生态环境学报2012,21(6):1057—1062 http://www.jeesci.com Ecology and Environmental Sciences E—mail:editor@jeesci.com 流域河口湿地生态健康与湿地发育关系研究 吴涛L ,赵冬至 ,蒋国俊 ,孙永光 ,徐伟 ,肖翠 1.浙江师范大学地理环境学院,浙江金华321004;2.国家海洋环境监测中心,辽宁大连116023 摘要:河口湿地作为一个的“活体”,有着其自身的地理发育、成熟和衰老的生长过程。以大洋河河口湿地为例,运用面 积积分曲线和分维度指数计算大洋河流域发育阶段及河口湿地生长过程,得出如下结论,(1)在河流流域地貌发育早期,河 流底蚀、侧蚀、溯源侵蚀强烈,河流含沙量高,泥沙在河口地区沉降而易形成河口湿地;随着流域地貌发育到壮年期,河流 泥沙含量输出稳定,河口湿地面积继续扩张;到流域地貌发育晚期。侵蚀减弱,河流含沙量减少,河口湿地缺乏稳定的泥沙 供应,在河湾水动力作用下逐渐萎缩、直至消亡。(2)人类活动直接影响河口湿地环境的物理、化学和生物组份,改变了河 口泥沙的输入量及沉积环境,人类活动实际上是直接或间接地缩短了河口湿地的发育时间,加速了其发育进程。(3)针对不 同发育阶段的河流,在制定河口湿地保护和修复措施时,必须充分考虑其地质历史发育特征,的制定要符合其生长 规律。 关键词:河口湿地;生态健康;湿地发育;大洋河 中图分类号:P931.1 文献标志码:A 文章编号:1674—5906(2012)06.1057.06 流域河口湿地生态健康评价经历了一个由水 成熟和衰老的生长过程。不同发育时间轴上的河口 质监测到指示物种再到生态质量评价和自然一社 湿地所体现的外部和内部系统特征都将会有所不 会一经济复合系统综合评价的发展过程,健康评价 同,这就导致“时间片段”式的评价不能充分反应河 的范围尺度由池塘、溪流向流域、陆地或海洋生态 流及河口湿地的健康状况。 系统及全球生态系统健康评价扩展。评价原理由最 河口湿地的自然演化包括发育、成长、壮年、 初的生物学原理发展到生物群落及生态系统理论, 消退、衰亡5个阶段。每个阶段都直接与河流输入 再发展到系统综合评价理论【l4]。评价指标参数取样 河口的泥沙含量密切相关,而河流的输沙能力又与 也由点向河流、及流域扩展。如美国河口湿地健康 流域地貌的演化过程有着直接联系[I们。因此,参照 评价计 ̄(WHEP)主要针对生物指标参数进行评价 河流泥沙含量,将河口湿地演化过程与流域地貌演 ;澳大利亚河流湿地健康评价则选用水文、地质 化建立相关联系,通过研究流域地貌形态来揭示河 构造特征、滨河区域、水质状况及水生生物5方面 口湿地的自身发育阶段,从而作为判断河口湿地生 共计22项指标对流域健康进行评价 ;中国七星河 态系统健康状况的基准,是科学而合理的。本文以 流域湿地健康评价中,构建了湿地生态特征指标体 大洋河河口湿地发育过程为例,给出湿地发育不同 系、功能整合性指标体系和社会政治环境指标体系 阶段的评价方法,探讨湿地生态健康与湿地发育的 共28个评价指标参数对湿地健康进行系统综合评 相关关系。 价【3 】。黄河三角洲湿地生态系统进行综合评价时, 1 研究区域 选取了湿地功能整合性,湿地生态特征和湿地社会 大洋河流域地理坐标介于123。3 1 一123。43 E, 环境的27个指标参数构建指标体系,进行生态健 39。48 一39。N。源于鞍山市的岫岩县西北部偏岭山 康评价[8 ;而辽河三角洲湿地区域生态风险评价选 脉的帽山,流经丹东市的凤城和东港市,由东港孤 取了生态指数、生物多样性指数,干扰强度和自然 山镇和黄土坎镇入黄海,河长202 km,年平均径流 度,物种重要性指数等景观生态学指标进行风险评 量31×10 m ,流域面积6 520 km 。整个大洋河流 价 。 域形状呈梯形,上宽下窄。河网发育良好,密度 湿地生态健康评价方法从不同角度去探究湿 大,支流多,河道弯曲,比降大,流程短。水系 地生态系统健康标准,并给予一个“时间段”式的健 内多为山地,丘陵,为山区性河流。该区属于北 康评价。但是不能忽略的一个事实,就是河口湿地 温带湿润季风气候,4季分明,降水丰沛,年内时 作为一个的“活体”,有着其自身的地理发育、 空分布不均,多暴雨,为暴雨洪水和泥石流多发 基金项目: 国家908专项(908.01.WY01);海洋公益性行业科研专项(200805064) 作者简介: 吴涛(1979年生),男,博士,主要从事湿地生态环境遥感应用研究。E—mail:sdwutao@sina.corn 通信作者:蒋国俊。E-mail:j @zjnu.on;twu@zjnu cn 收稿日期: 2O12.05—04 1060 表3流域水系分支比计算 Table 3 the river system branching ratio 水道级别 水道数目 总长度/m 平均长度,m 长度比 育的晚年阶段。从面积积分曲线和河网分维指数 计算结果得出,大洋河流域都应处于河流发育的 晚年时期。此阶段河流下蚀作用弱,河口泥沙供 应减少,河口湿地也处于发育的老年期,面积不 再扩大,而在潮汐作用强烈地区,开始出现河口 湿地退化和海侵现象。 通过课题组已有研究发现,目前大洋河河口天 然湿地在萎缩与退化,天然湿地面积下降,湿地核 心区域面积缩减,湿地最大斑块面积指数下降,破 碎化程度加剧,湿地生境多样性减少等特征_1川。大 洋河河口湿地呈现的景观结构与本文结论相吻合, 即大洋河口湿地处于历史发育的晚年阶段。 3讨论 3.1 流域人类活动缩短河口湿地的演化进程。 河流中上游的筑坝、采砂,河口地区围海造田, 围海养殖等人类活动直接改变了河流的含沙量和 河口湿地的景观格局,加速了河口湿地自身的演化 速率,促使湿地加速萎缩与衰亡Ll7-18]。