中国湿地科学研究进展与展望——纪念中国科学院东北地理与农业生态研究所建所60周年

湿地是重要的自然生态系统,也是自然生态空间的重要组成部分。国内外湿地研究源远流长。现代湿地科学发源于湖沼学,中国湿地科学历经60 a的发展,目前已初步形成了完整的学科体系。从学科定义和分支、研究对象和内容、应用领域概述了湿地科学的学科体系,从湿地生物地球化学循环、湿地生态水文与水资源、湿地生物多样性、湿地生态系统服务、湿地生态恢复与重建、湿地监测等方面评述了中国湿地科学研究的主要进展,并据此提出了未来优先研究领域。当前生态文明建设的新时代赋予湿地科学前所未有的发展机遇和动力,中国湿地科学研究得到了大力发展,并已经跻身于国际湿地科研队伍前列。

中国湿地土壤碳氮磷生态化学计量学特征研究

明确区域及全球湿地土壤中是否存在类似"Redfield比值(Redfield ratio)"的碳氮磷(C∶N∶P)比例,是认识湿地生态系统中元素循环,构建湿地物质循环模型的基础。本文基于《中国沼泽志》中有详细土壤理化性质记录的119块沼泽湿地数据,利用数理统计方法,分析了区域尺度上湿地土壤中碳C∶N∶P生态化学计量学特征及分布格局,并探讨了其可能的影响因素。结果表明,中国湿地土壤中C∶N、C∶P和N∶P(摩尔比)平均为18.22、245.22和13.60,高于中国及世界土壤中C∶N、C∶P和N∶P的平均值,C∶N∶P比例平均值为245∶13.6∶1。碳、氮、磷三者之间并不具备显著的两两相关性,说明中国湿地土壤中不存在类似于"Redfield比值"的C∶N∶P比例。相比于N元素,湿地生态系统更多受到P供应的限制。不同湿地类型或不同盐度情况下湿地土壤中C∶N、C∶P和N∶P存在显著性差异,而植被类型对土壤中C∶N、C∶P和N∶P影响不大。相关性分析表明,海拔高度、温度(年平均气温、1月平均气温、7月平均气温、活动积温)及p H是决定湿地土壤中C∶N、C∶P和N∶P的主要因素。考虑到海拔与C∶P及N∶P之间极显著的相关关系,海拔这一非地带性因子是决定湿地土壤C∶N∶P计量学特征的主要因素。

中国退化河口湿地生态恢复研究进展

湿地退化、恢复和重建是当前湿地科学领域的研究热点,也是中国湿地研究中的核心问题。作为一种典型的海岸湿地,河口湿地在围垦、水利工程建设和环境污染等多重因素的干扰下,面临着自然来水减少、水盐失衡、植被退化、生境质量下降等多种威胁。介绍了当前中国河口湿地的分布情况以及四大主要河口湿地的退化现状,针对已经开展的河口退化湿地恢复的现状,总结了目前中国河口退化湿地恢复所面临的问题,并展望了今后河口退化湿地恢复研究的趋势:开展河口湿地生态系统演替与退化机制研究;发展河口湿地生态恢复技术;加强河口湿地生态恢复示范研究以及建立动态监测和管理系统。

中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站水位增温协同控制样地设计与建设

在中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站的毛薹草（Carex lasiocarpa）沼泽中,建成了水位增温协同控制样地。通过水位自动控制设备,实现了沼泽湿地中的原位水位控制,在保持微气候与天然湿地一致的同时,可以对水位进行精确的控制。同时,为了研究全球变化背景下水位与气温对湿地生态系统的协同作用,选择了4种水位（-20 cm、-10 cm、0 cm和10 cm）,采用开顶箱（open top chamber,OTC）被动增温方法,进行水位增温协同控制。在该控制样地中,设置了包括水位与增温交互控制在内的6种处理,每种处理重复布设5个样方,共计30个样方,每个样方的水位独立控制。该控制样地的建成将为湿地生态系统过程与功能的相关研究提供强有力的实验支撑。

