湿地生态系统研究及防治退化对策

1、湿地生态系统研究及防治退化对策关键词 湿地 湿地生态系统 湿地生态特征 退化 介绍了湿地的定义、分布、效益及我国湿地的开发, 分析了湿地生态特征的变化和我国湿地生态系统的退化, 指出保护我国湿地生态系统的重要性和紧迫性, 进而讨论了我国退化湿地生态系统评价、监督、防治与恢复重建目标. 湿地占全球自然资源总值的45%, 世界各国把湿地与森林、海洋并称为全球三大生态系统. 湿地独特地连接了地球上的陆地生态系统和海洋生态系统, 从而实现地球生命系统的演替与发展. 它不仅为人类的生产、生活提供多种资源, 如粮食、肉类、鱼类、药材、能源以及多种工业原料, 而且还具有巨大的生态功能和效益, 在抵御洪水、调

2、节径流、蓄洪防旱、降解污染、调节气候等方面有着其他生态系统不可替代的作用, 被誉为/ 地球之肾0. 一、湿地的定义 湿地具有独特的水文、土壤和植被, 但是由于积水湿地和水域的界线及无水湿地与陆地的界线难以确定, 湿地的确切定义至今仍有争议. 1971 年由前苏联、加拿大、澳大利亚、英国等36 国在伊朗拉姆萨尔签署的国际重要湿地条约拉姆萨(Ramsa) 条约即5湿地公约6, 把湿地定义为: / 湿地系指天然或人工、永久或暂时的沼泽地、泥炭地以及水域地带、静止或流动的淡水、半咸水、咸水体, 包括低潮时水深小于6 m 的海域 1 0. 我国学者常用的湿地定义为 2 : 陆地上常年或季节性积水( 水深

3、2 m 以内, 积水4 个月以上) 和过湿的土地, 并与其上生长、栖息的生物种群构成的生态系统. 湿地 3 是土体为淡水或咸水过度湿润了的地区. 地下水常年接近或溢出地表, 或可为其他水体, 诸如河水、湖水、海水所淹没; 与过湿环境相适应, 有喜湿性植物、动物的生长、繁衍、栖息; 在典型的湿地剖面构型中, 可以见到有机残体( 草根层和泥炭) 、腐泥、潜育物等系列特征层的出现. 湿地的概念较多, 但总的来说湿地是以多水( 积水或过湿) 、独特的土壤( 水成土或半水成土) 和适水的生物活动为基本特征的独特景观 4 . 因此对于湿地, 有广义的和狭义的两种定义. 水饱和或淹浅水、水成土和水生植被三者

4、都具备的土地称湿地, 这是狭义的定义. 三者只要有主要是水文条件具备的土地就是湿地, 这是广义的定义. 看来, 只要有周期性淹水和水成土的土地就可以称为湿地. 三个条件都存在的湿地是沼泽. 沼泽只是湿地的一种主要类型, 湿地涉及范围较广 5 , 除了包括沼泽地之外, 还包括沼泽化土地、泥炭地、浅水湖泊、河滩、海岸滩涂、湿草甸、盐沼等常见自然湿地以及稻田、虾田、蟹田等人工湿地 2 . 二、湿地的分布及生物多样性 据统计, 全世界湿地面积约为85 580 万公顷, 占陆地总面积的6. 4% 6 , 我国有湿地的面积约2 500 万公顷, 仅次于加拿大和俄罗斯, 居世界第三位 7 , 占全世界总面积

5、的13%, 是一个湿地面积较多的国家. 中国虽然湿地面积较大, 但人均占有量极低, 地区分布很不均匀, 可利用的资源量并不多. 如我国的湖泊率为0. 95%, 湖泊集中分布于长江中下游平原和青藏高原, 形成东西两大稠密湖群, 其中具有独特生态功能的青藏高原湿地, 通过涵养水源, 孕育了长江、黄河等主要江河; 我国沼泽率为1. 24%, 沼泽主要分布于东北三江平原、大小兴安岭和西部若尔盖高原. 湿地生物多样性最为丰富, 是自然资源的/ 天然物种库0. 以我国湿地为例, 8 湿地哺乳动物有65 种, 约占全国总数的13%; 鸟类有300 种, 占全国总数26%; 爬行类50 种, 占全国总数13%

