变化环境下洪湖湿地生态恢复初步探究

变化环境下洪湖湿地生态恢复初步探究1研究背景和意义人生活在一定的生态环境之中，生态环境是人类社会经济可持续发展的基础，良好的生态是人类生存和生活的必要条件之一。工业革命以来，随着人口的增加和工业化的发展，资源环境的开发利用达到空前的强度，在推动全球社会经济进步的同时，也导致生态系统遭受不同程度的破坏，带来了诸如森林减少、湿地萎缩、生物多样性丧失等一系列严重的生态系统退化问题，对生物圈的演化产生了重大影响，严重制约了人类社会经济的可持续发展，甚至危及人类自身的安全，生态问题从未像现在这样突出地呈现在人们面前，考验着人类的智慧。生态环境退化问题已经成为维持人类生存和社会经济可持续发展的严重威胁，如何整治日趋恶化的生态环境，防止自然生态环境的退化，有效处理和解决全球生态系统退化问题，恢复和重建已经受损的生态系统原有结构和功能，是改善生态环境、提高区域生产力、实现可持续发展的关键，已经成为全球全人类面临的共同课题。加强生态恢复理论研究，在适当的地区进行生态恢复的实践实验，对探索适合区域生态恢复的途径，走区域生态可持续发展道路具有重大意义。在此背景下，生态恢复研究得到关注，成为当前国内外生态学研究的热点和前沿问题之一。2对湿地生态恢复研究的几点思考湿地由于具有丰富的资源、独特的生态结构和功能，其开发利用和保护已引起世界各国的普遍重视。我国湿地资源丰富，面积大、类型多、分布广，但由于自然干扰和人类活动的强烈干预等原因，许多湿地都面临着退化和消失的威胁。如何对退化的湿地进行恢复，使湿地资源能在有效保护的前提下支撑社会经济的健康、稳定和持续发展，已成为摆在我们而前的一项艰巨课题。根据对国内外湿地生态恢复研究情况的综述和分析，我认为应从以下几个方面加强对湿地生态恢复的研究：方法学研究借鉴国外成功经验，建立一套适合我国国情的湿地生态恢复研究方法和技术。基础理论研究如湿地生态系统结构、功能及生态系统内在的生态学过程与相互作用机制研究。湿地生态系统生产力、恢复力、演替规律、可持续性研究，湿地的环境功能及人类活动对湿地资源与环境的影响研究，不同干扰条件下湿地生态系统的受损过程及其响应机制研究，湿地生态系统退化的景观诊断及其评价指标体系研究，湿地生态系统退化过程的动态监测、模拟及预报研究等。应用技术研究如退化湿地生态系统恢复关键技术研究，湿地生态系统结构与功能的优化配置与重构及其调控技术研究，物种与生物多样性的恢复与维持技术研究等。示范推广研究选取各种类型退化湿地的典型代表，进行生态恢复示范研究。3研究区概况洪湖地处长江中游，是江汉湖群中最大的天然湖泊，也是我国第七大淡水湖.洪湖湿地在凋蓄洪水、降解污染、渔业生产和提供生产、生活用水等许多方面发挥着巨大作用，是华中地区生物多样性较为丰富的地区之一.建国以来，变化的自然环境和社会经济环境对洪湖湿地产生了巨大影响，导致湿地结构发生了不合理演变，湿地功能不断退化，对洪湖湿地进行生态恢复已迫在眉睫.湿地生态恢复，是指通过生态技术或生态工程对退化或消失的湿地进行修复或重建，再现干扰前的结构和功能，以及相关的物理、化学和生物学特性，使其发挥应有的作用［1］.本文在概述洪湖湿地所处环境变化的基础上，分析了变化环境对洪湖湿地的影响及洪湖湿地对变化环境的响应，然后提出了变化环境下洪湖湿地生态恢复对策和建议。以便为洪湖湿地的生态恢复提供决策支撑.4洪湖湿地环境变化研究洪湖湿地所处的自然环境和社会经济环境是一个不断变化和发展的大系统，系统中不同空间位置组成要素及其相互关联的改变会对洪湖湿地的结构和功能产生很大影响.