扎龍濕地研究進(jìn)展

于成龍 劉 丹*

（1 中國氣象局東北地區(qū)生態(tài)氣象創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱150030；2 黑龍江省氣象院士工作站，黑龍江 哈爾濱150030；3 黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱150030）

濕地是地球上單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高的生態(tài)系統(tǒng)類型，是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分（Liu et al,2013），濕地內(nèi)動(dòng)植物資源豐富，在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、降解環(huán)境污染、維持區(qū)域生態(tài)平衡等方面具有其他生態(tài)系統(tǒng)不可替代的作用（Zeng et al,2012; Dong et al,2013）。扎龍濕地位于黑龍江省西部烏裕爾河下游地區(qū)，總面積21萬hm2，是亞洲第一、世界第四大濕地和世界最大的蘆葦濕地，也是中國首個(gè)國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，被列入中國首批“世界重要濕地名錄”，同時(shí)扎龍濕地也正處于全球氣候變化的敏感區(qū)域，一直以來在全球變化研究中占有重要地位。許多研究者在扎龍濕地土地覆蓋、生態(tài)質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、變化驅(qū)動(dòng)力等方面開展了廣泛研究，并取得了大量研究成果，但很少有研究者對(duì)已有的研究成果進(jìn)行整合分析。本文通過總結(jié)近期扎龍濕地的研究與監(jiān)測(cè)進(jìn)展，分析扎龍濕地研究中存在的不足和未來發(fā)展趨勢(shì)，以期為今后扎龍濕地的研究提供有益的參考。

1 扎龍濕地土地覆蓋研究進(jìn)展

1.1 濕地土地覆蓋監(jiān)測(cè)方法

土地覆蓋信息的提取是扎龍濕地時(shí)空變化特征研究的基礎(chǔ)，近些年來遙感技術(shù)成為扎龍濕地的土地覆蓋信息提取的主要手段，其中較常用的是Landsat數(shù)據(jù)，如沃曉棠等（2010）基于1995年和2004年兩個(gè)時(shí)段的Landsat TM影像數(shù)據(jù)探討扎龍濕地土地利用與土地覆蓋驅(qū)動(dòng)力機(jī)制 ；張策等（2011）基于Landsat數(shù)據(jù)，針對(duì)扎龍濕地植被物候特點(diǎn)利用支持向量機(jī)分類方法提取其土地覆蓋類型；Zhou（2015）利用HJ星與Landsat數(shù)據(jù)結(jié)合研究扎龍濕地土地覆蓋類型的時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)力。Han等（2003）基于Landsat TM數(shù)據(jù)，利用四層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取扎龍濕地土地覆蓋信息。在其它衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用方面，鄭曉燕等（2010）研究了利用ALOS衛(wèi)星（AVNIR-2）在水體提取過程中云陰影去除方法；劉蕾等（2013，2014）開展了兼容光學(xué)雷達(dá)影像及地形輔助數(shù)據(jù)的扎龍濕地遙感分類和濕地植被冠層下淹水范圍研究。

