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湿地恢复


一 湿地恢复的概念 湿地恢复是指通过生态技术或生态工程对退化或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。它包括提 高地下水位来养护沼泽,改善水禽栖息地;增加湖泊、河流中的富营养沉积物以及有毒物质 以净化水质; 恢复泛滥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(崔保山

,1999) 。目前的湿地恢复实践主要集中在沼泽、湖 泊、河流及河缘湿地的恢复上。 二 湿地恢复的理论 1 自我设计和设计理论 自我设计和设计理论(self-desigh versus desigh theory)据称是唯一起源于恢复生态学的 理论。由 van der valk 、Mitsch 和 Jorgensen 等提出并完善的湿地自我设计理论认为,只 要有足够的时间, 随着时间的进程, 湿地将根据环境条件合理地组织自己并会最终改变其组 分。Mitsch 和 Jorgensen(1989)认为,在一块要恢复的湿地上,种与不种植物无所谓,最 终环境将决定植物的存活及其分布位置(Mitsch,1989) 。Mitsch(1996)比较了一块种了 植物与一块不种植物的湿地恢复过程, 他发现在前 3 年两块湿地的功能差不多, 随后出现差 异,但最终两块湿地的功能恢复的一样。他与 Odum(1989)均认为湿地具有自我恢复的功 能,种植植物只是加快了恢复过程,湿地恢复一般要 15~20 年(Odum,1998) 。 而设计理论认为,通过工程和植物重建可直接恢复湿地,但湿地的类型可能是多样的。 这一理论把物种的生活史(即种的传播、生长和定居)作为湿地植被恢复的重要因子,并认 为通过干扰物种生活史的方法就可加快湿地植被的恢复(图 8.1) 。 这两种理论不同点在于: 自我设计理论把湿地恢复放在生态系统层次考虑, 未考虑到缺 乏种子库的情况, 其恢复的只能是环境决定的群落; 而设计理论把湿地恢复放在个体或种群 层次上考虑, 恢复的可能是多种结果。 这两种理论均未考虑人类干扰在整个恢复过程中的重 要作用。

种子散布

演替 种子 f(e) f(a),f(d),f(h),f(p) 幼苗

生长 成年植株 f(g) f(c),f(d),f(h),f(p) f(a)f(c),f(d), f(h),f(p)

凋落

a 年龄 c 竞争 d 干扰 e 环境条件 g 生长 h 啃食 p 疾病

播种

种植幼苗

种植成年植株

演替 种子 f(e) f(a),f(d),f(h),f(p) 幼苗

生长 成年植株 f(g) f(c),f(d),f(h),f(p) f(a)f(c),f(d), f(h),f(p)

凋落

图 8.1 通过干扰物种的生活史加快湿地恢复的设计理论(仿 van der valk,1999) 2 演替理论 演替(sucession)是生态学中最重要而又争议最多的基本概念之一,一般认为“演替是 植被在受到干扰后的恢复过程或从未生长过植物的地点上形成和发展的过程” 。演替的观点 目前至少已有 9 种(邬建国,1992) ,但只有 2 种与湿地恢复最有关,即演替的有机体论 (整 体论)和个体论(简化论) (van der valk,1999) 。 有机体论的代表人 Clements 把群落视为超有机体,将其演替过程比作有机体的出生、 生长、成熟和死亡。他认为植物演替由一个区域的气候决定,最终会形成共同的稳定顶级。 个体论的代表人 Gleason 认为植被现象完全依赖于植物个体现象, 群落演替只不过是种群动 态的总和。 上述两种演替观点代表了两个极端, 而大多数的生态演替理论反映了介乎其间的某种观 点(van der valk,1999) 。例如,Egler(1977)提出的初始植物区系组成学说认为,演替的途 径是由初始期该立地所拥有的植物种类组成决定的, 即在演替过程中那些种的出现将由机遇 决定,演替的途径也是难以预测的(图 8.2) 。事实上,前两种演替理论与自我设计和设计理 论在本质上是一回事。 利用演替理论指导湿地恢复一般可加快恢复进程, 并促进乡土种的恢 复。