另一方面, 河流流域范围内的毁林开荒等农牧业生产活动,加 速了流域水土流失,增加了河流的泥沙含量,给河 口湿地提供了充足的泥沙来源,促使河口湿地植被 生长,暂时性增大湿地淤积速率,扩大湿地面积, 但从整个河口湿地地质发展过程来看,后一种行为 事实上是缩短了河口湿地的生长时间,加速了其灭 亡过程。 除此之外,河口地区的防洪建闸、围海工程、 人工种植湿地植被等行为改变着河口湿地的沉积 环境,改变湿地的生境状况,也影响着河口湿地生 态系统的自然生长演化过程LJ J。 生态环境学报第2l卷第6期(2012年6月) 3.2河口泥沙输入量的变化趋势是湿地生态健康 评价的重要指标之一。 河口泥沙输入量的变化是河口湿地生态健康 状态的重要标志之一。流域自然输沙能力主要通过 河流对河床的朔源侵蚀、底蚀和侧蚀来完成。一般 来说,在流域地貌发展早期至壮年期,流域溯源侵 蚀和底蚀强烈,河流泥沙含量高,保证了河口湿地 泥沙和营养物质来源,此阶段河口湿地扩展迅速, 湿地植被发育良好,该阶段为河口湿地生态系统健 康发育期。而在流域发育晚期,河流主要通过侧蚀 提供泥沙,其泥沙供应能力减弱,带至河口的营养 物质减少,河口湿地植被开始退化,湿地面积开始 萎缩,此阶段河口湿地处于“非健康”的衰亡期。 已有研究发现,密西西比河三角洲由于泥沙输 入量的减少,导致了该地区湿地植被出现退化,湿 地面积开始萎缩,而通过人工引渠输沙工程,采用 沉积物修复方法,对湿地生态环境的修复有显著的 效果 ¨。 4结论 4.1 河口湿地是一个自然演化的“生命体” 河口湿地作为一个独特的“活体”,有着其自身 的地理发育、成熟和衰老的生长过程。在河流流域 地貌发育早期,河流底蚀、侧蚀、溯源侵蚀强烈, 含沙量高,泥沙在河口地区沉降易形成河口湿地, 随着流域地貌发育到壮年期,河流泥沙含量输出稳 定,河口湿地面积继续扩张;到流域地貌发育晚期, 侵蚀减弱,河流含沙量减少,河口湿地缺乏稳定的 泥沙供应,逐渐萎缩、直至消亡。 4.2人类活动加速湿地自然演化速率 影响河口湿地发育的因素众多,从地理学来 看,主要有气候、流域盆地的地形、河流流量、沉 积物供应量、近岸波浪和潮汐等。从近期国内外研 究成果来看,泥沙输入量和人类活动一直是河口湿 地发展变化的主要影响因子。河流泥沙的输入量是 河口湿地的生态健康的保障。而人类活动不仅直接 影响河口湿地环境的物理、化学和生物组份,也间 接影响和改变河口泥沙的输人量及沉积环境。 4.3湿地保护与开发应以河口湿地发育阶段及地 质发育过程为基础 针对不同发育阶段的河流,在制定河口湿地保 护和修复措施时,必须充分考虑其地质发育特 征,的制定要符合其发展规律。总的来说,在 流域发展早期至成熟期间,河流泥沙供应丰富,河 口湿地处于生长发育阶段,应严禁在河口地区进行 大范围的围海、圈地工程,以保证河口湿地有其足 够的发展空间。而在河流发展晚期,泥沙含量减少, 河口湿地相应处于萎缩和退化阶段,此时河流中、 吴涛等:流域河口湿地生态健康与湿地发育关系研究 上游水工建设要注意泥沙截留问题,河口地区在建 立自然保护区的同时,应制定严格管理措施,禁止 将天然湿地转化为养殖用地、工农业用地,并可以 通过人工输沙和保护工程建设等人为活动对萎缩 和正在退化的河口湿地进行保护与修复。 参考文献: [1]COSTANZA R.The value ofecosystem services:putting the issues in perspective[J】ecological economics,1998,25:67-71. [2]RAPPORT D J.Evolution of indicators of ecosystem health[C]//Danil H.Ecological Indicators.Barking:Elsevier Science Publishers Ltd, 1992:l21 134. [3]崔保山,杨志峰.湿地生态系统健康评价指标体系I.理论[ 生态学 报,2002,22(7):1005—101 1. CUI Baoshan,YANG Zhifeng.Establishing an indicator system for ecosystem health evaluation on wetlands I.A theoretical framework[J] Acta ecologica sinica,2002,22(7):1005-1011 [4]崔保山,杨志峰.湿地生态系统健康评价指标体系II方法与案例fJ]. 生态学报,2002,22(8):1231-1239. CUI Baoshan,YANG Zhifeng.Establishing an indicator system for ecosystem health evaluation on wetlands II.An application[J].Acta ecologica sinica,2002,22(8):1231-1239. [5]2007 Wetland Health Evaluation ̄ogram Report Dakota county[EB/0L] ht ://www.mnwhep.org.2008. [6] RICHARDSON C J,K1NG R S,QIAN S S,et a1.Estimating ecological threshotds for phosphorus in the Everglades[J]. Environmental Science and Technology,2007,41:8084—8091. [7]Ladson A R,White L J,Doolan J A,et a1.Development nad testing of an index of stream condition for waterway management in Australia s[J]l Freshwater Biol,1 999,4 1:453-468. [8]王薇黄河三角洲湿地生态系统健康综合评价研究[D].