全世界泥炭地面积超过400万平方公里,碳储量达480Gt,占世界土壤碳库的三分之一以上,超过大气碳含量的一半,在减缓全球气候变化中发挥着重要作用,对全球大气碳的调节作用也有着深远的影响。水文动态影响着泥炭地的碳储存和通量变化,能加剧或减缓陆地的碳释放,而气候变化和人为干扰则能改变泥炭地的生态水文过程。已有研究显现,全球泥炭地目前已由净碳汇向净碳源转化。北半球高纬度地区泥炭地（Northern Peatland）对环境变化的干扰更加敏感。本文以中国东北地区典型山地泥炭地为研究对象,依据11个监测点、连续8年和427次降雨过程的湿地水位动态观测,以及野外多次调查获得的流域和泥炭地自然属性数据,应用MIKE SHE构建了耦合地表-地下水、包含边界水文环境的泥炭地生态水文模型;根据模拟结果核算了流域子系统间水分通量及子系统间的水力联系,揭示边界水文环境对泥炭地水文动态的影响;在分析泥炭地水文特征的基础上,建立了“水位盈亏指数”对泥炭地健康状况进行诊断并揭示健康受损的原因。本研究得到主要结果如下:1.研究区泥炭地水文情势特征:泥炭地水位年际变化与年降雨量呈正相关,且具有一定时滞性,水文情势受上一年降雨影响明显;连续枯水年水位波动幅度增大,连续丰、平水年发生后波动幅度明显收窄,表明充足的降雨对于维持“雨养型”泥炭地水位及其稳定性具有非常重要的作用;连续枯水年后的丰水年,水位难以在当年恢复到平水年水平;年内水位波动幅度受无雨期长度和降雨强度影响明显,泥炭地内部不同区域水位因微地形等环境不同而具有显著异质性;年内水位峰值均出现在降雨量最大的月份,湿地水位随月降雨量的增加而上升,随降雨量减少而下降,但“雨热”不同期则会加重湿地干旱的水文情势。研究表明,水位动态与泥炭地植被、微地形、土壤结构等因素密切相关,人为干扰和边界环境条件也是影响水位状况所不可忽视的重要因素。上述多因素共同作用导致泥炭地内部出现不同健康状况的斑块,并影响着群落的演替趋势。2.本研究应用MIKE SHE构建了耦合地表-地下水、包含边界水文环境的泥炭地生态系统水文模型,通过泥炭地-流域双尺度模拟的研究方法,解决了孤立研究非闭合性水文单元与实际情况差异大的难题。以90 m栅格的流域模型为泥炭地确定水文边界条件,以30 m栅格对泥炭地内水文进行模拟,有效地反映了泥炭地内部斑块间的异质性,并赋予模型参数明确的生态学意义。泥炭地多点水位模拟结果拟合度均达到0.75以上,结果可信度较高,较准确和客观地表达了研究区地表—地下水分运动的连续性和水文动态的时空异质性。模拟结果提供了详细的水文过程数据,边界水分通量计算结果表明,研究区内的农业活动对泥炭地流域尺度水文环境已造成明显的负面影响,严重干扰了森林、河流等自然生态系统与泥炭地之间的水文联系,泥炭地与集水区间的大部分水力联系已被人为阻断;受人工河床影响,河流水位长期低于地表,河水无法漫过河堤向泥炭地补给水分;泥炭地水分以地表坡面流和地下饱和区侧向流的形式向河流单向输出。集水区汇水在非冰期（5月到10月）占泥炭地总补给水量的1/3,而在雨季（7月到9月）不足1/5,降雨时主要水源,据此水文过程定量结果可以得出目前泥炭地为“雨养型”的结论。研究还表明,研究区无冰期（5月到10月）蒸散发量为2.4mm/d,耗水量超过总补给量的1/2,夏季蒸散发量为3.3mm/d,占总补给量约2/3,向大气输送水量超过陆地边界输出的水量。边界环境恶化使泥炭地的补水来源大幅减少,地表水文过程活跃程度下降,调蓄水资源功能减弱;另外无雨期持续“释水”加剧了泥炭地临近河流区域的干旱胁迫程度。3.