6、; 两栖类45 种, 占全国总数16%; 鱼类1 040 种, 占全国总数37%和世界淡水鱼总类8%以上. 中国湿地有高等植物1 548 种, 其中有被子植物1 322 种、裸子植物10 种、蕨类植物39 种、苔藓植物167 种. 40 余种国家一类保护的珍稀鸟类约有一半生活在湿地. 东北扎龙和江苏盐城的丹顶鹤、江西鄱阳湖和乐北三江的白鹤、天鹅、湖南洞庭湖地区的白鹳、青海湖# 95 # 自然杂志 24 卷2 期新技术#新方法周围沼泽中的斑头雁、棕头鸥等都是世界闻名的. 三、湿地的效益1. 湿地的生态效益 首先维持生物多样性. 湿地生物多样性 8, 9 是所有湿地生物种类、种内遗传变异和它们生存

7、环境的总称, 包括所有不同种类的动物、植物和微生物, 及其所拥有的基因, 它们与环境所组成的生态系统. 湿地是生物多样性丰富的重要地区和濒危鸟类、迁徙候鸟以及其他野生动物的栖息繁殖地, 依赖湿地生存、繁衍的野生动植物极为丰富, 其中有许多是珍稀特有的物种. 中国是湿地生物多样性最丰富的国家之一, 亚洲有57 种处于濒危状态的鸟, 在中国湿地已发现有31 种; 全世界有鹤类15 种, 中国湿地记录到的鹤类有9 种. 湿地是重要的遗传基因库, 对维持野生物种种群的存续、筛选和改良具有商品意义的物种, 均具有重要意义. 其次, 调蓄洪水, 防止自然灾害. 沼泽是巨大的/ 生物蓄水库0 10 , 由于

8、沼泽土壤特殊的水文物理性质, 它能保持大于其土壤本身重量3 9 倍或更高的蓄水量. 湿地在蓄水、调节河川径流、补给地下水和维持区域水平衡中发挥着重要作用, 是蓄水防洪的天然/ 海绵0. 长江中下游的洞庭湖、鄱阳湖、太湖等许多湖泊曾经发挥着储水功能, 防止了无数次洪涝灾害; 许多水库, 在防洪、抗旱方面发挥了巨大的作用. 此外, 湿地的蒸发在附近区域制造降雨, 使区域气候条件稳定, 具有调节区域气候作用. 再次, 湿地能帮助转化和降解污染物. 随着工农业生产和人类其他活动以及径流等自然过程带来农药、工业污染物、有毒物质进入湿地, 湿地的生物和化学过程可使有毒物质降解和转化, 使当地和下游区域受益

9、. 三江平原的研究表明 11 , 沼泽中的芦苇对污染物质具有吸收、代谢、积累及其对污水净化作用, 对AL、Fe、Ba、cd、Co、B、Cu、Mn、P、Pb、V、Zn 均有富集作用, 一般长势越好, 密度越大, 净化水质的能力越强 12 . 2. 湿地的社会效益 首先, 开展观光与旅游. 中国有许多重要的旅游风景区都分布在湿地区域. 滨海的沙滩、海水是重要的旅游资源, 还有不少湖泊因自然景色壮观秀丽而吸引人们向往, 被开辟为旅游和疗养胜地. 滇池、太湖、洱海、杭州西湖等都是著名的风景区, 除可创造直接的经济效益外, 还具有重要的文化价值. 其次, 开展教育与科研. 湿地生态系统、多样的动植物群落