1.2 濕地景觀格局變化監(jiān)測(cè)進(jìn)展

扎龍濕地景觀格局的變化監(jiān)測(cè)主要以斑塊數(shù)量、斑塊面積、景觀類型等要素為基礎(chǔ)，建立不同側(cè)重點(diǎn)的相關(guān)指數(shù)或基于控制—干擾—響應(yīng)機(jī)制，從景觀多樣性和景觀穩(wěn)定性角度分析扎龍濕地不同時(shí)期的景觀空間結(jié)構(gòu)變化特征，研究時(shí)段集中于20世紀(jì)70年代至21世紀(jì)前10年，得到以下初步認(rèn)識(shí)：①在斑塊水平上，扎龍濕地總體水域、沼澤、居民用地和耕地的斑塊數(shù)量有小幅增加（龍澤旭,2015），核心區(qū)斑塊、邊緣和孔隙都相應(yīng)增加，含地表水的濕地逐漸轉(zhuǎn)移到非核心的斑塊、邊緣和孔隙濕地中，原有的核心濕地逐漸變得破碎（張玉紅等, 2011）；②在景觀水平上，張洪云（2016）的研究表明，近30年來，扎龍濕地景觀穩(wěn)定性整體呈下降趨勢(shì)，并且穩(wěn)定性景觀的范圍發(fā)生明顯的萎縮，盡管濕地強(qiáng)穩(wěn)定性和穩(wěn)定性景觀總面積減少，但濕地整體仍處在穩(wěn)定狀態(tài)，相似的結(jié)論在袁力（2008）的研究中也有體現(xiàn)。另外，李浩等（2015）的研究表明，扎龍濕地土地利用轉(zhuǎn)換以明水沼澤向蘆葦沼澤、草地向鹽堿地、湖泊向明水沼澤轉(zhuǎn)換，濕地有濕生景觀向旱生景觀轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，張玉紅等（2014）和沃曉棠等（2014）也得出了同樣的結(jié)論。

2 扎龍濕地的濕地環(huán)境研究進(jìn)展

2.1 濕地土壤碳、氮變化研究

一直以來濕地被認(rèn)為是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的碳匯，研究表明，扎龍濕地近幾十年來的退化造成土壤有機(jī)碳流失嚴(yán)重，針對(duì)扎龍濕地土壤碳變化的研究有3條途徑：一條是通過對(duì)不同土地利用方式下土壤全碳、有機(jī)碳密度的地面觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳儲(chǔ)量的估算，如趙傳冬等（2011）的研究表明，扎龍濕地的沼澤地退化為草地或圍墾為耕地后，土壤中有機(jī)碳的損失率過半。另一條途徑是通過對(duì)CO2和CH4通量的測(cè)定，分析濕地固碳和固氮能力，如楊柯等（2011）監(jiān)測(cè)扎龍濕地邊緣水旱交錯(cuò)區(qū)自然荒地、休耕地和耕地3種土地利用類型土壤呼吸速率；黃璞祎等（2011）測(cè)定扎龍不同水位蘆葦濕地生長季的CH4排放通量。第三條途徑是從土壤微生物生物量角度分析扎龍濕地不同生境的土壤肥力狀況，如張靜等（2014）對(duì)扎龍?zhí)J葦生境和草甸生境不同土層（0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm）微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）季節(jié)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并分析了土壤微生物生物量碳氮與土壤環(huán)境因子的關(guān)系；Ma（2011）研究了扎龍濕地土壤碳、氮含量與土壤微生物之間的關(guān)系及其季節(jié)變化特征。

2.2 湖泊濕地水深及水量分析

湖泊濕地水深的提取對(duì)濕地生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測(cè)、濕地變化的驅(qū)動(dòng)力研究以及濕地的科學(xué)管理具有重要意義。李麗麗等（2013）用高光譜數(shù)據(jù)和同步測(cè)量的水深數(shù)據(jù)，建立濕地湖泊的水深反演模型，通過分析水體反射率的一階微分與水深之間的相關(guān)性來選取水深反演因子，建立了水深反演單波段模型和多波段模型；張艷紅等（2016）利用58個(gè)實(shí)測(cè)水深數(shù)據(jù)和季相最接近的QuickBird數(shù)據(jù)，建立湖泊水深的反演模型，較好地反演了扎龍濕地湖泊的水深。

通過對(duì)扎龍濕地水量平衡分析表明，扎龍濕地自然蓄水量呈下降趨勢(shì)（劉大慶等, 2006），崔麗娟等（2007）、王建群等（2006）通過不同方式計(jì)算得出扎龍濕地天然補(bǔ)水量小于生態(tài)需水量，因此得出需要每年向扎龍濕地人工補(bǔ)水的結(jié)論。

