湿地生态系统修复理论及技术_孙毅

湿地生态系统修复理论及技术

孙　毅,郭建斌,党普兴,刘艳辉

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(1.北京林业大学水土保持学院,北京　100083;2.国家林业局西北林业调查规划设计院,陕西　西安　710048)摘　要:以生态学理论为指导,以生态恢复为主题,对湿地生态系统进行研究,分析湿地主要生态环境问题,重点分析了主导生态因子水文特征的变化、形成原因及其生态影响。从湿地生境、湿地生物、湿地生态系统结构与功能方面,系统地分析了湿地生态恢复的具体途径,同时为保障湿地生态系统稳定发展,提出了经济、生态协调发展的管理模式。关键词:湿地;生态系统;修复

中图分类号:P931.78　　文献标识码:A　　文章编号:1007-4066(2007)03-33-03

ResearchonEvergladeWetlandRemediation

SUNYi,GUOJian-bin,DANGPu-xing,LIUYan-hui

(1.CollegeofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China;2.InventoryandPlanningInstitute,StateForestryAdministration,Xian710048,China)

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Abstract:Evergladeisoneofthemostproductivitybiogeocenose,whichhasitsownenvironmentalfunctionandwetlandbenefit.Forthereasonitisoneoftheobjectsemphasizedlyprotectedbyhuman.Thispaperresearchestheevergladebiogeocenosemodifiedwithwetlandremediationandguidedbybionomics,analysesthemainquestionsa-boutwetlandandenvironment.Theapproachofevergladewetlandremediationisanalyzed,andthemanagemodeofthebalanceabouteconomyandwetlandisbroughtforward.Keywords:everglade;wetland;ecosystem;remediation　　湿地是分布于陆地生态系统和水域生态系统之间具有独特水文、土壤、植被与生物特征的生态系统。按拉姆萨尔(Ramsar)公约,湿地的定义为:“天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地、水域地带,静止或流动的淡水、半咸水、咸水体,包括低潮时水深不超过6m的水域。”

湿地为人类生产生活提供了水资源、生物资源、能源(泥炭、海盐等)、交通和旅游等资源,是地球上最具生产力的生态系统之一。湿地的物理、化学和生物组成部分交互作用,在调节气候、涵养水源、蓄洪防旱、净化水质、保护生物多样性等方面具有其他系统不可替代的环境功能和生态效益,被称为“地球之肾”。

我国湿地面积约2.5×10hm,仅次于加拿大和俄罗斯,居世界第三位。但是,由于人口膨胀以及工业化、城市化、农业现代化的发展,湿地生态系统遭受了来自人类社会的巨大压力。主要表现为城市

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污染物的排放(废水、垃圾)、农业面源污染、湿地盲目开垦、滥捕滥捞、水资源不合理利用等,其结果造成河流断流、泥沙淤积、湖泊萎缩、污染严重、生物多样性减少。湿地己经成为全球最受威胁的生态系统之一,对湿地进行生态修复迫在眉睫。

湿地生态系统的生态过程研究是揭示湿地功能机理的关键。当前,国内外湿地生态过程研究主要集中在以下方面:①化学过程侧重研究各类湿地C、N、S、P等大量元素、微量元素和Hg等重金属循环,沉积物、枯落物的积累和降解及微生物在养分循环中的作用。②生物过程研究更加注意长期定位和模拟实验研究。同时开展了物种迁移与基因流动过程对区域生态环境影响的研究。③物理过程仍是侧重湿地生态系统能量流动过程,将系统热力学、信息论及控制论等新兴理论应用于湿地能量流动研究。通过对湿地区域生态环境的影响与相应研究,揭示湿地生态系统的功能过程。

①收稿日期:2007-07-13

基金项目:国家科技攻关计划(20005BA517A05)

作者简介:孙毅(1981-),男,河北辛集人,北京林业大学在读硕士研究生,研究方向:生态环境工程。

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1　湿地生态系统特点

湿地生态系统与其他生态系统相比,具有以下特点:1.1　脆弱性

水是建立和维持湿地及其过程特有类型的最重要决定因子,水文流动是营养物质进入湿地的主要渠道,是湿地初级生产力的决定因素,因此,湿地对水资源具有很强的依赖性。由于水文状况易受自然及人为活动干扰,所以湿地生态系统也极易受到破坏,且受破坏后难以恢复,表现出很强的脆弱性。1.2　过渡性