山东:山东 农业大学,2007:1—65. WANG Wei.Wetlnad ecosystem healthy comprehensive estimate in the Yellow River delta[D]Shandong:Shandong agriculture university 2007:1.65. [9]付在毅,许学工,林辉平,等辽河 角洲湿地区域生态风险评价[JJ. 生态学报,2001,21(3):365-373. FU Zaiyi,XU Xuegong,L1N Huiping,et a1.Regional ecological risk assessment of in the Liaohe fiver delta wetlands[J].Acta ecologica sinica,2001,21(3):365—373. [10]叶青超.黄河流域环境演变与水沙运行规律研究综述[J].人民黄 河,1994,2:1~4. YE Qiongchao A summary of environmental evolution and water and sediment movement pattem in the Yellow river basin[J].Renmin Huanghe,1994,2:1-4. lO61 [1 1】张建华,大洋河流域水土流失成因分析Ⅲ.东北水利水电,2000,1: 35—36. [12 朱永清,李占斌,崔灵周.流域地貌形态特征量化研究进展[J1l西 北农林科技大学学报:自然科学版,2005,33(5):149.155. ZHU Yongqing,LI Zhanbin,CUI Lingzhou.The quantiifcation study of watershed topography characteristics[J].Jour of Northwest Sci—Tech Univ.of Agri and For(Natural Science ED),2005,33(5): 149一l55. [13]冯平,冯焱河流形态特征的分维计算方法[J]l地理学报,1997, 52(4):324—330. FENG Ping,FENG Yah.Calculation on fractal dimension of river morphology[J].Acta geographica sinica,1997,52(4):324-330. [14]王林,陈兴伟.基于DEM的流域水系分维计算与结果分析[J】.地球 信息科学,2007,9(4):133—137. WANG Lin,CHEN Xingwei.Study on relationship between extracted river network and fraetal dimension based on DEM【J]. Geo-information science,2007,9(4):133-137 [15]承继成,江美球.流域地貌数学模型[M].北京:科学出版社,1986: 50 65. 【16]吴涛,赵冬至,张丰收,等基于高分辨率遥感影像的辽东大洋河河 口湿地景观格局分析[JJ.应用生态学报,2011,22(7):1833-1840. WU Tao,ZHAO Dongzhi,ZHANG Fengshou,et al Changes of wetland landscape pattern in Dayang river estuary based on high-resolution remote sensing image[J].Chinese journal of applied ecology,2011,22(7):1833-1840 [17]Hart D Y,Li H Y,Yang Y F.13-diversity patterns of plant taxon in if‘agmented habitat islnads in a degenerated meadow in the Songnen Plains,China[J].Chinese Geographic Science,2009,19(4):375-381. [18]ZHAO R F,CHEN Y N,ZHOU H R,et a1.Assessment of wetland fragmentation in the Tarim river basin,western China[J]. Environmental Geology,2009,57(2):455-464. [19]韩大勇,杨永兴,杨杨,等.湿地退化研究进展[J]l生态学报,2012 32f4):1293—1307 HAN Dayong,YANG Yongxing,YANG Yang,et a1.Recent advances in wetlnad degradation research[J].Acta ecologica sinica,2012,32(4): 1293.1307. 【2O]徐东霞,王明全,章光新.人类活动对中国滨海湿地的影响及其保 护对策[J].