微地形對(duì)小微濕地保護(hù)恢復(fù)影響研究進(jìn)展

陳新芳 馮慕華 關(guān)保華 姚亞芹 王秦浩

（1 河海大學(xué)水文與水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098；2 中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，江蘇 南京 210008； 3 南京市高淳區(qū)水務(wù)局，江蘇 南京 212300 ）

作為濕地的重要類型和組成部分，小微濕地的生態(tài)問題被忽視，其對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的積極效應(yīng)也沒有充分發(fā)揮。小微濕地在對(duì)洪水調(diào)蓄、水質(zhì)凈化、生物多樣性維持以及區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善等方面具有重要作用(Richardson et al, 2015; Braun et al, 2017; Cheng et al, 2017; 趙暉等, 2018)。2018年10 月迪拜國(guó)際濕地公約COP13 大會(huì)通過了中國(guó)政府提出的《小微濕地保護(hù)與管理》決議，指出濕地的空間分布是由大量的小微濕地和少數(shù)大型濕地組成的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，明確了小微濕地有助于維持生境或群落水平生物多樣性和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要性。同時(shí)，也指出了小微濕地極易受到環(huán)境變化的影響，特別是氣候變化以及人類對(duì)土地開發(fā)需求等壓力方面影響的脆弱性，也強(qiáng)調(diào)了在壓力日益加大的今天，加強(qiáng)對(duì)小微濕地的研究、保護(hù)和利用的緊迫性。近30 年來，盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)一些重要濕地，如生態(tài)功能嚴(yán)重退化的國(guó)際重要濕地、國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)等進(jìn)行了良好的保護(hù)恢復(fù)，但對(duì)小微濕地卻缺乏重視，造成小微濕地保護(hù)恢復(fù)的管理機(jī)制不完善、周邊過度利用開發(fā)和水質(zhì)嚴(yán)重污染等問題，致使小微濕地生態(tài)保護(hù)恢復(fù)狀況不理想( 趙暉等, 2018; 安樹青等, 2019; Bridgham et al, 2001)。我國(guó)擁有大量的小微濕地，探究小微濕地保護(hù)恢復(fù)、合理利用和開發(fā)的新模式，對(duì)于擴(kuò)大濕地面積、提升濕地的生態(tài)功能及發(fā)揮其對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的積極效應(yīng)具有十分重要的意義，也是落實(shí)濕地全面保護(hù)的重要基石( 安樹青等, 2019)。

1 微地形對(duì)小微濕地影響研究進(jìn)展

到目前為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞土壤屬性( 有機(jī)質(zhì)、土壤水分、鹽分及電導(dǎo)率等) 及其質(zhì)量、小氣候和微生境、生態(tài)水文過程和水文環(huán)境質(zhì)量、植被恢復(fù)以及景觀結(jié)構(gòu)異質(zhì)性等多方面開展了微地形對(duì)小微濕地保護(hù)與恢復(fù)等方面的研究。

1.1 微地形對(duì)小微濕地土壤屬性及其質(zhì)量的影響

在美國(guó)得克薩斯州半干旱生境區(qū)，微地形對(duì)小微濕地有機(jī)質(zhì)含量有顯著的影響，特別是由于微地形對(duì)其它環(huán)境因子的調(diào)節(jié)作用，微地形還可以影響氧化還原條件及受氧化還原反應(yīng)影響的營(yíng)養(yǎng)元素變化(Bridgham et al, 2001; Moser et al, 2009)。在美國(guó)喬治亞州洪泛平原森林小微濕地中，微地形調(diào)節(jié)了小微濕地Al 和Fe 氧化物含量，顯著影響了生物地理化學(xué)循環(huán)(Darke et al, 2000; Diefenderfer et al, 2008)。在我國(guó)海濱濕地潮灘上微地形僅幾厘米的高程差異就對(duì)土壤水分和電導(dǎo)率有顯著影響( 邱冬冬等, 2020)。Wolf 等(2011)發(fā)現(xiàn)微地形能創(chuàng)造不同的氧氣環(huán)境條件而改變N 循環(huán)進(jìn)程。白先發(fā)等(2015) 研究發(fā)現(xiàn)微地形，如坡度、地表微高程及粗糙程度有助于土壤中營(yíng)養(yǎng)成分的積累。Courtwright 等(2011) 對(duì)鹽沼濕地潮汐沼澤地微地形對(duì)環(huán)境因子影響的分析表明，凸地微地形土壤含水率為57.9%，凹地微地形土壤含水率為67.4%，并且這兩種微地形中鐵離子的最大氧化深度存在顯著差異，凸地微地形的平均鐵離子氧化深度要比凹地微地形處高8.9 cm，凸地微地形土壤孔隙水的銨鹽濃度要顯著低于凹地微地形，但土壤孔隙水的硝酸鹽濃度高于凹地微地形。Bruland 等(2005)研究表明微地形可以引起足夠的水文和土壤要素的變化，凸地微地形含氧量明顯高于凹地微地形，從而影響小微濕地的土壤屬性及其質(zhì)量。