2.3 濕地水環(huán)境評(píng)價(jià)

水是濕地生態(tài)系統(tǒng)得以維系的基本保障，也是濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的指示物，目前對(duì)扎龍濕地水環(huán)境的評(píng)價(jià)分為對(duì)水體富營養(yǎng)化、重金屬污染狀態(tài)的評(píng)估以及對(duì)水環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)。對(duì)水體富營養(yǎng)化狀態(tài)的評(píng)估是通過單點(diǎn)觀測(cè)（葉雅杰等, 2012; Guo,2005）和遙感反演（張囡囡等, 2012）方式，結(jié)果表明扎龍濕地的水體已呈現(xiàn)出富營養(yǎng)化狀態(tài)，并有惡化趨勢(shì)；對(duì)重金屬污染的研究方法是通過測(cè)定水體（葉華香等, 2013）、表層沉積物（劉俊文等,2011）和NSH2沉積巖芯（蘇丹, 2012）中的Mn、Cu、Pb、As等重金屬元素含量，分析扎龍濕地水體重金屬污染狀況，結(jié)果均表明扎龍濕地個(gè)別水體重金屬元素的污染已達(dá)到極強(qiáng)的潛在生態(tài)危害程度，扎龍濕地仙鶴湖湖水整體水質(zhì)為Ⅱ級(jí)，同時(shí)有向Ⅲ級(jí)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，周林飛等（2007）利用灰色聚類法對(duì)濕地水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)后也得出相同結(jié)論。

3 扎龍濕地生態(tài)評(píng)估進(jìn)展

3.1 濕地生物量及生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測(cè)

有關(guān)扎龍濕地生物量的估算方式有兩種：一種是基于地面調(diào)查，如焦德志等（2016）采用單位土體挖掘取樣，對(duì)扎龍濕地蘆葦種群根莖進(jìn)行調(diào)查；另一種是應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)與地面調(diào)查相結(jié)合，如田艷林等（2016）應(yīng)用面向?qū)ο蟮耐恋馗采w分類技術(shù)提取松嫩平原西部蘆葦濕地分布信息，實(shí)現(xiàn)蘆葦?shù)厣仙锪繑?shù)據(jù)（AGB）遙感反演及空間格局分析。

針對(duì)扎龍濕地生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)方式可歸納為兩種：一種為對(duì)濕地生態(tài)脆弱性的評(píng)價(jià)，如付博等（2011）應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)扎龍濕地的生態(tài)脆弱性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，分析各脆弱性等級(jí)的面積比例；黎冰等（2013）對(duì)扎龍濕地沉積物中農(nóng)藥沉積的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估；郭躍東等（2004）從應(yīng)用生態(tài)水文學(xué)角度，研究了扎龍濕地水文情勢(shì)和人為干擾對(duì)生態(tài)水文格局脆弱性的影響。另一種為利用較長時(shí)間序列的遙感和氣象數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)扎龍濕地長期生態(tài)系統(tǒng)變化分析，如佟守正等（2008）利用20世紀(jì)50年代以來扎龍濕地區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)、1986-2006年的遙感影像數(shù)據(jù)和扎龍國家級(jí)保護(hù)區(qū)管理局的資源調(diào)查數(shù)據(jù)，分析了近20年來扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)的變化過程。

3.2 濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

研究者從不同角度對(duì)扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了側(cè)算，如崔麗娟等（2016）將濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為最終服務(wù)和中間服務(wù)兩部分，引入生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法對(duì)扎龍濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)；龐丙亮等（2014）基于CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）估算模型，分別對(duì)扎龍濕地的植物固碳和土壤碳儲(chǔ)存價(jià)值進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并探討了扎龍濕地固碳價(jià)值的空間分布特征；吳平等（2008）分析了扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的基礎(chǔ)上，利用市場(chǎng)價(jià)值法、造林成本法、影子工程法、替代費(fèi)用法等方法，對(duì)扎龍濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行了價(jià)值評(píng)估。

