崔麗娟,雷茵茹,張曼胤,李 偉
1 中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所, 北京 100091 2 濕地生態(tài)功能與恢復(fù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100091 3 北京漢石橋濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站, 北京 101399
濕地是全球生物多樣性最高的生態(tài)系統(tǒng)之一,為人類的健康和福祉提供了多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。但是隨著工業(yè)和城市化發(fā)展,全球濕地遭受了嚴(yán)重的破壞。1970年至2015年間,全球濕地面積減少了約35%[1]。如何遏制濕地的快速消失和退化,成為世界各國學(xué)者和政策制定者共同關(guān)心的重要議題之一。但相比之下,大型濕地受到了更多的關(guān)注,也實(shí)施了更為完善的保護(hù)措施,而面積較小的濕地,卻常常在現(xiàn)有的濕地保護(hù)體系、保護(hù)名錄和濕地資源調(diào)查中“缺席”[2]。例如全球國際重要濕地的平均面積為106310 hm2,我國國家級濕地類型自然保護(hù)區(qū)的平均面積為220500 hm2[3-4]。濕地政策,例如美國施行的“零凈損失”政策和濕地緩解銀行,也曾傾向于通過恢復(fù)或者重建少量的大型濕地,來彌補(bǔ)眾多被占用和破壞的小型濕地[5]。這些被忽略和替代的小型濕地,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值被嚴(yán)重低估,成為了隱形消失的自然資產(chǎn)。
自20世紀(jì)60年代起,美國、英國和愛爾蘭等發(fā)達(dá)國家陸續(xù)開展了針對草原湖穴、池塘等小型濕地的生態(tài)調(diào)查和保護(hù)恢復(fù)工作[6-8]。我國小微濕地的研究正處于起步階段,有少量文獻(xiàn)介紹了小微濕地的概念、管理和營造技術(shù)[9-10],缺乏對小微濕地內(nèi)涵、分類體系、生態(tài)特征和生態(tài)功能等的清晰界定和系統(tǒng)梳理。本文介紹了小微濕地研究興起的背景,總結(jié)了小微濕地面積范圍和分類體系,梳理了小微濕地累加作用和景觀特征,并著重分析了小微濕地在維護(hù)關(guān)鍵生物種群、提供生物遷移踏腳石、促進(jìn)雨洪管理和水質(zhì)提升,以及營造城鄉(xiāng)優(yōu)美景觀等方面發(fā)揮的重要作用,以期為我國逐步興起的小微濕地建設(shè)、恢復(fù)及保護(hù)提供科學(xué)參考。
以往的研究中出現(xiàn)過小型濕地(small wetland)、小尺度濕地(small-scale wetlands)、小塊濕地(small patches of wetlands),微型濕地(micro wetlands)、迷你濕地(mini-wetland)、濕地鑲嵌體(wetland mosaics)等不同名詞[2,11-13]??梢钥闯?這些概念大部分都是強(qiáng)調(diào)濕地面積的“小”和“微”。面積是決定小微濕地生態(tài)特征的核心要素之一。
目前,關(guān)于小微濕地的面積還沒有清晰的范圍界定。生態(tài)學(xué)家一般通過考慮局域種群所需的生境面積、種群生存力等確定棲息地或者自然保護(hù)地的面積[14]。在國內(nèi)外開展的相關(guān)研究和濕地恢復(fù)實(shí)踐中,小微濕地的面積根據(jù)其所保護(hù)的種群類型和功能,從0.1 hm2到幾十hm2不等(見表1),其中1 hm2左右的小微濕地在維持爬行和兩棲動(dòng)物多樣性上發(fā)揮了重要作用。
表1 小微濕地的保護(hù)對象及其面積范圍
