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第1章 緒論

濕地生態需水考慮保障濕地生態系統健康所需要維持的水文情勢(hydrologic

regime)，它不僅包含了流量或水位的大小，還包含了流量或水位隨時間的變化性。

對于濕地生態系統來說，其水文情勢主導著各種物理、化學以及生物過程，對生態

位(生境)以及生物群落都具有決定性的作用。因此，在保護和恢復濕地生態系統

中，滿足濕地生態需水處于首要地位。

本章在介紹濕地與水的關系的基礎上，論述保障濕地生態需水對維持濕地生

態系統健康的重要性，以及開展濕地生態需水研究的意義，進而從濕地生態需水機

理、模型和配置的不同方面對濕地生態需水研究進展進行了綜合分析，以此為基

對濕地生態需水研究中面臨的關鍵問題進行歸納和凝練。

1.1 濕地與水

濕地之所以被稱為"濕"地，是因為有水存在。換句話說，"水"是決定濕地存在

與否的先決條件，而水文過程則主導著濕地生態系統的發展演化。水、土壤和生物

是濕地生態系統的三大要素，其中水要素是建立和維持濕地及其演變過程最重要

的決定因子，通常包括水量和水質兩個方面。在不同區域特定的氣象、地形、土壤

等環境條件下，水量隨時間的年內和年際變化形成該區域濕地生態系統獨特的水

文情勢。對于某一濕地生態系統來說，其水文情勢主導著沖刷、沉積、淹沒等物理

過程，并影響著營養鹽、pH、固體懸浮物等水質要素的變化，在很大程度上決定

生境的時空分布，從而塑造其生物群落及其生態過程(Naimanetal.，2002)，因而

在濕地生態系統的演替過程中處于支配地位。

對于河流生態系統來說，水文情勢表現為流量隨時間的變化，亦稱為流量情勢

(flowregime)。流量情勢可從5個方面來刻畫：大小、發生時間、發生頻率、持續時

間以及變化速率(Richteretal.，1996)。洪水季節，植被可以借助水流的作用傳播

種子，高流量使河流連續體的物質流和能量流更加通.，從而促進生物群落的繁

榮；富含營養鹽的泥沙在河漫灘沉積，為洪積平原植被提供養分；魚類和底棲生物

可到達河漫灘，完成洄游、產卵、繁殖等重要的生命過程；同時，洪水淹沒過程還可

以淘汰不耐淹的物種。而在枯水季節，較低的流量則可以淘汰那些忍耐力較差的

物種。由于每一河流均有其獨特的流量情勢(Naimanetal.，2002)，生物群落經過

長期演化已建立起與此情勢相適應的生存策略(Lytleetal.，2004)，因此維持河流

自然狀態下的水文情勢不但對于河流生物群落的生長十分重要，而且可以有效地

抵御外來物種的入侵(Poffetal.，1997)。

對于湖泊、沼澤生態系統來說，水文情勢主要表現為水位隨時間的變化。高水

位的淹沒過程可以阻止植被的擴張，避免濕地生態系統過快地向陸生生態系統演

化。此外，在這類生態系統中，水文過程對于土壤發育起著重要作用，影響著植被

的生長發育。由于土壤中的水分經常達到或接近飽和狀態，土壤發育過程與陸生

生態系統差異顯著，形成一種獨特的土壤類型――水成土。水成土剖面上層通常

積累腐殖質或泥炭，而下層有潛育化特征。

對于河口生態系統，水鹽梯度往往是其限制因子，決定著鹽生、中生與淡生生

物群落的種類、數量及空間分布(賀強等，2008)；而水文情勢正是水鹽梯度分布的

主控因素。總的來說，水是濕地生態系統演化的主控因素，維持合理的水文情勢對

于保障濕地生態系統健康至關重要(Gaoetal.，2009；Poffetal.，1997)。

濕地水要素變化受到自然和人為因素的影響。自然界氣候干濕演替、地形地

貌特征和地質條件變化引起水文特征變化的同時，水庫、引水工程等水利工程的建

設和運行以及城市化、植被破壞造成的土地利用方式改變等人類活動均會直接或

間接影響水文過程，造成濕地水要素的變化。而隨著人口的快速增長和氣候變化

帶來的不確定性，未來的水資源壓力將會進一步增加(Schiermeier，2008；Okiet

al.，2006；Millyetal.，2005)，使得生態需水和社會經濟需水之間的矛盾更加突

出。在有限的水資源制約下，如何同時滿足生態需水和人類需水、實現生態系統和

社會經濟的持續協調發展，是一個亟待解決而又極富挑戰性的課題。

