湖泊湿地保护与修复研究进展颜雄
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摘要：本文分析了当前湖泊湿地面临的水质污染、面积萎缩、生物多样性下降、生物入侵严重、研究手段单一、方向模糊、教育滞后、法制不完善、管理混乱等问题，并从湖泊湿地功能性出发，提炼出湖泊湿地保护与修复的原则。此外，分别从物理措施、化学措施、生物措施三个方面，综述了国内外湿地修复研究进展，最后提出制定湖泊湿地保护总体框架、全盘规划、侧重与生态水工结合、完善市场运作机制等保护对策。并从生态监测、系统调控、退化诊断、评价机制、科学规划、深化研究、强化管理等方面予以展望，以期促进对湖泊湿地研究和湖泊湿地保护与修复学科的整体发展。
关键词：湖泊湿地；湿地保护；湿地修复；研究进展
中图分类号：S157：TV213.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）05-0151-08
Research Progress on Protection and Restoration of Urban Wetlands
Yan Xiong，Wei Xianliang，Wei Qianhe，Wang Chen，Peng Errui
（College of Hydraulic Engineering，Yunnan Agricultural University， Kunming 650201，China）
AbstractIn this paper， we analyzed the problems faced by lake wetlands， such as water pollution， area shrinkage， biodiversity loss， serious biological invasion， single research method， ambiguous direction， lagging education， imperfect legal system and management chaos. Start from the functionality of lake wetlands， eight major principles concerning lake wetlands protection and restoration were put forward. In addition， the research progress of wetland restoration both at home and abroad was also summarized from three aspects of physical measures， chemical measures and biological measures. In the end， we raised the overall framework of lake wetlands protection and overall planning， focusing on integration with eco-hydraulics， market operation mechanism and other protective countermeasures. With the purpose to promote the research on lake wetlands， and the overall development of the subject of wetlands protection and restoration， the future was expected from ecology monitoring， system regulation， degradation diagnosis， evaluation mechanism， scientific planning， deepening research， strengthening management and other aspects.