政策制定者則是從濕地調(diào)查的精度或管理的角度來界定小微濕地的面積。例如,我國第二次全國濕地資源調(diào)查的起調(diào)面積為8 hm2[25],因此許多管理?xiàng)l例、辦法將面積小于8 hm2的濕地界定為小微濕地。隨著濕地調(diào)查技術(shù)的快速發(fā)展,許多國家和地區(qū)都在不斷縮小濕地調(diào)查的起調(diào)面積。美國陸軍工程兵團(tuán)的濕地恢復(fù)法案修訂版將濕地起調(diào)面積由4 hm2降低為1.2 hm2[26];蘇格蘭制定的《池塘、水塘和小內(nèi)湖:蘇格蘭小水體管理和建設(shè)的優(yōu)秀實(shí)踐指南》中將小于2 hm2作為小型濕地的起調(diào)面積;英國在2007年鄉(xiāng)村普查中調(diào)查了0.0025—2 hm2范圍的池塘[9];北京市在2018年啟動(dòng)的濕地資源調(diào)查中,將濕地的起調(diào)面積進(jìn)一步縮小為0.0667 hm2[27]。
1.2.1小微濕地的累加作用
一般來說,濕地生態(tài)系統(tǒng)功能與其面積大小密切相關(guān)。傳統(tǒng)的景觀生態(tài)學(xué)認(rèn)為,濕地面積在一定范圍內(nèi)與物種的種類和數(shù)量顯著相關(guān),面積越大的濕地具有更多樣的生境,可以維持更多的物種生存。隨著島嶼生物地理學(xué)理論與集合種群理論的發(fā)展,相關(guān)研究表明小微濕地之間的連接性和目標(biāo)物種的最小生境面積,均是影響小微濕地生態(tài)功能的重要因素[28- 29]。如果在一個(gè)大的地理區(qū)中擁有數(shù)量眾多的小型濕地,因?yàn)樗鼈兊姆植几鼜V泛,具有更多變的氣候、土壤、地質(zhì)和土地利用情況,生境異質(zhì)性更高[15,30],因此在特定情況下比同等面積的獨(dú)立大型濕地發(fā)揮更重要的生態(tài)功能。
1.2.2小微濕地的景觀特征
小微濕地的斑塊形狀各異,斑塊內(nèi)部和邊緣區(qū)域的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)存在較大差異。相比與大型濕地,同等面積的小微濕地通常具有更長的水陸岸線長度和生態(tài)交錯(cuò)區(qū)面積[31],可增強(qiáng)某些特殊的生態(tài)過程。同時(shí),小微濕地通常作為離散斑塊存在于大型濕地之間,可以作為物種遷移的“踏腳石”,尤其對一些遷移距離不遠(yuǎn)的兩棲動(dòng)物和部分昆蟲等提供關(guān)鍵棲息地,同時(shí)也為某些濕地水鳥生命周期的特定階段提供停歇地和棲息地[32]。有些小微濕地是地理上的孤立斑塊,能夠?yàn)槟承┱湎『透綦x的物種提供庇護(hù)所,促進(jìn)分區(qū)物種的形成[33]。
濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,濕地類型在不同區(qū)域差異很大,致使?jié)竦卮嬖诙喾N分類系統(tǒng)。與濕地分類系統(tǒng)相對應(yīng),小微濕地也存在不同的分類方法。
按照與大型濕地的位置關(guān)系,小微濕地可以劃分為(1)與大型濕地相聯(lián)系的小微濕地,以及(2)地理位置上相對獨(dú)立的小微濕地(Geographically isolated wetlands, GIW)。前者因?yàn)榕c大型濕地同處于一個(gè)大的地理區(qū)位,屬于大型濕地的附屬部分,因此類型也與大型濕地相對應(yīng),如流域中的小型沼澤濕地,河流濱水濕地,天然滲流區(qū)、水文通道沿岸的潮濕洼地、與排水區(qū)相連的溝渠等[2]。這些小微濕地能夠豐富大型濕地的生境類型,提高整個(gè)區(qū)域的生境異質(zhì)性。后者是指與上下游水域缺乏明顯地表水聯(lián)系的一類小微濕地[34]。Tiner將美國的小型獨(dú)立濕地按照地理位置分為了9個(gè)不同類型,包括(1)大陸中部草原和草原盆地濕地,包括草原壺穴、鹽湖、雨水盆地濕地和沙丘濕地;(2)半沙漠和沙漠盆地及平原濕地,包括鹽湖、鹽灘、河道疤地和沙漠泉等;(3)冰穴濕地;(4)大西洋海灣沿岸平原盆地濕地,包括德瑪瓦半島壺穴、卡羅萊納州港灣和淺沼澤等;(5)卡斯特盆地濕地,包括柏樹穹頂和石灰石天坑等;(6)春池濕地,包括西海岸春池和森林春池等;(7)濱海潮間帶濕地;(8)五大湖矮灌木濕地;(9)不活躍的河漫灘濕地[35]。這些小型濕地往往分布有一些獨(dú)特的物種,或者某些物種的亞種或變種等,成為獨(dú)特的生境類型。