1.2 微地形對(duì)小微濕地周邊小氣候及其微生境的影響

起伏度、覆蓋方式、粗糙度和地表微高程等這些地表微地形都會(huì)發(fā)生不同程度的變化，從而對(duì)一些關(guān)鍵物理過程如熱輻射接收、能量吸附、水熱遷移和轉(zhuǎn)化等產(chǎn)生影響(Wolf, et al, 2011; Bergkamp, 1998; Appels et al, 2011; Hammad et al, 2006; Antoine et al, 2009)，相應(yīng)的近地面風(fēng)速以及對(duì)太陽(yáng)光的吸收和散射程度、溫度、濕潤(rùn)度和風(fēng)向等都可能隨之發(fā)生變化，這些變化又會(huì)對(duì)種子萌發(fā)、地表凋落物的儲(chǔ)存分解、土壤動(dòng)物群落繁衍和微生物種群活性等過程產(chǎn)生重要影響(Antoine, et al, 2009; Loos et al, 2011; Rune et al, 2008)。不同微地形組合能夠創(chuàng)造出許多不同的地表微生境和局地小氣候，從而顯著增加微景觀的異質(zhì)性，增加植被的豐度和物種多樣性(Deák et al, 2015)，而且微環(huán)境的異質(zhì)性也會(huì)對(duì)生物群落的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重大影響(Vivian,1997;El-Bana et al, 2002)。低海拔微地形的水分散失率和溫度變異明顯低于中高海拔地區(qū)(Nagamatsu et al, 2003)，表明微地形對(duì)周邊小氣候的影響特征在空間上具有高度異質(zhì)性。

1.3 微地形對(duì)小微濕地地表水文過程和水環(huán)境質(zhì)量的影響

微地形對(duì)生態(tài)水文過程的研究可以追溯到20 世紀(jì)90 年代初期(Dunne et al, 1991)，從最初的地表起伏狀況和降雨強(qiáng)度的模擬定性分析到微地形特征對(duì)徑流和入滲等水文過程影響的定量分析，建立了不同模型來量化微地形變化對(duì)生態(tài)水文過程的影響(Esteves et al, 2000; Tayfur et al, 1993; Yang et al, 2015)。有關(guān)微地形變化對(duì)地表徑流、降雨—入滲、蒸散發(fā)及土壤水分和溶質(zhì)運(yùn)移等影響效應(yīng)的研究有很多( 司夢(mèng)可等, 2019; 衛(wèi)偉等, 2013; 張凡, 2019)。微地形可以控制氣流和水流的速度，從而影響濕地的水文循環(huán)和物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)換規(guī)律，在不同的降雨條件下微地形增加了降雨入滲比例的20% ～200%(Courtwright et al, 2011)。對(duì)于微地形起伏不大的區(qū)域，微地形能夠有效降低水分含量、土壤顆粒物和有機(jī)質(zhì)的流出比例，使其匯流時(shí)間延長(zhǎng)(Stavi et al, 2008)。微地形明顯減緩降雨后土壤水的消退過程，使土壤水分滯留時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)植物吸收利用更加有利( 李艷梅等, 2005)。此外，濕地通過局部微地形的削平和抬高，其最直接有效的作用是改善了水力聯(lián)通性，從而有效改善了濕地的水環(huán)境質(zhì)量( 崔麗娟等, 2011)。微地形不僅能夠改善水分狀況和水環(huán)境質(zhì)量，而且有效促進(jìn)地表徑流向入滲轉(zhuǎn)化、保障植被充分吸收利用水資源，更有利于抵御極端干旱，從而降低對(duì)氣候波動(dòng)的依賴( 羅勇等, 2009; Lü et al, 2009)。