泥炭地旱化水文预测结果显示,泥炭分解造成水文过程极为显著的变化,是导致水文生态服务功能衰减的根本原因。研究表明,当泥炭容重增加至0.5g/cm³,泥炭地产流形式将由蓄满产流为主转变为超渗产流为主,地表坡面流（排入河流+陆地边界溢出）增幅超过50%,泥炭地存蓄水量减少40%左右。可利用水量下降不仅导致泥炭地对水量时空配置能力的减弱、调蓄功能下降,同时还因潜水位降低而造成湿生环境恶化和生物群落变化,进而又促进泥炭的分解,形成“水位下降-泥炭分解”的正反馈调节机制,加速泥炭地干旱。泥炭地旱化不仅会导致水文服务功能衰减,水位下降与泥炭分解的正反馈作用还会促进泥炭地由碳汇向碳源的转变,这一过程通常不可逆,防止泥炭分解对维持泥炭地结构和功能的完整性极为重要,是泥炭地生态系统管理和维护的重要目标。4.本研究依据泥炭地水位时空变异特征,构建了以水位盈亏平衡时间(T_BEP)和水位盈亏平衡指数(TBE_index)为主要指标的泥炭地生态系统健康诊断法,用依据干旱胁迫下负反馈调节的响应能力判断健康状况。结果表明该方法一致性好、客观性强、结果明确,适用于对泥炭地健康状况的长期监测,也可依据健康诊断结果判断泥炭地由碳汇向碳源转变的趋势;另外该方法不仅适用于相同气候区域,也适用于不同气候区域泥炭地之间的健康比较。TBE_index反映干旱胁迫程度,正值表示维持湿生环境的能力较强,健康状况良好;负值反之,绝对值越大水位亏缺的时间越长,维持水位的能力越差,反映系统受到干旱胁迫的程度越严重,健康状况越差;利用该方法与气候、地貌、植被、土壤和人为干扰等因素结合,对泥炭地进行健康诊断的结果显示,研究区泥炭地内不同斑块的健康状况差异明显,呈现出退化、受损、亚健康和健康四种类型。其中,东部斑块(TBE_index=-0.325)和南部斑块(TBE_index=-0.182)处于退化状态,北部斑块(TBE_index=-0.150)处于健康受损状态,中北部斑块(TBE_index=-0.059～0.017)处于亚健康状态,西南斑块(TBE_index=-0.196)处于健康状态。5.维持湿生环境对泥炭地的存续至关重要,是防止泥炭分解、保持组织结构完整性,提高生态系统恢复力和维持生态系统健康的关键,其机制主要依赖于抑制泥炭分解和抑制蒸散发的两个负反馈调节功能。健康诊断结果表明,（1）健康受损斑块的泥炭地具有泥炭土壤容重高、生物量和郁闭度高、受侧向流排水影响大等特点,系统抑制泥炭分解和蒸散发的负反馈调节功能下降或失效是导致泥炭地生态系统稳定性下降、恢复力变弱的重要原因;（2）剧烈变动的湿生环境,协同破坏泥炭属性的正反馈调节机制,会导致泥炭地持续向干旱化方向发展;（3）已处于退化状态的斑块负反馈调节机制已基本失效,向着持续恶化的趋势发展;（4）健康受损斑块的灌木林向泥炭地中心侵入的趋势明显,面积在逐渐扩张;（5）研究区泥炭地目前大部分区域仍处于健康或亚健康的状态,但未来气候变化将可能导致亚健康斑块转变为健康受损斑块,积极的人为干扰能够增强亚健康斑块的负反馈调节机制和系统弹性,有助于对抗气候变化带来的负面影响,因此该类对气候变化敏感的斑块未来发展趋势主要取决于生态系统管理策略及保护措施的实施力度。研究区泥炭地健康状况恶化的趋势表明,仅仅依靠目前采取的“围栏管护”方式已不足以保护或恢复该泥炭地生态系统的健康,而应从流域水文学的角度,恢复集水区不同生态系统的水力联系,减少农业生产对湿地需水量的利用强度。保持湿地水位的正常波动幅度,保持正常湿生环境,重构系统的负反馈调节机制,增强弹性和抵抗干扰的恢复力,是该泥炭地生态系统管理需要实施的关键举措。