国际湿地科学研究的主要特点、进展与展望
3.3 湿地区古环境重建
湿地区古环境演变研究侧重高分辨率、高准确度和高精度研究。研究侧重提高采样与分析、鉴定与测试精度[18~24],如泥炭沉积物采样层位已经缩小到1 cm。运用多种方法提取信息,恢复区域古环境,如孢粉、藻类、化学元素、植物残体、O16、O18。运用多种测年方法相结合建立牢固的年代框架,如运用AMSC14、C14、Pb210、Cs137等[2,19~21]。根据湿地演化过程中提供的多种信息,详细重建了湿地区全新世的古环境详细过程与环境变化的韵律。近来尤其特别强调人类活动对古环境变化的影响与响应及其与湿地演化和古环境变化关系研究[3~8,18~22]。
3.4 湿地生态系统的生态过程与动态
湿地生态系统的生态过程研究是揭示湿地功能机理的关键。当前,湿地过程研究主要集中在以下方面:① 化学过程侧重研究各类湿地C、N、S、P等大量元素[26~37]、微量元素和Hg等重金素[38]循环,沉积物、枯落物的积累和降解及微生物在养分循环中的作用。侧重研究营养元素循环与生态功能的关系,重金属元素的富集、迁移和转化,湿地净化水质的过程与机理,杀虫剂与除草剂在湿地中的迁移与降解。增强了生态系统循环过程机制的理解[26~34]。构建湿地处理污水研究取得显著进展[4],污水处理设计与技术方法越来越完善。② 生物过程研究更加注意长期定位和模拟实验研究,如法国进行长达55年的监测研究,研究自然与人类活动对盐沼植被干扰及其响应[2]。美国对海岸盐沼进行30余年的监测研究,主要进行湿地植物生长、分解、积累过程与种群动态研究[29]。随着人类活动对湿地影响的加剧,人类活动与湿地动态变化关系研究成为新热点[3,4,19,37~40]。同时开展了物种迁移与基因流动过程对区域生态环境影响的研究。③ 物理过程仍是侧重湿地生态系统能量流动过程,将系统热力学、信息论及控制论等新兴理论应用于湿地能量流动研究[3~5,37]。研究方法上还有待改进,如湿地生态过程初级生产力研究,方法未能标准化,地下部分测定误差太大,不利于研究的开展及研究成果的比较[5,37]。非破坏性测定技术虽然还有一定缺欠,但为准确测定提供了美好的前景[3~5,37]。通过上述过程对湿地区域生态环境的影响与响应研究,揭示湿地生态系统的功能过程。
3.5 湿地生物多样性保护
湿地生物多样性研究比较薄弱。过去主要侧重湿地动、植物研究。现在有加强湿地浮游生物、无脊椎动物和一些微生物研究的趋势。在物种多样性研究方面,现在更注重开展景观多样性、生态系统多样性和遗传多样性研究的趋势。遗传多样性研究仍是生物多样性研究的难点与重点。各国相继开展湿地生物和环境的分类编目,确定有关动、植物中濒危动、植物的等级。查明湿地生物多样性下降的主要原因,并采取相应的保护对策。特别是在生物多样性的异地保护和就地保护技术与方法方面的研究成为热点中关键问题[2~5,7]。
3.6 湿地温室气体排放、温室效应和全球环境变化
全球气候变暖是近年人类密切关注的全球性环境问题之一。由于温室气体与全球环境变化关系密切,为公认的导致全球变暖的主要原因。迄今为止,湿地被认为是世界最重要的温室气体排放源,所以湿地温室气体研究发展很快,由以往简单的湿地温室气体排放规律研究向排放机制研究发展,从仅对少量类型湿地进行研究向多类型湿地研究,从短期监测向长期监测发展,从孤立的排放研究向排放与环境因子关系研究发展,从描述性研究向模型研究发展,从限于CO2和CH4气体研究向N2O、NO、NO2、CO等其它温室气体研究发展。主要侧重与不同类型湿地温室气体源、汇过程、通量与模型,不同水平温室气体排放的气候效应[41,42],全球环境变化对湿地生态系统结构和功能的影响。