1.4 微地形對(duì)小微濕地植被恢復(fù)效果的影響

微地形對(duì)于植物定植的過程、生物量的積累、植被生產(chǎn)力的提高以及促進(jìn)群落正向演替等方面發(fā)揮著重要作用，這主要和微地形變化能夠影響水土養(yǎng)分的流失比率及改善地表微環(huán)境密切相關(guān)(Moser et al, 2009; 白先發(fā)等, 2015; Ward et al, 2016)。微地形在很小程度上的異質(zhì)性，甚至厘米級(jí)別的差異，也會(huì)造成植物種子擴(kuò)散及萌發(fā)、幼苗存活和植物生長(zhǎng)等方面巨大的差異(Gomez et al, 2005; Harper et al, 1965; Qiu et al, 2019; Lampela et al, 2016; Fivash et al, 2020)，這足以影響濕地植物的恢復(fù)和保護(hù)(Courtwright et al, 2011)。研究表明微地形結(jié)構(gòu)及其坡面分布格局與植被地上生物量顯著相關(guān)，表明微地形結(jié)構(gòu)科學(xué)合理的變化能夠顯著促進(jìn)植被的恢復(fù)(Bruland et al, 2005; Moser et al, 2007)。微地形變化會(huì)使植物生物量積累提高27% ～53%(Liu et al, 2011)，同時(shí)，群落的正向演替及良好的植被覆蓋能夠逐步改善土壤水肥條件并降低水土流失，從而更加有利于濕地植被的恢復(fù)及保護(hù)(Shi et al, 2009)。

1.5 微地形對(duì)小微濕地景觀結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的影響

楊帆等(2009) 研究了松嫩平原西部微地形與土壤鹽堿化空間變異的關(guān)系。皋鵬飛等(2016) 研究了不同微地形特征區(qū)域內(nèi)濕地系統(tǒng)景觀結(jié)構(gòu)特征的差異性，為不同地形特征區(qū)域的濕地生態(tài)系統(tǒng)合理分配水資源提供了理論依據(jù)。Zedler 等(1977) 研究表明微地形如高程和潮水淹沒程度與鹽沼植物種類分布具有明顯的相關(guān)性。Silvesti 等(2003) 發(fā)現(xiàn)地面高程是鹽生植物植物種類的可靠標(biāo)志。Macro等(2004) 研究發(fā)現(xiàn)植被分布格局與潮灘地形存在一定程度的相關(guān)性。Bockemann 等(2002) 探討了微地形如鹽沼的高程與植被分帶的相關(guān)性。

2 微地形對(duì)小微濕地影響研究中存在的問題

2.1 微地形對(duì)小微濕地的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究有待加強(qiáng)

由于不同生態(tài)系統(tǒng)類型區(qū)中微地形種類多樣且復(fù)雜多變，迄今為止，對(duì)于微地形影響植被恢復(fù)及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的定量研究并不多見(Loos et al, 2011; Thompson et al, 2010)，尤其是有關(guān)微地形對(duì)小微濕地的植被恢復(fù)及其生態(tài)作用和過程的研究；微地形時(shí)空鑲嵌結(jié)構(gòu)和分布格局對(duì)微地形環(huán)境效應(yīng)影響的研究更是鮮有報(bào)道。另外，不同尺度下微地形對(duì)植被和生態(tài)水文過程的影響也存在著一定的差異，使得這一問題更趨復(fù)雜( 鄭子成等, 2011; Shi et al, 2013)，諸如不同微地形在植被蒸散發(fā)、降水入滲、地表徑流、土壤水分衰減、壤中流及侵蝕過程中的變化對(duì)地表環(huán)境因子、水文環(huán)境質(zhì)量以及水文生態(tài)過程的影響，以及這些水文狀況、生態(tài)水文過程和環(huán)境因素對(duì)微地形變化及其鑲嵌時(shí)空格局變化的影響，這些問題都還沒有得到科學(xué)闡述和研究，有待進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

