湿地的生态性质、定义和分类

湿地的生态性质 定义和分类湿地的生态性质 定义和分类 湿地是地球上广泛分布的陆地生态系统之一 由于其生态结构的复杂性和 生态功能的多样化 它支承着独具特色的物种和较高的自然生产力 为人类生 活和社会生产提供极为丰富的自然资源 对湿地价值的认识首先是从水禽栖息 地开始的 由于其本身的脆弱性和人类干扰的强劲 其面积和生态功能都在下 降 因而 湿地的保护引起普遍的关注 湿地便成为唯一有其国际性保护公约 Ramsar conservation 的生态系统 生态学所强调的 整体性 原则 使得保护学家从珍稀 濒危水禽的个体生 态和种群生态水平上将视野拓宽生态系统的水平上 重视水禽栖息地的保护和 湿地生态系统的综合研究 湿地物种减少和致危最重要 最直接的原因是湿地 大面积损和生境破碎化 造成这种恶果的原因除了自然因素 如气候变干 外 更主要的是人类的强度干扰 现在 湿地那些无法用金钱来衡量的价值都得到 广泛的注意 随着对这类生态系统的呼声日渐提高 对湿地的生态系统水平的 研究也逐渐加强 1 湿地的生态性质 湿地的生态性质 湿地是一种多类型 多层次的复杂的生态系统 任何特定类型的湿地在一 定区域范围内都占有一定 生态位 这个生态位来自于水文 气候 基底沉积 物 地形和生物过程相互作用的环境复合体 以此支承着一个特定生产力水平 下的某些物种的生存和繁衍 J G Gosselink 吴丰昌 1996 这些界面反应深刻地作用于湿地生态系统的各个组分和过程 使其具有 与陆地和水体都不相同的特殊性 主要表现在缺氧和多水和由此而产生的毒素 湿地生物对此种生境条件表现出极强的适应能力 其适应机制有的忍耐 有的 是调节 由于湿地的水文状况 包括水周期 水量 水化学性质等方面在不同 类型的湿地中有不同的差异 因而其生物的适应性呈现明显的多样化 1 2 系统脆弱性系统脆弱性 湿地生态系统的稳定性很大程度上取决于其水源的稳定性 水文条件能直 接改变湿地的物理化学性质 进而影响到物种组成和丰度 第一性生产力 有 机物质的积累和营养循环 刘厚田 1996 水导致独特的植物组成 但限制或 增加种的丰度 静水湿地或连续深水湿地的生产力都很低 通常有高能量的水 流 或有脉冲性水周期的湿地生产力最高 在积水覆盖的条件下 其基质长期 处于还原状态 限制了微生物的数量和活性 较高的生物量得不到充分的分解 有机物质便以泥炭的形式积累储存起来 土壤 水界面的交互作用 使湿地土壤 以还原性质为主的同时 在其表层有一薄氧化层 承担着湿地物质的化学转化 和营养循环 构成湿地生态过程的重要一环 可见 湿地生态系统的一切生态 过程都是以固定的水文为基础的 正是由于其系统结构对水文条件的依赖性 湿地生态系统才湿得如此脆弱 以致于一旦失去水 其系统面貌便会发生根本 性的转变 不同类型的湿地的脆弱性有所差异 高水能湿地中由于有机质积累 很少 只要其水源被截断 其生态系统类型就迅速转变 如果水源恢复 系统 就会基本恢复到原来的状态 如吉林省西部向海附近的芦苇湿地 在干旱年份 没有水源的情况下 形成大片的碱蓬群落 而在丰水年份 地面被积水覆盖后 芦苇群落便得以迅速恢复 而低水能的湿地 由于具有保水性能的泥炭层的存 在 可以对气候的干湿变化在系统内部进行调节 其生态敏感性则相对较低 除此之外 泥炭沼泽对阈限内的排水亦有较强的恢复能力 1 3 功能多样性功能多样性 湿地的水陆过渡性使环境要素湿地中的耦合和交汇作用复杂化 它对自然 环境的反馈作用是多方面的 