洪湖湿地正是受如下不断变化的自然和社会经济环境驱动演替的.4.1洪湖湿地演替的自然因素4.1.1地质构造发育：江汉盆地自燕山运动晚期开始发育以来经历3代盆地的演化第四纪即进入第3代继承性沼泽盆地发育时期依然处于不稳定的构造状态构造格局和发育进程存在较大差异影响和控制着一江两湖（长江、江汉湖群和洞庭湖）的发育，兴盛和衰退（刘章勇2005）。伴随着长江水流入和流出江汉盆地，洪湖湿地的演替呈现出逆向演替和正向演替交替进行。如今江汉盆地构造的沉降、加之围垸造田的影响，迫使洞庭湖加速萎缩，总体形成南高北低之势长江向四湖地区自然分流的趋势越来越明显洪湖湿地呈现出向逆演化方向演替的趋势。4.1.2多雨的气候:洪湖湿地是典型的北亚热带湿润季风气候年平均年降水量1000〜1300mm且主要集中在夏季季风盛行期4〜10月份总降水量可达全年总降水量的77%（陈世俭等2002）。在江河涨水时期洪湖湿地正值雨季，大暴雨时常发生强度大、范围广降雨过程长经常导致洪灾的发生（刘章勇2004）。集中且大量的降水致使湖泊水量增加周围土壤长期或间歇性的覆水该区域的沼泽化演替速度减慢甚至发生逆向演替。4.1.3水文：每年初夏，暖湿气流加强冷暖气流相持于江淮流域，长江、汉江等1190余条大小河流从周围山区汇集于四湖地区（表10）。洪湖位于四湖地区的尾端需要承接四湖流域的渍水，地表水年均径流量达到1g1X10。，过境客水年均径流量78X10。m。，多年平均入湖水量有19.6X10。m。之多（陈世俭等2002）。大量客水过境时常常与境内中、小河流洪水发生遭遇每年6〜9月长江洪峰来临时地势低洼的洪湖湿地常常是短时间内相继产生较大地表径流量受长江高水位顶托渍水不能及时外-}I}加之外江的水位高出洪湖数米，大大增加了洪湖向长江排水的难度，使洪湖地区的外洪内涝比较严重土壤潜育化加剧洪湖湿地正演化过程受阻。4.2洪湖湿地演替的人为因素4.2.1土地利用/覆盖变化（LUCC）IUCC能够对生态环境产生一系列影响，在区域尺度上，主要对区域水热循环、气候、能量交换、土壤侵蚀与土壤养分迁移、生物多样性等影响巨大［。］.LUCC对洪湖湿地的影响主要包括四湖流域和洪湖湖区两个方面.四湖流域IUCC主要表现在森林砍伐，植被覆盖密度和范围降低；洪湖湖区LUCC主要表现在大量耕地和湿地转变成建设用地，人为地对洪湖湿地进行大规模盲目围垦，农业土地利用结构调整.对洪湖湿地造成了以下影响：①改变的地表状况使地表径流发生变化。降低流域水土保持能力和对径流暴涨缓冲能力，从而在汛期时加重了流域洪涝灾害，而在旱期又不能充分补充水源，加速湖泊水位下降；②加剧流域水土流失，导致湖泊来水含沙量增加，加速湖泊淤积；⑧湿地面积减少，结构不合理演变.建国初，四湖地区湖泊面积达2680km，而到20世纪9（）年代仅余湖面786km.导致湖泊水质恶化，加速富营养化过程.4.2.2江湖（河）关系变化洪湖原为通江浅水吞吐湖，湖水随长江水位消涨而起落，汛期江水倒灌、东荆河横流人湖；20世纪50年代中期开始的大规模水利建设使洪湖面貌发生了重大变化.1955年修筑洪湖隔堤，锁住了东荆河洪水；1958年建成新滩口大型节制闸，堵住了长江洪水倒灌，江湖一体格局不复存在.1975年洪湖北部四湖总干渠、西部螺山干渠的建成，辅以进出湖的福田寺闸、小港闸和洪湖围堤等的修建，彻底隔断了洪湖与长江的自然联系.从此，洪湖基本变成厂一个被人类控制的半封闭水体］.