关于湿地科学的几个问题

关于湿地科学的几个问题

1年国际湿地会议第7次国际湿地会议（国际湿地协会）于2004年7月25日在荷兰赫普举行。它是由国际生态学会INTECOL(theInternationalAssociationforEcology)下属的湿地工作委员会(IN-TECOLWetlandsWorkingGroup)主办,荷兰乌得勒支大学承办的四年一次的国际大型湿地会议。2004国际湿地会议的使命是突出湿地科学的各主要分支学科的最新研究进展,并回顾在世界范围内有关水资源综合管理的主要研究热点。来自全球80多个国家和地区的900余名代表参加了此次大会。大会共设9个主题,分别是:(1)湿地在综合水资源管理中的角色;(2)湿地科学在环境管理中的地位;(3)湿地的生物地球化学循环;(4)植被在湿地环境中的作用;(5)湿地的保护和管理;(6)湿地恢复和重建;(7)在世界范围内湿地和气候变化的关系;(8)湿地在水环境改善中的作用;(9)热带湿地的功能和合理利用。与会代表主要就国际重要湿地的保护,如thePantanal,theEverglades,theDanubedelta,theWaddenSea等湿地,以及生态系统理论(ecosystemapproach)和预防原则(precautionaryprinciple)在湿地保护中的应用进行了充分地交流和讨论。其次主要涉及有关全球气候变化、人口增长压力和经济活动所引起的在全球范围内有关湿地的合理利用、保护和恢复研究。有关湿地的功能、生物多样性、湿地水文、食物链、湿地恢复、资源管理、湿地政策和自然保护等方面也有大量报告论及。220学术讨论概述本次会议设5种报告方式,分别是大会报告(Plenary)、专题学术讨论会(Symposia)、2类专门报告会(Specialsessions、Contributedsessions)、以及海报讨论会(Posters)。前面提到的9个大会主题分别有全球知名科学家做主题发言,随后在各个专题学术讨论会或/和专门报告会中具体论及。大会提交论文750余篇,我国学者7篇,其中包括台湾、香港各1篇。下面分别就9个主题下的36个学术讨论会,11个专门讨论会和23个投稿论文讨论会作简要阐述。2.1水资源消耗因子其专题学术讨论会的4个主题分别是:(1)协调洪水管理和自然重建条件与需求;(2)以科学为基础的大流域水资源管理研究;(3)在水资源综合管理中,湿地作为水消耗因子在环境中的需求;(4)在水资源综合管理中地下水与地表水之间的相互作用。在专门讨论会上,就全球北方温带湿地的水文学和生态学问题、小流域尺度上的湿地水文功能、湿地水动力学和营养物质动力学等作了具体讨论。2.2海岸湿地的对贝类养殖的研究其专题学术讨论会的4个主题分别是:(1)湿地生态系统中的生物入侵问题与解决办法;(2)感潮湿地(Tidalfreshwaterwetlands);(3)海岸湿地中有关海平面上升的对策;(4)海岸湿地对贝类养殖的承载力研究。在专门讨论会上,就湿地重建和污水处理、湿地和流域管理、湿地和水动力学等作了具体讨论。2.3碳平衡过程研究其4个主题分别为:(1)缺磷湿地中的生物地球化学循环和植被演替;(2)湿地中温室气体的排放与碳平衡的关系研究;(3)植被与地球化学的相互作用过程研究;(4)湿地和湖泊中的水位波动作用研究。在专门讨论会上,就微生物多样性和生物化学过程的相互关系、湿地功能重建、湿地的生物地化循环和多样性等作了相应的讨论。2.4生物和微生物其4个主题分别为:(1)缺氧环境中的植物生存方式生态学研究、生理学与分子生态学;(2)大型植被对营养级的影响研究;(3)水禽对水体中水生植物影响研究;(4)湿地植被根系的微生物分子生态学研究。在专门讨论会上,就湿地环境中的植被、多环境因子压力下的植被响应、湿地植被种群动力学、湿地污水处理机理研究、湿地中的大型植被和营养物质循环等作了具体讨论。