武汉市城市湖泊湿地退化特征及原因研究-硕士论文

分类号 密级 华中农业大学硕士学位论文 瞎碜 1 8 3 0 3 彳5 武汉市城市湖泊湿地退化原因分析 S T U D I E SO NF E A T U R E SA N DR E A S O N SO F D E G R A D A T I O NO FU R B A NL A K E W E T L A N DI NW U H A N 研究生：张燕 指导教师：徐永荣副教授 指导小组：周志翔教授 王鹏程副教授 姚崇怀副教授r ，_ n 专业：园林植物与观赏园艺研究方向：园林植物应用与园林生态 获得学位名称：农学硕士获得学位时间：2 0 1 0 年6 月 华中农业大学园艺林学学院 二。一O 年六月 r 赫一煳赫支_ Y 17 9 9 6 2 6 l 茎篓巷耋 否如需保密，解密时间年月日 是否保密 H 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 l 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发i f 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书l l 丙使用过的材料，指导教师对此进行了审定。与我一同Z - 作的同志对本研究所做的任l i 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生签名：弓1 艮燕时间：加口年多月口日 学位论文使用授权书 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 武汉市城市湖泊湿地退化特征及原因研究 目录 目录I 摘要1 A b s t r a c t ： 1 一前言：3刖百：3 1 1 研究的目的与意义3 1 2 国内外湿地退化研究进展3 1 2 1 湿地研究3 1 2 2 湿地退化的现状研究4 1 2 3 湿地退化的原因研究6 1 2 4 湿地退化机制研究7 1 2 5 退化湿地的恢复研究8 1 2 6 退化湿地恢复成功的案例1 0 2 研究地点与研究方法1 4 2 1 研究区域概况1 4 2 1 1 武汉市自然地理状况1 4 2 1 2 武汉市湖泊湿地状况1 4 2 2 研究范围1 6 2 3 研究方法1 7 2 3 1 研究方法1 7 2 3 2 植被调查方法1 9 2 3 3 湿地退化特征的选取1 9 2 3 4 社会经济数据来源1 9 2 3 5 数据分析方法2 0 3 结果与分析2 0 3 1 生物退化特征2 0 3 1 1 外来种2 0 3 1 2 栽培种2 4 3 1 3 水生植物2 7 3 1 4 湿生植物3 0 华中农业大学2 0 1 0 届硕士学位论文 3 2 生境退化特征3 2 3 2 1 演替序列3 3 3 2 1 各湖泊最长湿地样线的演替序列3 3 3 2 1 2 各湖泊湿地平均宽度3 5 3 2 2 面积变化i 3 8 3 2 3 岸线硬质化比例3 9 3 3 功能退化特征j 4 0 3 3 1 水质变化4 0 3 3 1 1 部分湖泊历年水质变化4 0 3 3 1 2 各湖泊0 8 年水质4 0 3 3 2 生物多样性4 3 3 3 2 1 各湖泊单位面积物种数4 3 3 3 2 1 各湖泊单位周长物种数4 4 3 4 各湖泊退化程度综合分类4 5 3 4 1 各湖泊退化程度综合分类结果4 5 3 4 2 综合分类结果与各类单一指标分类结果对比4 5 3 4 2 1 按生物退化分类结果与综合分类结果的对比4 5 3 4 2 2 按生境退化分类结果与综合分类结果的对比4 6 3 4 2 2 按功能退化分类结果与综合分类结果的对比4 6 3 5 武汉市城市湖泊湿地退化原因分析4 7 3 5 1 围垦4 7 3 5 2 面积缩减4 8 3 5 3 城市化对湖泊湿地退化的影响分析4 9 3 5 3 1 各湖泊湿地退化特征与湖泊周边外环境之间的关系4 9 3 5 3 2 湖泊湿地的外环境对湿地退化特征的的影响5 0 3 5 3 3 外环境对湖泊退化程度的影响分析5 3 3 5 4 武汉市城市湖泊退化原因的主成分分析5 4 4 结论与讨论5 6 4 1 结论5 6 4 2 讨论5 7 参考文献：5 8 武汉市城市湖泊湿地退化特征及原因研究 附录6 5 致谢6 8 I I I 武汉市城市湖泊湿地退化特征及原因研究 摘要 本文在对武汉市城市湖泊湿地调查的基础上，根据各湖泊湿地的生物特征、生 境特征和功能特征进行聚类分析，将2 3 个湖泊按照退化程度的轻重分为四个等级； 并探讨了武汉市城市湖泊湿地退化的原因，分析了城市化建设对湿地退化的影响， 具体结果如下： ( 1 ) 根据生物退化特征、生境退化特征和功能退化特征的综合聚类分析，2 3 个湖泊湿地按照退化程度分为四大类：第一类，退化轻微的，有竹叶湖、严东湖、 北太子湖、清潭湖；第二类，退化较轻的，有南太子湖、野芷湖、三角湖、塔子湖、 黄家湖、汤逊湖、野湖、青菱湖、龙阳湖；第三类，退化较严重的，包括沙湖、南 湖、张毕湖、严西湖、墨水湖、北湖、东湖、五加湖；第四类，退化严重的，为内 沙湖和紫阳湖。 ( 2 ) 城市化是通过湖泊周边的各土地利用方式的变化来影响湿地生态系统的。 经过分析发现：外环境植被覆盖率越大，湖泊湿地外来种比例越大；外环境建设用 地覆盖率越大，农用地覆盖率越小，则湿地最长样线演替序列越短、湖泊湿地平均 演替序列越窄：外环境水面覆盖率越大，则湖泊湿地单位面积物种数越大、湖泊湿 地单位岸线物种数越多。 ( 3 ) 各类退化程度的湖泊之间，最明显的差异就是建设用地覆盖率和农用地覆 盖率，湖泊周边建设用地覆盖率越高，农用地覆盖率越低，其退化越严重。 ( 4 ) 退化原因主成分分析结果表明：围垦率、面积缩减率和单位面积污水承载 量是武汉市城市湖泊湿地退化的主要因子。 关键词：城市湖泊湿地、退化特征、退化原因 华中农业大学2 0 1 0 届硕士学位论文 A b s t r a c t I nt h i s p a p e r , w ea n a l y s e d f e a t u r e so fb i o l o g i c a l ，h a b i t a ta n df u n c t i o no f2 3 l a k e w e t l a n d si nW u h a nC i t yb a s e do nf i e l ds u r v e y , a n dt h e nw ed i v i d e d2 3l a k e w e t l a n d s i n t o4c l a s s e sa c c o r d i n gt od e g r a d a t i o nd e g r e e W ea l s od i s c u s s e dd e g r a d a t i o nr e a s o n s ， a n a l y s e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc i t yc o n s t r u c t i o na n dw e t l a n d sd e g e n e r a t i o n T h e r e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) 4c l a s s e sd i v i d e db yd e g r a d a t i o nd e g r e ea r e ：t h ef i r s tc l a s si sm o s ts l i g h t l y , s u c h a sz h u y e h a iL a k e 、y a n d o n g h uL a k e 、b e i t a i z i h uL a k ea n dq i n g t a n h uL a k e ；t h es e c o n dc l a s s i ss l i g h t l y , s u c ha sn a n t a i z i h uL a k e ，y e z h i h uL a k e ，s a n j i a h uL a k e ，t a z i h uL a k e ，h u a n g i i a h u L a k e 、y e h uL a k e 、q i n g l i n g h uL a k ea n dl o n g y a n g h uL a k e ；t h et h i r dc l a s si sh i g h l y , s u c ha s s h a h uL a k e ，n a n h uL a k e ，z h a n g b i h uL a k e ，y a n x i h uL a k e ，m o s h u i h uL a k e ，b e i h uL a k e ， d o n g h ul a k ea n dw u j i a h ul a k e ；t h ef o u r t hc l a s si sm o r eh i g h l y , s u c h a Sn e i s h a h ul a k e 、a n d z i y a n g h ul a k e ( 2 ) W ea l s of o u n du r b a n i z a t i o nW a sa ni m p o r t a n tf a c to fd e g r a d a t i o no fw e t l a n d ：t h e v e g e t a t i o nc o v e r a g er a t eo u t s i d et h el a k ei n c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n gi nt h er a t i oo fl a k