江湖河关系变化对洪湖湿地影响巨大：①生物天然联系通道被阻隔，生物多样性受到破坏；②影响洪湖水体净化能力，加剧水质恶化；③为围垦创造了条件，使洪湖湿地遭到大面积围垦，调蓄能力下降，洪涝灾害威胁越来越大.4.2.3水利工程建设水利工程建设主要指江汉平原尤其是四湖地区水利设施建设、荆江大堤修建以及三峡工程建设.四湖地区水利设施建设和荆江大堤修建，改变了江汉平原河、湖、江环境和水系格局，从而对洪湖湿地演变产生了很大影响［】：一方面抬高长江水位，造成洪水对四湖地区居高临下的威胁。加之江湖隔绝，湖内涝水不能外排入江，造成外洪内涝的局面，加剧洪涝灾害；另一方面切断了江湖河复合生态系统的天然生态联系通道，造成彼此之间物质循环，能量流通，信息传递受阻.同时，三峡建坝后，由于枯、洪水季节水位变幅减小，中水位水期长，因而影响“四湖”地区地下水位起落幅度变小，滞水时间延长和地下水位卜升，加重洪湖渍害，加剧湿地土壤潜育化和沼泽化.4.2.4社会经济发展人地矛盾突出洪湖湿地所处环境变化的最根本驱动因素是人口增加和经济发展而导致的人地矛盾突出.20世纪50年代初，洪湖地区沼泽湿地广布，人口比较稀少，农业产量低而不稳，区域经济比较落后.自20世纪50年代中期起，在人E1增加和经济发展的压力下，洪湖湖区掀起了空前规模的围湖造田和大兴水利建设活动，大致呈现出20世纪50年代末60年代初、60年代、70年代三个高峰时期，这可以从洪湖市耕地面积变化中得到体现（表1）.围湖造田尽管带来了短期的经济效益，但也破坏了湖区生态平衡，导致湖泊调蓄能力减弱，旱涝灾害频繁；湖泊面积减少，水位下降；环境污染加剧，土地质量下降；土地利用结构不合理，生产率低下.表1洪湖市不同时期耕地面积变化表5洪湖湿地对变化环境的响应5.1景观格局欠佳对景观空间格局与异质性的定量描述是分析景观结构、功能厦过程的基础。通过格局和异质性分析就可以把帚观的空间特与时间过程联系起来，从而能够较为清楚地对景观目在规律性进行分析和描述，发现问题，并以此为依据制定相应的恢复措施。通过大量的文献资料搜集，分析研究洪湖湿地景观格局.得出如F结论.由于人为对洪湖湿地进行大规模盲目围垦农业土地利用结构调整，对洪潮湿地景观格局造成很大影响。洪湖混地景观目前以少数几种湿地娄型为主，其中鱼池、水稻、浅水湖泊分别占总面积的2186%、1946%和931%，在整个洪湖湿地景观中占据控制地位，并构成洪湖湿地景现主体，景观多样性较低。另外，人类不合理活动的干扰会加剧景观破碎化进程，景观破碎化不仅导致生物多样性丧失，亦破坏土地利用景观稳定性，降低土地利用持续性。洪潮湿地景观破碎度为o4207,说明洪湖湿地景观被破坏程度尚不严重，但也不窑乐观，仍需果取有效的政策、法规和措施，力求减少人为干扰的影响。5.2湿地功能趋于退化5.2.1湿地的围垦状况、调蓄功能研究。1950年洪湖还是一个通江敞水湖，当时湖泊面积约为760km2。从1951—1982年，通过水利建设、江湖隔断和围湖造田，其面积减少了一半以上，水深和蓄水量也相应减少（表1）大湖的围垦不仅导致洪湖面积减小，水文和水质状况的恶化，还直接或间接地加剧了人们对鱼类和鸟类的滥捕，而且造成了水生植物大量蔓延，并导致生物群落的种类组成及优势种群的演替。目前，洪湖汇水区的地面径流主要通过四湖总干渠汇人湖泊，由若干涵闸对湖泊水位和水量进行调控，经内荆河河闸等与长江相通。洪湖水位的涨落变化，主要取决于四湖流域降水与上游地区的来水，周年变化趋势与长江水位的动态变化同期（二者呈极显著正相关）（图2）。据洪湖挖沟子水文站40a资料记载，洪湖多年最高水位为24.58—27.18m，多年最低水位22.8723.92m，多年平均水位24.31m，一般年份洪湖水位变幅为24.026.5m。