2.5海岸带湿地的生物多样性管理其6个主题分别为:(1)不同程度上自然和人类活动对低浅湖泊湿地中的生物多样性影响研究;(2)流域管理在湿地和水资源保护中的作用研究;(3)海岸带湿地中的调整管理过程、影响和重建;(4)大型湿地的生物多样性价值认识和差距;(5)湿地的植被生物多样性管理;(6)海岸带湿地的潜在威胁和调整性管理。在专门讨论会上,就全球环境背景下有关湿地保护政策的演化、环境遥感作为一门新技术在湿地管理中的应用、湿地资产管理中地理信息技术的应用、美索不达米亚平原湿地的文化和生态问题、政策目标、湿地合理利用和功能评价等作了具体的讨论。2.6欧洲的biebr-案例其5个主题分别为:(1)沼泽和草本沼泽湿地的管理和研究;(2)多用户环境中有关湿地重建的规划和设计;(3)欧洲湿地重建的典型之一波兰Biebrza湿地的有利条件和限制条件;(4)海岸带盐沼湿地的恢复;(5)湿地管理和恢复研究。在专门讨论会上,就沼泽和草本沼泽湿地的重建、如何进行湿地修复和重建、热带湿地功能和管理、湿地生态恢复等作了具体讨论。2.7湿地动力学研究其5个主题分别为:(1)海岸湿地对海平面上升的响应的全球模型研究;(2)古生态学和长时期的湿地动力学机理研究;(3)北极湿地和温带湿地:水鸟迁徙、土地利用和适宜生境对全球变化的相互影响研究;(4)湿地生态系统中的氮富集和全球变化的相互关系;(5)泥炭湿地和全球变化。在专门讨论会上,就全球变化对湿地的影响、湿地和环境变化等作为具体讨论。2.8河滨湿地建设研究其2个主题分别为:(1)以提高水资源质量为目的的河滨湿地重建研究;(2)以废水处理和污染控制为目的的人工湿地建设。在专门学术讨论会上,分别就湿地沉积和水环境化学、湿地和水环境质量等作了具体讨论。2.9水土保持生态研究其4个主题分别为:(1)红树林生态系统中以生物繁杂性和突发事件为目的的微生物和营养物控制;(2)红树林林业动力学模型研究;(3)水资源管理和湿地的合理利用生态学对水域生态系统、渔业和人类生计的可持续性作用研究;(4)水资源管理和湿地的合理利用、提高生产力研究。在专门讨论会上,就东部非洲的湿地生态系统资源管理、湿地重建和合理利用等作了具体讨论。3湿地科学的研究领域湿地是陆地和开阔水体之间的过渡地带。在湿地生态系统中生活着大量的野生动植物,具有极其复杂的生物多样性。它们可以为人类提供众多的生态服务功能,如涵养水源、净化水质、调蓄洪水、提供食物、生物栖息地等。湿地生态系统具有三个基本特征:长年或季节性地受到水文水动力学的影响,生活着大量具有特殊适应性的动物和植物,具有与其他地域不同的生物地球化学循环过程。这些特征和独特的功能引起了研究者的广泛兴趣。湿地科学是一门正在蓬勃发展的学科,其主要研究领域为湿地生态过程和功能,及其之间的相互关系。湿地研究需要多学科的方法,如水文学,土壤学,生物地球化学,生态学和地理学等。以下就2004年国际湿地会议所讨论的湿地最新研究热点作简要概述。3.1湿地水文管理湿地在涵养水源、净化水质等方面具有其它生态系统所不可替代的作用。随着人口的急剧增长和经济活动的全球化,水资源已成为一种极为稀缺的资源。在世界范围内,无论从国家或地方尺度上,水资源的可持续管理都成为基础而又重要的挑战。世界湿地日的主题在2002年为“湿地:水、生命和文化”,2003年为“没有湿地就没有水”。2004年是“水,二十亿人生命之所系”。这些主题充分强调了水和湿地对人类生存,以及水对湿地发育的核心作用。因此,在湿地水环境与水资源研究中,特别是有关流域湿地的研究中主要涉及洪水管理和自然重建等。在欧洲各大河流域已着手修建和恢复滞洪区以便于消减洪峰、抵御洪灾、减缓全球变化的影响等。从理论上来讲,滞洪区越大效果越明显,但如何依据生态水力原则(ecohydrologicalrules)和谐地实现人造滞洪区的水力、生态功能,并对其建成后的生态系统动力学的过程、机制进行预测和评估,如植被演替动力学、地貌形态过程变化等,是会议讨论的重点和热点。以科学为基础的大流域水资源管理强调整个系统的复杂性、多变性、不确定性和潜在的冲突。在湿地作为一个重要的需水系统在环境中的角色探讨中,主要强调了水文状况是湿地结构和功能得以维持的最重要因素,它可以影响到湿地中的诸多非生物因子,如土壤呼吸、有机质、海岸湿地的盐度等,反过来又影响到在湿地中生活的各生物因子。