沼泽湿地生物碳汇扩增与碳汇型生态农业利用模式

为了探索沼泽湿地生物碳汇扩增技术与碳汇型生态农业利用模式,该文选取吉林省大安市牛心套堡苇场的苏打型盐碱化芦苇沼泽湿地为研究对象,通过田间工程、放流增殖鱼、虾、蟹、退化芦苇植被恢复等措施,构建高碳汇型水生生物群落,于2006-2011年进行了沼泽湿地生物碳汇扩增技术与碳汇型生态农业利用模式的试验。结果表明,试验地主要碳汇生物的年平均生物量达到3364.38kg/hm2,比试验前增加了158.20%,年均递增20.89%;试验地年均碳汇能力达到176.42kg/hm2,比试验前增加了256.98%,年均递增35.01%;试验地年均经济效益达到744元/hm2,比试验前增加了215.25%,年均递增25.81%。鱼、虾、蟹的放流增殖对沼泽湿地生态系统结构和功能无明显损害,所构建的"苇-鱼-虾-蟹"复合生态结构可作为退化芦苇沼泽湿地的生物碳汇扩增模式和碳汇型生态农业利用模式,也可为其他类型湿地实施生物碳汇扩增与碳汇型利用提供借鉴。

三江平原浓江河湿地生态廊道区及其周边春季鸟类多样性研究

浓江河湿地生态廊道是连接三江平原洪河国家级自然保护区湿地和三江国家级自然保护区湿地的生态廊道。2008年春季,对浓浓江河湿地江湿地生态廊道鸟类资源开展了调查研究。在研究区5种鸟类栖息生境共设立11个调查点,共记录有鸟类14目26科68种,3220只。浓江河湿地生态廊道鸟类多样性指数(H’)较高,生境主要以沼泽湿地为主,不同栖息生境中鸟类多样性指数表现为H’沼泽(1.2601)>H’水域(1.2488)>H’居民区(0.9031)>H’农田(0.8728)>H’林地(0.8716);均匀性指数(E)表现为E水域(0.1823)>E农田(0.1646)>E林地(0.1429)>E沼泽(0.1105)>E居民区(0)。维持浓江河湿地生态廊道沼泽和水域的面积对于保护该廊道的功能具有重要意义。

湿地生态系统磷迁移转化机制研究进展

磷在湿地生态系统中的生物地球化学行为备受关注。湿地土壤以有机磷(OP)为主,无机磷(IP)为辅。铁铝结合态磷(Fe/Al-P)是IP的主要组分,钙镁结合态磷(Ca/Mg-P)惰性最强。OP因与土壤成分固定程度较低,更易在土壤中移动,而成为优于总磷(TP)可指示水体富营养化程度的指标。土壤酸碱度、温度、有机质含量、干湿交替和C∶N∶P是影响湿地生态系统磷生物地球化学循环过程的关键环境因素。耕地恢复为湿地后,湿地土壤TP含量基本呈升高趋势。速效磷(A-P)因对土壤理化性质的改变比较敏感,不同区域研究结果差异较大。随着退耕年限的延长,湿地土壤对磷的最大吸附量(Xm)、最大缓冲容量(MBC)和吸附常数(K)逐渐升高;但退耕初期,湿地土壤对磷的解吸率较高,可能会造成周边水域水体富营养化。

湿地生态廊道设计的理论、模式及实践--以三江平原浓江河湿地生态廊道为例

湿地生态廊道是位于湿地区域之间的具有一定宽度的条带状通道,它能使湿地中基因流动,具有重要的栖息地、传输、滤过和阻抑以及物质源、汇等功能。通过研究湿地生态廊道的结构与功能特征,提出了湿地生态廊道设计的原则、标准和具体模式。同时,以三江平原浓江河湿地生态廊道为案例,通过对该廊道区域的野外考察和调研,利用"3S"手段对廊道景观进行了设计,将廊道划分为核心区、缓冲区和实验区,对不同区域的生态功能及保护内容和强度进行了明确的划分。针对廊道地区的土地权属不同,提出了基于地方政府及农垦系统的湿地资源共管模式。将湿地生态廊道建立的理论与实践相结合,既丰富了湿地生态廊道研究的理论,又为其他地区及其他生态系统建立生态廊道提供模式示范,同时也促进了湿地的合理保护与管理。