年水位变幅可达1—4111。由于江湖隔断，洪湖水位变化趋向平缓，一般年份的水位差在2m左右，而在严重洪涝年份，水位在27m以｝二，年内水位差则超过3m。水位调控为洪湖水资源的开发利用提供了便利条件。江湖隔断之前，洪湖是长江中游重要的蓄洪区。20世纪50年代中后期开始大规模水利建设后，四湖地区的大小湖泊被围垦，蓄洪能力降低了3/4,仅洪湖和长湖具有流域性调蓄功能，洪湖也实质上成为了四湖地区的大型平原水库，承担着四湖中下游地区汛期蓄洪、冬春灌溉的任务。以洪湖为调节中心的统排面积约46.4万，一级外排能力482rn3/s，不足控制洪湖水位达10a一遇标准。因此水利部门为了防洪的需要，要求扒掉子湖围堤，增加蓄水面积，降低水位，增加蓄洪容量。农业部门一方面为r降低农田地下水位，减轻土壤潜沼泽化的危害，保证四湖下游地区冬季作物的生长，也要求洪湖水位降得越低越好；另一方面要求洪湖有水以保证来年的春灌。但水产部门则认为，洪湖水位下降过低，会严重影响湖内鱼群越冬和围养，要求洪湖维持较高的水位。、5.2.2湖泊水质下降，营养化趋势严重。湖泊水体的理化特征反映了湖泊生态系统中环境的基本背景和质量。水环境的好坏影响着水生生物的生命过程，是生态系统中各种生物生存的基础，与生态系统的稳定性以及生物的发展与演化直接相关。比较洪湖多年水质测定结果，可以发现洪湖水质总体趋势是由中营养化向富营养化过渡，近几年来这种演化趋势又有些微的波动。从表2可以看出，多年来湖水的pH值均在8.0以上，碱性较涅，在20世纪末期达到8.9,这表明重碳酸根离子和碳酸根离子增多，HC03在磷酸酐酶的催化作用下变成C03,再经过脱水反应生成C后易被藻类利用，从而会引起藻类的增加，富营养化的程度义会增加，而自2000年以来，pH值下降到了8.1，从一个侧面说明水质有所改善。湖水的总硬度变化情况和pH值的变化趋势极其相似。从20世纪6o年代直到20世纪末期，总硬度从4.9增加到了8.9,而到了2000年总硬度又有所下降。洪湖水质的演变过程又可以具体分为以下阶段。1990〜1992年。这一阶段的水质介于I〜II类水之间，但更接近于I类水，基本可以认为这一阶段的水质为I类水，是洪湖水质处于比较好的时期。19931995年。这一阶段的水质也介于I〜II类水之间，但更接近于II类水，可以认为是洪湖水体受到严重污染的开始阶段。1996〜2003年。这一阶段是洪湖水质快速恶化的时期，水质由I〜II类水之间向II一III类水之间转变，这一阶段的末期水质已经由2(102年的II类水转变成了2003年的I类水。5.2.3湿地生态功能退化系统稳定性下降洪湖湿地在涵养水源、净化空气、调节气候、净化水质、蓄水防洪等方面发挥着重要作用.但围垦、土地利用/覆盖变化、江湖(河)关系演变等一系列自然和社会经济环境的变化导致了其生态功能的退化和系统稳定性的降低.以洪湖湿地极其重要的生态功能一一蓄水防洪为例，围湖造田、泥沙淤积、湿地过渡开发缩小了洪湖湖面面积，减少了洪道与湖盆过水断面，大大削弱了洪湖湿地对洪水的调蓄能力和缓冲功能，加剧了湖区洪涝灾害出现频率及危害程度.5.2.4洪湖湿地生物多样性减少在洪湖生态环境的演变过程中，人类活动是环境演变的主要影响因素。围湖造田是人类利用湖泊资源、改造湖区环境的主要方式。它改变了湖泊湿地生态系统结构，使生态系统结构趋于简单，组成种类趋于单一，生产力降低。