湿地中的各生物因子通过各自的生命活动影响湿地水文和其它理化特征。湿地水文可以影响到湿地种群的组成和丰度、初级生产力、有机质累积以及营养物循环等。在景观尺度或流域尺度上,主要是注重基于湿地水文功能、湿地水动力学、营养物质循环以及湿地的模式和功能的研究等。3.2调整性管理adap东南角湿地因其不可替代的功能被称为“自然之肾”,在自然环境居于极其重要的地位。湿地生态系统因其高生产力、高异质性等受到科学界的高度重视,是生物多样性保护、湿地水调节、湿地恢复与重建、湿地生物地球化学循环等环境管理的重点。在湿地环境管理中,有关湿地生态系统的生物入侵是研究热点之一。新种生物的引入会给其生境带来种种潜在的生态影响和经济影响,同时被认为可能会给全球的生物多样性带来巨大的威胁。深入了解入侵种和被入侵生态系统的各种特性、入侵种和被入侵生态系统的相互关系、以及入侵过程自身所处的阶段是解决生物入侵、提高预测质量、并保护受体环境的根本途径。本次会议重点强调了调整性管理(adaptivemanagement),或称为调整性环境管理(adaptiveenvironmentalmanagement)在海岸湿地中的应用。美国于1990年通过了《海岸湿地保护与恢复规划方案》(theCoastalWetlandsPlanningProtectionandRestorationAct)。在1990~2000年间,有60个海岸湿地通过调整性管理得以恢复。其主要重建措施为:湿地重建;湿地水动力管理;海岸线保护和淡水重新引入四项工程,并分别在小尺度、中尺度和大尺度水平上对调整性管理的预期目标进行了评估。另外,鉴于传统研究中过多地强调海岸湿地和湖泊湿地两部分,本次会议特别强调了有关感潮湿地(Tidalfreshwaterwetlands)的概念。感潮湿地是指周期性地潮水可达的河段或湖泊的淡水湿地及海岸湿地的临界区域,其主要特征是具有受淡水主控的河段湿地和以海水为主的海岸湿地两部分。以比利时的Scheldt湾为例,其盐沼湿地是初级生产力的重要生产者,同时是整个生态系统的主要食物来源。海水通过涨落潮等潮动力在河口海岸湿地系统中进行物质和能量的交换,其生态系统作用的过程。机制和动力学研究会更有利于感潮湿地的保护和利用。3.3氧微生物种的转换湿地生态系统的生物地球化学循环研究是揭示湿地过程、机制和功能的关键。在湿地生态过程研究中,生物地球化学循环是一个有序连接的过程。要明确其机制和功能,任何一个环节都不可忽视。湿地多属于厌氧环境,湿地沉积物在厌氧条件下,其C、N、S、P等常量元素以及其它微量元素常发生一系列的转换,有些转换可能导致有毒气体的释放,如H2S等,而有些转换也可能导致大气中某些元素的丧失。所有这些转换都离不开适合厌氧环境生活的微生物种群的作用。生物作用、元素迁移和转化以及随之引起的能量流动、营养物质的富集或分解等是湿地生物地球化学循环研究的主要内容。本次会议以湿地中的磷循环、碳循环、湿地植被以及湿地中的水位波动等研究为湿地生物地球化学循环的讨论热点。其中就湿地贫磷环境中的微生物活动、磷利用和磷限制、以及热带盐沼中的植被响应机制作了相应的研究报告。有关湿地碳循环的研究主要侧重于有关温室气体释放中的碳平衡研究。最近研究表明,全球淡水湿地的甲烷和氮的释放通量分别占年总气体释放通量的30%和50%。由于湿地生态系统可以是某些化学物质的源、汇或转换器,湿地的状态也并不一成不变。所以,其在自己的时空变化序列内,还会随时受到降雨、地表径流、地下径流或潮水的影响以及大的时空尺度内的环境变迁影响。因此,湿地的长期定位和模拟实验研究必不可少。全球很多国家已进行了这方面的工作,如法国进行长达60年的监测研究,主要关注自然与人类活动对盐沼植被干扰及其响应。美国对海岸盐沼进行30余年的监测研究,主要研究湿地植物生长、分解、积累过程与种群动态等。3.4生物群落多样性由于湿地生境的独特性,湿地植被一般为隐域性植被,其地理分布与气候的关系没有陆生植被显著。