小微濕地的水文周期,包括積水的時(shí)間和泛洪的頻率等。Boulton和Brock依據(jù)水文周期將小微濕地分為5類,包括(1)短暫型濕地,只有在突發(fā)性暴雨和徑流后存在,一段時(shí)間后自然消失,只能支持少量水生生物短期存在;(2)偶然型濕地,10年內(nèi)大概有9年是干枯的,經(jīng)歷少量不規(guī)則的泛洪,保持濕潤的時(shí)間持續(xù)幾個(gè)月,大部分是陸生植物區(qū)系,生長著少量水生植物,有一些擴(kuò)散能力強(qiáng)或抗旱能力高的動(dòng)物存在;(3)間歇型濕地,干濕交替存在,但是淹水頻率不太規(guī)則,泛洪時(shí)間可能持續(xù)數(shù)月或數(shù)年,水生植物在岸帶生長,有適宜短期水體的動(dòng)物生存,也為其他動(dòng)物提供繁殖或覓食地;(4)季節(jié)性濕地,每年干濕交替存在,在雨季保持濕潤,在旱季變干,大部分植物和動(dòng)物能夠完成它們的生命周期;(5)近永久型濕地,規(guī)律性泛洪,水位波動(dòng),10年內(nèi)大概有1年是干枯的,生存的生物大部分都不具有耐旱性[36]。這種分類方法在分析氣候變化影響下,小微濕地水文情勢變化對其生態(tài)功能影響時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢[37]。
按照人為干擾影響程度劃分,小微濕地既包括自然演變形成的河流(寬度一般在5 m以下)、溝、蕩、泡沼、溪流、河浜、泉、潭等天然濕地;也包括坑塘、養(yǎng)殖塘、陂塘、水田、城市景觀水面、雨水濕地和凈化濕地等人工濕地。隨著人類活動(dòng)干擾加劇,許多城市和農(nóng)業(yè)用地周圍的天然小微濕地在城市化進(jìn)程中逐漸消失。人工型小微濕地多根據(jù)人們需求,以人工建造或者人工控制為主,受人類活動(dòng)影響大,其凈化、景觀、休閑娛樂等社會(huì)服務(wù)功能被顯著增強(qiáng)。
小微濕地受到面積的制約,通常不能發(fā)揮大型濕地所具有的完備的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),但會(huì)發(fā)揮某種或某幾種主導(dǎo)功能。以主導(dǎo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)劃分小微濕地,更有利于體現(xiàn)出小微濕地的特點(diǎn)和功能,也能更直接地指導(dǎo)小微濕地的恢復(fù)和建設(shè)實(shí)踐。表2列舉了小微濕地提供的主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),但是這些主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)通常不是單一存在的。例如,有時(shí)水質(zhì)凈化型小微濕地同時(shí)也是景觀游憩型小微濕地和科普宣教型小微濕地。
表2 基于主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的小微濕地分類
小微濕地具有獨(dú)特的水文、地理特性和生物地球化學(xué)過程,因此也提供了一些大型濕地?zé)o法提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。
濕地是眾多瀕危野生動(dòng)植物,特別是珍稀水禽的棲息、繁殖和越冬地。由于面積的限制,小微濕地不可能成為大型哺乳動(dòng)物或大型水鳥永久的棲息地,但是卻是某些特殊動(dòng)物、植物的重要生境。
兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物不一定需要大型的或植物區(qū)系多樣的濕地,小型的、結(jié)構(gòu)簡單的濕地通常對它們具有更高的價(jià)值。小微濕地中的水體通常較淺,會(huì)隨著季節(jié)變化淹水或干涸,水位變化增強(qiáng)了濕地的初級生產(chǎn)力,有利于旱生植物和水生植物同時(shí)存在[38],為兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物提供相對充足的食物。因?yàn)橐荒曛兄挥胁糠謺r(shí)間有水,不適合食肉性魚類生存,減少了捕食兩棲動(dòng)物卵和幼體的機(jī)會(huì),提高了兩棲動(dòng)物的存活率[39]。此外,與周邊濕地相連的某些小微濕地,如河漫灘上的水塘、與地表水相連的溝渠等,可為多種魚類提供重要的產(chǎn)卵和育苗場所[2]。含鈣和鎂離子較高的巖溶洞穴濕地(面積通常小于0.25 hm2)則是某些罕見的耐鈣植物的生存場所[40]。
在提供棲息地之外,小微濕地還可增加景觀的連通性來促進(jìn)生物多樣性的保護(hù)。隨著如疏浚、排水和填埋等人類活動(dòng)加劇,天然的大型濕地斑塊逐漸破碎化,影響了那些遷移能力不強(qiáng)的小型濕地動(dòng)物。例如青蛙、蠑螈和小型哺乳動(dòng)物的平均散布距離一般小于0.3 km,爬行動(dòng)物的散布距離一般小于0.5 km[39]。小微濕地可以作為這些動(dòng)物遷移過程中的“踏腳石(Stepping Stone)”,提高動(dòng)物在遷移中的存活率[41](如圖1)。例如北美豹蛙(Lithobatespipiens)和美洲牛蛙(Lithobatescatesbeianus)習(xí)慣在水位較深的濕地越冬,遷移到小微濕地覓食和繁殖,然后返回深水棲息地冬眠[37]。
圖1 小微濕地作為生物遷移的“踏腳石”Fig.1 Small wetlands as stepping stones for biological migration
小微濕地也可以為周圍生態(tài)系統(tǒng)中的動(dòng)物如食肉昆蟲、蛇、烏龜、鳥類和小型哺乳動(dòng)物等提供食物[42],提高生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)層級的復(fù)雜性,使生態(tài)系統(tǒng)更為穩(wěn)定。Moler和Franz提出,生活在1 hm2小微濕地及其周圍的蟾蜍可以養(yǎng)活附近1000 hm2的蛇類種群[17]。Eldridge[43]發(fā)現(xiàn)小微濕地通常比大型濕地更容易解凍,因此在早春時(shí)期筑巢的雌鳥和雛鳥更容易在小型濕地中捕食到更多的無脊椎動(dòng)物。
小微濕地被認(rèn)為是濕地生態(tài)水文網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn),從縱向、橫向、垂直和時(shí)間四個(gè)維度連接景觀[56]。與較大面積的濕地相比,小微濕地具有更小的內(nèi)緣比,意味著同等面積下,小微濕地岸線更長。岸帶區(qū)域是植物生長密集區(qū)域,因此小微濕地有更高的蒸散率,多個(gè)小微濕地的累加作用在流域尺度上有可能更有效減少徑流[31]。如果流域上游存在多個(gè)小型濕地,流域下游的濕地能更有效地衰減洪水[44]。在濕地恢復(fù)工程中,如果限于場地原因只能在流域下游修建濕地,那么沿著河道修建一些小微濕地,比單獨(dú)地建造一個(gè)大型濕地更能削減洪水徑流[45]。例如,Evrard等在比利時(shí)的研究表明,修建小型蓄水性池塘,可以減少流域40%的峰值流量[46]。Schmied[4]的研究表明,小微濕地在均化洪水的同時(shí),能夠在干旱時(shí)期為流域提供基流。世界野生動(dòng)物基金(World Wildlife Fund, WWF)和濕地國際(Wetland International, WI)在萊茵河流域,通過在泛洪區(qū)修復(fù)或新建小微濕地(報(bào)告中稱為Nature Sponges,天然海綿)來實(shí)現(xiàn)雨洪管理,初步評估結(jié)果顯示當(dāng)?shù)叵蛉R茵河輸入的支流的洪峰降低了5%—8%[47]。