3.7 湿地退化机制、退化湿地恢复与重建和人工湿地构建
湿地退化机制、退化湿地恢复与重建和人工湿地构建研究是湿地研究的又一个热点。美国、加拿大、澳大利亚、德国、英国、瑞典均深入开展此类研究[6,8,9,17,18,43~45]。最为成功的是美国和澳大利亚人工湿地构建[1,2,8,9,18]和佛罗里达大沼泽地退化湿地恢复与重建研究[8,43]。目前特别注意湿地退化机制、退化湿地生态恢复与重建和人工湿地构建理论研究,也加强退化湿地生态恢复与重建方法、技术和方案的示范推广等方面的探讨[43~45]。主要利用恢复生态学理论在考虑湿地生态系统的特点和功能的基础上,按照恢复生态学理论和方法进行研究。侧重湿地生境恢复技术,提高湿地基底恢复,湿地水文状况恢复和湿地土壤恢复。还进行湿地净化功能与环境容量研究,湿地营养负荷、循环过程、转化规律、迁移途径及其与水体富营养化的关系研究。研究退化湿地恢复与重建的生物学与生态学基础,湿地演替规律,不同干扰下湿地退化过程和机制,湿地退化的指示性标识,退化临界指标,退化景观诊断依据和评价指标体系[46]。还侧重湿地退化过程动态监测模拟与预报研究。研究的重点与难点是退化湿地的生态恢复关键技术[43~45,48,49]。
3.8 湿地生态系统健康
湿地生态系统健康是指湿地能够提供特殊生态功能的能力和维持自身有机组织的能力,它可以在不良的环境扰动中自行恢复。作为新领域的探索,虽然刚开始起步,但是进展很快。主要侧重湿地生态系统健康的概念,湿地生态系统诊断指标,湿地生态系统健康恢复,湿地生态系统健康研究时间与空间尺度[50~55],湿地生态系统设计和湿地生态系统健康的数量评价等领域研究。过去主要集中在化学与生物指标,现在又引进物理指标。除湿地的自然属性外,又将社会经济指标也纳入湿地健康研究范畴之内[51]。使湿地健康诊断指标更趋于完善。美国环境保护局(EPA)提出的一些指标在管理实践上效果良好[51]。研究将提高湿地健康的预警能力。以往研究还多侧重河流、湖泊与水库湿地,对沼泽湿地的研究近期才逐渐增多。
3.9 湿地评价
湿地评价主要包括湿地功能评价、湿地价值评价和湿地环境影响评价。目前致力于探讨评价标准和指标以及定级[50~54]。美国在湿地水文地貌分类体系的基础上提出湿地功能评价方法和快速湿地功能评价方法[50~54]。快速实地评价方法被认为是地景规划的有效方法,已被越来越多的国家和学者所采用。欧洲通过建立湿地系统共有的关键过程以及它们与功能的联系,测定湿地系统对外界干扰的恢复能力以及对这些干扰的反应,利用动力模型和定期的观测确定湿地功能分析阈值[10]。现在倾向于通过实验获得数据和指标,在此基础上进行评价。美国已经设立了以地景级别的标志来评价全国生态健康状态的长期趋势实验场,为湿地提供定量因子描述,这无疑将大大提高湿地评价水平[52]。定量评价是决策者决策的有力依据,定量评价方法一直为研究的热点。现在多采用市场经济法对实物进行直接评估,用费用支出法、市场价值法、旅行费用法及条件价值法评价非实物价值。对湿地功能价值则采用市场价值法、机会成本法、影子工程法和替代花费等进行评估。
3.10 泥炭地与泥炭开发利用