湿地生物群落内有许多影响物种间相互作用的生物和非生物因子,如互利共生关系、资源竞争、化感作用等。对湿地植被种群和栖息环境的研究主要有两个方面,一是研究具体的湿地植被种群和栖息环境的关系,主要决定于湿地水环境化学因子、水深、基质、沉积物积累等;二是研究种群在不同湿地间的差异,而这种差异主要来自于水环境化学因子和生物间的相互关系,如资源竞争、化感、共生等。有关学者分别从生态、生理、分子水平上研究了湿地厌氧环境中的植物生活,如湿地显花植物根部的通气组织的发育及结构,大型植被在湿地营养级中的作用研究等。丹麦国家环境研究所分别在湖泊尺度上和实验室水平上对湿地湖泊中的大型植被—鱼类—浮游动物—浮游植物的相互关系进行了长达10年的观察和研究,获得了一系列有关动植物共生、捕食等相互作用的数据以及其对湖泊生态系统的链式反应机制等。在湿地生态系统中,其物质循环和能量流动都是以分子形式存在和作用于湿地环境。湿地的环境多样性造就了其生态多样性和基因多样性,而基因多样性又表现为生命多样性,最终体现在生物多样性和物种多样性。湿地中生存的个体、种群以及其分布的空间位置都首先决定于湿地各非生物因子。湿地种群和群落的空间结构是湿地生态学理论研究的重要组成部分之一。而对湿地许多珍稀动物保护,如珍禽等,其种群的续存(Populationpersistence)与湿地植被的类型和分布息息相关。因为湿地植被的大小、分布和可食性直接决定其食物链上的动物的栖息地和食物来源。许多研究都证实,生存于很小生境片断中的小种群具有很高的灭绝风险。因此,湿地植被和种群动力学的研究直接决定了湿地的生物多样性研究。3.5湿地生态系统的功能众所周知,湿地可以为人类提供众多的商品和服务。从人类的角度出发,湿地可以为我们提供鱼类、贝类、毛皮、水禽、木材、以及狩猎等休闲娱乐活动。从生态系统的角度出发,湿地具有调蓄洪水、涵养水源、调节气候、抗环境干扰以及保护基因多样性等多种功能。据Costanza等人估计,地球上的生态系统每年提供的服务的总价值至少为33万亿美元。其中10.6万亿美元来自于海洋生态系统的海岸地带,4.9万亿美元来自于陆地生态系统的湿地,即约有47%的生态服务功能来自于地球上的湿地生态系统。湿地生态系统具有很高的生产力和复杂的生物多样性,但湿地生态系统具有其脆弱性的一面。因此,在不同尺度水平上人类和自然因子对湿地的生物多样性将产生极为重要的影响。这就要求人类要合理地利用湿地生态系统,即为了人类利益而对湿地资源的可持续利用,并能维持生态系统的自然特征。生态系统的自然特性被定义为“物理、化学和生物学成分,如土壤、水、植物、动物和营养物,以及它们之间的相互作用”。即不破坏湿地生态系统的自然属性是合理利用湿地功能的前提。3.6生态系统管理以预防原则为前提和目的,是生随着人类活动对湿地影响的加剧,人类活动与湿地的动态变化关系研究成为近年来的研究热点,如何对湿地进行科学地保护和管理提上日程。查清造成湿地退化和损失的主导经济原因是科学地保护湿地的关键。长期以来,虽然湿地为人类提供了大量的效益和服务,但这种经济价值并没有在国家已建立的金融指标体系中体现出来。因此,有关湿地非市场价值的研究,以及对其提供的产品和服务的定价,并在国民生产总值中得以体现是进行湿地保护和管理的前提之一。由于湿地生态系统的复杂性、不确定性以及利用活动所引发的环境风险的存在,湿地生态系统的管理必须以预防原则为前提。所谓预防原则,即在一个开发利用活动的环境影响信息不明确或缺少的情况下,必须采取合适的环境预防措施来避免潜在的环境风险的产生。因为一旦整个生态系统遭到破坏,其修复和重建的代价极高。3.7气候变化驱动湿地生态系统构建大量文献中均有关于湿地与全球变化的相互关系研究和论述,而湿地对全球变化的影响或全球变化对湿地生态系统的影响则依赖于长时间尺度和全球性多地点的定位和定量研究。会议中有关学者就全新世以来有关气候变化和湿地功能的相互关系作了具体的论述,其方法涉及孢粉分析、同位素测年以及人类学方法等。湿地对局部气候变化具有巨大的缓冲作用,但其对全球气候的影响并不明确。