孤立濕地研究進(jìn)展

1、孤立濕地研究進(jìn)展近幾十年來，隨著全球氣候變化、人類活動的加劇，濕地景觀結(jié)構(gòu)正在發(fā)生嚴(yán)重變化，除保護(hù)區(qū)和人類活動較少的地區(qū)外，大面積濕地已嚴(yán)重破碎化，破碎化后的濕地面積較小、相對分散，與大面積濕地形成最明顯的對比，即形成孤立濕地?！跋到y(tǒng)結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)功能”的原理是系統(tǒng)論的基本原理之一，孤立濕地獨特的景觀結(jié)構(gòu)形成獨特的系統(tǒng)功能，即調(diào)節(jié)局地氣候、生物“踏腳石”、維持特有種等，這些獨特的生態(tài)功能對于維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和促進(jìn)人類發(fā)展都具有重要意義。本文從概念、類型、特征、功能和保護(hù)等方面闡述孤立濕地的研究進(jìn)展，以期對我國孤立濕地的相關(guān)研究提供幫助。1孤立濕地定義及類型的研究進(jìn)展11國外孤立濕地的定義國外對術(shù)

2、語“孤立濕地”的提出較早，并對孤立濕地做了大量的調(diào)查研究。在研究初期，對孤立濕地的認(rèn)識較淺，認(rèn)為“孤立濕地”并不是一個精確地、科學(xué)地、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匦g(shù)語，僅僅用它來表述那些與下游河流或海灣不相連的濕地或池塘，通常這樣的濕地或池塘形成凹陷的景觀并形成隔離。進(jìn)一步研究得出孤立僅僅是程度上的問題，所以很難對孤立濕地作出科學(xué)定義。隨后，美國國家研究委員會僅根據(jù)對濕地特征和界線的研究，把孤立濕地簡單定義為: 不與其它水體相鄰的濕地。同時在此階段其他研究人員對孤立濕地也進(jìn)行了描述，他們認(rèn)為孤立濕地是“罕見和高度分散的棲息地”、“高度分離的池塘”、“陸地景觀中的島嶼”。隨著研究的深入，Tiner指出術(shù)語“孤立濕地”

3、可以通過各類范疇定義，因次，各個領(lǐng)域?qū)铝竦囟甲隽讼嚓P(guān)研究。從地理學(xué)、景觀學(xué)、地貌學(xué)的角度而言，Tiner認(rèn)為孤立濕地就是周圍被高地所包圍的濕地，如草原壺穴濕地、干鹽湖、壺型泡澤等; 從水文學(xué)的角度來看，孤立濕地被定義為與其它濕地或水體沒有表層水或地下水聯(lián)系的濕地，Cook就提出了“水文孤立濕地”的概念; 從水文學(xué)和地貌學(xué)的角度看，Snodgrass提出了名詞“凹洼孤立濕地”，即在平均地表水水平下不通過地表水與其它水生生境相聯(lián)系的濕地; 從生態(tài)學(xué)角度來定義濕地的孤立性更加復(fù)雜，因為需要對物理、化學(xué)或其它遺傳物質(zhì)交流的屏障進(jìn)行分析; 許多景觀生態(tài)學(xué)家認(rèn)為，孤立系統(tǒng)是與周圍環(huán)境沒有物質(zhì)或能量交換

4、的系統(tǒng)，從這點上講，任何濕地都不可能是絕對意義上的孤立。通過以上研究，美國陸軍工程兵團(tuán)(CROPS)對孤立濕地作出定義，他們認(rèn)為孤立濕地是指那些與可流動水體不相鄰或不通過地表水相聯(lián)系的濕地，如沼澤、湖泊等，但美國華盛頓運輸部卻引用Corson對孤立濕地定義提出的指標(biāo)來定義孤立濕地，即單獨地下水或泉水補給的濕地; 季節(jié)降水或鄰近高地局部徑流補給的濕地; 對外無排水系統(tǒng)的濕地; 濕地被高地顯著包圍; 季節(jié)徑流對濕地暫時性補給; 濕地被高地土壤和植被群落所包圍。雖然美國各領(lǐng)域?qū)W者和美國政府都對孤立濕地做出了相關(guān)定義，但在科學(xué)理論界還存在較大爭議，未能就孤立濕地的定義作出科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)和統(tǒng)一的闡釋。1.2

