城市濕地生態系統的恢復與評價

李永麗，殷昊源

(1．河南省水文水資源局，河南 鄭州450003;2．鄭州黃河工程有限公司，河南 鄭州450003)

(責任編輯 徐素霞)

城市濕地是城市生態系統的重要組成部分，具有獨特的環境和生物組成特征以及城市其他生態系統不可替代的多種生態服務功能，被認為是陸地生態系統的最佳利用方式［1］。與自然濕地相比，人類更強烈地影響城市濕地的水文特征、物理結構和生態環境。目前，城市濕地正面臨著最為嚴重的生態問題，如濕地面積減少、功能退化、生物多樣性降低、水質改變、富營養化、外來物種的入侵等。城市濕地的退化、消失與城市化密切相關，如北京從20 世紀60年代至70年代中期，有8 個湖泊共計33．4 hm2濕地面積被填沒，具有500年歷史的護城河現在剩下的總長度不到原來的一半［2］。美國農業部的調查顯示，在所有被調查的流域中，濕地的喪失幾乎都與城市化有關，美國已喪失了58%的濕地［3］。

城市如何在發展中保護現存濕地以及如何恢復已受損的濕地，實現人與自然的和諧共存與發展，成為亟待解決的問題。本文對城市濕地面臨的生態問題進行了診斷，并探討了城市濕地恢復的模式、措施和恢復效果的評價理論與方法。

1 城市濕地生態問題診斷

城市濕地受自然和人為雙重因素(特別是人為因素)的影響，其生態學屬性已經留有人工改造的痕跡，面臨許多嚴峻的問題。

(1)人工化特征明顯，人為干擾的強度大。在城市建設過程中，大部分城市都對河道進行了裁彎取直，河湖管理部門為減少河湖水量的蒸發、滲漏損失，對城市河湖用混凝土進行了襯砌，諸如此類大量的城市建設工程、河湖整治工程等，使得目前絕大部分的城市濕地都帶有非常明顯的人工化特征。此外，城市濕地還不斷遭受到人類活動的干擾，例如污染、生境破壞及土地利用類型改變等。

(2)面積萎縮，內部生境破碎化，生態系統完整性遭到破壞。城市濕地受不合理的城市水利工程、河湖改造工程和城市建成區擴張的影響，一方面造成城市濕地自身生態系統破碎化，另一方面使其與周圍環境割裂，導致城市濕地面積減少，分布不均勻，形成孤島式的生境斑塊，妨礙了城市濕地之間及其與周圍環境間物質、能量及信息的交換［4］;濕地內部生境的破碎化較為嚴重，如河湖岸襯砌、河湖底硬化等，都使城市濕地生態系統失去完整性。

(3)水量短缺，水質污染嚴重。近年來由于城市水資源的日益匱乏，人類生產、生活用水擠占生態用水的現象十分嚴重，因此保證濕地生態用水是其功能得以發揮的前提和保障。此外，城市的快速發展使得大量的工業廢水、生活污水、生產與生活垃圾等大量污染物質排入河流、湖泊等城市濕地中，外源性營養物質(主要是氮、磷)負荷的過量輸入，造成水生生物大量繁殖，引起水生態系統失衡，加劇了水體富營養化，部分水體甚至還出現了水華。

(4)物種多樣性降低，優勢物種瀕危。城市的快速發展使得濕地資源遭到掠奪式的開發利用，濕地的生物資源和生境因此受到不同程度的破壞，導致生產力下降、生物多樣性降低。在城市濕地恢復過程中，盲目引進外來物種，導致土著種的滅絕，更給濕地生物多樣性帶來了威脅。此外，人類活動導致濕地生境的破壞，也給濕地優勢物種帶來很大威脅。

(5)濕地功能嚴重退化。城市濕地的消失和生態退化，導致濕地生態系統結構性、整體性和自然性的破壞，進而導致生物多樣性和生產力降低，濕地生態服務功能下降。

2 退化城市濕地生態系統的恢復

針對受損的城市濕地，有必要對其進行生態恢復。濕地恢復是指通過生態技術或生態工程對退化或消失的濕地進行恢復或重建，以再現干擾前的結構和功能，以及相關的物理、化學和生物學特性，使其發揮應有的作用，并實現濕地生態環境的良性循環，為人類提供可持續利用的生活資源和種質資源［5］。在我國，許多地區都開展了城市濕地的恢復研究［6－8］，松花江流域的長春、哈爾濱，海河流域的天津，黃河流域的濟南，長江中下游地區的杭州、上海等，西北地區的西安，以及青藏高原的拉薩拉魯濕地區，都實施了城市濕地恢復的重大生態工程。