有些科学家认为,湿地是世界上最重要的温室气体排放源。因此,有关湿地温室气体的排放研究发展很快,主要侧重于不同类型湿地温室气体源、汇的过程、通量与模型,不同水平温室气体排放的气候效应,以及全球环境变化对湿地生态系统结构和功能的影响。也有人认为,湿地生态系统是世界上最重要的影响全球气候变化过程的生态系统之一。在破坏臭氧层的痕量气体中,以卤代甲烷的总体危害程度最为严重。CH3Cl经过光解后产生的一个Cl原子能催化分解数百万个O3分子,从而打破臭氧层O3=O2+O的自然平衡。海岸带盐沼因为处于典型的海陆相互作用的生态交错带,具有高度生产力,其大量有机物进入缺氧环境;最终经无氧代谢产生不完全氧化产物,如甲烷等。海水中含有的大量卤素离子无疑为卤代甲烷的产生提供了必要条件。当然,这一结论还有待进一步论证。3.8生态修复与重建人口增长的经济发展导致了大量湿地消失。以荷兰为例,荷兰以其对洪水的控制和围海/湖造田项目而著称,这些活动虽然已经为荷兰人民带来了巨大的经济效益和社会福利,但不可否认的是,它们也造成了大面积的自然湿地的消失或功能的改变,如地面下沉、泥炭氧化、潜在地下水淡水资源的丧失、以及大概率洪水的风险等。事实证明,荷兰的这种大尺度的湿地开垦已经严重破坏了湿地生态系统的服务功能(1)。随着人们对湿地价值认识的提高,有关大流域尺度上的湿地修复和重建成为国际湿地科学研究的热点和重点之一,如美国制定MOM(theMississippi-Ohio-Missouri)流域恢复计划以解决墨西哥湾的水体富营养化问题。MOM流域的主要环境问题来源于农业面源污染导致的富氮水体。其解决方法需要农学、生态学、水力学、水利学、社会学等多方面科学家、规划师、官员以及工程师等的合作。拆除流域的大坝、重建洪水滞留区、转换农业经济模式是其应主要解决的问题。对于已破坏的湿地,要严格遵循生态学原则,即以生态系统的自设计理论(self-designtheory)为指导,假以足够的时间,被设计的生态系统可以根据自身的物理约束机制进行自调节、自适应和自组织,而要严格避免以设计者意图为主导(designertheory),忽略生态系统自身特点的湿地生态系统恢复和重建工程。而湿地生态系统的恢复要以湿地水文和水动力恢复为前提,结合人类活动对湿地区域生态环境的影响与区域响应研究,在揭示湿地生态系统的功能和过程基础上,科学地进行湿地生态系统的恢复和重建。4建立沼党支部,研究湿地研究我国对湿地的认识,在古文典籍中早有记载。但湿地成为不同学科的研究对象,却是始自建国后。20世纪50年代末,东北师范大学和中国科学院长春地理研究所相继建立沼泽研究室,在沼泽类型、成因、分布、发展、演替规律等湿地研究方面做出了重要贡献,先后出版了《中国沼泽》(1983)、《我国的沼泽》(1985)、《中国沼泽研究》(1988)、《中国湿地研究》(1995)、《中国湿地研究和保护》(1998)、《中国湿地植被》(1999)等一系列重要文献,为我国湿地研究奠定了坚实的基础[30~33]。以下就我国湿地研究现状、研究热点和研究前景作简要概述。4.1海岸林林分和非生物成分之间的相互作用在湿地生态系统研究方面,我国开始起步于上个世纪80年代。主要侧重于湿地生态系统中生物成分和非生物成分之间的相互作用,如三江平原、横断山区、海岸红树林生态系统研究等方面有了长足的进步和发展。近些年来,研究方法手段主要从定性向定量发展,同时注重地面调查与遥感技术相结合,生物过程与物理、化学过程相结合,研究领域的深度和广度有所加强,但还有待进一步深入。4.2沼泽水文环境及沉积作用研究成在湿地形成与发育研究方面,我国的沼泽研究居世界领先地位。有关沼泽湿地的分类体系、分布规律、形成和发育规律,沼泽水文过程,沼泽生态系统和功能,全新世环境变化和沼泽沉积动力学等方面均具有独创性的研究成果。如孙广友先生提出了陆地—沼泽—湖泊相互演化的广义模型,复合沼泽化过程和沼泽形成的多层圈相互作用概念,以及提出了泥炭沉积热力学计算方法和新的沉积动力模型。有关海滨湿地和河口三角洲湿地的研究也成为重