KeywordsLake wetlands； Wetland protection； Wetland restoration； Research progress
《竦毓约》中的湿地定义：“陆地上所有的水体、湿地内水深超过6 m的水域和低潮时水深不超过6 m的海滨”[1]。照此定义，湿地应包括湖泊、沼泽、水库、池塘、水田、蓄滞洪区、湿草甸、河流河口三角洲以及低潮时水深浅于6 m的海域部位，其中湖泊湿地包括永久性淡水湖、咸水湖、内陆盐湖和季节性淡水湖、咸水湖[2]。
湖泊湿地作为一种重要的自然资源，发挥着供水、灌溉、调洪、养殖、畜牧、航运、旅游、维护生物和遗传多样性、降解污染、净化水质和控制侵蚀等多种功能，在维持区域生态平衡和促进区域社会经济发展中发挥着重要作用[3]。然而近20年来，人们在开发利用湖泊资源的过程中，忽视了对湖泊的有效保护和管理，致使出现了以下新情况：湖泊湿地的水体污染加剧、富营养化严重；生物入侵严重、多样性下降；大规模围垦种植、面积萎缩等，这些现象使湖泊湿地生态系统逐渐丧失其功能，造成了严重的环境问题。因此，采取积极有效的措施，促进湖泊湿地生态环境保护与生态功能恢复，已是当务之急。
从19世纪起国外学者就开始了对湖泊湿地的保护与修复研究工作，而我国在2006年也制定了《全国湿地保护工程规划》，明确了湿地保护工作的指导原则、任务目标、建设布局和重点工程，但湖泊湿地的保护和修复工作在上述规划中并没有被突出强调，也没有引起相关专家学者的足够重视。
1湖泊湿地面临的主要问题
通过归纳前人的一些研究成果，本研究对湖泊湿地生态系统有了相对比较全面的功能界定，其最主要的功能在于其生态功能和社会功能（见表1）。
近几十年来，人们对湖泊湿地功能缺乏了解，保护意识淡薄，在短期利益驱动下，违背自然规律，不合理开发，使湿地功能受到严重干扰和破坏。
1.1水质污染，富营养化日趋严重
虽然国家对保护环境逐年重视，环境治理力度也不断增加，但是治理速度远远跟不上水体污染的步伐。2014年我国污废水排放总量达716.2亿吨[8]，在监测的28个重点湖泊中，满足Ⅱ类水质要求的只有1个，而其中滇池、巢湖和太湖等均处于不同程度富营养化状态[9]。陈小锋等[10]对中国典型湖泊的富营养化情况进行调研，表明近30年是我国湖泊富营养化的高速发展阶段。
1.2面积萎缩，生态功能衰退
湖泊湿地面积萎缩，导致湿地生态系统的调蓄洪水、水体净化等各项功能逐渐丧失。近30年来，我国面积大于1.0 km2的新生湖泊有60个，但原面积大于1.0 km2的湖泊却消失了243个[11]。2000―2010年全国最大面积超过1 000 km2的湖泊共有12个，但其中6个在萎缩，鄱阳湖萎缩速率最快，为54.76 km2/a[12]，其中东北地区，湖泊面积由12 234.02 km2锐减至11 307.58 km2[13]。
1.3生物多样性下降，资源锐减
湖泊湿地中水陆交错的自然生态系统，是各种动植物的栖息地，然而人类对湖泊湿地的无序开发，造成生境和物种群落多样性下降、生物资源退化，尤其是造成珍稀动物资源面临濒危和灭绝的危险。例如：1998―2003年期间，洪泽湖底栖生物原有76种，减至50种，鱼类减少29种；鸟类原有194种，减至146种，其中Ⅱ类重点保护鸟类减少14种[14]。鄱阳湖由于围垦和排水开垦等原因，鱼类、越冬候鸟等生物的生境大量减少，导致生物多样性严重破坏[15]。
1.4生物入侵严重
在湖泊湿地生态系统中，盲目引进外来物种，致使本地物种濒危的现象，已成为21世纪全球性环境问题[16]。例如，在水生生态系统中，最为突出的入侵物种有凤眼莲[17]和水花生[18]，目前它们已经对湿地和水生生态系统造成了极大危害，特别是滇池湿地受凤眼莲之害，治理难度大。在陆生生态系统中，紫茎泽兰[19]、豚草[20]和大米草[21]的入侵，严重影响了当地物种的生长，其中大米草在东南沿海局部地区对当地生物多样性造成破坏。薇甘菊[22]在浙江、广东大面积入侵农田，暴发成灾。另一方面，引进外来鱼类对土著鱼类也造成危害[23]。综上所述，随意引入外来物种，其后果在短期内是不可预见的。
1.5研究手段较单一，研究方向不清晰