2．1 恢復模式

由于城市濕地的類型不同、退化程度不同，為達到最佳的投入產出效益，在具體實施濕地恢復時，應根據濕地水環境特點、濕地污染類型、污染物遷移轉化特征以及濕地生態系統的功能特征制定恢復目標，選擇相應的恢復模式，并制定詳細的恢復方案。

(1)自然恢復。沒有任何人為的撫育恢復措施或其他活動的影響，讓退化生態系統自我恢復。

(2)低人工干預恢復。主要依賴于生態系統的固有演替潛力完成生態系統的恢復。可通過人工建立一定的理化環境條件，或人工輔助引進一些關鍵物種源，適“機”地促進生態系統結構和功能的形成，從而在一定程度上誘導、增強退化生態系統的恢復潛力。

(3)適度人工干預恢復。依據生態系統演替狀況和一定的人類價值目標，以一定頻率、強度和不同方式的正向干預來調節、修復、補償、重建其原有的演替能力，生態系統可以沿原有演替路徑或其他路徑演化，能夠形成一定的生態系統結構和功能。

(4)高度人工干預恢復。依據人類自身的價值目標需要，在頻率、強度和方式上，強烈干預和控制其演替，最終形成人類所期望的生態系統結構和功能，并具有一定的經濟、社會效益。

2．2 恢復措施

濕地的恢復措施通常包括工程措施、生態措施和管理措施。工程措施是實施生態措施的前提和條件，適當的工程措施可以改善濕地生態系統的地表基質和環境條件，為生物生長創造條件;而管理措施可以為工程措施和生態措施的實施提供必要的保障。在實際應用中，多采用工程措施、生態措施和管理措施相結合的方針，可大大縮短生態恢復的時間。

(1)工程措施。工程措施是在人為干預下，建造有利于生態修復和污染削減的各種工程，實現對污染水環境的治理。在城市濕地污染修復過程中，根據引起濕地生態系統退化的原因，通過一定的人工設計工程，消除各種不利因素的影響，從而改善地表基質和環境條件，為生物生長創造條件，是目前濕地污染修復中較常用的方式之一。常見的濕地恢復工程措施有:退耕還濕工程、保護區水源補給工程、水質改善工程。

(2)生態措施。生態措施屬于生物修復技術應用的范疇。生物修復技術主要是利用濕地植物的凈化功能來實現污染治理的目的，一方面可以將濕地中的污染物質轉移到濕地植物中，形成濕地植物的生物量，使得水體中的污染物濃度降低，水環境質量得以改善;另一方面，對濕地植物進行收割還可以獲取經濟價值。近年來，隨著研究的不斷深入，有學者嘗試利用生物膜技術治理水環境，主要用于濕地水環境中重金屬污染物的去除，這同樣屬于生物修復技術的范疇。

(3)管理措施。管理措施主要包括生態系統管理和保護、立法及教育。通過建立濕地修復示范區或自然保護區，并對濕地保護進行立法，做到利用法律保護濕地生態環境。另外，在恢復過程中，往往僅有政府、專業部門、專家學者等參與其中，而公眾缺乏參與機會，只有通過大力的宣傳教育，使城市居民切實認識到濕地的功能和濕地在區域生態環境平衡中所起的重要作用，將濕地環境改善、濕地生態系統恢復與公眾利益統一起來，才能促進公眾參與恢復的積極性;同時應努力為公眾提供參與濕地恢復的機會和渠道，從而推動濕地恢復工作的開展。

3 城市濕地生態恢復效果評價

以什么指標衡量濕地恢復和達到何種程度可算濕地恢復成功是生態恢復過程中人們較為關心的問題，其中，關鍵是指標體系的建立和參照系統的確定［9］，其直接影響評價結果的合理性與科學性。陳波［10］對恢復評價體系關注的3 個方面做了論述，通過選擇參照系、構建評價指數、建立響應構建了理論評價體系。目前，大多研究還集中在恢復理論和恢復措施的研究上，關于恢復的評價標準尚不統一，關于恢復效果的評價多為單一因子恢復前后的簡單比較，如生物數量和種類的變化、水環境質量改善等［［11］。本研究從外部環境要素、生物生態要素和社會經濟要素3 個方面構建了3 個層次的指標體系，并提出恢復潛力指數、恢復指數和恢復速度用以直觀地評價恢復效果。