e w e t l a n d Sa l i n es p e c i e s ；a st h ec o n s t r u c t i o nl a n dc o v e r a g er a t eo u t s i d et h el a k ei n c r e a s i n g a n dt h ea g r i c u l t u r a ll a n dc o v e r a g er a t eo u t s i d et h el a k e sd e c r e a s i n g ，t h el e n g t ho ft h e l o n g e s tl i n e Ss u c c e s s i o na n dt h ea v e r a g el e n g t ho fl i n e Ss u c c e s s i o na r ed e c r e a s i n g ；a st h e w a t e rc o v e r a g er a t eo fo u t s i d et h el a k e si n c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n gi nt h es p e c i e sp e r h e c t a r eo ft h el a k ew e t l a n d sa n dt h es p e c i e sp e rk i l o m e t e ro ft h el a k ew e t l a n d s p e r i m e t e r ( 3 ) A m o n g l a k e so fd i f f e r e n t d e g r a d a t ed e g r e e ，t h em o s td i f f e r e n c ew e r et h e c o n s t r u c t i o nl a n dc o v e r a g er a t ea n dt h e a g r i c u l t u r a ll a n dc o v e r a g e r a t e A st h e c o n s t r u c t i o nl a n dc o v e r a g er a t ei n c r e a s i n ga n dt h ea g r i c u l t u r a ll a n dc o v e r a g er a t e d e c r e a s i n g ，t h el a k e Sd e g r a d a t i o nW a sm o r es e r i o u s ( 4 ) T h er e s u l t so fp r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i ss h o w e dt h a tt h er e c l a i m e dr a t i o ，t h e d e c r e a s er a t i oo fw e t l a n da r e aa n dt h es e w a g eq u a n t i t yp e rh e c t a r ew e r e m a i nr e a s o n so f d e g r a d a t i o no f l a k e w e t l a n di nW u h a n c i t y K e yw o r d s ：U r b a nl a k ew e t l a n d ；d e g r a d a t i o nf e a t u r e s ；r e a s O n so fd e g r a d a t i o n 2 武汉市城市湖泊湿地退化特征及原因研究 1 前言： 1 1 研究的目的与意义 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( R a m s a r ) 公约，湿地的定义为：“湿地是指不 论其为天然或人工，长久或暂时性的沼泽地、泥炭地或水域地带，静止或流动的淡 水、半咸水、咸水体，包括低潮时水深不超过6 m 的水域。 其中，湖泊湿地是我国 受人类活动影响很大的一种湿地。 城市湖泊湿地主要指位于城市建成区及其邻近正在非农化地区中的湖泊湿地， 也包括位于中心城市周围点状展布的卫星城镇区域范围内的湖泊湿地，是水陆相互 作用和人类活动相应最为敏感的地带。城市湖泊是城市绿地规划系统中的重要组成 部分，因为湖泊湿地对整个城市的生态系统有着重要的作用。具体表现在维护城市 生物多样性、调节城市气候和空气质量、减少噪音、降低热岛效应、吸收和降解城 市生态过程中的有害物质、防洪调蓄、保持水土、提供水资源、提供多种产品，并 具有美化城市和休闲娱乐科教等社会文化功能。 