在城市區(qū)域,小微濕地是為數(shù)不多保持滲透性的區(qū)域,能將雨洪水滲透到地下。海綿城市就是充分考慮了城市雨洪與濕地的密切關(guān)系,通過設(shè)置引水裝置,收集城市雨洪水并進(jìn)行凈化,既緩解了城市內(nèi)澇的發(fā)生,又解決了景觀中的水體平衡和水質(zhì)問題[48]。
濕地的凈化功能與植物配置、水力停留時(shí)間、基質(zhì)類型等要素較為相關(guān)。有研究表明凈化型小微濕地的單位面積凈化效率可能要高于大型濕地[2]。小微濕地通過調(diào)控可具有更動(dòng)態(tài)變化的水位,好氧(高地)和厭氧(濕地)的土壤條件能夠交互出現(xiàn),從而增強(qiáng)土壤中微生物的反硝化過程[49]。例如,Capps等的研究發(fā)現(xiàn)美國緬因州中部的春池濕地是凋落物分解、反硝化和酶活性最為活躍的區(qū)域[50]。
溝渠類型的小微濕地也具有很強(qiáng)的水質(zhì)凈化功能,通常作為緩解農(nóng)業(yè)面源污染的緩沖區(qū)域[51]。最具有代表性的一類水質(zhì)凈化型小微濕地是人工處理濕地,因其面積小、使用靈活、運(yùn)行成本低等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于生活污水、牲畜糞便、餐飲油脂污水的處理中[52]。實(shí)踐表明,多個(gè)面積較小的處理單元級聯(lián)耦合而成的人工處理濕地,通常具有更高的處理效率[53]。
濕地能夠?yàn)槿祟愄峁┯H近自然的體驗(yàn)與游憩空間,如公園水景營建、城市河道修復(fù)、人居環(huán)境改善等[54]。近20年來我國城市化進(jìn)程進(jìn)入快速推進(jìn)階段,城市化率由1992年的27.46%提高到2019年的60.60%[55]。隨著城市發(fā)展日漸成熟,城市范圍內(nèi)可以用作建設(shè)濕地景觀的生態(tài)空間變得越發(fā)有限,小微濕地的出現(xiàn)滿足了城市居民對多樣游憩空間的需求,同時(shí)其也成為了各類城市用地之間的生態(tài)緩沖區(qū)域。任全進(jìn)[10]和高利雪[56]指出在各類城市綠地建設(shè)中恢復(fù)與營造小微濕地,是未來城市景觀建設(shè)的新方向。
此外,還可以通過展示小微濕地生態(tài)系統(tǒng)、多樣的濕地動(dòng)植物群落,水質(zhì)凈化效果等,為自然教育提供材料和實(shí)驗(yàn)基地。在北京市野生動(dòng)物救護(hù)與繁育中心依托園區(qū)內(nèi)的小型人工處理濕地開展了豐富的濕地宣教活動(dòng),成為獨(dú)特的戶外課堂,展示了濕地的生態(tài)功能,傳播了濕地保護(hù)理念。
除此之外,小微濕地還能提供儲(chǔ)蓄水源、生產(chǎn)供給、調(diào)節(jié)局地小氣候等服務(wù)。在水源貧瘠區(qū)域,積水的露巖、溶石孔等可以為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┡R時(shí)水源[57]。某些特定類型的小微濕地,如稻田、藕塘、魚塘、葦塘等可以向人類提供食物、原材料等各種直接和間接可利用資源。一些復(fù)合式小微濕地產(chǎn)業(yè)模式,如江蘇省潮間帶灘涂貝類養(yǎng)護(hù)基地、西溪濕地柿基魚塘、珠江三角洲泡沼基塘等經(jīng)過實(shí)踐證明能夠優(yōu)化濕地資源利用,實(shí)現(xiàn)濕地可持續(xù)發(fā)展[58-59]。此外,小微濕地可以通過影響周圍的氣溫和濕度來調(diào)節(jié)局地小氣候[60]。
