城市濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復與評價

李永麗，殷昊源

(1．河南省水文水資源局，河南 鄭州450003;2．鄭州黃河工程有限公司，河南 鄭州450003)

(責任編輯 徐素霞)

城市濕地是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有獨特的環(huán)境和生物組成特征以及城市其他生態(tài)系統(tǒng)不可替代的多種生態(tài)服務(wù)功能，被認為是陸地生態(tài)系統(tǒng)的最佳利用方式［1］。與自然濕地相比，人類更強烈地影響城市濕地的水文特征、物理結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境。目前，城市濕地正面臨著最為嚴重的生態(tài)問題，如濕地面積減少、功能退化、生物多樣性降低、水質(zhì)改變、富營養(yǎng)化、外來物種的入侵等。城市濕地的退化、消失與城市化密切相關(guān)，如北京從20 世紀60年代至70年代中期，有8 個湖泊共計33．4 hm2濕地面積被填沒，具有500年歷史的護城河現(xiàn)在剩下的總長度不到原來的一半［2］。美國農(nóng)業(yè)部的調(diào)查顯示，在所有被調(diào)查的流域中，濕地的喪失幾乎都與城市化有關(guān)，美國已喪失了58%的濕地［3］。

城市如何在發(fā)展中保護現(xiàn)存濕地以及如何恢復已受損的濕地，實現(xiàn)人與自然的和諧共存與發(fā)展，成為亟待解決的問題。本文對城市濕地面臨的生態(tài)問題進行了診斷，并探討了城市濕地恢復的模式、措施和恢復效果的評價理論與方法。

1 城市濕地生態(tài)問題診斷

城市濕地受自然和人為雙重因素(特別是人為因素)的影響，其生態(tài)學屬性已經(jīng)留有人工改造的痕跡，面臨許多嚴峻的問題。

(1)人工化特征明顯，人為干擾的強度大。在城市建設(shè)過程中，大部分城市都對河道進行了裁彎取直，河湖管理部門為減少河湖水量的蒸發(fā)、滲漏損失，對城市河湖用混凝土進行了襯砌，諸如此類大量的城市建設(shè)工程、河湖整治工程等，使得目前絕大部分的城市濕地都帶有非常明顯的人工化特征。此外，城市濕地還不斷遭受到人類活動的干擾，例如污染、生境破壞及土地利用類型改變等。

(2)面積萎縮，內(nèi)部生境破碎化，生態(tài)系統(tǒng)完整性遭到破壞。城市濕地受不合理的城市水利工程、河湖改造工程和城市建成區(qū)擴張的影響，一方面造成城市濕地自身生態(tài)系統(tǒng)破碎化，另一方面使其與周圍環(huán)境割裂，導致城市濕地面積減少，分布不均勻，形成孤島式的生境斑塊，妨礙了城市濕地之間及其與周圍環(huán)境間物質(zhì)、能量及信息的交換［4］;濕地內(nèi)部生境的破碎化較為嚴重，如河湖岸襯砌、河湖底硬化等，都使城市濕地生態(tài)系統(tǒng)失去完整性。

(3)水量短缺，水質(zhì)污染嚴重。近年來由于城市水資源的日益匱乏，人類生產(chǎn)、生活用水擠占生態(tài)用水的現(xiàn)象十分嚴重，因此保證濕地生態(tài)用水是其功能得以發(fā)揮的前提和保障。此外，城市的快速發(fā)展使得大量的工業(yè)廢水、生活污水、生產(chǎn)與生活垃圾等大量污染物質(zhì)排入河流、湖泊等城市濕地中，外源性營養(yǎng)物質(zhì)(主要是氮、磷)負荷的過量輸入，造成水生生物大量繁殖，引起水生態(tài)系統(tǒng)失衡，加劇了水體富營養(yǎng)化，部分水體甚至還出現(xiàn)了水華。