1.2 濕地生態系統健康與生態需水

濕地生態系統具有調蓄洪水、調節氣候、控制污染、減少土壤侵蝕、美化環境、

維護生物多樣性、提供生物生產力等生態、環境和生產功能。據估算，全球各類生

態系統每年提供價值約33萬億美元的服務，其中4.9萬億美元就來自濕地(Cost-

anzaetal.，1997)。美國科學家研究發現，每公頃原始濕地每年創造的價值達

4000～14000美元，分別是熱帶雨林和農田生態系統的2～7倍和45～160倍。

濕地的這些生態功能和生態服務是人類社會持續發展所不可或缺的支撐。從

人類文明發展過程來看，游牧民族的"逐水草而居"、古代文明發源于幾大流域等事

實都表明了人類對濕地生態系統的依賴性。工業文明以來，社會經濟發展迅速，人

類不可避免要更多地利用濕地生態系統所提供的功能和服務，濕地成為受人類活

動干擾最強烈的生態系統之一。在缺乏科學理論支持的情況下，人們對濕地生態

系統長期不合理的開發和利用已造成濕地廣泛而嚴重的退化，致使支撐人類社會

發展的多種生態功能和服務受到損害，反過來威脅人類自身的生存和發展。因此，

保護和恢復濕地生態系統健康是一項緊急而重要的任務。保障濕地生態需水則成

為緩解濕地生態系統健康所面臨威脅的一個關鍵措施。

1.2.1 濕地生態系統健康的內涵

"生態系統健康"的概念是在全球生態系統普遍退化的背景下，于20世紀70

年代末被提出的。相對于人類和生物個體的健康診斷，Rapport等(1979)提出了

"生態系統醫學"的概念，旨在將生態系統作為一個整體進行評估；隨著研究的深

入，他將生態系統健康定義為"為人類的生存和發展提供持續和良好的生態系統服

務功能"(Rapport，1989)；"以符合適宜的目標為標準來定義的一個生態系統的狀

態、條件或表現"，滿足人類社會合理要求的能力和生態系統本身自我維持與更新

的能力(Rapportetal.，1998)。Schaeffer等(1988)將生態系統健康定義為"沒有

疾病"，并提出了進行評價的原則及方法。Costanza將生態系統健康的相關定義

歸納為動態平衡、多樣性或復雜性、穩定性或彈性、活力或生長空間、各組分間平衡

等說法，提出生態系統健康即是遠離"脅迫綜合征"，認為生態系統健康應該從"活

力(vigor)"、"組織(organization)"和"恢復力(resilience)"3個方面來評價(Costan-

zaetal.，1999；Costanza，1992)。目前，生態系統健康評價是一個十分活躍的研究

方向，而維持生態系統健康則是環境管理的最終愿望。

對于濕地生態系統來說，其健康是指系統內的物質循環和能量流動未受到損

害，關鍵生態組分和有機組織保存完整且沒有疾病，對長期或突發的自然或人為擾

動能保持彈性和穩定性，整體功能表現出彈性力、多樣性、復雜性和活力(崔保山

等，2002a)。在自然狀態下，濕地生物群落通過與環境因子長期的相互作用而建立

起相應的適應策略，不同物種可以充分利用不同的生態位，整個生態系統表現出結

構穩定、物種多樣、生產力旺盛、具有較強抗干擾能力的特征。換句話說，自然狀態

下的濕地生態系統通常都是健康的，這也是許多生態系統健康評價方法所采用的

基本前提假設。濕地生態系統健康惡化往往是人類活動干擾的結果。有些人類活

動在短時間內顯著地改變了環境因子，以致許多濕地生物群落來不及適應；有些人

類活動直接作用于生物群落，從而帶來物種多樣性降低、生產力下降、生態系統結

構受損、對外界干擾的彈性和恢復力減弱等后果。

1.2.2 濕地生態系統健康面臨的主要威脅

20世紀70年代以來，全球性的濕地消失和退化危機引發了嚴重的生態環境

和社會問題。全球濕地面積自1900年以來減少了50%，目前僅5.73億hm2，約

占地球陸地面積的6%。我國本是世界上濕地類型齊全、分布廣泛、生物多樣性豐

富的國家之一，然而由于自然因素和不合理人類活動的雙重作用，我國濕地急劇萎

縮，全國自然或半自然濕地僅占國土面積的3.77%，遠低于6%的世界平均水平。

目前我國濕地消失和退化極度嚴重，濕地生態系統已經遭受到了嚴重破壞，生態災

害出現的頻率也日益增加。