总的来说 湿地的功能可分为两个方面 即自然 功能和社会功能 1 3 1 自然功能 主要体现在物质循环 生物多样性维护 水量平衡 气候调节 等方面 湿地生态系统物质循环的特殊性是有机质和许多元素从生物循环不断 进入地质循环 这在沼泽生态系统中最为突出 这对温室气体的增加使全球变 暖的情况下就显得尤为重要 湿地是地球上可以将 CO2 固定于地层之中的为数 极少的生态系统之一 尽管它们向大气中释放一定量的甲烷等温室气体 但对 于大气中碳的固定总量是显而易见的 湿地的生物功能主要体现在生物多样性 维护方面 由于其水陆过渡性 为众多的生物提供了栖息和繁殖的场所 湿地 的独特环境使得其拥有独特的生物类群 猪笼草 毛膏菜 狸藻等食虫植物是 沼泽生态系统中所特有的植物种 丹顶鹤 天鹅 大鸨等珍稀濒危水禽无法脱 离湿地环境 湿地对水量平衡方面的贡献是其他生态系统所不能替代的 由于 湿地具有较强的蓄水能力 对河川径流具有较强的调节作用 湿地的丧失会引 起相邻地区的地下水位的下降 湖泊和河流淤浅 地表切割加强 对气候的调 节作用除体现在温室气体方面以外 湿地对温度和降水等方面的直接作用更为 明显 这种功能在干旱地区尤为突出 1 3 2 社会功能 主要体现在资源 休闲旅游和环境演变信息等方面 由于其自 然资源的丰富 湿地成为许多地区农 牧 渔业和重要基地 为社会发展提供 了最基础的条件 这也正是世界古代文明发祥地主要集中在大河流域的重要原 因之一 也恰恰因为如此 自有人类文明开始 湿地地就受到人类活动的干扰 而且逐渐加强 随着社会经济的发展和湿地面积的逐渐减少 湿地的旅游价值 越来越显著 许多湿地具有旖旎的风光和独特的动物类群 在稳定的积水环境 中 有机质和水中携带的颗粒物质沉积下来 形成多种类型的沉积物 在沉积 过程中 周围环境的变化必然在沉积物中打下坚实的烙印 因而沉积物成为具 有标志意义的信息载体 特别是泥炭 其积累速率较快 全球平均年积累速率 达 1mm a 因此以厚层泥炭作为信息载体来研究过去环境变化具有高分辨率的 特点 1 4 结构复杂性结构复杂性 湿地生态系统的生产者主要有湿生 沼生和水生植物 生活型多种多样 从外部形态来看 有一年生或多年生细弱小草 如苔草 有高大的草本植物 如芦苇 香蒲 有的是矮小的灌木 如细叶杜香 甸杜 有的是高大的乔木 如落叶松 水松等 湿地植物群落丰富多彩 因逆境条件和植物的适应性而异 包括浮游植物 浮水植物 沉水植物 挺水植物 灌木乃至森林 优势植物往 往是湿地类型辨识的主要标志 所以常以植物群落来命名 如芦苇沼泽 小叶 樟沼泽 苔草沼泽 红树林沼泽等 湿地植被具有沿水文或地形特征梯度变化 的分带特点 无论是高位泥炭沼泽还是滨海或湖滨湿地 这一特点都是非常鲜 明的 湿地生态系统的消费者种类是多种多样的 其中无脊椎动物主要有蠓 蚊 等昆虫 许多种类在其成为成虫之后为草食性 许多昆虫在幼虫阶段栖于水底 成为鱼 蛙 和潜鸟的食物 鸟类 特别是水禽常常构成湿地的重要景观特征 几乎所有的湿地都能为水禽提供丰富的食物和多种多样的繁殖和停歇的栖息地 这些水禽中既有草食性的也有肉食性的 构成湿地生态系统食物链的重要环节 无论是淡水的还是咸水的亦或是半咸水的湿地 都支持着丰富的鱼 虾 蚌等 水生动物 对滋生于湿地水下的微小动物的种类和数量还知之甚少 但它们往往却是 湿地中重要的分解者 在湿地中线虫和线蚓虫等微体小分解者比大型分解者的 作用更加明显 对湿地生态系统来说 分解者亚系统显得尤为重要 湿地的缺 