5、國內(nèi)孤立濕地的定義術(shù)語“孤立濕地”在我國文獻(xiàn)中也有出現(xiàn)，但都僅是特征意義上的孤立濕地，與概念“孤立濕地”存在較大差距。但我國關(guān)于孤立濕地相關(guān)的研究進(jìn)展多年，提出了許多與“孤立濕地”相關(guān)的概念，如“環(huán)型濕地”、“碟型洼地”、濕地的“景觀破碎化”等。環(huán)型濕地是三江平原濕地的重要組成部分，主要分布在高漫灘、低階地及沼澤化平原、河流的水分線上，以明水面為中心，以島狀林為邊界，地勢逐漸升高，積水逐漸減少，在景觀上具有同心圓環(huán)狀分布的濕生植被和土壤類型的碟型洼地。具有面積小、生物多樣性豐富、環(huán)境梯度變化較大和環(huán)境變化反應(yīng)敏感等特點。碟型洼地既是環(huán)型濕地的一種地貌類型，也是三江平原濕地類型之一。碟型洼地四周

6、地勢較高，植被發(fā)育、洼地積水，并有泥炭沉積且厚度較大，其形狀呈圓形或橢圓形，一般長200300m，寬100200m，分布較集中，對全球碳循環(huán)和生物多樣性保護(hù)具有重要作用。景觀破碎化是指由于自然或人文因素的干擾所導(dǎo)致景觀由簡單趨于復(fù)雜的過程，即景觀由單一、均質(zhì)和連續(xù)的整體趨向于復(fù)雜、異質(zhì)和不連續(xù)的斑塊鑲嵌體的過程，景觀破碎化是一個連續(xù)的過程。在濕地景觀研究中，無論是自然濕地還是人工濕地，景觀破碎化都相當(dāng)嚴(yán)重，形成許多孤立的濕地景觀斑塊。同時，研究表明人類活動和自然擾動是濕地景觀破碎化的兩大驅(qū)動因子，以人類活動為主，特別是對濕地進(jìn)行農(nóng)業(yè)開墾，使?jié)竦匚⒌孛伯a(chǎn)生差異性，從而使農(nóng)田中出現(xiàn)水力聯(lián)系并未阻隔

7、但并不連續(xù)存在的濕地斑塊景觀，這種濕地斑塊景觀已成為三江平原濕地景觀的主體。對濕地景觀破碎化進(jìn)行分析，可以正確評價人類活動對濕地景觀的干擾程度，這對于引導(dǎo)人類遵循自然規(guī)律，合理調(diào)控人類開發(fā)活動和維持濕地景觀穩(wěn)定性具有重要意義。綜上所述，孤立濕地的定義仍是一個有爭議的學(xué)術(shù)問題，在此，綜合以上各位學(xué)者的觀點，把孤立濕地定義為與其它水體缺乏聯(lián)系且在景觀上相對孤立的濕地。孤立濕地的定義包含兩方面含義: 一方面是水文方面，孤立濕地與非孤立濕地的區(qū)別在于孤立濕地與外界缺乏直接的表面水聯(lián)系或者是這種聯(lián)系只有在特定條件下才有可能發(fā)生; 另一方面是空間方面，孤立濕地的最大特征是孤立性，說明了孤立濕地與非孤立濕地

8、的最大區(qū)別在于孤立濕地存在景觀空間隔離。1.3孤立濕地的類型孤立濕地的研究中涉及類型研究的方面較少，還沒有一個比較明確的且得到大家公認(rèn)的分類方法。在一般情況下，人們都是以各種要素直接定義孤立濕地，如草原壺穴濕地即草原中形如壺穴的濕地、干鹽湖即孤立的小型鹽湖等以特征命名、德爾瑪瓦海灣等以地名命名、季節(jié)融水沼澤等則以時間要素命名等等，這種分類雖然比較直觀，但在理論研究中無法得到深入應(yīng)用。在國外，各領(lǐng)域?qū)W者還提出不同的孤立濕地分類，如Cook提出“水文孤立濕地”、Tinner提出“地理孤立濕地”、Snodgrass提出“凹洼孤立濕地”等; 在國內(nèi)，我國學(xué)者在對三江平原濕地研究中，提出環(huán)型濕地、濕地的