10、、濒危物种等, 在科研中都有重要地位, 它们为教育和科学研究提供了对象、材料和试验基地. 一些湿地中保留着过去和现在的生物、地理等方面演化进程的信息, 在研究环境演化, 古地理方面有着重要价值. 在美国, 湿地的生态结构、环境效应、动态变化过程监测和湿地保护立法等内容都是最活跃的研究课题 13 . 3. 湿地的经济效益 首先, 提供丰富的物产. 中国鱼产量和水稻产量都居世界第一位; 湿地提供的莲、藕、菱、芡及浅海水域的一些鱼、虾、贝、藻类等是富有营养的副食品; 有些湿地动植物还可入药; 有许多动植物还是发展轻工业的重要原材料, 如芦苇就是重要的造纸原料; 湿地动植物资源的利用还间接带动了加工业

11、的发展; 中国的农业、渔业、牧业和副业生产在相当程度上要依赖于湿地提供的自然资源. 其次, 提供水资源. 湿地是人类发展工、农业生产用水和城市生活用水的主要来源. 我国众多的沼泽、河流、湖泊和水库在输水、储水和供水方面发挥着巨大效益. 再次, 提供矿物资源. 湿地中有各种矿砂和盐类资源. 中国的青藏、蒙新地区的碱水湖和盐湖, 分布相对集中, 盐的种类齐全, 储量极大. 盐湖中, 不仅赋存大量的食盐、芒硝、天然碱、石膏等普通盐类, 而且还富集着硼、锂等多种稀有元素. 中国一些重要油田, 大都分布在湿地区域, 湿地的地下油汽资源开发利用, 在国民经济中的意义重大. 最后, 提供能源和水运. 湿地能

12、够提供多种能源, 水电在中国电力供应中占有重要地位, 水能蕴藏占世界第一位, 达6. 8 亿千瓦, 有着巨大的开发潜力. 我国沿海多河口港湾, 蕴藏着巨大的潮汐能. 从湿地中直接采挖泥炭用于燃烧, 三江平原沼泽地的初级生产量为11. 1 106t, 转化成碳含量为4. 67 106t 14 , 湿地中的林草作为薪材, 是湿地周边农村中重要的能源来源. 湿地有着重要的水运价值, 沿海沿江地区经济的快速发展, 很大程度上是受惠于此. 中国约有10 万公里内河航道, 内陆水运承担了大约30%的货运量. 四、我国湿地的开发 随着我国对外开放和经济的发展, 人口的增加, 使很多湿地被建垦做耕地, 发展农

13、业, 改造育林, 发展林业, 扩大草场, 发展牧业. 通过在三江平原建设稻、苇、鱼复合生态模式, 低产# 96 # 新技术#新方法Ziran Zazhi Vol. 24 No. 2苇田改造使芦苇产量提高4 倍多, 稻田平均产量达6 000 kgPhm2 以上, 经济效益十分显著. 我国森林覆盖率仅占全国总面积的12%, 比世界各国的森林覆盖率( 22%) 低地得多, 从50 年代开始, 主要集中在东北山地林区, 据估计改造沼泽面积达10 万公顷. 若尔盖高原沼泽草场为我国五大牧业基地之一, 若尔盖和红原有草场约120 万公顷, 其中沼泽草场约40 万公顷 15 . 五、湿地生态特征的变化和我国

14、湿地 生态系统的退化 湿地生态特征是指湿地生物、化学及物理组分之间的结构及相互关系. 湿地生态特征变化是指湿地生态系统及功能的消弱或失衡. 变化原因有自然变化如植被演替、沉积作用, 人为作用及由于人类的生产活动和不合理的管理实践产生的湿地生态变化 16, 17 . 自古至今, 随着人类文明的发展, 人类活动对湿地的影响( 以负效应为主导) 越来越深刻、广泛, 工农业迅猛发展, 人口大量增加, 城市化进程不断加快, , 以致长期以来, 我国湿地一直是处于衰退过程中. 退化湿地生态系统 4 是湿地生态系统由自然或人为原因引起的逆向演替, 比如湿地面积缩小、质量下降, 主要是人为原因. 从全国情况来

