氣候變化對濕地生態(tài)需水影響研究進展

陽維宗 董李勤 張 昆 馬 驍 李 楠

( 1. 西南林業(yè)大學(xué)地理與生態(tài)旅游學(xué)院，云南 昆明 650233；2. 西南林業(yè)大學(xué)國家高原濕地研究中心，云南 昆明 650233)

濕地是介于水陸環(huán)境過渡帶的生態(tài)系統(tǒng)，其獨特性在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、維持物種豐富度等方面發(fā)揮著重要作用[1-2]，水是濕地形成、發(fā)育及維持其結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵因子，其中，濕地生態(tài)需水是濕地水文研究的重要組成部分，它主要通過形成和改變濕地理化環(huán)境影響濕地生態(tài)系統(tǒng)組分、結(jié)構(gòu)，進而控制著濕地生態(tài)系統(tǒng)的演化[3]。因此，研究氣候變化背景下濕地生態(tài)需水領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)、機理及相關(guān)效益逐漸成為世界各國學(xué)者研究全球氣候變化系統(tǒng)中最活躍的領(lǐng)域之一[4]。

IPCC第5次氣候變化評估報告指出，全球地表持續(xù)升溫，21世紀(jì)末全球平均地表溫度將在1986—2005年基礎(chǔ)上升高0.3～4.8 ℃[5]，全球氣候系統(tǒng)變暖已成為毋庸置疑的事實。一方面，氣候變化通過改變?nèi)蛩难h(huán)狀況，對徑流、土壤濕度等要素產(chǎn)生影響[6]；另一方面，氣溫、降水、空氣濕度、風(fēng)速等因子發(fā)生變化將影響濕地水資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致濕地分布、面積以及植物群落等方面發(fā)生改變[7]。上述現(xiàn)象將對濕地生態(tài)需水造成深遠影響[8]，而目前氣候變化影響下濕地生態(tài)需水變化研究主要集中在區(qū)域尺度濕地生態(tài)需水量估算、濕地生態(tài)需水保護與管理及相關(guān)效益和濕地生態(tài)需水對氣候變化響應(yīng)關(guān)系等方面[9-11]，但是針對整個濕地生態(tài)需水格局與過程機理研究相對較少。因此，研究氣候變化對濕地生態(tài)需水格局與過程機制的影響，提出濕地生態(tài)需水適應(yīng)性管理策略，對維系濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡、保護生物多樣性等具有重要意義。本研究采用濕地生態(tài)需水廣義上的概念，認為濕地生態(tài)需水主要包括濕地植物需水、濕地土壤需水、濕地生境需水等3 部分[12]。

1 氣候變化對水影響的國內(nèi)外研究歷程

國外關(guān)于氣候變化對水的影響研究起步于20世紀(jì)70年代后期，在世界氣象組織（WMO）、國際水文科學(xué)協(xié)會（IAHS）、聯(lián)合國發(fā)展署（UNDP）等國際組織的推動下[13]，直到20世紀(jì)80年代才逐漸展開氣候變化對濕地生態(tài)需水的探索[14]。最初開展的是氣候變化對濕地水源補給和濕地基本水文因子影響研究，發(fā)現(xiàn)若未來氣候持續(xù)變暖，將對濕地生態(tài)需水供需產(chǎn)生壓力[15]。邁入21世紀(jì)后，利用相關(guān)氣候模型和水文模型預(yù)測濕地生態(tài)需水已成為一種研究趨勢，研究成果對如何更好地維持濕地生態(tài)需水十分重要[16-17]。另一方面，氣候變化對多種濕地類型生態(tài)需水的影響也是不可忽視的。相對而言，針對河流濕地、湖泊濕地等類型濕地展開探索研究較多[18-19]。

國內(nèi)關(guān)于氣候變化對水的影響研究始于20世紀(jì)80年代中后期。1988年實施“中國氣候與海面變化及其趨勢和影響研究”項目，其中涉及氣候變化對白洋淀濕地生態(tài)需水研究[14]。“九五”期間，在利用氣候模型探索氣候變化對濕地水文狀況影響方面取得了突破，使我國關(guān)于氣候變化對濕地生態(tài)需水研究邁入一個新階段[20]。雖然我國在研究氣候變化對濕地生態(tài)需水方面起步較晚，但仍然取得一系列研究成果[21-22]。我國相關(guān)學(xué)者開展了氣候變化對白洋淀濕地、武昌湖濕地等一系列探索[23-24]，闡述氣候變化對濕地生態(tài)需水影響機制；其次，受海拔高度、自然環(huán)境等因素影響，我國若爾蓋高原濕地、巴音布魯克濕地等高原、高寒濕地生態(tài)需水對氣候變化響應(yīng)較為