9、景觀破碎化，在環(huán)型濕地的研究中，又提出碟型洼地、環(huán)形洼地。顯然這些研究都無法對孤立濕地的類型作出準(zhǔn)確表述，這以成為孤立濕地研究的一個“瓶頸”。在此引入Forman在景觀生態(tài)學(xué)中對景觀斑塊的分類方法對孤立濕地作出簡單分類。從人類干擾程度出發(fā)把孤立濕地分為四種類型，即殘留孤立濕地即由大面積人類活動造成濕地破碎化而殘留的小面積孤立濕地; 干擾孤立濕地即由局部性干擾造成的小面積孤立濕地; 環(huán)境資源孤立濕地即由于自然環(huán)境不平衡形成的孤立濕地; 人為引入孤立濕地即由于人類有意或無意在局部引入的孤立濕地。2孤立濕地特征及功能的探討21孤立濕地的特征孤立濕地是一種獨特的濕地景觀，它有許多大面積完整濕地所不具備

10、的特征。孤立性是孤立濕地最基本的特征。濕地孤立性是一個連續(xù)統(tǒng)一體，使得可以通過空間數(shù)據(jù)庫來定量分析，最普遍的對濕地孤立性的計算方法，就是應(yīng)用濕地間的最小鄰近距離。如果生物的遷移運動通過廊道而便利，或受到屏障物的阻礙，沿著廊道的距離或障礙物周圍的距離將更能夠準(zhǔn)確地反映分散性。從依賴濕地生存的動物的角度來看，孤立性是關(guān)于周圍濕地的數(shù)量、濕地間的距離、地表覆被的性質(zhì)和特定物種的活動能力的函數(shù)。孤立性也可以通過影響復(fù)合種群而對濕地功能起作用。生境斑塊間的孤立程度直接影響到物種的擴(kuò)散，也就對復(fù)合種群具有最基本的影響。由于孤立濕地生境斑塊間孤立程度存在差異，因此孤立濕地是一種相對孤立的濕地，與其它水生生境

11、或多或少發(fā)生一定的物質(zhì)、信息和能量的交換?？赡芩麄冎g交流的廊道是暫時性、間歇性或季節(jié)性的，但足以證明孤立濕地的相對孤立性。生態(tài)學(xué)家、水文學(xué)家和地理學(xué)家對孤立濕地的相對孤立做了一系列的研究，證明孤立濕地?zé)o論是通過淺層地下水、深層地下水還是地表水，與其它孤立生境都存在水文連通性，如PPR中就是通過淺層地下水使?jié)竦刂g進(jìn)行連系，而佛羅里達(dá)州巖溶池塘則通過深層地下水，且水位變化很大。但不可否認(rèn)像干鹽湖地下水交流就很少，因為它的基質(zhì)是不透水的粘土。Leibowitz和Vining在1996年就發(fā)現(xiàn)北達(dá)科塔州中部區(qū)域28%的孤立濕地在高水位時有間歇性表層水連系。他們認(rèn)為這種間歇性連系在干濕循環(huán)的濕循環(huán)階

12、段時常發(fā)生，在這個階段各種濕地，如草原壺穴沼澤、季節(jié)融水沼澤等，都會通過溪流、地表漫流等途徑與其它水生生境發(fā)生交流，因此孤立濕地具有水文連通性。由于孤立濕地之間存在水文連通性，所以對于孤立濕地的生物來說就有了遷移的廊道。同時，孤立濕地某些動物的遷移也可能是出于自身的需要，如鳥類可能為了覓食、選擇避難所、筑巢和飼養(yǎng)后代不斷改變棲息地，從而完成了孤立濕地的生物連通。有時生物遷移還可以反映生境條件的好壞，因為個體的遷移有可能是由于捕食壓力或生境過度擁擠所致。大多數(shù)學(xué)者研究認(rèn)為生物連通性主要集中發(fā)生在那些通過空氣或地面?zhèn)鞑サ脑偕w或有機體上面，同時他們注意到濕地間表層水的連系成為為濕地生物傳播、遷移服