图 8.2 湿地演替的几种理论(仿 Middleton,1999) Odum(1969)提出了生态系统演替过程中的 24 个特征,Fisher 等(1982)在研究了美国 Arizona 的一条溪流的恢复过程后作了比较, 他们发现所比较的 14 个特征中只有半数是相符 的。因此,虽然可以演替理论指导恢复实践,但湿地的恢复与演替过程还是存在差异的。 3 入侵理论 在恢复过程中植物入侵是非常明显的。一般地,退化后的湿地恢复依赖于植物的定居能 力(散布及生长)和安全岛(safe site,适于植物的萌发、生长和避免危险的位点) 。John stone(1986)提出了入侵窗理论,该理论认为,植物入侵的安全岛由障碍和选择性决定,当移 开一个非选择性的障碍时,就产生了一个安全岛。例如,在湿地中移走某一种植物,就为另 一种植物入侵提供了一个临时安全岛, 如果这个新入侵种适于在此生存, 它随后会入侵其他 的位点。入侵窗理论能够解释各种入侵方式,在恢复湿地时可人为加以利用。 4 河流理论 位于河流或溪边的湿地与河流理论(river theory)紧密相关。河流理论有河流连续体概 念(river continuum concent) 、系列不连续体概念(serial discontinuum concent,有坝阻断河流 时)两种。这两种理论基本上都认为沿着河流不同宽度或长度其结构与功能会发生变化。根 据这一理论:在源头或近岸边,生物多样性较高;在河中间或中游因生境异质性高生物多样 性最高,在下游因生境缺少变化而生物多样性较低(Vannote,1980;Ward,1998) 。在进行湿地 恢复时,应考虑湿地所处的位置,选择最佳位置恢复湿地生物。 5 洪水脉冲理论 洪水脉冲理论(flood pusling theory)认为洪水冲积湿地的生物和物理功能依赖于江河进 入湿地的水的动态。被洪水冲过的湿地上植物种子的传播和萌发,幼苗定居,营养物质的循

环,分解过程及沉积过程均受到影响(Middleton,1999) 。在湿地恢复时,一方面应考虑洪水 的影响,另一方面可利用洪水的作用,加速恢复退化湿地或维持湿地的动态。 6 边缘效应理论和中度干扰假说 湿地位于水体与陆地的边缘, 又常有水位的波动, 因而具有明显的边缘效应和中度干扰, 是检验边缘效应理论(edge effect theory)和中度干扰理论(intermediate disturbance hypothesis)最佳场所。边缘效应理论认为两种生境交汇的地方由于异质性高而导致物种多 样性高(Forman,1995) 。湿地位于陆地与水体之间,其潮湿、部分水淹或完全水淹的生境在 生物地球化学循环过程中具有源、库和转运者三重角色,适于各种生物的生活,生产力较陆 地和水体高。 湿地上环境干扰体系的时空尺度比较复杂(图 8.3) ,Connell(1978)提出的中度干扰理 论认为在适度干扰的地方物种丰富度最高,具体的说,在一定时空尺度下,有适度干扰时, 会形成缀块性的景观, 景观中会有不同演替阶段的群落存在, 而且各生态系统保留高生产力、 高多样性等演替早期特征,但这一理论应用时的难点在于如何确定中度干扰的强度、频率、 持续时间。