敏感[25-26] 。

2 氣候變化對濕地生態(tài)需水的影響研究

2.1 氣候變化對濕地植物需水量的影響

濕地植物需水量是濕地生態(tài)需水量的重要組成部分，而氣候變化導(dǎo)致濕地氣溫、水位等因子發(fā)生改變，必然影響濕地植物組成、結(jié)構(gòu)及分布，進而影響濕地植物需水量[27]。氣溫通過影響植物生長周期使?jié)竦刂参镄杷堪l(fā)生變化[28]；其次，氣候變化影響下濕地水文情勢發(fā)生改變，導(dǎo)致濕地植物根莖通氣性變化，影響濕地植物生長繁殖和組成，對濕地植物需水量產(chǎn)生影響[29]。通過分析典型濕地植物在自然或模擬濕地水文情勢下[30-31]，建立濕地植物種群與濕地水文定量關(guān)系[32]，探索氣候變化對濕地植物需水研究機制。目前，相關(guān)研究集中于探討如氣溫升高、極端干旱、海平面上升等事件對濕地植物生長、分布、組分及功能的影響，且定量研究比重相對較高[33-34]。氣候變化對濕地植物是長期的演變過程，對濕地植物需水量的影響是復(fù)雜多變的。因此，應(yīng)該加強在氣候變化對濕地植物組成與分布定性研究的基礎(chǔ)上，深化濕地植物需水對氣候變化的響應(yīng)研究。

2.2 氣候變化對濕地土壤需水量的影響

氣候變化與濕地土壤需水之間存在反饋機制。在氣候變化大背景下，濕地土壤氣溫升高導(dǎo)致水熱狀況發(fā)生變化[35]，促使?jié)竦赝寥览砘再|(zhì)改變，并使得土壤濕度和含水量降低，迫使?jié)竦赝寥佬杷吭黾樱黄浯?，濕地具有“碳匯”功能，儲存在濕地土壤中的碳約占陸地生態(tài)圈表層碳儲量的20%～30%[36]，而氣候變化將影響碳輸入和輸出，進而影響濕地土壤碳庫的平衡，且全球氣候變暖使?jié)竦赝寥罍囟壬?，迫使產(chǎn)生的溫室氣體釋放到大氣中去，進一步加劇氣候變化程度[37-38]，從而加劇濕地生態(tài)需水量壓力。近些年相關(guān)研究主要集中在濕地土壤對氣候變化響應(yīng)、氣候變化對濕地土壤碳排放影響研究等方面[39-41]，都證明了濕地土壤需水量對氣候變化較為敏感。

2.3 氣候變化對濕地生境需水量的影響

氣候變化通過光照、降水、氣溫、風(fēng)速等因子影響區(qū)域范圍內(nèi)濕地生境生態(tài)系統(tǒng)組分與結(jié)構(gòu)，迫使?jié)竦厣吵霈F(xiàn)面積減小、物種豐富度降低和野生動物生存環(huán)境改變及濕地氣候暖干化現(xiàn)象，進而影響濕地生境需水量[42-43]。在不同氣候變化驅(qū)動下，濕地生物格局將發(fā)生改變[44-45]；其次，氣候變化對濕地生物群落的影響是全面的、多方位的[46]。一方面，氣候變化引起的降水、氣溫因子改變影響了濕地動物如白鶴的生長繁殖策略[47]，也迫使扎龍濕地丹頂鶴繁殖生境發(fā)生了改變[48]。另一方面，濕地生境植物如蘆葦生長對氣候變化響應(yīng)顯著[49]，降水變化驅(qū)使蘆葦數(shù)量增加，而這都將不同程度影響濕地生境需水量，破壞濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡。