13、務(wù)的_主要廊道之一，如佛羅里達(dá)州，間歇性洪水期，魚就可以通過排水溝進(jìn)入孤立濕地。Snodgrass對卡羅萊納海灣的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，頻繁和長期持續(xù)的地表水交流，是此處孤立濕地魚類豐富度極高的主要原因。孤立濕地與其它水生或陸生生態(tài)系統(tǒng)也時常發(fā)生生物連系，如許多動物( 兩棲動物等) 在不同歷史階段對棲息地有不同的要求，從而完成水、陸生態(tài)系統(tǒng)的交流。因此，孤立濕地存在生物連通性。22孤立濕地的功能221氣候功能孤立濕地對保持全球碳平衡具有重要作用。在我國環(huán)型濕地的研究中發(fā)現(xiàn)，環(huán)型濕地的高勢能區(qū)為好氧高溫區(qū)，陽光充足，濕地植被通過光合作用向大氣釋放大量氧氣，同時，濕地植物殘體完全分解釋放出二氧化碳和甲烷，有機

14、碳儲存較少，成為“碳”源; 從邊緣高勢能好氧高溫區(qū)向低勢能厭氧低溫區(qū)過渡，陽光減弱，濕地植物光合作用逐漸減小，濕地植物殘體分解不完全，并以有機碳的形式儲存起來，形成“碳”匯，這種“源匯”形式有利于全球碳平衡。孤立濕地可以調(diào)節(jié)小氣候。濕地表面的水汽蒸發(fā)、熱量交換以及植被的蒸騰作用等都會直接或間接地影響區(qū)域氣候環(huán)境。植物的蒸騰作用可以把一部分水分蒸發(fā)到大氣中，參加大氣水循環(huán)過程，提高大氣濕度，以降水的形式返回到周圍環(huán)境中，起到濕潤環(huán)境和調(diào)控溫度的作用，促使當(dāng)?shù)貧夂蜈呌诜€(wěn)定。因此，孤立濕地周圍地區(qū)相對溫和濕潤。222水文、水質(zhì)功能孤立濕地可以調(diào)節(jié)徑流、均化洪峰。孤立濕地的水分轉(zhuǎn)化主要存在兩種形式:

15、一是通過蒸散進(jìn)入大氣，二是通過滲漏進(jìn)入地下潛水層。由于基質(zhì)不同，有的孤立濕地只存在一種形式，如干鹽湖、季節(jié)融水沼澤和海灣濕地等，它們的基質(zhì)是很難透水的地質(zhì)結(jié)構(gòu)或土壤，但對于大多數(shù)孤立濕地來說以上兩種方式都存在，并且在調(diào)節(jié)徑流和均化洪峰方面發(fā)揮一定作用。蒸散作用可以使徑流總體體積減小，而滲漏作用可以減緩洪水前進(jìn)的速度，同時大量孤立濕地群的存在可以儲存過量水，濕地植被也可以減緩流速等，這些作用共同工作，可以推遲洪水的推進(jìn)時間，從而減少洪水的潛在災(zāi)害風(fēng)險。孤立濕地具有蓄水和自身調(diào)溫功能。在對三江平原環(huán)型濕地和沼澤濕地的研究中發(fā)現(xiàn)，環(huán)型濕地具有特殊的結(jié)構(gòu)，使其有著巨大的儲水和自身調(diào)溫功能，既是在高溫干