城市湖泊受人类活动影响较大，水质污染、湖滨带湿地萎缩、水位下降( 波动 大) 、湿地逐渐趋于人工化、生物多样性急剧下降等压力，已严重影响到城市湖泊淡 水供应、旅游观光、生态调节等生态服务功能的正常发挥( 任宪友，2 0 0 7 ) 。在城市 化进程中，城市湖泊湿地生态系统非常脆弱，已成为最受威胁的生态系统之一。湖 泊湿地的状况如何直接影响着整个城市的生态状况，如何在城市快速发展的同时， 不至于导致城市湿地环境恶化，而让整个城市湖泊湿地也得到恢复与保护，从而实 现人与自然的和谐发展，具有较强的理论及现实意义。 本文以生态学理论为指导，选择具有湖沼水网型的城市为研究对象，对城市湖 泊湿地退化表征及其影响因子进行研究。以期为城市湖泊湿地的退化机制进行探索， 从而为城市湖泊湿地的生态恢复提供理论依据。 1 2 国内外湿地退化研究进展 1 2 1 湿地研究 湿地科学的研究在近几十年蓬勃发展，它同时向综合与分化两极方向发展、学 科体系日益扩大、内容增多、领域拓宽、研究深入，并且与其他学科纵横交错，成 为一个复杂而又完整的综合学科( 杨永兴，2 0 0 2 ) 。湿地科学的研究及前沿领域比较 华中农业大学2 0 1 0 届硕士学位论文 多，可以概括为湿地基本理论、湿地形成发育与演化、湿地水文过程与功能、湿地 生物地球化学循环、湿地植物生态学研究、湿地服务功能价值研究、湿地评价、湿 地的保护与开发研究等8 个方面。其中，研究的重点为湿地自然过程、湿地与全球 变化、湿地健康及其评价、湿地管理与保护、以及退化湿地恢复与重建等( 葛继稳， 2 0 0 7 ) 。 湿地在全球的自然生态系统中，发挥着重要作用，但是过去湿地功能并未受到 足够重视，工业化、城市化的发展已经使全球的湿地，因为大量人为干扰和污染而 退化，部分湿地已经完全被毁灭。湿地生态系统的破坏使全球的生态系统受到了严 重威胁，环境问题日益突出、极端气候日愈频繁的当今社会，其结果已经让全球的 生态平衡及人类生存受到了极大的影响，湿地退化与恢复的研究也因而成为研究热 点，而湿地退化机制研究是其中的一个重点。美国、加拿大、澳大利亚、德国、英 国、瑞典均深入开展此类研究( 刘春兰，2 0 0 4 ) 。 我国对湿地退化的研究起步较晚( 崔丽娟和张明祥，2 0 0 2 ) 。国内湿地退化的 定义多侧重于湿地退化的动态过程，国家海洋局第一海洋研究所将湿地退化定义 为：湿地生态系统的一种逆向演替过程，是系统在物质、能量的匹配上存在着某一 环节的不协调，或由于某种不利的量变过程已达到使系统发生蜕变的临界点。此时 系统处于一种不稳或失衡状态，系统结构紊乱，功能减弱与破坏，在这种情形下， 原有的生态系统会逐渐演变为退化湿地生态系统( 崔丽娟和张明祥，2 0 0 2 ) 。已开 展的湿地退化相关研究包括湿地退化现状研究、湿地退化成因及机制、退化湿地的 恢复研究。张晓龙等认为湿地退化表现为湿地生态系统的功能和结构以及与生态系 统相联系的生境的丧失和破坏( 张晓龙和李培英，2 0 0 4 ) 。 1 2 2 湿地退化的现状研究 早期对于湿地退化的现状研究，大多以湿地面积缩减的现象为主，另外还包括 水质变化、湿地植被的退化与消失、蓄水能力的降低、水生生物的减少和生产力降 低等直观表面的退化现象。 近年来，研究者开始定量地研究湿地退化的一些表征。从理论上研究，主要是 对湿地退化的特征进行总结，安娜等总结为四个方面：功能面积减少、系统物质能 量流失衡、组织结构破坏、生态功能减弱( 安娜等，2 0 0 8 ) 。张晓龙、李培英将湿地 退化标准的内容定为：面积的变化；组织结构，包括生物群落和生态景观结构；功 能特征的变化；物质能量平衡的变化，包括水的动态变化和生物地球化学循环；社 会价值的变化，主要包括观赏、教育以及研究价值；持续发展能力，即适应环境变 化，维持自身平衡的自我调控能力( 张晓龙和李培英，2 0 0 4 ) 。在实际研究中，面积 4 武汉市城市湖泊湿地退化特征及原因研究 变化，水质变化、生物多样性是分析退化的主要表征，另外还有土壤性质变化，草 地或水生生物生产力等衡量指标。崔保山认为湿地生态特征变化是指湿地生态过程 及功能的消弱或失衡，湿地结构和功能的退化是湿地生态系统退化的重要表征，而 结构的退化又包括物种组成、群落类型的变化：功能的退化则包括环境功能退化、 生态功能退化和生产功能退化三个方面。具体表现在：湿地面积变化、水状况的改 变、水质的改变、湿地产品的不可持续开发、外来种的入侵( 崔保山，2 0 0 6 ) 。张 绪良等在莱州湾湿地的研究中，把湿地的退化表征分为物理退化、生物退化和化学 退化。物理退化表现在湿地面积减少和景观多样性水平降低：生物退化表现为生物 多样性水平下降、自然湿地净生产力水平的降低；化学退化则表现为湿地的水体富 营养化，水质污染，土壤酸碱性变化( 张绪良，2 0 0 9 ) 。 我国湿地退化的现状研究包括高原湿地，滨海湿地、河流湿地、平原湖泊湿地 等各种方面。高原湿地的湿地退化现状主要是：湿地沙化、盐碱化，地表径流的减 少导致草场退化，湿地萎缩( 戚登臣，2 0 0 6 ；焦晋川，2 0 0 7 ) 。