2.2 微地形對(duì)小微濕地景觀異質(zhì)性影響的研究有待加強(qiáng)

微地形作為濕地景觀空間結(jié)構(gòu)和景觀結(jié)構(gòu)的重要影響因子，不僅為景觀結(jié)構(gòu)的形成提供基礎(chǔ)，而且其空間特征也影響景觀異質(zhì)性，同時(shí)，微地形的變化也引起土壤、水分和鹽度等營(yíng)養(yǎng)元素的重新分配，制約著濕地植物的定居和演替。但由于受到技術(shù)方法和基礎(chǔ)資料的限制，盡管國(guó)外這方面研究有一些進(jìn)展，但國(guó)內(nèi)有關(guān)微地形對(duì)小微濕地景觀異質(zhì)性的研究卻十分少見，特別是還未闡明有關(guān)微地形對(duì)植被的時(shí)空分布規(guī)律、群落的動(dòng)態(tài)和空間分布格局等的影響(Bruland et al, 2005; Rune et al, 2008)。

2.3 微地形對(duì)小微濕地植被保護(hù)和恢復(fù)影響的作用機(jī)理不明

雖然國(guó)內(nèi)外已有研究表明微地形創(chuàng)造的微生境對(duì)植被恢復(fù)和保護(hù)起著十分重要的作用，但這些研究沒有系統(tǒng)性，未能準(zhǔn)確回答其到底發(fā)揮了多大程度的作用和影響，特別是在有其他環(huán)境要素及人為干擾的條件下。微地形對(duì)小微濕地植被群落動(dòng)態(tài)和景觀分布格局影響的研究也不多見，仍未能闡明對(duì)于不同時(shí)空尺度下微地形對(duì)植被恢復(fù)的生態(tài)累積效應(yīng)的作用機(jī)理。微地形在小微濕地植被恢復(fù)過程的不同時(shí)期，如種子擴(kuò)散、種子萌發(fā)、幼苗和成株生長(zhǎng)期的作用有何異同，特別是在宏觀尺度上( 如流域空間尺度以上) 大范圍復(fù)雜多樣的微地形變化所帶來的生態(tài)累積效應(yīng)還不清楚，還沒有科學(xué)可行的定量計(jì)算方法及評(píng)估手段。

3 結(jié)論和展望

盡管微地形對(duì)小微濕地保護(hù)和恢復(fù)的研究取得了一些進(jìn)展，但由于在不同時(shí)空尺度上微地形對(duì)植被保護(hù)恢復(fù)有多方面的影響，而且缺乏深入系統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，還不清楚許多與微地形有關(guān)的關(guān)鍵過程及作用機(jī)理，無(wú)法科學(xué)評(píng)估不同微地形的長(zhǎng)期生態(tài)環(huán)境效果和后續(xù)效應(yīng)，微地形變化的實(shí)踐也無(wú)法科學(xué)合理的優(yōu)化和改良，尤其是有關(guān)小微濕地相關(guān)方面的研究更是相對(duì)薄弱。從機(jī)理研究方面來看，微地形變化在植被恢復(fù)以及各種地表過程中作用的定量計(jì)算對(duì)研究結(jié)論及實(shí)時(shí)模擬至關(guān)重要(Liu et et al, 2011; Thompson et al, 2010)。因此，不同時(shí)空尺度下微地形對(duì)小微濕地的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)模擬與預(yù)測(cè)還需進(jìn)一步加強(qiáng)研究，微地形對(duì)小微濕地植被保護(hù)恢復(fù)影響的機(jī)理研究是未來重要的研究方向。