2.4 未來氣候變化情景下濕地生態(tài)需水的預(yù)測

氣候變化情景是利用一系列科學(xué)假設(shè)，對未來世界氣候變化情況進行分析、模擬[50]。IPCC曾提出IS92和SRES兩種排放情景，在2011年Climatic Change推出了新型排放情景“典型濃度目標(biāo)”[51]。國外、國內(nèi)都有大量研究者利用相關(guān)氣候模型，預(yù)測未來氣候變化下的濕地生態(tài)需水量[2，52]，揭示氣候變化與濕地生態(tài)需水的耦合關(guān)系。迄今為止，多種氣候變化情景模式對各種尺度范圍內(nèi)濕地生態(tài)需水量進行分析和預(yù)估，開展了大量以定性化分析為主的響應(yīng)機制研究，對促進濕地生態(tài)系統(tǒng)自然循環(huán)具有重要意義[53-54]。但是，由于受氣候系統(tǒng)客觀認識與資料可靠性的限制，氣候模式在應(yīng)用中存在不確定性[55]。因此，應(yīng)該加強對氣候系統(tǒng)的認識，探討不同氣候環(huán)境下對濕地生態(tài)需水的影響機理，提高氣候模型模擬和預(yù)測精度，深入研究氣候變化與濕地生態(tài)需水的雙向耦合作用。

3 氣候變化與濕地生態(tài)需水的相互作用與反饋機理

氣候變化影響濕地生態(tài)需水，而濕地生態(tài)需水將對氣候變化形成反饋（圖1）。一方面，氣候變化改變了氣溫、降水、空氣濕度、風(fēng)速等氣候因子，影響濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能，并改變濕地水文特征[4]，最終導(dǎo)致濕地生態(tài)需水狀況發(fā)生變化；另一方面，濕地水文特征和水生生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化，出現(xiàn)諸如濕地水位下降、面積萎縮等現(xiàn)象[56]，將加劇區(qū)域氣候暖干化趨勢。

圖 1 氣候變化與濕地生態(tài)需水相互作用與反饋機理框架Fig. 1 Framework of interaction between climate change and wetland ecological water demand and feedback mechanism

相對較少的氣候要素發(fā)生改變會促使?jié)竦厮臓顩r發(fā)生較大變化[57]，從而使?jié)竦厮?、面積等基本水文因子發(fā)生改變，影響范圍包括各種高低海拔濕地[58]；其次，濕地因水源補給方式的不同對氣候變化的響應(yīng)程度也不盡相同，但都將影響濕地生態(tài)需水。降水量減少使瑞典中東部高位沼澤濕地水位下降、面積萎縮[59]，雨養(yǎng)濕地水文狀況也對氣候變化反應(yīng)顯著[60]。另一方面，濕地生態(tài)需水受濕地水文和水生生態(tài)系統(tǒng)變化影響，將對氣候變化形成反饋[61]。受氣候變化影響呼倫湖濕地面積減少，區(qū)域氣候呈暖干化趨勢，增加了濕地生態(tài)需水壓力[62]。

4 應(yīng)對氣候變化環(huán)境下濕地生態(tài)需水的適應(yīng)性管理策略研究

4.1 氣候變化環(huán)境下的濕地保護與管理

全球氣候變化帶來的氣溫升高、降水減少、海平面上升、洪水和干旱等極端事件，被認為是致使?jié)竦孛娣e減少和功能衰退的主要自然因素[61]，使得濕地保護與管理越來越受到各國政府與學(xué)者的重視[63]。利用科學(xué)的方法和技術(shù)來保護、恢復(fù)或重建濕地以及管理濕地[64-65]，逐漸成為濕地保護與管理的必經(jīng)之路。完善法律制度是濕地保護與管理的關(guān)鍵[66]，國外一些國家如澳大利亞、美國等較早通過頒布相關(guān)政策來促進濕地保護與管理[67]。我國在濕地保護與管理的法律政策方面發(fā)展較快[68]，但是與國外相比，在政府組織架構(gòu)方面還存在某些不合理的部分[66]。濕地保護與管理是自然科學(xué)和社會科學(xué)相結(jié)合的問題，積極發(fā)展科學(xué)的技術(shù)手段和完善包括法律制度在內(nèi)的各項管理體系，以促進濕地生態(tài)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)是濕地保護與管理的當(dāng)務(wù)之急。