环境与生物变化的时空尺度图解( 图 8.3 环境与生物变化的时空尺度图解(修改自 Forman,R.t.t. 1995) ) 三 湿地恢复的原则和目标 1 湿地恢复的基本原则 (1) 可行性原则。可行性是许多计划项目实施时首先必须考虑的〔20~22〕 。湿地恢复的 可行性主要包括两个方面,即环境的可行性和技术的可操作性。通常情况下,湿地恢复的选 择在很大程度上由现在的环境条件及空间范围所决定。 现时的环境状况是自然界和人类社会 长期发展的结果,其内部组成要素之间存在着相互依赖、相互作用的关系,尽管可以在湿地 恢复过程中人为创造一些条件,但只能在退化湿地基础上加以引导,而不是强制管理,只有 这样才能使恢复具有自然性和持续性。比如,在温暖潮湿的气候条件下,自然恢复速度比较 快,而在寒冷和干燥的气候条件下,自然恢复速度比较慢。不同的环境状况,花费的时间也 就不同,甚至在恶劣的环境条件下恢复很难进行。另一方面,一些湿地恢复的愿望是好的, 设计也很合理,但操作非常困难,恢复实际上是不可行的。因此全面评价可行性是湿地恢复 成功的保障。 (2) 稀缺性和优先性原则。计划一个湿地恢复项目必须从当前最紧迫的任务出发, 应该具有针对性。 为充分保护区域湿地的生物多样性及湿地功能, 在制定恢复计划时应全面 了解区域或计划区湿地的广泛信息, 了解该区域湿地的保护价值, 了解它是否是高价值的保 护区,是否是湿地的典型代表类型,是否是候鸟飞行固定路线的重要组成部分等等。尽管任 何一个恢复项目的目的都是恢复湿地的动态平衡而阻止陆地化过程, 但轻重缓急在恢复前必 须明确。例如一些濒临灭绝的动植物种,它们的栖息地恢复就显得非常重要,即所谓的稀缺 性和优先性。因为小规模的物种、种群或稀有群落比一般的系统更脆弱更易丧失。但恢复这 种类型的湿地难度也就很大,常常会事与愿违。 (3) 美学原则。湿地具有多种功能和价值,不但表现在生态环境功能和湿地产品的 用途上,而且具有美学、旅游和科研价值。因此在许多湿地恢复研究中,特别注重对美学的

追求,像国内外许多国家对湿地公园的恢复〔17,18,27〕 。美学原则主要包括最大绿色原则和 健康原则,体现在湿地的清洁性、独特性、愉悦性、可观赏性等许多方面。美学是湿地价值 的重要体现。 2 湿地恢复的目标 根据不同的地域条件,不同的社会、经济、文化背景要求,湿地恢复的目标也会不 同。有的目标是恢复到原来的湿地状态,有的目标是重新获得一个既包括原有特性,又包括 对人类有益的新特性状态〔28〕 ,还有的目标是完全改变湿地状态等。在湿地恢复计划中或 实践中经常希望达到的两个目标是湿地的先前特性和机遇目标。 (1) 湿地的先前特性。湿地恢复的成功与否,经常要受两个条件制约。一是湿地的 受损程度, 二是对湿地先前特性的了解程度。 所谓先前特性, 就是指原始阶段的后序列状态, 亦即受干扰前的自然状态。 这些状态从某种意义上讲就是恢复者的一个选择或偏好, 或者说 这些状态具有一定的不确定性。 因为对湿地先前特性的了解程度及理解决定了恢复只能是近 于先前的状态, 而近于先前或受扰前的程度是很难把握的, 这就需要大量资料的积累和科学 推断,通过投入最小化的管理方式而发挥其先前应具有的功能和价值。 (2) 恢复过程中的机遇。因为恢复过程是受多种因素所制约的,水文状况、地形地 貌、生物特性、当地气候及环境背景变化等都是影响湿地恢复的重要因素,这些因素的自然 表现在历史时期内不尽相同, 因而湿地恢复的过程及结果常常具有不确定性, 可能会有多种 选择的机会。在这种条件下,某些结果的出现可能被看作是浪费一个机会,因为这些可能的 结果在多种状况下都是可以被恢复的, 而浪费的机会却很难再一次出现。 因此恢复者在湿地 恢复的操作过程中要关注并珍惜机会的把握,而不是去浪费它。 四 湿地恢复的策略 湿地退化和受损的主要原因是人类活动的干扰,其内在实质是系统结构的紊乱和功能的 减弱与破坏, 而在外在表现上则是生物多样性的下降或丧失以及自然景观的衰退。 湿地恢复 和重建最重要的理论基础是生态演替。 由于生态演替的作用, 只要克服或消除自然的或人为 的干扰压力,并且在适宜的管理方式下,湿地是可以被恢复的。恢复的最终目的就是再现一 个自然的、自我持续的生态系统,使其与环境背景保持完整的统一性。 不同的湿地类型,恢复的指标体系及相应策略亦不同(表 1)。对沼泽湿地而言,由于泥炭 提取、 农业开发和城镇扩建使湿地受损和丧失。 如要发挥沼泽在流域系统中原有的调蓄洪水、 滞纳沉积物、净化水质、美学景观等功能,必须重新调整和配置沼泽湿地的形态、规模和位 置,因为并非所有的沼泽湿地都有同样的价值。在人类开发规模空前巨大的今天,合理恢复 和重建具有多重功能的沼泽湿地, 而又不浪费资金和物力, 需要科学的策略和合理的生态设 计 就河流及河缘湿地来讲,面对不断的陆地化过程及其污染,恢复的目标应主要集中在洪 水危害的减小及其水质的净化上, 通过疏浚河道, 河漫滩湿地再自然化, 增加水流的持续性, 防止侵蚀或沉积物进入等来控制陆地化, 通过切断污染源以及加强非点源污染净化使河流水 质得以恢复。而对湖泊的恢复却并非如此简单,因为湖泊是静水水体,尽管其面积不难恢复 到先前水平,但其水质恢复要困难的多,其自净作用要比河流弱得多,仅仅切断污染源是远 远不够的, 因为水体尤其是底泥中的毒物很难自行消除, 不但要进行点源、 非点源污染控制, 还需要进行污水深度处理及其生物调控技术。 对于红树林湿地而言,红树林沼泽发育在河口湾和滨海区边缘〔27,31〕 ,在高潮和风暴 期是滨海的保护者, 在稳定滨海线以及防止海水入侵方面起着重要作用。 它为发展渔业提供 了丰富的营养物源,也是许多物种的栖息地。由于人类的各种活动,红树林正在被不断地开 发和破坏。为恢复这一重要的生态系统,需要保持陆地径流的合理方式,严禁滥伐及矿物开 采,保证营养物的稳定输入等是恢复退化红树林的关键所在。