與此同時(shí),小微濕地也可能也會(huì)帶來一些負(fù)面影響。人工處理濕地在凈化污水的過程中會(huì)生產(chǎn)和排放甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)等溫室氣體[61];凈水塘和雨水蓄留型濕地,其滯留的水體和茂密的植被為蚊蟲提供了孳生場所,會(huì)為當(dāng)?shù)鼐用駧斫】碉L(fēng)險(xiǎn)[62]。
2018年,《濕地公約》第十三次締約國大會(huì)接受并通過了由中國提交的“小微濕地保護(hù)管理(Conservation and Management of Small Wetland)”決議草案,呼吁各締約國關(guān)注小微濕地發(fā)揮的重要生態(tài)功能,以及在氣候變化和城市化發(fā)展中面臨的日益增長的威脅風(fēng)險(xiǎn)。在該項(xiàng)決議的指導(dǎo)下,針對小微濕地的調(diào)查、保護(hù)和修復(fù)將成為全球未來濕地管理工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
我國的濕地保護(hù)方針經(jīng)歷了從優(yōu)先性保護(hù)到全面保護(hù)的轉(zhuǎn)變,并逐漸向精細(xì)化管理發(fā)展。2016年底,國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《濕地保護(hù)修復(fù)制度方案》提出“將全國所有濕地納入保護(hù)范圍”,“實(shí)行濕地面積總量控制”,通過“先補(bǔ)后占,占補(bǔ)平衡”的辦法確保濕地面積不減少,濕地質(zhì)量不下降[63]。在隨后各省出臺(tái)的配套落實(shí)文件中,部分省市提出了專門針對小微濕地保護(hù)管理的政策導(dǎo)向,如北京市要求建立小微濕地臺(tái)賬,并打造以小微濕地為主的城市濕地。浙江省等也開始探索小型池塘、溝渠、河浜的治理和恢復(fù)。小微濕地的恢復(fù)與建設(shè),在某種程度上契合了目前高密度人口國家和地區(qū)生態(tài)建設(shè)的重要需求,在區(qū)域城市化水平高,水資源、空間資源和土地資源緊缺的情況下,廣泛推進(jìn)小微濕地的恢復(fù)建設(shè),能夠精準(zhǔn)補(bǔ)充區(qū)域生態(tài)本底資源的不足和生態(tài)空間的空缺。
在小微濕地恢復(fù)與建設(shè)蓬勃發(fā)展的契機(jī)下,未來應(yīng)加強(qiáng)小微濕地機(jī)理研究,關(guān)注小微濕地生物地球化學(xué)循環(huán)和關(guān)鍵水文生態(tài)過程,探究面積、形狀、地理區(qū)位與水文聯(lián)通性等要素如何影響小微濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);研發(fā)提高空間分辨率的遙感技術(shù),提升小微濕地的識(shí)別精度。同時(shí),建議將小微濕地建設(shè)與管理與現(xiàn)行的濕地保護(hù)體系有機(jī)結(jié)合。針對小微濕地開展專項(xiàng)資源調(diào)查,了解小微濕地的資源總量和分布情況。將小微濕地納入濕地監(jiān)測體系,了解小微濕地動(dòng)態(tài)變化情況。并進(jìn)一步將小微濕地建設(shè)與城市雙修、鄉(xiāng)村人居環(huán)境綜合整治等深度整合,通過建設(shè)一批農(nóng)村分散型污染處理濕地、城市海綿濕地、城市景觀游憩濕地等具有特殊主導(dǎo)功能的小微濕地,促進(jìn)生態(tài)宜居城市和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。最后,應(yīng)盡早制定國家、行業(yè)及地方小微濕地標(biāo)準(zhǔn),指導(dǎo)小微濕地恢復(fù)與建設(shè)的科學(xué)開展。
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