4.2 氣候變化環(huán)境下濕地生態(tài)需水的適應(yīng)性管理

策略

受氣候變化影響，濕地生態(tài)需水受到嚴峻挑戰(zhàn)。濕地出現(xiàn)諸如水位下降、面積萎縮、物種豐富度減少及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化等現(xiàn)象，極大地影響了濕地生態(tài)需水，最終破壞整個濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡。因此，基于此現(xiàn)狀提出以下建議和措施：

1）進行濕地生態(tài)補水[69]，保證整個濕地植物、土壤、生境需水量，維持濕地生態(tài)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。濕地生態(tài)補水需要結(jié)合濕地與補給水源地理空間關(guān)系和水情狀況選擇補水策略，并通過建立濕地生態(tài)補水過程的水資源管理模型，以深化濕地生態(tài)補水研究機制。

2）增強濕地水文連通性，保護濕地水文因子及物種豐富度，維系濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能[70]。通過疏通水面、修建生態(tài)水渠和鋪設(shè)各種基質(zhì)等方式增加水體之間的橫向、縱向聯(lián)系，擴充濕地水資源容量，并建立濕地水文與濕地生物聯(lián)通定量響應(yīng)關(guān)系，闡述濕地水文與濕地生物聯(lián)通規(guī)律。

3）建立綜合模型[71]，從不同尺度、精度、數(shù)據(jù)等方面探究氣候變化對濕地生態(tài)需水的影響及對濕地生態(tài)需水量的預(yù)估，構(gòu)建濕地生態(tài)需水動態(tài)數(shù)據(jù)庫，深入研究濕地生態(tài)需水對氣候變化的響應(yīng)規(guī)律。

4）濕地生態(tài)需水是濕地保護與管理的重要組成部分，完善濕地水資源保護與管理的法律制度[3]，明確濕地水資源的特殊性和重要性，以便更好地促進濕地生態(tài)需水保護與管理工作以及濕地生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。

5 結(jié)論與討論

縱觀國內(nèi)外相關(guān)研究，關(guān)于氣候變化對濕地生態(tài)需水影響研究大多起步較晚，所獲成果中最初以定性分析為主，但隨著研究方法、保護目標(biāo)等發(fā)生變化，特別是氣候模型的發(fā)展，導(dǎo)致定量研究發(fā)展相對較快。氣候變化環(huán)境下濕地生態(tài)需水格局由單向研究發(fā)展為雙向反饋機理探索，而氣候變化對濕地植物、土壤、生境等需水量影響已演變?yōu)闅夂蛞蜃优c濕地水文情勢、濕地生態(tài)系統(tǒng)及濕地自然環(huán)境規(guī)律響應(yīng)過程研究。為進一步推進未來氣候變化情景下濕地生態(tài)需水開展深入、全面、系統(tǒng)的研究，綜合已有研究成果，針對目前研究中存在的一些問題，提出以下建議。

1）加強對氣候變化情景下濕地生態(tài)需水的影響及其反饋機制研究，展開定性、定量研究相結(jié)合并兼顧空間與時間的研究方式，探討從微觀到宏觀、從局部到大尺度等范圍影響研究。建立基于濕地生態(tài)需水與氣候變化定量響應(yīng)關(guān)系，揭示氣候變化與濕地植物、土壤、生境等因素多方面耦合作用，指導(dǎo)濕地生態(tài)需水管理與生態(tài)保護，保障濕地生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。

2）鑒于應(yīng)用氣候模式的不確定性，應(yīng)加強對氣候系統(tǒng)的客觀認識，進一步提高氣候情景預(yù)測精度，構(gòu)建新型“氣候—濕地生態(tài)需水”耦合模型，預(yù)估未來不同氣候變化情景下濕地生態(tài)需水變化趨勢。同時，應(yīng)進一步加強氣候變化對濕地生態(tài)系統(tǒng)需水機制及規(guī)律研究，提高整個濕地生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對氣候變化的能力，保障濕地水資源、水環(huán)境安全與社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

3）濕地生態(tài)需水既是自然科學(xué)問題，同時也是社會科學(xué)問題。通過完善相關(guān)濕地水資源保護與管理法律制度，從法律上確定濕地水資源的重要性，并加強濕地水資源功能和重要性的宣傳，號召公眾積極參與濕地水資源保護與管理之中，從而更好地開展?jié)竦厣鷳B(tài)需水保護與管理工作，促進濕地生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)及社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。