泥炭与泥炭地利用研究仍继续保持旺盛发展趋势,一大批新开发的新型泥炭产品和性能更好的泥炭生产机械设备不断问世,如泥炭处理废水产品等,不断满足市场需要,提高了工作效率[2,56,57]。泥炭地利用也取得了很好的成果,特别加强了采后泥炭地和人类活动过程对泥炭性质的影响及其机制研究[1~6,56,57]。不断应用新型仪器进行泥炭特殊性质研究,如利用近红外光谱仪进行泥炭能量测量取得可喜的进展[2]。泥炭萃取设备也取得新突破。新型的泥炭开采与产品生产设备性能更加优越。新型农业、园林和花卉业的泥炭复合肥料效果比以往同类产品更好,用于环保、工业、农业和医疗卫生的新型泥炭产品的质量也明显提高[55~56]。
3.11 湿地生态工程模式与管理技术
主要研究人工湿地建设的基础理论、工程工艺及管理等内容,侧重研究以湿地污水处理工程建设与管理技术为主的环境治理生态工程与技术,不断地发现处理污水效果更好的水生植物和处理新技术与新方法,并在生产实践上获得很高的效益[4,9]。如美国佛罗里达大沼泽地的湿地除磷生态工程,有效地除去地表水中过高含量的磷,使湿地重新为居民生活和生产提供清洁水源[8,56,57]。近年来,运用景观生态学、农业生态学的理论与方法加强湿地生态工程模式与配套管理技术研究,取得显著的经济、社会和生态效益[4,8,9,58,59],如中国三江平原湿地首创的“稻-苇-鱼”、在珠江三角洲建设的“桑基鱼塘”等湿地农业生态工程就是湿地生态工程模式与技术研究最突出研究成果之一[3,60]。
3.12 新技术、新手段与新方法应用
新技术、新手段与新方法的应用是湿地科学研究发展的动力源泉。3S(GIS、GPS、RS)技术越来越普遍地应用于湿地资源调查、湿地编目、湿地功能评价、湿地监测和湿地保护研究[61],在湿地景观动态和退化湿地监测方面应用,取得深入的研究成果。一大批新型高精度和高准确度的湿地自动监测仪器设备研制和普及应用,实现同步全天候地自动环境监测,推进了湿地生态过程研究。如湿地多功能水质自动观测仪(YSI)、湿地水文实验室(Hydrolab)和湿地自动水样采样器等仪器设备已形成功能各异、用途多样的系列化产品,湿地自动气候观测站使湿地环境长期连续监测成为可能。AMS碳同位素测年、210Pb、137Cs和氧同位素技术的应用,构建了湿地发育与演化的牢靠的时间框架,提高了古环境重建的精度[19~22],捕捉到了突发事件的发生年代。同位素示踪技术在湿地生态过程的研究,揭示了长期不能获得的某些生态过程的机理。数学方法与计算机技术应用湿地过程研究,建立了很多有科学价值的数学模型,深化了机理研究。网络技术加快了信息交流,缩短了空间的距离,实现不同区域同步对比。地理学、生态学、环境科学等学科的研究方法与技术不断地引入湿地学,使湿地学方法论不断完善,克服了湿地研究在深入、综合、定量和预测等方面的障碍。
本文是笔者于1999~2000年在美国杜克大学环境学院湿地中心作为高级访问学者和湿地专业博士后工作、参加“魁北克2000-世纪湿地大事件”活动、并作为主席组织与主持第六届国际湿地大会——湿地演化与发育学术会议期间,收集大量国际上最新湿地研究文献基础上完成的,得到杜克大学环境学院湿地中心主任Curtis Richardson教授、“魁北克2000-世纪湿地大事件”活动的主席Clatton Rubec先生和第十一届国际泥炭大会主席Gerry Hood先生的大力支持,特此致谢!
参考文献:
[1] 王文卿, 刘纯慧, 晁敏. 从第五届国际湿地会议看湿地保护与研究趋势[J]. 生态学杂志, 1997, 16(5): 72-76.
[2] Allan Crowe. Quebec 2000: Millennium Wetland Event Pr
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