嫩江流域湿地生态需水量分析与预估

探讨了嫩江流域湿地生态需水量的计算方法,并对流域内不同降水频率下湿地生态需水量进行了计算。在此基础上,选择CMIP全球气候模式下RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5等3种排放情景,预测2030年、2050年和2100年嫩江流域湿地生态需水量的变化趋势。研究结果表明:不同降水频率下的流域湿地生态需水量分别为丰水年70.284亿m3,平水年118.696亿m3,枯水年169.343亿m3,反映了其与气候条件的相关性。3种排放情景下湿地生态需水量变化受到最高、最低气温和降水量变化的共同影响,其中RCP2.6情景下需水量呈先增加后减少的趋势;RCP4.5和RCP8.5情景下需水量整体呈增加趋势,到2100年分别达到147.337亿m3和132.659亿m3。气候变化条件下,如何协调水资源需求间的矛盾,维持湿地生态系统健康稳定,将是未来研究关注的重点。

微生物修复大庆采油区湿地石油污染实验研究

通过在大庆湿地采油区野外实验点对Лейнол、Дестройл两种俄罗斯石油降解微生物制剂本土测试,验证其石油污染湿地修复的效果。采用单因子污染指数与综合污染指数表征方法,评价不同实验方案处理后大庆采油区湿地水体的污染程度变化,比较不同实验方式的效果,确定理想的湿地水体石油污染降解方式。结果表明,以两种生物制剂等量混合达到湿地水体石油污染降解效果最佳。并以实验地为例,讨论了大庆油田湿地石油污染以微生物修复为主的修复方案必须注意的一些问题。

黄河三角洲芦苇湿地底栖无脊椎动物与环境因子的关系研究--以石油开采区与淡水补给区为例

分别于2018年5月和8月对黄河三角洲芦苇湿地19(淡水补给区11处,石油开采区8处)处采样点的底栖无脊椎动物和水体理化指标进行调查采样,运用统计方法分析两个区域物种组成、优势种、多样性、群落结构以及与环境因子的关系。结果表明:两季共采集到底栖无脊椎动物54种,主要以水生昆虫、腹足纲和软甲纲为主,淡水补给区和石油开采区各类群组成差异明显。独立样本T检验表明淡水补给区和石油开采区水体理化指标间差异显著(P<0.05)。双因子方差分析显示,昆虫纲和腹足纲密度在两区域差异显著(P<0.05),软甲纲和腹足纲密度在季节上差异明显(P<0.05)。底栖无脊椎动物优势种共10种,淡水补给区指示物种8种,而石油开采区未发现有指示物种。聚类和非参数多维排序(nM DS)显示,底栖无脊椎动物群落结构相似性较低;RDA结果表明:淡水补给区底栖无脊椎动物群落结构主要受Cond,TDS,Sal,pH,Eh,HCO3-,SO42-等环境因子的影响。石油开采区底栖无脊椎动物群落结构影响较大的环境因子为HCO3-、NH4-N。

黄河三角洲滨海湿地退化原因分析及生态修复

本文提出黄河三角洲滨海湿地退化的主要原因为农业活动、油田大规模开发、黄河断流和改道、风暴潮和污染等,结合目前该湿地开展的科研工作及修复效果,提出以植被修复为主,改善水文条件、土壤条件为辅的节水修复方法。

基于生态环境需水量的莫莫格国家级自然保护区湿地生态服务功能评价

湿地生态服务功能是湿地生态系统安全的重要表现形式,对服务功能进行评价能直观地反映湿地破坏情况或修复效果、量化分析其变化的影响因素。生态环境需水量是区域水资源供需状况和空间格局变化的表征,对湿地生态服务功能起到支撑作用。利用生态环境需水量,对湿地生态服务功能进行评价,能够阐明区域生态环境特征变化的原因,进而明确生态服务功能的变化。以莫莫格国家级自然保护区为研究区,利用土地利用、植被和水文数据,根据各项生态服务功能的组成及权重,对气候调节、资源供给和保障生态系统完整性3个重要的湿地生态服务功能指标进行定量计算。研究结果表明,1988年至1999年期间,莫莫格国家级自然保护区生态服务功能运行情况较好,2000年至2010年期间,生态系统服务功能整体随湿地的退化而逐渐减弱,2011年之后生态服务功能有所回升,说明保护工作开展有效,减缓了湿地退化速度,湿地生态服务功能逐步得到恢复。研究结果可以从生态环境需水量的角度服务于研究区的生态系统服务功能评价,结合降水量、气温等气候条件可以实现对湿地生态服务功能变化趋势的预测。