維持濕地生態系統健康需要識別濕地面臨的主要威脅，并尋求解決措施。各

國經濟發展模式和發展速度的差異，導致各國濕地面臨的威脅不盡相同。就我國

而言，濕地生態系統主要面臨著四大威脅：

一是水文情勢的改變。流量或水位的大小、發生時間、持續時間、發生頻率以

及變化速率等水文情勢的變化，促進了濕地生態系統中多種多樣的生境的形成，調

節和控制著濕地生物群落及生態過程，是決定濕地生態系統發展演替的主導因子

(Naimanetal.，2002)。通過長期的演替，濕地生物群落已建立與自然水文情勢相

適應的生存策略(Lytleetal.，2004)。人類對水資源的不合理開發通常會造成原

有水文情勢的改變，表現為水量的急劇減少以及流量或水位年內顯著的變化。濕

地生物群落通常來不及適應短期內水文情勢的急劇改變，必然造成濕地生態系統

的退化。過度地從濕地取水以及不合理地利用水資源已使我國濕地生態系統面臨

重大威脅。例如，大型水利工程的建設隔斷了自然河流與湖沼等濕地水體之間的

天然聯系，加速了河道的斷流并造成濕地面積銳減。據估算，1997年黃淮海地區

最小生態需水短缺年損失價值達40億美元，超過當年該地區農業用水產值的20

億美元。目前，黃河、海河、淮河地表水資源利用率已遠遠超過國際上公認的40%

的河流開發利用率上限，海河水資源開發利用率更接近90%。1972～1999年期

間，黃河下游22年出現斷流，僅給山東省造成的經濟損失就達135億元。濕地水

資源的不合理利用加劇了對地下水的過度抽取。華北地區地下水提供的水量占總

用水量的87%，每年超采300億m3，開采率高達130%以上，僅河北境內就出現了

20多個地下水漏斗區，與北京、天津連成一片，影響面積達5萬km2左右，華北地

區已經形成世界較大的"地下水漏斗"。

二是水質惡化。化肥、農藥、除草劑等化學產品的大量使用以及工業污染物的

排放，影響了河流和湖泊濕地的水體質量，造成了嚴重的污染。污染是中國濕地面

臨的最嚴重威脅之一，許多天然湖泊、沼澤濕地已成為工農業生產廢水、殘渣和生

活污水的承泄區。濕地本具有強大的凈化功能，但高負荷污染物大大超出了濕地

的凈化能力，直接威脅著農業灌溉和糧食安全，增加工業用水成本；同時，濕地作為

人類主要的飲用水源地，化學和生物污染物及復合污染物的輸入導致飲用水源地

功能的喪失，嚴重威脅人類健康。

三是對生物資源的掠奪性開發。捕撈、狩獵、砍伐、采挖等過量獲取濕地生物

資源的活動，使濕地生態系統食物鏈被打破且整體平衡失調，直接威脅生物的安

全，進而使社會經濟可持續發展的保障系統潛藏危機。一些重要漁區和經濟海區

濫捕亂撈現象嚴重，不但使多種重要的天然經濟魚類資源受到損害，而且嚴重威脅

著濕地中其他物種的生存與發展。海河流域水生生物組成曾經非常豐富，20世紀

50年代共有魚類17科約118種，至80年代已降為14科40種，90年代只有8科

22種。水閘的建立和河流斷流造成海淡水洄游性和河湖洄游性魚類基本滅絕，只

在灤河及河口地區還有部分種類存在，天然魚類的產量現在很少，生物多樣性急劇

下降。白洋淀原有浮游植物129種，目前減少到50多種。恢復和保護濕地生物多

樣性，已成為有效保持濕地生態平衡和多樣化格局的穩定、保障人類的生存基礎、

建立完善的生態屏障體系進而維護區域的生態安全的重要內容。

四是土地利用或土地覆蓋的改變。一方面，一些地方仍在大量開墾、圍墾和隨

意侵占濕地；另一方面，對植被的破壞加劇了流域的水土流失，造成河流泥沙含量

增大，河床、湖底淤積等多重脅迫，其后果是濕地面積不斷減小、水生態過程受阻、

格局破壞、功能衰退、調蓄洪水和防御旱災能力降低，加劇了洪旱災害。據不

統計，新中國成立以來濕地開墾的面積達970萬hm2。由于不適當的土地開墾，海

河流域湖泊、洼淀等濕地面積與20世紀50年代相比，已減少了90%。1998年松

嫩流域、長江流域特大洪災的發生與濕地破壞和功能退化有著密切關系。同時，濕

地原本具有的抗旱功能也因其嚴重萎縮而不能有效發揮。2003年，我國30個省、

自治區、直轄市因旱災導致的工農業直接經濟損失達663億元。濕地大面積的喪

失使洪水失去了調蓄空間，干旱期又無法從濕地得到水源的補給，這已對人類的生

存與發展構成現實的威脅。