滨海湿地退化的现 状研究较多，从高纬度的辽河三角洲到南海的红树林湿地，包括三角洲湿地、湖滨 沼泽、淤泥质海岸、红树林沼泽和海岸渴湖、砂纸海岸湿地等。总体特征是湿地面 积减少，湿地景观多样性水平下降，物种水平上的生物多样性下降，生物量下降和 初级生产力的降低，湿地水质严重污染和地表水不足而引起的湿地土壤次生盐渍 化，海岸侵蚀严重，生物资源过度利用( 张绪良，2 0 0 6 ；兰竹虹，2 0 0 6 ；石青峰， 2 0 0 4 ) 。河流湿地退化特征则表现在湿地水质严重污染，湿地面积减少，生物多样 性降低( 范庆安，2 0 0 8 ；王泊，2 0 0 6 ) 。平原湖泊湿地的退化现状研究主要集中在 洞庭湖、鄱阳湖等大型湖泊的研究，主要表现在湖泊水体污染严重，富营养化，湖 泊湿地面积减少，调蓄功能下降，生物多样性降低( 黄金国，2 0 0 5 ；邱东茹， 1 9 9 6 ；) 。 很多研究者都认为生物多样性水平的降低是湿地生态系统退化的主要特征( 张 绪良，2 0 0 9 ；李春花，2 0 0 5 ；王学雷，2 0 0 4 ；卞建民，2 0 0 4 ；韩秋影，2 0 0 6 ；范庆 安，2 0 0 8 ) ，但是后源、郭正刚等在对黄河首曲湿地的退化研究中发现，多样性指数 和丰富度指数是增大的，而均匀度指数则是先增后降的( 后源和郭正刚，2 0 0 9 ) 。倪 志英在对大小兴安岭退化森林湿地的演替规律研究中发现，人工干扰使森林湿地过 渡带的群落多样性程度提高( 倪志英，2 0 0 7 ) 。因此，不能单纯地以多样性程度来 判断湿地是退化的。肖德荣等在对纳帕海湿地原生沼泽、退化草甸和退化人工开垦 农田三种湿地生态系统的研究中发现，植物物种丰富度与多样性随湿地退化演替呈 增加趋势，并认为湿地的退化是功能的退化，纳帕海湿地在演替过程中，虽然湿地 植物物种多样性得到增加，但作为维持湿地功能的水生、湿生植被减少，湿地功能 华中农业大学2 0 1 0 届硕士学位论文 减弱，出现明显的退化趋势，因此，他认为，湿地退化应从湿地功能价值方面进行 综合分析( 肖德荣等，2 0 0 7 ) 。 1 2 3 湿地退化的原因研究 湿地退化的研究，始于上世纪7 0 年代，至今为止，研究的对象都是在工业化和 城市化的背景之中的退化湿地。湿地退化的原因，前人主要归于人为因素，但是也 有自然因素。其中，自然因素的影响主要包括气候变化、土壤沙化、河流水量变化、 断流、风浪侵蚀、地壳运动等，这类因素变化对湿地的影响，往往是相当巨大的和 不可逆转的。需要指出的是，全球与区域的气候持续性变化只是为湿地退化提供了 一个基本背景，而在中小尺度上时空分配状态的变化和局地气候特征的改变，才可 能是湿地退化的直接的原因和动力( 安娜，2 0 0 8 ) 。而人为因素则极其复杂，不仅体 现在湿地中人们的各种行为，还包括法制体系和管理体系的不完善。安娜等认为， 湿地退化最根本的原因是人口压力，农牧业发展对湿地的破坏和开垦，工业化发展 对湿地的污染、对湿地资源的过度利用、水利工程措施对湿地生境的破坏、城市开 发对湿地的侵占等是我国湿地退化的主要原因。 各类型湿地退化的原因各有不同，高原湿地退化的原因中，自然气候的变化占 有的分量较重，降水量减少，蒸发量增大，径流量减少对湿地退化有显著的作用， 而人口数量、农业发展和畜牧的增多使用水量迅速增加，两方面的原因加剧了湿地 退化的过程( 肖德荣，2 0 0 7 ；李林，2 0 0 9 ；罗磊，2 0 0 5 ；焦晋川，2 0 0 7 ) 。其他各类 湿地的退化主要原因都是严重的人为干扰，比如围垦、污染、过度捕捞、城市水利 建设等人类活动。另外，滨海湿地退化还有海岸侵蚀、海平面上升等原因( 石青峰， 2 0 0 4 ) 。 在各种湿地退化原因的研究中，对使湿地退化主要因素的主导因子进行分析的 并不多，大多是定性分析。刘春兰在对白洋淀湿地的退化研究中，确定了决定性因 素是水文特征，并主要从这一角度进行分析，结果表明：水文特征的变化会引起湿 地生态系统的结构和功能等生态特征发生改变，其中降水的减少和上游水源区对进 入湿地水量的控制作用最为重要，白洋淀湿地的退化与气候持续干旱和水源区不断 兴修的水利工程极大地减少了湿地入水量密切相关( 刘春兰，2 0 0 4 ) 。而各种影响因 子的影响程度分析还未进行，即结合各种自然和社会因子的变化规律对应与湿地的 退化表征，缺乏量化的因果关系的建立。 6 武汉市城市湖泊湿地退化特征及原因研究 1 2 4 湿地退化机制研究 湿地退化机制实际上就是湿地退化的内在驱动力，也就是导致湿地退化的主导 因子。湿地退化机制研究关注的是某些导致湿地退化的主导因子与湿地退化表征具 体指标间的响应机制，是定量关系的建立。 尽管湿地退化机制研究已经成为湿地研究的新热点问题，但是目前大多数关于 湿地退化机制研究还停留在原因分析的因果关系上，对于真正的内在驱动力响应机 制研究甚少。 