目前大部分湿地恢复研究主要围绕局部湿地格局恢复和调整的模式，缺乏对流域尺度格局与水生态过程的系统研究[24]，很难建立对湿地进行整体性水生态过程恢复和调控的机制。另一方面，N、P和COD主要源于生活污水、工业废水、农田施肥和水产养殖业及畜牧业等[25，26]；而在没有做到控源截污的前提下，只是片面强调通过采用生态恢复措施来净化湖泊湿地水环境[27]，竟然一度成为湖泊富营养化治理的主流方向。
1.6宣传教育滞后，法制体系不完善，管理混乱
目前我国湿地合理利用与保护的宣传、教育工作严重滞后于现阶段资源保护形势和经济发展的要求，且其强度和辐射范围均不够，人们对湿地的保护意识和对湿地价值的全面认识尚有所欠缺[28]。此外，目前我国没有专门针对湖泊湿地规范利用与保护的法律、法规。已有的相关法律、法规中有关湖泊湿地规范利用和保护的条款较为分散、不成体系、不够全面，并且各法条间相互交叉、重复的情况并存，很难发挥其实质效能[29]。最后，湖泊湿地开发利用及保护管理牵涉面广、涉及部门多，尚未完全形成良好的内部协调机制，且管理手段和方法滞后[30]。
2湖泊湿地保护与修复的研究进展
2.1湿地修复原则
①生态效益与经济效益相统一原则。即湖泊湿地的效益是综合性的[31，32]。目前国外的生态功能―经济效益综合评价缺乏定量方法，采取描述或D形表示两种形式，我国董哲仁等[33]提出经济效益和生态功能综合评价矩阵方法，建立了一种数学表达方法，实现湖泊湿地功能和效益综合评价的定量化；②风险最小和效益最优原则[34]。在湖泊湿地修复规划中权衡方案，对被恢复湖泊湿地进行全面的综合分析、论证，在考虑生态、经济、社会效益最大化的同时，兼顾风险和投资；③整体性原则。湖泊湿地恢复不仅应促进退化湿地构成要素的原位恢复，还应重视恢复湿地所处集水区域内的横向水文联系、与所处流域上下游之间的纵向水文联系以及地下水和地表水系统的垂直方向的水文联系；④地域性原则。制定湖泊湿地修复计划前，应全面掌握湿地类型、气候条件、地理条件、经济基础等修复区的相关信息。充分分析修复计划对湖泊区域经济和生态价值的影响，突出地域性特征，最大可能维持地带性植被，减少对当地生物群落的破坏；还需尊重当地传统乡土文明，保护自然生态环境的成分，维持地域性的生态平衡[35]；⑤稳定性原则。保护和修复湖泊湿地应重视系统内部各组成要素之间和系统环境之间的协调及统一程度、生物群落的组成、群落功能和结构的完整；⑥可行性原则。在湖泊湿地保护与恢复工程实施前，应考虑项目的环境可行性和经济可行性；⑦优先性和稀缺性原则。湖泊湿地保护与修复项目需突出针对性，应优先保护濒临灭绝物种的生物栖息和地稀缺湿地[36]；⑧景观和美学原则。李春晖等[37]人将水质、生态和景观定为湿地修复的三大目标，阐明恢复湿地景观和添增美学效果的重要性。
2.2修复技术与进展
总结国内外湖泊湿地修复的研究成果，湖泊湿地修复技术可分为物理措施、化学措施和生物措施三大类共13种（见表2），且这些技术已在国内外湖泊湿地修复工程中得到广泛应用。
2.2.1物理措施刘华丽等[38]分别从外源污染、沉水植物、作业区域和深度3个方面，研究了对沉积物疏浚技术效果的关键影响因素；张杰等[39]基于DEM和土地利用土地覆盖的适宜性分析为湿地恢复提供了理论依据；张修峰等[40]通过使用STELLA软件，构建了三湿地水体TP变化生态模型并成功的进行了模拟研究，结果表明对底泥不同程度的疏浚，会影响对水质改善效果；万玉文[41]通过采用柱形管槽静态的模拟塘堰湿地，模拟了不同水深处理下的底泥氮磷释放对上覆水水质的影响，结果表明水流的扰动会导致底泥中磷的释放加速；夏红霞等[42]利用页岩空心砖构建自动增氧型湿地系统，增强了系统内部供氧能力和湿地系统的除氮能力；潘继征等[43]研发了人工增氧复合型湿地工艺，其对不同水力负荷和污染负荷都展现出了较强的缓冲调节能力和很高的净化效果 ；黄等[44]利用遥感技术对湿地恢复及生态调水进行实时动态监测，及时掌握宏观地表下的快速变化，也为长期的区域生态效应评价提供技术支持；董张玉等[45]结合GIS/RS，对湿地恢复潜力从地貌条件、河流及道路密度、景观结构因子、湿度指数、耕地生产力五方面进行空间分析，明确了东北地区湿地修复的优先、次优先区域，并利用景观指数、作物生产与湿地协调发展指数验证恢复效果。国外学者也做了相关研究，Kowalski等[46]通过采用便携式围堰技术，恢复了伊利湖湖滨湿地挺水植被；Tian等[47]在密西西比―俄亥俄―密苏里河盆地进行湿地水文恢复，其中的“牛轭”设计，有效降低了水体中可溶性活性磷、硝态氮、总磷和总氮的含量；Zedler[48]对有关湿地恢复理论做了全面的总结，认为湿地恢复应遵循生态位理论、岛屿生物地理学理论、种群理论和营养级理论；Malson等[49]通过田间和温室试验，利用苔藓配子体片段进行湿地恢复。