3．1 評價指標體系的構建

城市濕地生態系統的狀況隨系統內部物理、化學及生物因素的變化而改變，同時又受到周圍環境及人類活動的影響。評價指標除具備一般指標體系設計所要求的科學性、代表性、綜合性和可操作性之外，還應有較強的可比性，能對城市濕地生態系統的初始狀態和最適狀態作出準確描述，可以指示生態系統的變化程度，且對生態特征的變化具有敏感性。應以國家水資源、環境及其相關部門規定的監測數據為主，選取定量和半定量化指標。遵循以上原則，綜合考慮城市濕地生態系統內部及周圍環境、人類活動對城市濕地的影響，從外部環境要素、生物生態要素和社會經濟要素3 個方面進行篩選，構建了3 個層次的城市濕地生態恢復評價指標體系(表1)。

表1 城市濕地生態恢復評價指標體系

3．2 參照系統的確定

城市濕地生態系統由于受到人類活動的強烈干擾，要恢復到受干擾前的原始狀態是不現實的，而且選用歷史資料進行對照也存在歷史資料信息不全的問題，因此應將健康的生態系統作為城市濕地生態恢復的目標。健康的生態系統不一定是原始的生態系統，但它必須是一個相對完整的生態系統［12］。城市濕地生態系統的健康特性包括5 個方面:①結構完整性;②功能協調性;③穩定性;④開放性;⑤景觀美學性。根據城市濕地生態系統的健康特性，綜合考慮城市濕地生態系統的復雜性、多樣性，確定評價的參照系統。

3．3 評價模型

3．3．1 評價指數

(1)恢復潛力指數(RP):退化城市濕地組成、結構、功能上與參照系統的差異程度。

(2)恢復指數(RD):退化生態系統通過自然和人工恢復過程在組成、結構、功能上與參照系統的相似程度。

(3)恢復速度(RS):單位時間內恢復指數(或各特征指標恢復指數)向參照系統方向發生的位移。

3．3．2 計算方法

假定A 是恢復前的退化城市濕地生態系統;B 是評價時刻處于中間狀態的城市濕地生態系統，是一個隨時間推移變化的動態系統;C 是參照系統，即恢復成功后設想達到的參照系統。X1，X2，X3，…，Xn是A、B、C 的共同特征，即所選取的評價生態恢復的n 個指標，則A 到B 的絕對距離為B(Xi)－A(Xi)，A 到C 的絕對距離為C(Xi)－A(Xi)，其中i=1，2，3，…，n。

A 系統，i 特征指標的恢復潛力指數為

B 系統，i 特征指標的恢復指數為

采用層次分析法確定各指標值的權重。設各評價指標X1，X2，X3，…，Xn分別對應的權重為ω1，ω2，ω3，…，ωn(ω1+ω2+ω3+…+ωn=1)，則A 系統的恢復潛力指數為

A 到B 的恢復指數為

恢復速度為恢復指數/恢復時間，即

式中:T 為評價時刻;T0為恢復措施實施前的時刻。

通過以上模型，可以計算出目標層和各要素層的恢復潛力指數、恢復指數、恢復速度。不同特征指標的恢復指數可以反映該指標對生態系統恢復的貢獻和重要性，從而明晰影響生態恢復的關鍵因子，為恢復措施的調整提供科學依據。

4 結 語

城市濕地是一個生態價值與人類價值相統一的整合性的概念，隨著城市的發展，人們要求城市濕地提供越來越多的服務功能，因此對于受損城市濕地要積極地進行恢復，恢復時應根據濕地水環境特點、濕地污染類型、污染物遷移轉化特征以及濕地生態系統的功能特征制定恢復目標，選擇相應的恢復模式，采用工程措施、生態措施和管理措施相結合的綜合恢復措施，才能達到抑制濕地退化和恢復濕地健康的目的。

城市濕地的生態恢復評價是一個正在逐步發展完善的理論體系，其應用目前還存在諸多爭議。對于城市濕地生態系統恢復成功的判定及量化評價指標體系，目前尚未有統一的認識。這一方面是由于城市濕地生態系統的復雜性、多樣性造成的，另一方面也說明對濕地生態系統退化和恢復的研究尚不夠深入，仍需要進一步深入研究濕地退化的機制、特征和規律。

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