氧环境使其中的微生物和土壤动物类群和数量大大减少 沼泽植物又多含有较 多的纤维 所以有相当大比例的生物量得不到充分的分解 在静水条件下 有 机质输出量很小 因而植物残体积累形成泥炭 2 湿地定义的议论 湿地定义的议论 尽管对世界上的各类湿地的研究已有上百年的历史 但迄今为止 国际上 对湿地尚没有统一的定义 从不同学科角度和区域特点出发而提出的定义形形 色色 争论焦点在于如何限定湿地的水深 按照国际湿地公约 Ramsar 公约 中的定义 湿地是指不问其为天然或人工 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 包括低潮时水深不超过 6m 的海水水域 实质 上 这 是个湿地的管理定 义 它比较具体 具有明显的边界 具有法律的约束力 在湿地管理工作中易 于操作 湿地的科学定义有些学者认为湿地的科学定义应为 湿地是一类既不同于 水体 又不同于陆地的特殊过渡类型生态系统 为水生 陆生生态系统界面相 互延伸扩展的重叠空间区域 该系统的生产者是由湿生 沼生 浅水生植物组 成 消费者是由湿生 沼生 浅水生动物组成 分解者是介于水体与陆生生态系 统之间的过渡类群组成的 该系统与周围相邻的系统有密切关系 与它们发生 物质和能量交换 湿地应该具有三个突出的特征 湿地地表长期或季节处在过湿 或积水状态 地表生长有湿生 沼生 浅水生植物 包括部分喜湿的盐生植物 且具有较高的生产力 生活湿生 沼生 浅水生动物和适应该特殊环境的微生 物群 发育水成或半水成土壤 并具有明显的潜育化过程 这个定义显然更偏 重于纯理论的大面积自然湿地的科学研究 湿地公约 把浅海湿地的水深界限定为 6m 有的学者把湖泊湿地的水深 限定为 2m 佟凤勤等 1995 但没有给出这些限定的科学依据 实际上水陆过 渡区域的空间尺度是模糊的 并且随时间和空间而变化 难于把握一个同一的 标准 因此任何明确的数据指标都显得过于机械 美国的米茨 W J Mitsch 等在其著作 Wetlands 1993 中对形形色色的定义给予客观的评价 著名对 鱼类和野生生物署的定义给予了高度的肯定 但这个定义突出地强调了湿地是 水体和陆地之间的空间过渡性 却忽略了其生态性质上的过渡性 因而就把湿 地的概念仅仅限定在水体的沿岸带 排除了非邻近水体的湿地 如欧洲大陆西 岸的高度湿润地区的披盖式沼泽 Blanket bog 等 工程兵部队的定义由于强 调湿地植被特征 易于在法律和管理方面的实际应用 加拿大的定义更加强调 湿地的水文和土壤特征 对植被特征没有足够的重视 除上述以外 英国的湿地定义代表着欧洲的普遍观点 E Maltby 1986 在其著作 Waterlogged wealth 中阐述 湿地是水支配其形成 控制其过程和特征的生态系统的集合 即在足够长的时间内足够湿润使得具有 特殊适应性的植物或其他生物体发育的地方 显然他所重视的是湿地的成因的 主导因子 水文因素 而对土壤和植被条件则是轻描淡写 就 湿地公约 湿地定义而言 严格说来还算不上是科学的定义 因为它 只是枚举了湿地的外延 并没有对湿地的本质属性予以论述 分析湿地的自然生态结构和性质 不难看出 水是湿地形成的最根本的原 因 也是其生态过程的主要控制因子 而还原性的水成土壤和湿生或水生植被 是其水文生态过程的必然结果 因此 湿地的定义应做如下陈述 湿地是指一 类在生态性质上介于水生和陆地生态系统之间 由于常年或周期性的水分潴积 或过度湿润 造成基底的嫌气性条件 维持绿色高等水生或湿生植物群落长期 