(4)物種多樣性降低，優(yōu)勢物種瀕危。城市的快速發(fā)展使得濕地資源遭到掠奪式的開發(fā)利用，濕地的生物資源和生境因此受到不同程度的破壞，導致生產(chǎn)力下降、生物多樣性降低。在城市濕地恢復過程中，盲目引進外來物種，導致土著種的滅絕，更給濕地生物多樣性帶來了威脅。此外，人類活動導致濕地生境的破壞，也給濕地優(yōu)勢物種帶來很大威脅。

(5)濕地功能嚴重退化。城市濕地的消失和生態(tài)退化，導致濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性、整體性和自然性的破壞，進而導致生物多樣性和生產(chǎn)力降低，濕地生態(tài)服務(wù)功能下降。

2 退化城市濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復

針對受損的城市濕地，有必要對其進行生態(tài)恢復。濕地恢復是指通過生態(tài)技術(shù)或生態(tài)工程對退化或消失的濕地進行恢復或重建，以再現(xiàn)干擾前的結(jié)構(gòu)和功能，以及相關(guān)的物理、化學和生物學特性，使其發(fā)揮應有的作用，并實現(xiàn)濕地生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，為人類提供可持續(xù)利用的生活資源和種質(zhì)資源［5］。在我國，許多地區(qū)都開展了城市濕地的恢復研究［6－8］，松花江流域的長春、哈爾濱，海河流域的天津，黃河流域的濟南，長江中下游地區(qū)的杭州、上海等，西北地區(qū)的西安，以及青藏高原的拉薩拉魯濕地區(qū)，都實施了城市濕地恢復的重大生態(tài)工程。

2．1 恢復模式

由于城市濕地的類型不同、退化程度不同，為達到最佳的投入產(chǎn)出效益，在具體實施濕地恢復時，應根據(jù)濕地水環(huán)境特點、濕地污染類型、污染物遷移轉(zhuǎn)化特征以及濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能特征制定恢復目標，選擇相應的恢復模式，并制定詳細的恢復方案。

(1)自然恢復。沒有任何人為的撫育恢復措施或其他活動的影響，讓退化生態(tài)系統(tǒng)自我恢復。

(2)低人工干預恢復。主要依賴于生態(tài)系統(tǒng)的固有演替潛力完成生態(tài)系統(tǒng)的恢復。可通過人工建立一定的理化環(huán)境條件，或人工輔助引進一些關(guān)鍵物種源，適“機”地促進生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的形成，從而在一定程度上誘導、增強退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復潛力。

(3)適度人工干預恢復。依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)演替狀況和一定的人類價值目標，以一定頻率、強度和不同方式的正向干預來調(diào)節(jié)、修復、補償、重建其原有的演替能力，生態(tài)系統(tǒng)可以沿原有演替路徑或其他路徑演化，能夠形成一定的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。

(4)高度人工干預恢復。依據(jù)人類自身的價值目標需要，在頻率、強度和方式上，強烈干預和控制其演替，最終形成人類所期望的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，并具有一定的經(jīng)濟、社會效益。

2．2 恢復措施

濕地的恢復措施通常包括工程措施、生態(tài)措施和管理措施。工程措施是實施生態(tài)措施的前提和條件，適當?shù)墓こ檀胧┛梢愿纳茲竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)的地表基質(zhì)和環(huán)境條件，為生物生長創(chuàng)造條件;而管理措施可以為工程措施和生態(tài)措施的實施提供必要的保障。在實際應用中，多采用工程措施、生態(tài)措施和管理措施相結(jié)合的方針，可大大縮短生態(tài)恢復的時間。

(1)工程措施。工程措施是在人為干預下，建造有利于生態(tài)修復和污染削減的各種工程，實現(xiàn)對污染水環(huán)境的治理。在城市濕地污染修復過程中，根據(jù)引起濕地生態(tài)系統(tǒng)退化的原因，通過一定的人工設(shè)計工程，消除各種不利因素的影響，從而改善地表基質(zhì)和環(huán)境條件，為生物生長創(chuàng)造條件，是目前濕地污染修復中較常用的方式之一。常見的濕地恢復工程措施有:退耕還濕工程、保護區(qū)水源補給工程、水質(zhì)改善工程。