16、旱的季節(jié)，由于濕地表面的須根層有隔離的空間，阻止了溫度的傳導(dǎo)，減少了下層水的蒸發(fā)，使?jié)竦乜梢员３诌m當(dāng)?shù)乃亢蜏囟取Ｍ瑫r，沼澤濕地的土壤具有強大的持水性，高出一般土壤28倍，高出一般礦質(zhì)土壤23倍，其中泥炭土和泥炭沼澤土持水性較大，因此具有強大的蓄水功能。孤立濕地還具有凈化、過濾功能。Cook研究發(fā)現(xiàn)通過表面水與其它孤立濕地聯(lián)系或存在土壤水聯(lián)系的地理孤立濕地比較水文孤立濕地有較高的電導(dǎo)率和Ph值，并且濕地越小越明顯; 孤立濕地也是一個“沉積箱”、“轉(zhuǎn)換器”，在水文波動期間，可以通過攔蓄徑流中懸浮物，移出和固定營養(yǎng)物、有毒物質(zhì)，沉淀沉積物等，降低水中營養(yǎng)物質(zhì)、有毒物質(zhì)及污染物含量或使其轉(zhuǎn)化成為其它

17、存在形式; 孤立濕地通常與區(qū)域排污系統(tǒng)相連，因此，孤立濕地就成為當(dāng)?shù)赜袡C質(zhì)、污染物的分解池，在一般情況下，中等尺度的非點源輸入的有機質(zhì)、污染物可以被孤立濕地本身凈化，也可能通過水文廊道與其它水體進(jìn)行凈化交流，從而完成水體清潔、環(huán)境凈化的功能。此外，孤立濕地晨霧還可以去除大氣中的揚塵和顆粒物等物質(zhì)，凈化空氣，提高生存環(huán)境質(zhì)量。223生境功能孤立濕地有利于生物多樣性的保護(hù)。不同的水文、生物特點，不同的孤立濕地類型造就了孤立濕地不同的生境條件，而生境多樣性對生物多樣性的保護(hù)方面有重大作用，如壺穴沼澤、干鹽湖、海灣等孤立濕地的水文條件不同、覆蓋條件不同，從而形成滿足各種生物需求的生境條件，相應(yīng)的物種豐

18、富度就得到了提高。Levins于1970年在景觀生態(tài)學(xué)中引入復(fù)合種群概念，隨著研究的深入，表明復(fù)合種群受景觀斑塊面積影響較小，而景觀斑塊的隔離程度起到根本性作用，如Thomas對3種蝴蝶復(fù)合種群動態(tài)研究表明，斑塊面積大小與局域種群大小無關(guān); 孔雀等人發(fā)現(xiàn)當(dāng)島嶼面積增大到一定程度時，植物群落增加速度減緩，說明斑塊面積對物種豐富度的影響不起主要作用。同時，破碎化的濕地景觀斑塊有較多的“邊緣區(qū)域”，斑塊的“邊緣效應(yīng)”可能容納更多樣的物種。因此，孤立濕地可以保持物種的豐富度，有利于生物多樣性的保護(hù)。孤立濕地是生物遷徙的“踏腳石”。Davis等研究表明星羅棋布的孤立濕地為水禽的遷徙提供了一系列的“踏腳石

19、”。高密度的小型孤立濕地對其他動物也發(fā)揮著重要的功能。Semlitsch等論述了小面積的孤立濕地對兩棲類動物的重要性。不同類型的小面積孤立濕地為多種類的兩棲類動物的積聚提供了生境，產(chǎn)生了大量的動物幼體( 這對維持種群十分必要) ，同時為兩棲類動物的擴(kuò)散起到重要的“踏腳石”作用。三江平原已對濕地進(jìn)行了大規(guī)模開發(fā)，但由于碟型洼地地勢較低、面積較小、溫度不高、積水較多，不利于農(nóng)作物生長，從而在農(nóng)田中保存下來，這些碟型洼地為水禽的遷徙提供落腳地。孤立濕地有利于獨特種的保護(hù)。孤立濕地的第一特征就是孤立性，這種地理上的隔離有利于邊緣種的生存和保護(hù)，從而形成地方性獨特種。Gibbs對緬因州中部濕地的研究表明