湿地同时具有陆生和水生生态系统的地带性分布特点,表现出水陆相兼的过渡性分布规律。1.3　结构和功能的独特性

湿地一般由湿生、沼生和水生植物、动物、微生物等生物因子以及与其紧密相关的阳光、水分、土壤等非生物因子构成。湿地水陆交界的边缘效应使湿地具有独特的资源优势和生态环境特征,为多样的动、植物群落提供了适宜的生境,具有较高的生产力和丰富多样的生物多样性。1.4　较强的自净和自我恢复能力

湿地通过水生植物和微生物的作用以及化学、生物过程,吸收、固定、转化土壤和水中的营养物质的含量,降解有毒和污染的物质,净化水体。因此,湿地具有较强的自净和自我恢复能力。

生态演替及生态位原理选择适宜的先锋植物种,构造种群和生态系统,实行土壤、植被与生物同步分级恢复,逐步使生态系统恢复到一定的功能水平。湿地水文条件是湿地最重要的决定因素,它不仅直接影响湿地生态环境的理化性质及营养物质的输入输出,而且也是最终选择湿地生物群落的主要因素之一,可以说没有水也就不存在湿地。因此在对湿地进行生态恢复时,应重点考虑水文条件的恢复。2.2　湿地生态恢复的原则

2.2.1　地域性原则

我国湿地分布广,涵盖了从寒温带到热带,从沿海到内陆,从平原到高原山区各种类型的湿地。因此应根据地理位置、气候特点、湿地类型、功能要求、经济基础等因素,制定适当的湿地生态恢复策略、指标体系和技术途径。2.2.2　生态学原则

生态学原则主要包括生态演替规律、生物多样性原则、生态位原则等。生态学原则要求根据生态系统自身的演替规律分步骤分阶段进行恢复,并根据生态位和生物多样性原理构建生态系统结构和生物群落,使物质循环和能量转化处于最大利用和最优循环状态,达到水文、土壤、植被、生物同步和谐演进。

2.2.3　最小风险和最大效益原则

国内外的实践证明,退化湿地系统的生态恢复是一项技术复杂、时间漫长、耗资巨大的工作。由于生态系统的复杂性和某些环境要素的突变性,加之人们对生态过程及其内部运行机制认识的局限性,人们往往不可能对生态恢复的后果以及最终生态演替方向进行准确的估计和把握,因此,在某种意义上,退化生态系统的恢复具有一定的风险性。这就要求对被恢复对象进行系统综合的分析、论证,将风险降到最低程度,同时,还应尽力做到在最小风险、最小投资的情况下获得最大效益。在考虑生态效益的同时,还应考虑经济和社会效益,以实现生态、经济、社会效益相统一。2.3　湿地生态恢复的目标

湿地生态恢复的总体目标是采用适当的生物、生态及工程技术,逐步恢复退化湿地生态系统的结构和功能,最终达到湿地生态系统的自我持续状态。但对于不同的退化湿地生态系统,其侧重点和要求也会有所不同。总体而言,湿地生态恢复的基本目标和要求如下:

(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和存在的载体,基底不稳定就不可能保证生态系统的演替与发展。这一点应引起足

2　湿地生态恢复理论

2.1　湿地生态恢复的理论基础

湿地恢复,一方面指受损湿地生态系统通过保护使之自然恢复的过程,另一方面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、化学和生物学过程,使其发挥应有的作用。具体包括提高地下水位来养护沼泽,改善水由栖息地;增加湖泊的深度和广度以扩大湖容,增强调蓄功能;迁移湖泊、河流中的富营养沉积物以及有毒物质以净化水质;恢复泛溢平原的结构和功能以利于蓄纳洪水,提供野生生物栖息地以及户外娱乐区,同时也有助于水质恢复。

湿地的生态恢复取决于湿地生态特征的变化。湿地生态特征变化是指湿地生态过程及功能的削弱或失衡,包括湿地面积变化、湿地水文条件改变、湿地水质改变、外来物种入侵、湿地生物多样性减少、生态调节功能减弱等。

湿地生态恢复的基本思路是根据地带性规律、34第3期　　　　　　　　　　　　　　　　孙　毅,等:湿地生态系统修复理论及技术　　　　　　　　　　　　　　　　

够重视,因为中国湿地所面临的主要威胁大都属于改变系统基底类型的,在很大程度上加剧了我国湿地的不可逆演替。

(2)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。

(3)恢复植被和土壤,保证一定的植被覆盖率和土壤肥力。

(4)增加物种组成和生物多样性。

(5)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。

(6)恢复湿地景观,增加视觉和美学享受。(7)实现区域社会、经济的可持续发展。湿地生态系统的恢复要求生态、经济和社会因素相平衡。因此,对生态恢复工程除考虑其生态学的合理性外,还应考虑公众的要求和的合理性。