濕地生態系統面臨的四大威脅，直接危及社會經濟的可持續發展。據國家林

業局的資料顯示，在重點調查的我國376塊濕地中，114塊面臨盲目開墾、98塊面

臨污染、91塊面臨生物資源過度利用、25塊面臨水資源不合理利用的威脅。

濕地、水與人類社會的可持續發展如此密切，已經引起各國政府的極大關注。

在濕地保護和合理利用趨于全球化的背景下，從1997年開始設立每年2月2日為

世界濕地日，其主題也為濕地的保護和合理利用提供了方向。近5屆國際濕地大

會的重要議題、近10年的世界濕地日主題以及2006～2007年度聯合國教育、科學

及文化組織(以下簡稱聯合國教科文組織)自然科學重大計劃的優先領域均表明，

濕地與水、生命是永恒的主題。2006年世界濕地日的主題"濕地與減貧"也與2005

年第9屆?關于特別是作為水禽棲息地的國際重要濕地公約?(以下簡稱?濕地公

約?)締約國大會主題"濕地與水――支持著生命、維系著生計"緊密相連。

我國自1992加入?濕地公約?以來，對遭受嚴重威脅的重要濕地實施了搶救性

保護，國家林業局會同12個部委制定并了?中國濕地保護行動計劃?以及?全

國濕地保護工程規劃(2002～2030)?。國家"十一五"(2006～2010)規劃綱要又將

濕地保護與修復列入了建設的重點。根據?全國濕地保護工程規劃(2002～2030)?

的建設布局，到2010年，通過加大濕地自然保護區建設和管理等措施，使我國

50%的自然濕地、70%的重要濕地得到有效保護，基本形成自然濕地保護網絡體

系；到2030年，維護濕地生態系統的生態特性和基本功能，使我國天然濕地的

退化趨勢得到遏制。補充濕地生態用水、污染控制以及對退化濕地的恢復和

治理，使喪失的濕地面積得到較大恢復，已成為使濕地生態系統進入一種良性狀態

的重要手段。2006年，科技部針對我國濕地保護與修復中面臨的系列重大關鍵科

學問題，以及我國社會經濟與生態環境保護協調發展的國家需求，啟動了國家重點

基礎研究發展計劃(973計劃)"黃淮海地區濕地水生態過程、水環境效應及生態安

全調控"項目，為我國濕地恢復、生態補水、水污染防治及飲用水安全等重大戰略提

供科學支持，同時為濕地災害應急管理、區域生態安全保障、國際濕地公約履行提

供決策支持。

1.2.3 濕地生態需水與濕地生態系統健康的關系

針對濕地生態系統健康面臨的四大威脅：水文情勢改變、水質惡化、對生物資

源的掠奪性開發以及對土地利用或土地覆蓋的改變，在保障濕地生態系統健康中，

必須有效地緩解這四大威脅對濕地生態系統的壓力。例如，水質惡化威脅可通過

限制高污染行業發展、提高污水處理水平來應對；對生物資源的掠奪性開發可通過

行政手段來控制；對土地利用或土地覆蓋的改變可通過嚴格執行合理的土地利用

規劃來緩解其壓力。

而對于"水文情勢改變"這一威脅，則要求我們在開發和利用水資源的同時，必

須維持一定的生態需水過程以保障濕地生態系統健康。水文情勢是濕地生態系統

演化的主控變量，滿足濕地生態需水對于維持濕地生態系統健康處于首要地位。

盡管各國濕地生態系統面臨的威脅不盡相同，但是在全球水資源矛盾日益突出的

形勢下(Okietal.，2006)，濕地生態需水研究在世界范圍內都具有十分重要的

意義。

反過來，維持濕地生態系統健康是濕地生態需水研究的目的，對濕地生態系統

健康的理解是確定生態需水目標進而評估生態需水的基礎。因為在評估濕地生態

需水時，必須要有明確的目標作為評估的依據，否則便無從著手(Beecher，1990)。

而濕地生態系統健康是一個綜合性的概念，在實踐中需要用一些可量化的目標來

表征，才能使生態需水評估具備可操作性。從以往研究來看，這些目標通常包括維

持生態系統的結構穩定(楊愛民等，2004)、維持某些特定的功能(王西琴等，

2001a)、維持自身發展過程和保護生物多樣性(崔保山等，2002b)等，而這些目標恰

恰是從不同角度出發對濕地生態系統健康的描述(Costanzaetal.，1999)。

因此，濕地生態需水與濕地生態系統健康密切相關。這要求在保護和恢復濕

地生態系統健康時，要十分重視濕地生態需水的滿足；而在濕地生態需水研究中，

要特別注意吸收濕地生態系統健康研究的相關成果來促進濕地生態需水的評估與

配置工作。