卞建民对向海湿地生态环境退化机制研究( 卞建民，2 0 0 4 ) 中，在湿地生态环 境的背景条件及湿地现状分析的基础上，认为自然环境的脆弱是湿地退化的前提， 而上游截流、水利建设及土地不合理开发而引起的湿地水量减少是湿地退化的主要 原因；章光新( 章光新，2 0 0 8 ) ，系统分析了嫩江中下游湿地生态水文功能退化的自 然因素与人为因素，以为气候变化引起的温度和降水变化，及人为活动的对水资源 大量利用和水利工程，导致的湿地水量减少和工农业污染是湿地水文功能退化的主 要机制。赵振勇对塔里木河下游荒漠生态系统退化机制的研究，包维楷对岷江上游 山地生态系统退化机制的研究都发现：生物群落的不稳定性和环境的脆弱性使生态 系统具有潜在的退化危险，强烈的人为干扰则导致地下水位下降，植被衰退，土壤 退化和生物多样性降低，生态环境恶劣，因此，生态系统的脆弱和不稳定性是退化 的内因，人为干扰是驱动力( 赵振勇，2 0 0 6 ；包维楷，2 0 0 0 ) 。可见高原水源区的湿 地生态系统的退化主要是水量减少，但并无水量变化与退化因子之间的相关性定量 分析。 王爱军和陈坚在对厦门滨海湿地退化机制的研究( 王爱军和陈坚，2 0 0 6 ) 中， 阐述了引起滨海湿地退化的几方面原因，包括海平面上升、围垦、城市建设、污染、 外来入侵和过度采砂这几方面。张帆通过对黄河口湿地互花米草群落退化的研究发 现，风暴潮带来的贝壳堆积和迁移是其主要驱动机制( 张帆，2 0 0 6 ) ，说明贝壳的密 度与湿地退化的关系，但并未涉及影响因子与互米草群落退化的相关性分析。这两 方面的研究对象均是滨海湿地，前者从宏观着手，对造成湿地退化的原因进行概括， 后者以具体湿地植被群落的变化对湿地退化过程进行了阐述。 吴筠在福建漳江口红树林退化机制的研究( 吴筠，2 0 0 8 ) 中，对影响红树林群 落的影响因子进行了定量化的分析，主要是探讨了p H 值、盐度、有机质、重金属等 环境影响因子对该地区红树林群落多样性的影响来分析红树林的退化机制，通过主 成分分析发现，影响红树林群落多样性的主要因子是有机质含量。而人为活动对湿 地物种多样性的影响，是通过T i l m a n 的多物种竞争模型模拟人为干扰，得出的红树 林物种丰富度几率变化趋势来进行的，结果表明，秋茄种群生长的限制因素是栖息 7 华中农业大学2 0 1 0 届硕士学位论文 地面积；而桐花树种群和白骨壤种群生长，是自身生长特性与环境的共同结果；木 榄的面积变化显示其仍是优势种，而变成偶见种是由于人为砍伐。 张建锋在黄河三角洲地区滨海湿地退化的研究( 张建峰，2 0 0 9 ) 中，将湿地植被 退化个阶段的土壤性状进行了定量分析，结果表明，植被基本是由白茅一柽柳一碱 蓬一到光板地进行演替的。在该地区滨海湿地演替过程中，光板地、碱蓬群落、柽 柳群落土壤有机质含量与白茅群落相比，分别降低了8 1 o ，6 7 4 ，5 9 5 ，全氮 含量则分别降低了6 1 1 ，5 9 6 ，4 1 2 ，速效P 含量分别降低了1 9 5 ，7 9 和 4 7 。同时，从白茅群落一光板地的演替不同阶段中，土壤酶活性中的脲酶、过氧 化氢酶活性也逐渐降低，盐分含量则逐渐提高。这说明植被的演变与湿地退化几乎 是同步响应的。土壤盐碱化，加快了植物群落的退化演替，植物的退化又反作用于 土壤，使土壤的理化性状向着不利于植物生长的方向转化，二者相辅相成，紧密联 系。土壤水盐运动是盐渍土演变过程的核心，也是影响湿地植被演替的重要因素。 安树青在“湿地退化与恢复的科学前沿 报告( 安树青，2 0 0 4 ) 中，总结了国 际湿地退化机制研究的热点：多因子协同作用下的湿地退化机制及其复杂性分析； 生物入侵导致湿地退化的过程与机制；湿地退化的生物地球化学循环过程：全球气 候变化与湿地变迁的反馈效应。他认为我国湿地退化机制研究有以下几点任务：要 考虑通过实验手段，区分人为干扰的直接作用和全球气候变化对湿地生态系统产生 的影响；构造湿地的物质循环和净污能力及其对全球变化的响应；湿地退化诊断与 评价。 1 2 5 退化湿地的恢复研究 所谓湿地恢复，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。国内外对退化湿地恢复的研究从2 0 世纪7 0 年代开始，包括理论研究 和实践技术，都取得了成功。我国最初是从退化湖泊的恢复研究开始的，湿地恢复 的实践研究。理论研究主要有次生演替理论、自我设计理论、入侵理论河流理论、 洪水脉冲理论边缘效应理论和中度干扰假说，但是演替理论是最重要的理论基础( 彭 少麟，2 0 0 3 ) 。实践技术研究主要是从恢复湿地水环境、控制污染、退田还湿、重建 湿地生物群落等方面进行的。目前，这些研究都主要集中在天然沼泽、湖泊、河流 及河缘湿地方面。近年来，我国对东湖、巢湖、滇池、太湖、洪湖、白洋淀等低海 拔地区的浅水湖泊富营养化控制和生态环境恢复获得了较多成功经验( 许木启， 1 9 9 9 ) 。典型的湿地恢复的实施措施可分为土壤基质的恢复、植被恢复、栖息地保护 与生境改善、湿地生态水管理、湖泊富营养化治理、有害生物防控、火生态控制， 8 武汉市城市湖泊湿地退化特征及原因研究 共七个方面。