15、看, 天然湿地数量减少、质量下降的趋势仍在继续, 湿地生态系统面临的威胁仍在进一步加剧. 主要表现: 盲目围垦和过度开发造成天然湿地大量消失( 见附表) 、湿地生态功能下降; 湿地生物资源和水资源过度利用, 造成湿地生物多样性衰退; 湿地污染严重, 水质不断恶化; 大江、大河上游水源涵养林遭到过度采伐, 导致水土流失加剧, 河流含沙量增加, 河床、湖底淤积, 湿地面积不断缩小, 显著增加了洪灾风险. 从全球环境来看, 全球气候变暖, 海平面上升, 对低平海岸区威胁极大, 将引起海水倒灌、地下咸水入侵等灾害发生, 影响海岸带湿地的变化和海岸资源的承载能力. 如饲养贝类、对虾为主的养殖业, 猛烈地

16、吞食着滨海湿地, 有的甚至入侵到国家级自然保护区的核心区; 超容量和滥建游乐设施, 北戴河的旅游海滩面积进一步缩小、质量下降; 滦河口湿地缺乏保护, 生物种群骤减, 表现为滨海湿地环境恶化和资源退化的态势. 18 又如, 洞庭湖湖群是我国面积最大的湖泊湿地, 面积87. 7 万hm2, 于1992 年被列入5世界重要湿地名录6, 从50 年代至今, 垦殖率高达50%以上. 六、保护我国湿地生态系统的重要性和紧迫性 从我国中西部地区来看, 在现存的天然湿地中, 至今未遭到人类强烈开发的湖泊、沼泽和河流, 基本位于我国中西部生态脆弱地区, 这些湿地仍面临不合理开发的巨大威胁, 一旦破坏, 结果将导

17、致我国西北内陆干旱区湖泊的迅速萎缩、碱化, 湿地丧失等, 加剧该区域的生态环境的恶化. / 西部大开发0把生态建设作为最重要的措施之一, 明确我国生态建设要以植树造林、保护和恢复植被、治理水土流失作为主要目标, 并将斥巨资实施天然林保护工程, 这些措是都将对湿地保护产生好的影响.从东部地区来看, 东部地区湖泊、河流等的污染和富营养化, 已成为公害; 海岸带湿地开发秩序混乱, 布局不合理, 近岸海域的污染和赤潮等, 使海岸带生态系统遭受破坏, 生物多样性下降.从一些涉及国际关系的湿地来看, 分布在相邻国家的界湖、界河、海域和分段等, 如兴凯湖、班公湖区、澜沧江、鸭绿江, 生产繁育着丰富的生物资源

18、, 保护它们是相邻国家的共同责任和义务, 同时水资源分配、捕捞利益、水域污染、资源利用都与相邻各国的利益有关. 保护涉及国际共同利益的湿地, 不仅能使当地直接获得生态和经济效益, 也将竖立我国在有关国际公约履行方面的健康、良好的国际形象, 有助于在国际关系方面发挥更大影响力.由此可见, 我国的湿地保护面临的问题是非常严峻而紧迫的, 关系到区域的经济发展、国家生态安全甚至全球生态安全, 已经到了非下大决心、采取科学有效措施保护治理的关键时刻. 然而, 湿地保护, 正如它自身的重要性一样, 涉及到社会的各个部门, 区域间的长远利益和短期利益等, 是一项非常复杂的系统工程.七、我国退化湿地生态系统评