赋存的土地 这样定义就使湿地的概念有明确的内涵和外延 据此 无需通过 人为限定水域的深度来确定水体的湿地部分 只要是绿色高等植物生长的范围 即可划为湿地的范畴之内 其主要依据是 1 湿地相对较高的生物生产力主 要体现在高等植物群落的生产力上 2 在作为水禽为代表的濒危珍稀物种的 栖息地意义方面 高等植物同时为动物提供着丰富的食物来源 良好的隐蔽场 所和必要的筑巢材料 3 湿地的一些生态环境功能是通过其中的高等植物来 实现的 如净化污水主要依靠植物对重金属离子的吸收 4 所谓植物对湿生 和水生环境的特殊适应主要表现在一些高等植物的生理结构上 因此 水域湿 地的边界限定可以依据高等沉水和挺水植物的分布范围来确定 不必机构地圈 定一个具体的水深指标 并从要素 条件 类型三个方面对湿地进行界定 1601 1 要素 植被 土壤和淹水程度 2 条件 湿地至少应具有下列条件之一 至 少 周 期 性 的生长有处于优势地位的水生或湿生植物 基 质 以 不渗水的有机质土层为主 基 质 非 土质 被水淹没 至少每年植物生长季节保持高水位 3 类 型 湿地主要类型包括 生 长 有 水 生 或湿生植物 且有或多或少的泥炭土层 如各种类型的 沼泽 生长有生或湿生植物 且具有有机质土层为主的区域 如尚未形成泥炭 层的潮间带芦苇区 湖泊挺水植物区等 无水生或湿生植物 但具有一定的有机质土层 如由于剧烈波浪运动 高度浑蚀或高度盐分等造成阻碍水生或湿生植物生长的区域 无土 壤 但有水生植物 如被海草部分覆盖的岩石海岸等 无 土 壤 无高等植物生长区 如生长有硅藻的沙石海滩及无植被的烁石 河滩等 3 湿地分类问题 湿地分类问题 湿地的分类是湿地研究的基础 由于学科领域和目标的不同 学者们提出 了形形色色的分类系统 其中对某一湿地类型的有欧洲的泥炭地分类 Moore and Bellamy 1974 美国鱼类和野生生物署 湿地和深水栖息地分类 中国的 泥炭沼泽分类 柴岫 1990 郎惠卿 1983 沼泽分类 牛焕光等 1985 美国 东北部冰川遗迹区的淡水湿地分类 Golet and Larson 1974 美国冰川高原草 原地区的天然池塘与湖泊分类 Shaw and Fredine 1956 佛罗里达森林湿地分 类 Wharton 1976 等 这些分类虽是类型或区域等级上的 但对湿地的系统 分类提供了极有价值的参考 而且对其目标也是极为实用的 英文针对各种不同的沼泽类湿地皆有不同的术语 汉语中却没有对等的固 定词汇译之 为国际间的学术交流带来诸多不便 为此有必要对这些类型概念 加以明确分并赋予固定的译法 Marsh 是指基底为水成矿质土壤 生长挺水草 本植被的沼泽 以 草本沼泽 译之为宜 swamp 是指以乔木或灌木为建群植物 的沼泽 无论基底是否积累泥炭 都可以 木本沼泽 译之 然而欧洲习惯上仍 把芦苇沼泽称为 reedswamp 为特殊情况 Mire 是泛指有泥炭积累的所有生态 系统 即 泥炭沼泽 Fen 是指接受周围地下水补给 有泥炭积累 并以草本或 藓类植物为优势的沼泽 应译为 泉生 泥炭 沼 quot bog 是指主要接受降 水补给并生长适于酸性环境的藓类 特别是泥炭藓为优势的高位沼泽 应译为 藓类 泥炭 沼泽 moor 是泥炭地 peatland 的同义词 highmoor 指中央隆起的 高位泥炭沼泽 而 lowmoor 是指发育在盆地里 中央低洼的低位沼泽 Muskeg 是指分布在加拿大和阿拉斯加半岛的大片的泥炭沼泽