湿地恢复策略经常由于缺乏科学的知识而阻断, 特别是湿地丧失的原因, 自然性和对一 些显著环境变量的控制, 有机体对这些要素的反应等还不够清楚, 因此获得对湿地水动力的 理解,及评价不同受损类型的影响是决定恢复策略的关键。 五 湿地恢复的合理评价 1 生态合理性 生态合理性亦即恢复的生态整合性问题(表 2)。从组成结构到功能过程,从种群到群 落,湿地生态系统最终的恢复目标是完整的统一体,违背了生态规律,脱离了生态学理论或 者同环境背景值背道而驰,均是不合理的。湿地恢复不但包括生态要素的恢复,也包含生态 系统的恢复。生态要素包括土壤、水体、动物、植物和微生物,生态系统则包括不同层次、 不同尺度规模、不同类型的生态系统。因此,恢复的生态合理性亦即组成结构的完整性和系 统功能的整合性。 恢复被损害的湿地到接近于它受干扰前的自然状态, 即重现系统干扰前的 结构和功能及有关的物理、化学和生物学特征,直到发挥其应有的功效并健康发展,是生态 合理性的最终体现。 2 社会合理性 主要指公众对恢复湿地的认识状况及其对湿地恢复必要性的认识程度。特别是目前 人类活动的不断加剧,对各类型湿地造成了极大的损害。从质量和数量上均有明显的丧失。 再加上许多湿地类型的市场失效性,公众对恢复湿地还没有形成强烈的意识。因此,加强湿 地保护宣传力度,尽快出台湿地立法,增强公众的参与意识是湿地恢复的必要条件,是社会 合理性的具体体现。 3 经济合理性 经济合理性一方面指恢复项目的资金支持强度,另一方面是恢复后的经济效益,即 遵循最小风险与效益最大原则。 湿地恢复项目往往是长期的和艰巨的工程, 在恢复的短期内 效益并不显著, 往往还需要花费大量资金进行资料的收集和定位定时监测。 而且有时难以对 恢复的后果以及生态最终演替方向进行准确地估计和把握, 因此带有一定的风险性。 这就要 求对所恢复的湿地对象要经过综合分析、论证,将其风险降低到最小。同时,必须保证长期 的资金稳定性和对项目的监测。只要恢复目标是可操作的,生态是合理的,并且有高素质的 管理者和参与者,湿地恢复的效益最终能够实现。


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