(2)生態(tài)措施。生態(tài)措施屬于生物修復技術(shù)應用的范疇。生物修復技術(shù)主要是利用濕地植物的凈化功能來實現(xiàn)污染治理的目的，一方面可以將濕地中的污染物質(zhì)轉(zhuǎn)移到濕地植物中，形成濕地植物的生物量，使得水體中的污染物濃度降低，水環(huán)境質(zhì)量得以改善;另一方面，對濕地植物進行收割還可以獲取經(jīng)濟價值。近年來，隨著研究的不斷深入，有學者嘗試利用生物膜技術(shù)治理水環(huán)境，主要用于濕地水環(huán)境中重金屬污染物的去除，這同樣屬于生物修復技術(shù)的范疇。

(3)管理措施。管理措施主要包括生態(tài)系統(tǒng)管理和保護、立法及教育。通過建立濕地修復示范區(qū)或自然保護區(qū)，并對濕地保護進行立法，做到利用法律保護濕地生態(tài)環(huán)境。另外，在恢復過程中，往往僅有政府、專業(yè)部門、專家學者等參與其中，而公眾缺乏參與機會，只有通過大力的宣傳教育，使城市居民切實認識到濕地的功能和濕地在區(qū)域生態(tài)環(huán)境平衡中所起的重要作用，將濕地環(huán)境改善、濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復與公眾利益統(tǒng)一起來，才能促進公眾參與恢復的積極性;同時應努力為公眾提供參與濕地恢復的機會和渠道，從而推動濕地恢復工作的開展。

3 城市濕地生態(tài)恢復效果評價

以什么指標衡量濕地恢復和達到何種程度可算濕地恢復成功是生態(tài)恢復過程中人們較為關(guān)心的問題，其中，關(guān)鍵是指標體系的建立和參照系統(tǒng)的確定［9］，其直接影響評價結(jié)果的合理性與科學性。陳波［10］對恢復評價體系關(guān)注的3 個方面做了論述，通過選擇參照系、構(gòu)建評價指數(shù)、建立響應構(gòu)建了理論評價體系。目前，大多研究還集中在恢復理論和恢復措施的研究上，關(guān)于恢復的評價標準尚不統(tǒng)一，關(guān)于恢復效果的評價多為單一因子恢復前后的簡單比較，如生物數(shù)量和種類的變化、水環(huán)境質(zhì)量改善等［［11］。本研究從外部環(huán)境要素、生物生態(tài)要素和社會經(jīng)濟要素3 個方面構(gòu)建了3 個層次的指標體系，并提出恢復潛力指數(shù)、恢復指數(shù)和恢復速度用以直觀地評價恢復效果。

3．1 評價指標體系的構(gòu)建

城市濕地生態(tài)系統(tǒng)的狀況隨系統(tǒng)內(nèi)部物理、化學及生物因素的變化而改變，同時又受到周圍環(huán)境及人類活動的影響。評價指標除具備一般指標體系設(shè)計所要求的科學性、代表性、綜合性和可操作性之外，還應有較強的可比性，能對城市濕地生態(tài)系統(tǒng)的初始狀態(tài)和最適狀態(tài)作出準確描述，可以指示生態(tài)系統(tǒng)的變化程度，且對生態(tài)特征的變化具有敏感性。應以國家水資源、環(huán)境及其相關(guān)部門規(guī)定的監(jiān)測數(shù)據(jù)為主，選取定量和半定量化指標。遵循以上原則，綜合考慮城市濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部及周圍環(huán)境、人類活動對城市濕地的影響，從外部環(huán)境要素、生物生態(tài)要素和社會經(jīng)濟要素3 個方面進行篩選，構(gòu)建了3 個層次的城市濕地生態(tài)恢復評價指標體系(表1)。