19、价与监测首先, 建立湿地生态环境质量评价, 主要根据自然性、多样性、干扰性, 并建立评价综合指数公式 19 . 通过# 97 #自然杂志 24 卷2 期新技术#新方法对三江平原的实际评价, 自1949 1980 年, 三江平原生态环境质量呈明显下降趋势, 特别是湿地自然指数下降明显, 湿地每年丧失约10 万公顷 4 , 40 多年的开发使湿地面积共减少了近340 万公顷, 湿地垦殖率达64%.其次, 建立湿地社会经济评价 20 , 它是按照资源有偿使用的原则,市场价格反映人类活动造成的环境代价. 湿地的自身因素、历史文化价值和科学价值、湿地所在区域经济发展水平和区位条件几方面按照权重由大到小地

20、决定湿地社会经济效益.再次, 建立湿地生态系统监测站, 对湿地生态系统进行物理、生物、污染、生物产量、生态系统的能源和物流等方面的监测. 中国科学院三江平原沼泽湿地生态实验站 21 于1989 年开始开展部分项目的观测、研究和实验, 1992 年成为/ 中国生态系统研究网络0的基本站, 研究温带湿润平原湿地生态类型生态系统的机构、功能和系统生产力、沼泽湿地开垦后的农田生态系统、区域农业可持续发展能力和对策研究.根据湿地生态环境质量评价、社会经济评价和湿地生态系统监测结果, 可以对湿地生态系统建立生态模型. 现在已经有一系列的生态模型被不同的学者用于森林、草地、农田等生态系统的研究, 但直接用于

21、湿地生态系统的模型还很少. 殷康前等 22 提出可以对湿地生态系统建立湿地模型, 包括湿地生态模型、化学模型和形态模型, 又可细分为能量循环模型、物质循环模型、水文学模型、空间场生态模型、植物生长模型、因果关系模型和区域综合模型. 通过湿地生态模型, 可以灵敏地反映出湿地生态环境质量, 同时可以控制导致湿地退化的不良因素, 最终达到湿地生态系统的自我持续状态. 八、我国退化湿地生态系统整治与恢复重建目标 湿地生态系统恢复的理论基础是恢复生态学. 恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复和重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学 23 . 在恢复生态学理论的指导下, 我国学者针对湿地

22、保护作了一系列的研究, 并取得了一些成果. 比如针对辽河三角洲滨海湿地提出物种保护、生境补偿与湿地调整(wetland mitigation) 并行, 指在区域开发过程中, 通过一定补偿措施维持天然湿地/ 无净损失0 24, 25 , 大规模的农业开发占用大面积的苇田, 而苇田是濒危保护水禽丹顶鹤和众多鹭类、雁鸭类淡水鸟类的良好生境, 因此在滩涂地区发展苇田, 同时采取一定措施( 如建生境岛等) 人工恢复、创造滩涂生境来保护黑口紫鸥等滩涂鸟类 26 . 在云南洱海湖滨带的生态恢复研究中, 叶春基于物理基地设计、生物种群选择、生物群落结构设计、节律匹配设计和景观结构设计等原则提出滩地模式、河口模

23、式、陡岸模式、鱼塘模式、农田模式、堤防模式等6 种湖滨带生态恢复工程模式, 归纳了湖滨湿地工程技术、水生植被恢复工程技术、人工浮岛工程技术、仿自然型堤坝工程技术、河流廊道水边生物恢复技术、人工介质岸边生态净化工程技术、湖滨带截污及污水处理工程技术、林基鱼塘系统工程技术、防护林或草地复合系统工程技术等生境对策和生物对策. 湿地生态环境保护目标, 就是力求采用适当的生物、生态及工程技术, 逐步恢复湿地生态系统的机构和功能, 把湿地生态环境做到良性循环, 有效遏制湿地生态环境严重破坏的现象, 使湿地成为一个工农业发展的基地, 巨大基因库, 为社会提供生活资源和种质资源. 总的来说, 有以下目标 27