3.3 濕地變化驅(qū)動(dòng)力分析

目前已開展了大量有關(guān)扎龍濕地變化的驅(qū)動(dòng)力研究，主要分為兩方面：一方面為自然驅(qū)動(dòng)力，包括氣候變化對(duì)扎龍濕地的水源的影響（Feng,2013）、季節(jié)性凍融對(duì)扎龍濕地演化的影響（王永潔等, 2009）、對(duì)蘆葦覆蓋度的影響（馬楠楠, 2016）、對(duì)浮游植物群落的影響（張囡囡等, 2016）和對(duì)蘆葦種群構(gòu)建的影響（代存芳等,2017；）等，認(rèn)為自然因素對(duì)扎龍濕地影響顯著；另一方面是人為驅(qū)動(dòng)力，包括溝渠對(duì)扎龍濕地退化的影響（佟守正, 2012）和水文形式的影響（羅金明等, 2014），認(rèn)為人類活動(dòng)對(duì)一些典型區(qū)的濕地退化起主導(dǎo)作用。

4 存在的問題及未來發(fā)展趨勢(shì)

4.1 存在的主要問題

（1）土地覆蓋類型分類不統(tǒng)一。雖然目前有關(guān)扎龍濕地土地覆蓋類型的監(jiān)測(cè)研究較多，基于遙感手段的數(shù)據(jù)分類精度也較高，但還沒有形成統(tǒng)一的濕地土地覆蓋分類體系，因此各研究結(jié)果之間的可比性較差。

（2）缺乏以地理、遙感、生態(tài)等多學(xué)科的綜合視角來研究扎龍濕地系統(tǒng)。目前，扎龍濕地研究的相關(guān)工作主要注重單一問題的研究，缺乏以多學(xué)科的綜合視角來探討扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)的格局演變、生態(tài)價(jià)值、環(huán)境變化、驅(qū)動(dòng)機(jī)制等問題，因此需要綜合遙感技術(shù)、數(shù)學(xué)建模與計(jì)算機(jī)技術(shù)，來構(gòu)建生態(tài)價(jià)值與濕地變化之間的模型，使得扎龍濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值能以更準(zhǔn)確的定量研究方式進(jìn)行。

（3）目前有關(guān)濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的研究中，絕大多數(shù)只停留在對(duì)事實(shí)的描述，缺乏在氣候變化背景下未來情境的預(yù)估。

4.2 未來發(fā)展趨勢(shì)

（1）在濕地分類體系方面，在總結(jié)濕地特征相似性和濕地自身屬性的基礎(chǔ)上，建立和完善具有區(qū)域適應(yīng)性、分層性和技術(shù)可操作性的濕地分類系統(tǒng)，并開展扎龍濕地遙感分類系統(tǒng)調(diào)試、應(yīng)用等基礎(chǔ)性研究工作。

（2）加強(qiáng)扎龍濕地資料匱乏區(qū)和長時(shí)間序列濕地監(jiān)測(cè)資料的積累和遙感研究工作，充分發(fā)揮遙感技術(shù)在濕地監(jiān)測(cè)中的多時(shí)相、多光譜、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、反復(fù)的優(yōu)勢(shì)，突出遙感技術(shù)在濕地調(diào)查等基礎(chǔ)性研究工作中的作用。

（3）注重以地理、生態(tài)、環(huán)境、水文、氣象等多學(xué)科的綜合視角來研究扎龍濕地，加強(qiáng)全球氣候變化背景下的濕地生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)與適應(yīng)研究，尤其在耦合水文、生態(tài)、氣象、土壤等多環(huán)境因素下，開展?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)功能參數(shù)的定量研究、濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值研究和管理決策支持系統(tǒng)構(gòu)建，以及探討定量研究方式在扎龍濕地生態(tài)系統(tǒng)變化分析中的應(yīng)用。