表1 城市濕地生態(tài)恢復評價指標體系

3．2 參照系統(tǒng)的確定

城市濕地生態(tài)系統(tǒng)由于受到人類活動的強烈干擾，要恢復到受干擾前的原始狀態(tài)是不現(xiàn)實的，而且選用歷史資料進行對照也存在歷史資料信息不全的問題，因此應將健康的生態(tài)系統(tǒng)作為城市濕地生態(tài)恢復的目標。健康的生態(tài)系統(tǒng)不一定是原始的生態(tài)系統(tǒng)，但它必須是一個相對完整的生態(tài)系統(tǒng)［12］。城市濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康特性包括5 個方面:①結(jié)構(gòu)完整性;②功能協(xié)調(diào)性;③穩(wěn)定性;④開放性;⑤景觀美學性。根據(jù)城市濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康特性，綜合考慮城市濕地生態(tài)系統(tǒng)的復雜性、多樣性，確定評價的參照系統(tǒng)。

3．3 評價模型

3．3．1 評價指數(shù)

(1)恢復潛力指數(shù)(RP):退化城市濕地組成、結(jié)構(gòu)、功能上與參照系統(tǒng)的差異程度。

(2)恢復指數(shù)(RD):退化生態(tài)系統(tǒng)通過自然和人工恢復過程在組成、結(jié)構(gòu)、功能上與參照系統(tǒng)的相似程度。

(3)恢復速度(RS):單位時間內(nèi)恢復指數(shù)(或各特征指標恢復指數(shù))向參照系統(tǒng)方向發(fā)生的位移。

3．3．2 計算方法

假定A 是恢復前的退化城市濕地生態(tài)系統(tǒng);B 是評價時刻處于中間狀態(tài)的城市濕地生態(tài)系統(tǒng)，是一個隨時間推移變化的動態(tài)系統(tǒng);C 是參照系統(tǒng)，即恢復成功后設(shè)想達到的參照系統(tǒng)。X1，X2，X3，…，Xn是A、B、C 的共同特征，即所選取的評價生態(tài)恢復的n 個指標，則A 到B 的絕對距離為B(Xi)－A(Xi)，A 到C 的絕對距離為C(Xi)－A(Xi)，其中i=1，2，3，…，n。

A 系統(tǒng)，i 特征指標的恢復潛力指數(shù)為

B 系統(tǒng)，i 特征指標的恢復指數(shù)為

采用層次分析法確定各指標值的權(quán)重。設(shè)各評價指標X1，X2，X3，…，Xn分別對應的權(quán)重為ω1，ω2，ω3，…，ωn(ω1+ω2+ω3+…+ωn=1)，則A 系統(tǒng)的恢復潛力指數(shù)為

A 到B 的恢復指數(shù)為

恢復速度為恢復指數(shù)/恢復時間，即

式中:T 為評價時刻;T0為恢復措施實施前的時刻。

通過以上模型，可以計算出目標層和各要素層的恢復潛力指數(shù)、恢復指數(shù)、恢復速度。不同特征指標的恢復指數(shù)可以反映該指標對生態(tài)系統(tǒng)恢復的貢獻和重要性，從而明晰影響生態(tài)恢復的關(guān)鍵因子，為恢復措施的調(diào)整提供科學依據(jù)。

4 結(jié) 語

城市濕地是一個生態(tài)價值與人類價值相統(tǒng)一的整合性的概念，隨著城市的發(fā)展，人們要求城市濕地提供越來越多的服務(wù)功能，因此對于受損城市濕地要積極地進行恢復，恢復時應根據(jù)濕地水環(huán)境特點、濕地污染類型、污染物遷移轉(zhuǎn)化特征以及濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能特征制定恢復目標，選擇相應的恢復模式，采用工程措施、生態(tài)措施和管理措施相結(jié)合的綜合恢復措施，才能達到抑制濕地退化和恢復濕地健康的目的。

城市濕地的生態(tài)恢復評價是一個正在逐步發(fā)展完善的理論體系，其應用目前還存在諸多爭議。對于城市濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復成功的判定及量化評價指標體系，目前尚未有統(tǒng)一的認識。這一方面是由于城市濕地生態(tài)系統(tǒng)的復雜性、多樣性造成的，另一方面也說明對濕地生態(tài)系統(tǒng)退化和恢復的研究尚不夠深入，仍需要進一步深入研究濕地退化的機制、特征和規(guī)律。

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