湿地的恢复模式研究较多，不同的湿地类型，恢复方法各不相同，但 是在一定区域内的同类湿地恢复还是可以遵循一定的模式。我国已经应用的模式很 多，比较著名的有桑基鱼塘模式和林果草( 牧) 渔模式。各种恢复方法基本上都尽 可能地采用了工程与生物措施相结合的方法，恢复湿地水流及水量以改善水质，根 据不同的湿地选择恢复湿地的生物群落，并尽量减少人为干扰等( 彭少麟，2 0 0 3 ) 。 陈芳清，J e a nM a r i eH a r t m a n 等对美国H a c k e n s a c k 湿地保护区的退化湿地恢复 进行了分析，该恢复计划的具体内容包括景观的恢复、生态系统的恢复、生态系统 结构与功能的恢复以及生物种群的恢复。研究表明：恢复退化湿地的水文条件是该 地退化生态系统功能恢复的关键；要选择适宜的目标生态系统，有选择地引入希望 的优势物种( 陈芳清，J e a nM a r i eH a r t m a n 等，2 0 0 4 ) 。 张绪良在对莱州湾退化滨海湿地的恢复研究中提出了三个方面的恢复：生境恢 复、生物恢复以及生态系统结构和功能的恢复。生境恢复的基础是地表基地的稳定， 包括水文、土壤等条件的恢复。生物恢复主要包括物种的选育、培植、引入及保护 技术、种群的动态调控和行为控制技术、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( 张绪良，2 0 0 9 ) 。并认为退化湿地生态系统结构与功能恢复技术 是湿地生态恢复研究中的重点和难点。 倪志英对大小兴安岭退化森林湿地过渡带群落恢复进行了研究，恢复退化森林 湿地的有效途径包括人工造林，和停止人为干扰，让其在退化后的状态上进行自然 演替过程两种途径。该研究中，人工恢复的关键技术包括三个方面，首先是选用适 宜湿地生境条件的优良树种、选择适应的生境地段、采取集约经营技术。并对不同 地带，提出了不同的恢复模式( 倪志英，2 0 0 7 ) 。 刘春兰从湿地生境、湿地生物、湿地生态系统结构与功能三个方面分析了白洋 淀湿地生态恢复的具体途径；叶春针对退化湖滨湿地的恢复类型，包括生境、生物 和生态系统三个方面，提出了各类型中具体对象的恢复技术体系( 刘春兰，2 0 0 4 ) 。 安树青认为湿地恢复要研究其理论、技术与途径之外，还要考虑食物网及功能 群在湿地恢复中的重要性。目前我国要着重研究以下几点：破碎化后湿地斑块的管 理与恢复；湿地恢复中功能群和大型水生植物作用的界定；针对不同湿地的修复技 术及其技术原理等( 安树青，2 0 0 4 ) 。陆健健认为湿地的保护和恢复从本质上来说是 一个生态系统管理的问题，同时也是湿地研究的热点。他认为，湿地生态系统管理 研究的基础是现场调研，生态系统的健康状况的准确评价和演化趋势的准确定位， 积极的正面干预( 修复与重建) 是湿地恢复有效途径( 陆健健，2 0 0 4 ) 。 国外的湿地恢复研究，涉及到了规划、城建、环保、生态、城市管理等多学科 内容，受地域性、时间性以及经济、社会、科技等众多因素的制约和影响，不同国 9 华中农业大学2 0 1 0 届硕士学位论文 家和地区均有各种类型的成功范例。大多是从流域尺度上，对大范围湿地生态系统 在内的生态恢复进行恢复。 欧洲从上世纪7 0 年代中期，以“重新自然化 的概念开始进行湿地恢复的实践， 拆除了被混凝土渠道化了的河道，将河流恢复成接近自然的状况；在河流整治的各 种方法中，从生态学的观点出发，优先级采用生物材料方法( 植物) ，然后是混合方 法( 植物与木材或石料合用) ，最后利用刚性材料方法( 木材、石料、砼) 。对于在 生态学和景观方面存有缺陷的河流部分，以增加植被，或者在水流中抛石，为鱼类 营造藏身之处等方法进行改善。 日本则从上世纪8 0 年代中期开始，在水环境领域推进“多自然型河流建设 ， 并引进了一些新的理念：“考虑河流固有的适宜生物生育的良好的环境，同时，要保 护和创造出优美的自然景观 ，尊重自然所具有的多样性；保障和创造出满足自然条 件的良好的水循环；水和绿形成网络，避免生态体系的互相孤立存在。其具体做法 是在河流整治时，利用自然石料和水生植物恢复水体的自净能力；在河岸的高水位 淹没处增加绿化，保障鱼和动物的生息环境；在确保河流的防洪、水资源利用功能 的同时，创造出优美的自然环境，并实现与充满魅力的城市景观的和谐共生。 2 0 0 0 年，美国的水生生物资源生态恢复指导性原则指出：一个完整的生态系统 应该是这样的自然系统，即能适应外部的影响与变化，能自我调节和持续发展，其 主要生态系进程，诸如营养物循环、迁移、水位、流态，以及泥沙冲刷和沉积的动 态变化等完全是在自然变化的范围内进行的。在流域范围内，采取有利于自然进程 和自然共性的计划方案，即随着时间的推移仍能保持原有生态系。 城市湿地恢复的研究方面，加拿大P a u lA Z a n d b e r g e n 以不透水面积、污染负 荷、水质、生物以及公众健康等指标，对B C 省地区城市化对河流水体的生态风险影 响进行探讨，其结果表明：不透水面积、水质指标等是影响河流水体生态功能的主 要因素，并绘制了不透水面积比例与流域水系生态健康之间的关系曲线。