湿地科学,2007,5(3):282—288. XU Dongxia,WANG Mingquan,ZHANG Guangxin.Impact of human activities on coastal wetlands in China[J]Wetland science, 2007,5(3):282—288. [21]Day J J W,Barrasd J,Clairaine E,et al Implications ofglobal climatic change and energy cost and availability for the restoration of the Mississippi delta[J].Ecological Engineering,2005,24(4):253-265. 1062 生态环境学报第2l卷第6期(2012年6月) The relationship between estuary wetland ecological health and river geographical development WU Tao ,-,ZHAO Dongzhi ,JIANG Guojtm ,SUN Yongguang ,XU Wei ,XIAO Cui 1.Geographic Environmental Science College,Zhejiang Normal University,Jinhua,Zhejiang 321004,China; 2.National Marine Environmental Monitoring Center,Dalian,Liaoning 116023,Chma Abstract:the estuarine wetland has its own geographical development,as a separate“live”.In this article,using the area integral curves and fractal dimension index,Calculating the DaYang iver rbasin development stage and estuarine wetland growth process and obtaining he tolflowing conclusions:(1)The early developmental stages of ifver basin topography,river erosion(consist of river end of erosion,lateral erosion and headward erosion)is s ̄ong,river sediment concentration is high,and sediment settlement in the estuary area is easy to form estuarine wetlands.Along with the watershed geomorphic development into the mature stage,the river sediment output is stability,estuarine wetland area continues to expand;In the later stages of basin landform development,erosion is weak and fiver sediment concen ̄ation reduced.The estuarine wetland gradually shrinks until the demise in the bend of he rtiver hydrodynamic effect.(2)human activiyt not only impacts directly On the estuarine wetlands of physical,chemical and biological components,but changes input and depositional environment of the estuarine sediment.Human activities directly or indirectly, actually shorten the development of esuartine wetlands,accelerated river esuarty wetland development process.(3)The protection policies and restoration measures must take full account of the characteristics of the geological history and development in the different developmental stages of the river estuarine wetland.Policy formulation must be itf for he trowtgh law. Key wards:estuary wetland;ecosystem health;wetland development;the Dayang ifver 更 正 本人在贵刊《生态环境学报》2011年11月18日出版的第20卷第11期发表的《广西罗城马尾松、杉 木、桉树人工林碳储量及其动态变化》一文中,由于一时疏忽,当时没能校正出一个错误来,现需要更正: 第1609页表2“巨尾桉、杉木、马尾松树木生长因子和生物量关系方程”中,关于杉木的回归方程, 枝= 0.038(D2 13H)0.9434,其中的“0.038”应该改为“0.0038”。另外需要说明的是,这只是在这篇论文的书写 .上错漏了一个“0”,但是在EXCEL计算过程中都是正确的,所以其他数据都是正确的。特此更正声明。 陶玉华