2.2.2化学措施黄洁慧等[50]提出采用“径流雨水汇集、渗流、预处理+河水造流生化预处理+主湖造流生化+构建全湖生物多样性”的全生态组合技术，应用于湖泊中；郑骏宇等[51]采用化学强化―复合人工湿地组合工艺，对湿地的大量颗粒悬浮物和水体中的COD、BOD5和TP的去除效果明显；徐轶等[52]针对海新河污染特点，采用絮凝沉淀结合人工湿地技术进行修复，效果良好；张帅等[53]探讨了生物水处理系统和加载絮凝沉淀技术相结合的研究方法；李晓威等[54]通过试验确定了最佳絮凝效果时间，并且推算出絮凝剂与泥浆绝对浓度的函数关系，以及泥浆与絮凝剂的最佳配比。按照得出的函数关系配比絮凝剂，可以缩短絮凝时间，提高脱水和施工效率。李星等[55]通过研究复合除藻剂，表明了其对藻类具有很好的去除效果；刘爱民等[56]研究了链霉菌WH63的抑藻效应，效果明显；周全等[57]研究了藻存量削减和磷营养控制两种方法，均能在水华形成的早期对小型富营养化水体蓝藻水华起到阻遏作用；李静会等[58]通过进行化学除藻剂治理蓝藻水华的试验研究，结果表明，除藻剂除抑蓝藻效果显著；王正兴等[59]利用国外新型除藻剂―去藻247，研究滇池水藻类污染的治理，并通过线性回归方程来拟合水体中叶绿素a和总磷的相关性。
2.2.3生物措施吴国旭等[60]研究表明，生物接触氧化工艺可以实现降解有机物，并利用类似曝气池的曝气方法提供氧气，同时起到混合搅拌的效果；李少华等[61]采用调水补水、生物调控等技术对沧州湿地水环境修复；李静[62]提出水解酸化―人工湿地处理技术；马秋莎等[63]通过利用长链烷烃的微生物降解作用，对湿地进行研究；邓志强等[64]通过植物刈割、水生动物强化法、优势植物筛选、微生物强化技术等途径，解决了人工浮床技术净化能力差和适用范围有限的缺陷；朱鸣鹤等[65]通过研究潮滩植物中翅碱蓬对重金属累计效应，发现铜、锌、铅、镉4种重金属在不同潮滩中均有明显的累计效应；王曙光等[66]用真菌生产生物菌肥，不仅能增加农作物产量，还减少了面源污染对湿地水体的污染；吴迪等[67]在上海青浦大莲湖湿地修复示范工程中，采用改变土地利用模式、水系改造和植被配置等技术，使湿地生境结构和生物多样性组成都分得到改善；张明祥等[68]根据研究区的水文条件、土地利用现状、海拔和受威胁程度的不同，通过研究结果可知在黄河郑州段的二滩、嫩滩和部分老滩区域均可以采用溪流型、蓄水型、多塘型湿地恢复模式；董凯凯等[69]在黄河三角洲芦苇湿地，通过比较退化区与淡水恢复区的土壤pH值、盐分、全氮、铵态氮、硝态氮、有机碳的含量变化，阐明了湿地恢复对土壤碳氮含量的影响；王国栋等[70]采用温室萌发法，对天然湿地、不同开垦年限湿地种子库的规模和结构进行了研究，详细地阐述了湿地种子库的特征及其在植被恢复中的潜力；中国科学院通过研究固定化增殖氮循环细菌群SBR法，对富营养化湖泊进行水质净化，实现总氮量和COD下降了75%，氨氮量下降了91.5%[71]。黄磊等[72]研究了空心菜和菖蒲等植物在净化微污染潜流人工湿地中对N、P的不同去除效果；Tuncsiper[73]对水平潜流式、自由水表流式、表面流式的人工湿地进行研究，发现此三种形式的湿地系统对NH4+-N的平均去除率为49%～52%，其中表面流式湿地系统的平均去除率为58%，水平潜流式人工湿地对TP的平均去除率为60%，效果明显。
2.3湖泊湿地保护对策研究