中国东北地区湿地生态补偿策略研究

湿地具有重要的生态系统服务价值。中国东北地区湿地资源丰富,近年来,湿地退化甚至消失的现象普遍存在,湿地生态补偿作为湿地保护工作的一种重要手段势在必行。通过列举东北地区已经开展的湿地生态补偿措施,提出了现行湿地生态补偿中存在的问题,从湿地生态补偿的责任主体、受偿客体、补偿标准和补偿方式方面,分析东北地区开展湿地生态补偿所面临的问题,尝试建立湿地生态补偿理论框架,为促进中国东北地区湿地保护和修复提出建议。

湿地垂向水文连通及其生态环境效应研究综述

湿地垂向水文连通在维持湿地物质循环、能量流动和信息传递等方面具有重要意义。然而,受气候变化和人类活动的影响,湿地垂向水文连通过程发生显著改变,并带来一系列生态环境退化的风险。基于国内外关于湿地垂向水文连通及其生态环境效应的相关研究,将湿地垂向水文连通分为非饱和流-补给型、饱和流-补给型、饱和流-排泄型和饱和流-贯穿型4种作用模式;湿地垂向水文连通的主要影响因素包括地形地貌、水文地质条件、气候变化和人类活动等;将直接测量法与间接法相结合可以更好地开展湿地垂向水文连通的定量研究;垂向水文连通主要对湿地营养物质传输与转化、湿地植被分布与演替以及水生生物的生存与繁殖等产生重要影响。基于对当前湿地垂向水文连通研究进展与研究热点的综合分析,建议未来加强湿地多尺度垂向水文连通模式对变化环境的响应机制、湿地垂向水文-水质-水生态多要素耦合模拟模型的研发和湿地垂向水文连通-物质连通-生物连通一体化耦合3个重点方向的研究。

湿地土壤种子库与地上植被相似性关系研究评述

土壤种子库与地上植被的关系是土壤种子库研究的重要组成部分。当前,湿地生态系统面临严重威胁,研究湿地土壤种子库和地上植被关系既可以加强对土壤种子库和植物群落特征的认识,又可以为湿地保护与管理提供理论指导。检索了科学引文索引扩展版(SCIE)数据库中收录的1900—2012年间研究湿地土壤种子库与地上植被关系的文献,通过分析土壤种子库与地上植被的Srensen相似性系数,结果发现:不同湿地类型的土壤种子库和地上植被的相似性存在显著差异,河流湿地中两者的相似性最小;不同植被类型中土壤种子库与地上植被的相似性差异显著:草本群落的相似性大于乔木群落;不同气候带的湿地中两者的相似性也存在显著差异,其中亚热带地区相似性最小。总结了湿地种子库与地上植被相似性关系的时空变化特征。二者的相似性通常随着植物群落的演替而减小,在空间上也随着环境梯度而变化。分析了两者关系的影响因素,如种子传播、环境条件和繁殖策略等。对研究中存在的问题及发展方向提出建议。

气候变化对中国内陆湿地空间分布和主要生态功能的影响研究

近百年来全球气候呈现以变暖、降水格局改变和极端天气、气候事件频繁发生为主要特征的显著变化。中国气候变化具有区域差异性,对湿地生态系统带来不同影响。气候变化通过影响湿地的水温、土温和水文节律,影响着湿地生态系统的格局和过程,甚至会影响湿地生态系统的演替。归纳、总结了气候变化对中国内陆湿地空间分布和主要生态功能的影响研究结果;通过分析湿地分布及面积、湿地水文过程、湿地生物多样性和湿地生态系统碳循环的影响发现,气候变化通过水源补给方式和水文过程影响湿地的分布和生态功能;随着气候变暖,以冰雪融水为主要补给源的湿地的面积逐年增加;随着气候变化,湿润区的湿地面积发生明显波动,气温升高导致半湿润区的湿地面积减少,但是却在一定程度上减缓了干旱区湿地面积的萎缩;同时,气候变化通过对大气降水和蒸散等环节的影响,间接地影响湿地水位和水文周期;气候变暖严重威胁了湿地系统内的生物多样性,导致湿地生境质量下降和湿生生物种群数量减少,也改变了湿地生态系统碳循环,加速了CO2和CH4等温室气体的排放。