澳大利亚 V N H o a i 等在L a k eM a c q u a r i e 城市的案例研究表明：城市工业区域的人工湿地水 体对铅以及悬浮物具有一定的环境吸附效应等。可见，湿地生物因子与周围环境中 的非生物因子的关系，非常重要。 1 2 6 退化湿地恢复成功的案例 总的来说，目前，我国河流湖泊湿地恢复重点是水质的改善，对于恢复方法及 模式的探讨很多，但是真正实践成功的湿地恢复案例极少。这一方面有我国在该方 面的研究起步较晚，还没有足够的时间完成退化湿地的恢复实践，另一方面也是因 为湿地恢复没有受到足够的重视。欧美国家从上世纪5 0 年代开始对污染严重的湿地 l O 武汉市城市湖泊湿地退化特征及原因研究 进行恢复研究及投入，从早期的以改善水质为重点，已经拓展到河流湖泊的生态结 构，以及包括河流生态系统的景观和基因库在内的整体功能结构。国外的湿地恢复 主要是利用“相对设计理论 和“自我设计理论”，并辅助以人工措施。德国学者密 茨( M i t s c h ) 认为，是否种植植物对湿地恢复无关紧要，最终环境将决定植物的存 活和分布。但“相对设计理论 认为，通过适当的工程措施和植物重建，可以加快 湿地的恢复或重建过程。另外，自我设计理论的适用性还取决于具体条件，包括水 量、水质、土壤、地貌、水文特征等生态因子，也取决于生物的种类、密度、生物 生产力、群落稳定性等多种因素。主要采用了“多自然型河流 的建设方法，把水 边作为多种生物生息空间的核心，并把河流建设成尽量接近于自然的形态，在确保 防洪安全的基础上，努力创造出具有丰富自然的水边环境，恢复城市河流湿地的自 然生态和环境功能，其核心是尽力恢复城市河流湿地的生物多样性的特性。 目前，他们已经有了湿地恢复的成功案例。最典型的案例是莱茵河的鲑鱼一 2 0 0 0 计划，该河流的生态恢复建设是从小型河流起步的，后期发展为以单个物种 恢复为标志的大型河流生态恢复工程。莱茵河源于瑞士山区，流经奥地利、德国、 法国和卢森堡等发达工业国家，之后汇入北海。上世纪4 0 年代，莱茵河航道渠道化， 成为化工和工业的主要运输走廊，污染严重，当时被称为“欧洲的下水道。5 0 年 代，莱茵河保护国际委员会( I n t e r n a t i o n a lC o m m i s s i o nf o rt h eP r o t e c t i o no ft h e R h i n ea g a i n s tP o l l u t i o n ，I C P R ) ，旨在防止污染恶化。8 0 年代，莱茵河的保护不 仅仅局限于水质恢复，拓宽到恢复莱茵河生态系统，目标是使莱茵河“成为一个完 整的生态系统的动脉 ，因污染大量死亡的鲑鱼于1 9 9 5 年重新在莱茵河自然洄游并 繁殖，这标志着恢复目标的达成。该恢复工程除了降低污染排放量、改善水质之外， 还在干流及支流的大坝上修建了鱼道，改善支流上的栖息地，以便恢复产卵地并增 强河流的自净能力。 荷兰围垦区的豪思特沃尔德( H o r s t e r w o l d ) 自然保护区的生态系统恢复设计， 是完全排除人为干扰，不采取人工种植方式，完全依靠生态系统自身的自然演替规 律，建立自然保护区，运用工程技术手段创造一种环境，使各类特定的动植物能够 在一起生长，从而组成特定的生物群落，以培育特定的湿地生态系统。荷兰围垦区 的生态恢复建设经历了几个阶段，第一阶段考虑到居民休闲需要，对5 0 年代开发的 围垦区进行了景观设计；第二阶段专门对6 0 年代以后开发的围垦区进行了生态设 。 计，为特定的生物群落形成创造环境条件，人工种植树木和其他植物，其目的是为 珍禽鸟类栖息创造条件，提高生物群落多样性，形成健康的湿地生态系统；第三阶 段则依靠生态系统自然演替规律和生态系统自身的发育，不需种植植物，经过若干 年时间，让其自己形成一个健康的湿地生态系统。该生态恢复案例经历了1 5 2 0 年 的时间。荷兰的经验还表明，恢复乡土种植物对当地生态恢复十分重要。乡土种的 华中农业大学2 0 1 0 届硕士学位论文 概念是相对于外来种而言的，乡土种在当地生态系统的食物链之中已经形成相对稳 定的结构，与生态环境建立了和谐的关系。当湿地生态系统受到损坏并退化时，某 些外来种借助气流、风暴、海流等自然因素或人为作用，将其他植物种子、昆虫、 微小生物等带人当地的生态系统。在气候条件、营养条件和缺乏天敌的条件下，外 来种能得以迅速繁殖，形成对本地物种生存的威胁，成为一种对健康生态系统的胁 迫，即出现所谓“生物入侵。由此可见，恢复乡土种是保持生态系统的相对稳定， 防止生物入侵的重要措施( 董哲仁，2 0 0 8 ) 。 2 0 世纪3 0 至5 0 年代，拉斯维加斯的都市化导致了到拉斯维加斯过水区地表水 的逐渐增加，转换成为包涵一个广泛的湿地植物物种的区域。随着拉斯维加斯的人 口增加，市政和工业的需要，2 0 世纪7 0 年代，使早期扩张的湿地开始退化。水渠