组成部分,它是由水陆相互作用而形成的具有特殊功能的自然综合体,对于维系生物的生存和发展有着重要意义。在气候变化和人类活动的影响下,研究湿地的生态水文过程对湿地的保护和修复具有重要意义,已成为当前国际科学研究热点问题。鄱阳湖是我国第一大淡水湖和国际重要湿地。近年来,由于高强度人类活动和长江水位受三峡水库蓄水等因素的影响,鄱阳湖出现了低水位提前并持续时间延长、湿地退化和生物多样性锐减等现象,引起了社会的广泛关注。研究鄱阳湖湿地的生态水文过程对鄱阳湖湿地的保护具有重要意义,已成为国家当前重大需求。本文以鄱阳湖国家级自然保护区湿地为研究对象,针对鄱阳湖湿地生态水文过程的机理,采用稳定同位素技术和计算机模拟的方法对湿地的生态水文过程进行研究。主要研究内容和成果如下:(1)利用氢氧稳定同位素对湿地水循环过程进行研究不同季节中,由湿地降水、土壤水、地下水、河湖水和植被茎干水组成的序列中δD和δ18O具有显著的线性关系,该线性相关关系的坡度和截距随植被生长节律逐渐增大。在干旱季节,湿地地下水能有效补给深层土壤水,甚至表层土壤水。地下水对土壤水的补给可能通过两个途径实现。首先,在水势梯度的影响下,地下水能通过毛细上升作用对土壤水进行补给;其次,地下水的水汽扩散作用也会补给土壤水。在干旱季节中,地下水在补给土壤水的同时,也会通过侧向流补给湖水。降水主要以活塞流的形式对土壤水和地下水进行补给。由干季向雨季转换的过程中,随着降水的增多,降水对地下水的补给显著增加,使得湿地地下水水位不断上升,随着降水的进一步增加,地下水逐渐接近或出露地表;同时鄱阳湖水位也逐渐上升,但在整个过程中湿地地下水位始终高于鄱阳湖水位。土壤水运动过程会影响植被水分利用模式。在水分充足的情况,植被优先利用表层土壤水。在干旱季节中,湿地植被主要利用表层土壤水作为生长水源,在表层土壤水不足的情况下,深层土壤水和地下水也能成为植被生长水源。在雨季中,大部分湿地植被主要利用降水或表层土壤水作为生长水源,对根系埋深较大并能接触到地下水的植被则主要以地下水为主要水源。(2)利用稳定碳同位素对湿地植被和土壤中碳循环过程进行研究植被叶片δ13C在干旱季节显著大于湿润季节。在不同生长季中,C3和C4植被叶片δ13C之间存在显著差异,且同种光合类型植被之间也存在显著差异。除了 C4植被和C3挺水植被外,在不同的C3植物之间,湿润季节中苔草的δ13C最大且具有最大的水分利用效率。而在干旱季节中,虉草的δ13C和水分利用效率显著大于其他植被。湿地植被δ13c随环境因子(温度、可利用水量和营养物质)的变化而变化,其中C3植物对环境因子的变化比较敏感,而C4植物对环境因子的变化并不敏感。与大量研究结果不同的是,C4植物δ13C和水分利用效率随可利用水量的增加而减小。土壤有机质δ13C具有时空变化特征,且显著受C3和C4植物相对丰度的影响。不同植被在土壤有机质中所占比例的空间差异能够用于研究某一生长季中不同区域C3或C4植被的相对丰度,而时间差异则能被用于探索某一区域不同生长季之间C3或C4植物的交替演化规律。(3)利用稳定氮同位素对湿地植被和土壤中氮循环过程进行研究不同生长季中,大部分C3植被的叶片δ15N大于C4植被。在不同季节之间,干季中大部分植被叶片的δ15N大于湿润季节。湿地植被(C3和C4植被)的δ15N随δ13C而变化的过程并不明显。与湿地植被显著不同,土壤δ15N与δ13C在不同季节里均存在显著负相关关系。环境因子与植被叶片δ15N不存在显著相关关系,但植被叶片δ15N与土壤δ15具有显著相关性,表明环境因子通过影响土壤氮素变化和氮同位素分馏,间接影响植被叶片δ15N。尽管环境因子对生态系统的氮循环具有显著影响,但植被生理过程(氮利用形式)也是氮循环的重要因素。不同季节中,植被叶片较土壤贫乏15N,该差异能用于研究生态系统氮循环开度,且在研究区干季中氮循环开度大于湿润季节。植被叶片δ15N与土壤氮素变化过程紧密相关,且植被叶片δ15N的变化比较稳定,能够准确纪录土壤氮素转化信息。因此植被叶片δ15N能够作为陆地生态系统氮循环的指示性因子。(4)构建了鄱阳湖湿地典型断面生态水文模型本章通过构建的鄱阳湖湿地典型断面生态水文模型,对典型断面的生态水文过程进行模拟试验研究,试验结果能客观反映湿地的生态水文相互作用机制。