查干湖湿地浮游植物与环境因子关系的多元分析

采用野外采样调查的方法,结合聚类(Cluster)、多维排序尺度(MDS)、冗余度分析(RDA)以及Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰度指数等手段,研究了查干湖湿地2012年平水期(5月)和丰水期(9月)浮游植物的种群结构特征、多样性及其与环境因子的相关性。调查期间共发现浮游植物127种,隶属于5门53属,其中硅藻门52种,占40.94%,绿藻门46种,占36.22%;蓝藻门25种,占19.69%。从浮游植物丰度看,平水期蓝藻最为丰富(占丰度的39.85%),其次为硅藻(占36.19%)和绿藻(占21.33%),而丰水期绿藻(占70.84%)占绝对优势。查干湖湿地研究区可划分为主湖区和新庙泡两个区域,浮游植物丰度时空差异显著:其平均值为平水期(658.0×104个/L)>丰水期(459.3×104个/L),主湖区丰度是新庙泡的8—10倍。相关分析表明:平水期和丰水期浮游植物丰度均与盐度呈显著正相关;平水期浮游植物丰度与pH值、磷酸盐(PO3-4)显著负相关,说明平水期浮游植物丰度空间差异主要受盐度和营养盐的影响,主湖区盐度(52.0 mg/L)是新庙泡(16.0 mg/L)的3.3倍,同时主湖区的磷酸盐(PO3-4)(0.045 mg/L)是新庙泡(0.012 mg/L)的3.8倍;而丰水期由于营养盐没有显著差异,浮游植物丰度空间差异主要受盐度影响。除野外调查结果外,基于Bray-Curtis相似性计算的聚类和多维排序尺度分析也表明据研究区可划分为主湖区和新庙泡两个区域。RDA显示:影响查干湖湿地浮游植物分布的关键环境因子,平水期是pH值、TN和BOD5,丰水期是盐度、PO3-4和BOD5。平水期优势属喜低碱、低磷素、高氮素的生境,而丰水期优势属则喜欢微碱性、高盐度、高磷素、高BOD5的生境。调查期浮游植物优势种群为温带小型藻类,能迅速吸收营养盐并进行繁殖生长,在较高营养盐条件下可以形成较高的相对丰度。根据浮游植物生态指标对查干湖湿地水质污染程度进行现状评价表明查干湖湿地处于β-中度污染水平。

大庆市油田开发区湿地水环境质量现状与污染防治对策

大庆市资源开发与湿地生态环境保护矛盾日益突出,通过对典型泡沼和排干水体采样监测,采用单因子指数法和综合污染指数法对大庆市油田开发区湿地水环境质量现状进行评价和污染特征分析。研究结果表明,按照水环境功能标准,在研究区,除了库里泡和排水干渠水质的综合评价污染强度为轻度、中度污染外,其余泡沼的水质均为重度或严重污染;但在单因素污染评价中,所有水体水质都为劣Ⅴ类。其中,各个泡沼水体都是化学需氧量、总磷和挥发酚3项指标超标,龙凤湿地的氮污染也比较严重,三永泡和中内泡水体石油污染物超标;而各个排干水体主要受氮和磷的污染。同时基于评价结果分析,提出了大庆市湿地生态系统污染综合防治对策。

湿地定义研究中的若干理论问题

针对目前还没有统一湿地定义研究现状,从逻辑学、系统论和自然地理学的相关原理出发,对湿地定义的内涵与外延、湿地定义多样性的原因、"公约定义"与"学科定义"的关系、湿地边界界定的指标及阈值确定等若干理论问题进行了较透彻的理论分析。认为:湿地"学科定义"与"公约定义"之间不存在广义与狭义的关系,"公约定义"也不是湿地的管理定义;湿地定义多样性原因主要表现为将湿地定义为区域的类型、相同的内涵用不同语词表达以及把湿地边界标准纳入湿地定义之中等;将"学科定义"的湿地和与其邻近陆地和水体当作一个执行一定功能的整体,从自然区划角度看应命名为"湿地区",分布于"湿地区"中的植被和土壤并不都是湿地土壤和植被;利用具有随机性指标作为边界指标时,应以多年平均值作为边界标准,利用具有相对不变性土壤指标确定湿地边界,应将边界界定在急变处。