20、，大量的小孤立濕地為瀕臨滅絕的物種提供了尋找新的棲息地的機會。Jenny等研究表明澳大利亞西南部有數(shù)千個不同大小、水文和水化學(xué)的濕地。面積較小、季節(jié)性和不肥沃的濕地具有較豐富的無脊椎動物群落，而在面積較大且永久向陽的水域支持較豐富且數(shù)量較多的水鳥群落，較豐富的植物群落出現(xiàn)在季節(jié)性或暫時性濕地中。大量小面積的孤立濕地的存在增加了當(dāng)?shù)匚锓N生存的機率。孤立濕地除具有以上三大功能外，沿海孤立濕地如三角洲孤立濕地、海灣孤立濕地、鹽沼等都具有獨特的生境條件，形成獨特的地貌景觀，它們在抵御自然災(zāi)害，降低風(fēng)浪強度，削弱海浪和水流的沖擊，防止海岸線侵蝕，減少經(jīng)濟(jì)損失等方面作用明顯; 城市孤立濕地在城市景觀建設(shè)、

21、城市文化保留、市民休閑娛樂和提高自然科學(xué)知識方面具有積極作用等。綜上所述，各領(lǐng)域?qū)W者對孤立濕地功能的已進(jìn)行大量研究，但對孤立濕地功能的形成機制研究不夠深入，除個別功能( 調(diào)節(jié)小氣候、生物“踏腳石”、維持特有種等) 外，其它功能與非孤立濕地功能相似性極高，使孤立_濕地在社會發(fā)展和濕地保護(hù)中無法得到足夠的重視，因此加強孤立濕地功能形成機制的研究從而確立孤立濕地特有功能是孤立濕地研究急需解決的問題。3孤立濕地保護(hù)的研究美國是聯(lián)邦政體的國家，對于濕地保護(hù)，形成以憲法為基礎(chǔ)，聯(lián)邦、州三級保護(hù)體系，其中聯(lián)邦政府頒布了一系列法律，如河流域港口法、國家環(huán)境政策法、魚類和野生動物協(xié)作法、清潔水法、糧食安全法、稅

22、收改革法和2012年農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃等，其中清潔水法的404條款，明確提出對孤立濕地的管理權(quán)，后三個法案是針對農(nóng)業(yè)“濕地破壞者”提出的，要求農(nóng)業(yè)開發(fā)要以農(nóng)田濕地保護(hù)和恢復(fù)為基礎(chǔ)，以上這些法案的提出明確了對孤立濕地保護(hù)的重視。我國也有相應(yīng)的保護(hù)法律，如中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法、中華人民共和國海洋環(huán)境保護(hù)法、中華人民共和國水污染防治法、中華人民共和國野生動物保護(hù)法和中華人民共和國水法等，但都沒有把孤立濕地作為單獨的濕地類型進(jìn)行保護(hù)。同時，牛振國等人對全國9hm2以上的水面、沼澤等濕地進(jìn)行初步遙感制圖，而9hm2以下的濕地并未納入遙感制圖范圍。2010年國家林業(yè)局發(fā)布的全國濕地資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程( 試行)

23、中對我國濕地進(jìn)行分類即近海與海岸濕地、河流濕地、湖泊濕地、沼澤濕地和人工濕地，并未把孤立濕地單獨分類。以上說明我國對孤立濕地的研究與保護(hù)重視程度不足，這種不足導(dǎo)致我國在孤立濕地保護(hù)方面存在諸多問題，如由于孤立濕地資源監(jiān)測能力不足、管理機制缺乏、法律和法規(guī)不完善導(dǎo)致孤立濕地過度開發(fā)、面積數(shù)量不斷減少、水體污染加劇、環(huán)境不斷惡化等。針對以上孤立濕地保護(hù)中存在的問題，我國應(yīng)調(diào)整相應(yīng)的政策。其實在2004年我國濕地香山科學(xué)會議上已將破碎化后的濕地景觀斑塊的管理與恢復(fù)列為我國未來濕地領(lǐng)域的優(yōu)先發(fā)展方向之一，但國家投入和重視程度不足，因此，我國應(yīng)該加大孤立濕地重要性的宣傳力度，完善相應(yīng)的管理機制、檢測體制和法律、法規(guī)，增加孤立濕地恢復(fù)和科研投入，加強國際交流與合作。圍繞以上措施我國可以借鑒“資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)-文化