术、群落结构优化配置与组建技术、群落演替控制与恢复技术等。

3.1.3　生态系统结构与功能恢复技术

主要包括生态系统总体设计技术、生态系统构建与集成技术等。

湿地生态恢复技术的研究既是湿地生态恢复研究中的重点,又是难点。目前急需针对不同类型的退化湿地生态系统,对湿地生态恢复的实用技术(如退化湿地生态系统恢复关键技术,湿地生态系统结构与功能的优化配置与重构及其技术,物种与生物多样性的恢复与维持技术等)进行研究。3.2　湿地生态恢复方案确定

湿地生态恢复工程一般都是耗资巨大的复杂工程,如美国佛罗里达州大沼泽地重建项目,总投资为6.85亿美元。因此在确定湿地生态恢复方案之前,应对功能设计、操作程序、风险评价、指标体系、恢复技术等进行系统全面的研究和具体规划。Henry等对湿地生态恢复工程提出如下3点要求:

(1)加强对生态恢复合理性的论证;

(2)确定精确适当的恢复目标和恢复成功与否的判定指标;

(3)监测恢复前后生态系统的变化情况,并与参考生态系统进行比较。

湿地生态恢复方案的确定一般包括以下步骤:(1)确定被恢复对象及其系统边界;(2)湿地生态系统退化成因分析,识别退化主导因子、退化过程、退化类型、退化阶段与强度等;

(3)确定生态恢复目标;(4)生态恢复技术的分析与选择;

(5)建立优化模型,进行生态规划与风险评价,提出具体实施方案;(6)方案自然—社会—经济—技术可行性分析;

(7)实地实验、示范与推广等。

在对多方案进行优化比较时,通常采用生态经济系统能值分析法,通过建立生态模型,模拟分析系统中的能流、物质流、信息流、货币流等,对生态工程在能量、环境、经济上进行综合评判和决策。该法已被Ton等成功地用于美国佛罗里达州钢城湾湿地恢复工程方案的优选。

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3　湿地生态修复技术

3.1　湿地生态恢复的技术

根据湿地的构成和生态系统特征,湿地的生态

恢复可概括为:湿地生境恢复、湿地生物恢复和湿地生态系统结构与功能恢复。相应地,湿地的生态恢复技术也可以划分为3大类:湿地生境恢复技术、湿地生物恢复技术、湿地生态系统结构和功能恢复技术。

3.1.1　湿地生境恢复技术

湿地生境恢复的目标是通过采取各类技术措施,提高生境的异质性和稳定性。湿地生境恢复包括湿地基底恢复、湿地水状况恢复和湿地土壤恢复等。

(1)湿地的基底恢复:通过采取工程措施,维护基底的稳定性,稳定湿地面积,并对湿地的地形、地貌进行改造。基底恢复技术包括湿地及上游水土流失控制技术、湿地基底改造技术等。

(2)湿地水状况恢复:包括湿地水文条件的恢复和湿地水环境质量的改善。水文条件的恢复通常是通过筑坝(抬高水位)、修建引水渠等水利工程措施来实现;湿地水环境质量改善技术包括污水处理技术、水体富营养化控制技术等。需要强调的是,由于水文过程的连续性,必须加强河流上游的生态建设,严格控制湿地水源的水质。

(3)湿地土壤恢复:包括土壤污染控制技术、土壤肥力恢复技术等。3.1.2　湿地生物恢复技术

主要包括物种选育和培植技术、物种引入技术、物种保护技术、种群动态技术、种群行为控制技

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土并举,把科技推广与生态农业建设有机结合起来,使生产效率、生态效益、经济效益有机统一。在造林上,坚持网、带、片、乔、灌、草相结合,营造以农防林为主的多林种、多树种、网带片、乔灌草相结合人工体系。在风蚀沙化地区营建由防风固沙林、阻沙林带、农田防护林、牧场防护林、护路林、村屯防护林、果园防护林等组成的大型综合防护林体系,形成切断沙源、阻止沙侵、防风固沙等多条防线,实现固定沙丘、稳定平原、保卫农田牧场的基本设想。4.4　的扶持

防沙治沙工作是一项系统工程,为了更好地完成防沙治沙任务,建议加强地方、部门之间规划的制定、衔接与协作。要对防沙治沙工作统筹协调安排,

并不断加强上的扶持,科技和资金上的投入,尤其要加强防沙治沙规划与国民经济和社会发展计划,土地利用总体规划,草原保护、建设、利用规划,

水资源规划及矿山建设规划之间的衔接与协调。并不断提高群众科技意识,调动广大群众防沙治沙的积极性。

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