2.3.1制定湖泊湿地保护总体框架，明确功能定位，分类型、分层次保护根据湖泊湿地所处范围内的自然环境特点和社会经济层次，制定湖泊湿地保护目标和总体框架，确定不同区域、类型湖泊湿地保护的路径和侧重点；在此基础上，明确湖泊湿地的功能定位及其保护对象、目标和范围，继而整治与其功能定位不相符且不合理的开发行为，逐步恢复其被破坏功能，保证其生态功能的完整性和系统健康；划分重要开发利用区、缓冲区、保护区等，分层次进行有效保护，从而引导和规范湖泊湿地资源的可持续利用，并且维护和提升湖泊湿地的主导功能。
2.3.2从流域整体性角度，进行全面湿地修复规划湖泊往往与池塘、渠道、河流等部分组成复杂的湿地水生态系统，各部分间互相影响，相互制约[88]。因此，对湖泊湿地修复规划，应从流域的层面上进行整体性考量[3，89]。近10年来，国际上学者突出湿地生态系统整体恢复和调控思想，从大尺度上考虑毗邻集水区域和湖泊湿地所处整个流域的生态系统结构和功能完整性[90]。长江中游的“重建江湖联系，恢复湿地生命网络” 和鄱阳湖的“山江湖”等示范项目，即是在流域尺度上的湿地保护与修复的研究[91]；“莱茵河行动计划”湿地修复项目就是以流域尺度为出发点，进行水生态过程和水环境修复，取得显著效果[92]。Hermoso等[93]研究表明湿地恢复过程中，地下水深度变化对土壤和植被类型影响很大，湿地恢复除应强调流域之间连接性的修复外，还应考虑到地下水与地表水之间的水文联系。
2.3.3湖泊湿地修护侧重与生态水工结合20世纪90年代开始，美国在南佛罗里达大沼泽区域的湿地恢复项目，应用生态水工学，将人工直线型重新恢复曲线型河道，减缓了区域内雨季水体的排泄速率，实现了大沼泽竦厣态需水补给[94]。日韩等国提出“与自然亲近工程”的修复理念，如采用新型生态材料建造人工岛，为动物提供栖息地[95]。在湖泊湿地修复工程中，结合生态水工学原理，在一定程度上保持其原有自然生态水文过程，在满足安全的条件下，改善湿地的生态功能，采用有益于湿地生态系统及生物多样性保护的施工规范和标准，作为湖泊湿地修复重要思路之一[96]。
2.3.4完善湖泊湿地修复市场运作机制美国20世纪90年代基于“无净损失”湿地恢复与保护政策发展了“湿地银行”等湿地恢复市场机制[97]。“湿地银行”商业化的市场运作模式，使土地开发与湿地保护形成一种良性互动；美国密西西比河流域湿地恢复提出一种“氮农业”的运作模式，鼓励农民恢复建立湿地以降低输入海湾的氮负荷，其中政府向个人提供补贴，用于恢复可储蓄洪水的湿地，且建立了“氮农业”交易市场，促进各方参与交易，最后评估得到去除1吨氮的湿地相当于2 500美元的补贴价值[90]。该市场机制在减轻农业从业者对政府补助依赖的同时，还减少了这些区域的农业非点源污染，及增强了防洪安全。
3研究展望
3.1加强湖泊湿地生态系统监测与调控
结合3S技术，收集其生态特征的变化指标，建立信息数据库，及时动态掌握其环境状况，针对性的采取科学的保护与修复措施，实施调控。
3.2建立湖泊湿地退化诊断与评价机制
研究湖泊湿地结构和功能的退化过程，探求其驱动因子和关键过程，辨析湖泊湿地退化机制和模式。将实体模型与数值模拟相结合，剖析水循环过程对湿地演变的作用机制，模拟湖泊湿地生态系统的结构、特征、规模对人类活动的响应，建立湖泊湿地评价机制。
3.3科学规划，恢复河湖连通性
基于河湖水系在水文和水环境等方面的复杂性，目前对河湖水系连通及其区域系统间相互影响还缺乏充分认识，迫切需要针对自然因素和人类活动因素造成的连通性削弱或中断问题以及河湖水系间连通性方面的战略需求，开展河湖水系间生态连通规划关键技术研究，在基础理论、工程体系、仿真平台及效果评估等方面创新研究，构建河湖湿地水系间生B连通规划技术体系。
3.4建立湖泊湿地生态经济的可持续管理模式
可持续管理模式具体措施如下：加强湿地旅游管理；加大宣传教育力度，普及湿地及其保护的知识、法律法规，强化民众的湿地生态忧患和保护意识；进行湿地立法，及完善地方法律法规，使湿地保护或开发利用进入有序和法制状态；制定湖泊湿地经济发展规划时，突出生态经济可持续发展。
3.5加强国际交流与合作，深化湿地科学研究
加强湿地的基础和应用技术研究，及时掌握国内外湿地修复学术动态，总结并推广开发利用及保护的成功经验；扩大合作领域，建立国际交流机制，开展多课题、多学科综合研究。
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