由于围垦之处多为湖洲浅滩，是水生植物和底栖生物富集地带，也是雁、鸭等候鸟越冬场所，随着湖湾草洲的围垦，使内原性水生生物系统被破坏，尤以水草资源为甚，加上陆上流入湖田的营养物质受到堤垸的阻截，湖泊饵料的减少直接影响鱼类数量的变化。表6说明了洪湖部分生物群落的种类组成及优势种的演替。表620世纪洪湖部分生物群落的种类组成及优势种的演替5.2.5湿地价值受损洪湖湿地具有许多重要的价值］，除具有自然资源价值、生态环境价值和文化科研教育价值外，还具有其它特殊的价值：湿地生境复杂多样，生物种类繁多，是天然的基因库；作为长江中下游典型湖泊湿地，形成了许多有代表意义的生态系统和生态链；自然景观和人文景观的优势互补使湿地旅游价值诱人.但是变化的环境使得洪湖湿地价值大大受损.过渡开发利用导致湿地生产力下降，湿地面积和结构的改变导致湿地整体生态功能价值退化或消失，生物生境的破坏、生物多样性的降低导致了湿地基因库价值不断丧失，水质污染、血吸虫病的死灰复燃导致了湿地旅游价值大打折扣.5.3人地矛盾相对突出洪湖湿地环境恶化的最根本驱动因素是人口增加和经济发展而导致的人地矛盾突出。自20世纪5O年代中期以来，在人口增加和经济发展的压力下，人们在湖区先后进行了3次大规模的围湖造日活动，大规模的围湖造口、筑堤建垸和兴修水利严重地改变洪湖湖区的土地利用类型，围湖造口尽管带来了短期的经济效益，但也破坏了湖区生态平衡，导致湖泊调蓄能力减弱，旱涝灾害频繁.湖泊面积减少，水位下降：环境污染加剧，土地质量下降土地利用结构不合理，生产率低下。5.4生态经济结构欠佳温地保护区内以渔业为主，近年来，水产品及其加工业发展迅速。但是由于湿地保护区的经济结构不合理，经济运行质量和效益低，资源和能源利用率不高，产业升级和替代缓1里，科技创新能力差，从整体上看竞争力较低。产业结构的不舍理成为自然资源耗损破坏、总体生态恶化、局部环境污染的主要原园之在长期计划经济的体制下，不可避免地造成了目前逐渐显示出来的经济结构不舍理的深层次矛盾。经济系统所存在的这些诸多问题，如产业结构不台理、经济总量较低、产业升级难度大、工业经济效益低、所有制结构不合理等，这就必然要求建立合理的生态经济产业结构。6洪湖湿地生态恢复对策6.1加强四湖流域综合管理把四湖流域作为一个整体系统，理顺这个大系统中洪湖湿地系统内部各个子系统之间、洪湖湿地系统与流域其它生态系统以及社会经济系统之间的关系和相互作用，积极吸收和应用现代流域管理思想和成功经验，做好整个流域的生态环境保护总体规划，在此基础上制定不同空间位置子系统的专项规划，按照协调统一的原则，不同区域采取相应的保护和治理措施，把整个四湖流域统一起来，通过加强流域的综合管理，减少进入洪湖湿地的泥沙和污染物，为洪湖湿地生态恢复创造外部条件.6.2适当退田还湖稳定现有湿地面积洪湖湿地生态恢复的首要任务是稳定现有湿地面积，应采取严格措施制止侵占湿地的行为和活动，并在适宜区域进行退田还湖，增加湿地面积.通过实地考察和测量。在考虑操作可行性、经济合理性、生态最优化的基础上，因地制宜地在一些海拔较低的中低产田、冷浸田实施退田还湖，为湖泊水生生物提供更大的生存环境.洪湖湿地面积的稳定和适当扩大，既有利于增加湖泊调蓄能力，减少洪涝灾害；又有利于恢复湿地生境，重建生物多样性.6.3恢复江湖河复合生态系统的生态平衡洪湖湿地所处的江湖河复合生态系统的特点是，各具功能的江、湖、河生态联系紧密，相互之间影响深刻.变化的环境使统一的江湖河复合生态系统被分割为受控湖泊和江河两个部分，切断了彼此之间的生态联系，引发了子系统内部和彼此之间的生态平衡失调.“灌江纳苗”作为一种恢复江湖联系的补救措施，对于恢复江湖复合生态系统的结构与功能具