24、, 28 : 1 实现生态系统地表基底的稳定性. 地表基底是生态系统发育的载体, 基底不稳定就不可能保证生态系统的演替与发展 29 ; o 恢复湿地良好的水状况, 一是恢复湿地的水文条件, 二是通过污染控制, 改善湿地的水环境质量; . 恢复植被和土壤, 保证一定的植被覆盖率和土壤肥力; .增加物种组成和生物多样性; . 实现生物群落的恢复, 提高生态系统的生产力和自我维持能力; .恢复湿地景观; . 实现区域社会、经济的可持续发展. 目前, 土地退化已被公认是一个全球性的环境问题, 受到国际上普遍重视. 联合国人与生物圈计划及世界各国推行的计划, 均将其研究重点放在退化生态系统的整治与重建上

25、, 并将保护、改造、治理生态系统, 合理利用自然资源, 协调人与自然的关系, 促进人类可持续发展的问题推向了空前高潮. 同样, 采用自然控制论原理, 恢复生态学原理, 揭示湿地生态系统退化及其逆转的过程与机理, 探讨其恢复技术, 增强湿地功能也愈加重要 30 . ( 2001 年12 月6 日收到) 杨亚妮 硕士研究生, 四川师范学院生物多样性研究中心, 南充637002 1 The Ramsar Convention Manual : a Gade to Conventi on on Wetland , 2nd edit ion.The IUCN Publication United Kin

26、gdom, 1971 2 傅国斌, 李克让. 地理研究, 2001; 20( 1) : 120- 128 3 季中淳. 第四次中国海洋湖沼科学会议论文集, 中国海洋湖沼学会, 北京: 科学出版社. 1991: 66-73 4 吕宪国, 黄锡畴. 地埋科学, 1998; 18( 4) : 293- 300 5 马学慧, 牛焕光. 中国的沼泽. 北京: 科学出版社, 1991: 3 6 王宪礼, 李秀珍. 生态学杂志, 1997; 16( 1) : 58-62 7 国家环境保护总局主持. 中国生物多样性国情研究报告编写组编. 中国生物多样性国情研究报告. 北京: 中国环境科学出版社, 1998 #

27、 98 # 新技术#新方法Ziran Zazhi Vol. 24 No. 28 杨朝飞. 保护湿地, 改善环境, 是我国的一项基本国策. 见: 林业部野生动物和森林植物保护司编. 湿地保护与合理利用) ) ) 中国湿地保护研讨会文集, 北京: 中国林业出版社, 1996 9 赵魁义. 中国湿地生物多样性研究与持续利用. 见: 陈宜瑜主编. 中国湿地研究. 长春: 吉林科学出版社, 1995: 48-54 10 Lu Xianguo, Wang Rongfen. Study onwet land biodiversity in China. Chinese Geographical Sci en

28、ce, 1996; 6( 1) : 15-23 11 邵庆春, 韩顺正. 三江平原沼泽芦苇种群高度和地上生物量季节动态初步研究. 见: 陈宜瑜主编. 中国湿地研究. 长春: 吉林科学出版社, 1995: 134-139 12 陈刚起, 吕宪国, 杨青等. 地理科学, 1993: 13(3) : 220-226 13 杨永兴, 刘兴土, 韩顺正等. 地理科学, 1993; 13( 1) : 41-48 14 孙广友. 地理科学, 1997; 17( 1) : 87-90 15 马学慧, 吕宪国, 杨青等. 地理科学, 1986; 16(4) 16 刘兴土. 松嫩. 地理科学, 1997; 17(

29、 增刊) : 389-400 17 崔保山, 刘兴土. 地理科学, 2001; 21(3) : 250-256 18 Hollis G. E. , Finlayson C. M. Ecologi cal change in medit erranean wetlands A . In: Vives P. T. ed. Monit oring Medi terranean Wetlands: A Methodological Guide C . Lisbon:Medwet Publication, 1996: 12-31 19 胡镜容, 鲁智礼, 王月霄. 地理学与国土研究, 2001; 17( 3) : 54-57 20 陆健健. 中国湿地. 上海: 华东师