氣候變化對濕地影響的研究

董曉玉 李長慧 楊多林 魏勝強 馬少忠

摘要?近年來，全球氣候變化以變暖為主，冰川融化、海平面上升、各種自然災害頻發、環境劣變，全球氣候變化嚴重影響了人類的生存和發展。濕地具有重要的社會、經濟和生態價值，與森林、海洋并稱地球三大生態系統，濕地生態系統所具備的獨特生態功能不僅與氣候變化密切相關，而且對氣候的變化較其他生態系統更為敏感。因此，從氣候變化對濕地面積分布和主要生態功能的影響進行論述，旨在為更好地保護和利用濕地生態系統以及應對氣候變化提供理論依據。

關鍵詞?濕地;氣候變化;面積分布;生態功能

中圖分類號?S-3;X?24??文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）23-0007-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.23.003

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the Impacts of Climate Change on Wetlands

DONG Xiao?yu1， LI Chang?hui1， YANG Duo?lin2 et al

（1.College of Agriculture and Animal Husbandry， Qinhai University， Xining，Qinghai 810000;2.Qilian County Forestry and Environmental Protection Bureau， Haibei， Qinghai 810400）

Abstract?In recent years， global climate change has been dominated by warming. With extreme weather and natural disasters such as melting glaciers and rising sea levels， global climate change has seriously affected the survival and development of human beings， and the uniqueness of wetland ecosystems. Wetland has important social， economic and ecological values. It is also called the three major ecosystems of the earth and forests and oceans. ?Ecological functions are not only closely related to climate change but also sensitive to climate change .Therefore， this paper discussed the impact of climate change on wetland distribution and main ecological functions， aiming to provide a theoretical basis for better protection and utilization of wetland ecosystems and for addressing climate change.

Key words?Wetland;Climate change;Area distribution;Ecological function

濕地是陸地與水體的過渡地帶，在全球范圍分布廣泛，因其擁有獨特的自然景觀和豐富的生物多樣性，能為人類提供重要的社會、經濟和生態價值而被稱作“生物超市”和“地球之腎”[1-2]。

在全球氣候變化背景下，地球系統出現了一系列客觀現象，例如，干旱、洪澇、土壤沙漠化日益嚴重等。IPCC第四次評估報告明確指出，全球氣候變化以變暖為主，從而導致出現冰川融化、海平面上升、自然災害頻發、環境劣變等現象，并且在未來全球氣溫仍然有持續上升的趨勢[3]。由于濕地生態系統及生態功能的復雜性，濕地生態系統對氣候變化較其他陸地生態系更加敏感[4]。目前，國內外對于氣候變化與濕地之間關系的研究較多，普遍認為濕地與氣候變化之間是相互影響、相互作用的[5]，根據前人的研究結果，可將其簡要概括為以下幾個方面：首先，全球氣候變化與濕地消長有密切關聯，其對濕地的影響作用主要體現為，一方面氣候變化可以改變濕地的能量和物質循環，另一方面，氣候變化對濕地動植物也有顯著影響，這一影響將使得濕地的分布、生態功能及生態系統結構發生重大的變化[6];其次，濕地作為重要的“儲碳庫”，儲碳量要遠高于其他生態系統，根據調查報告顯示，濕地儲存碳大約 525 Gt，占全球碳庫的35%左右，可見濕地在全球碳循環中具有重要的作用[7]。而在濕地的儲碳量中以濕地土壤和泥炭地的儲存量最高，濕地土壤中的碳占土壤總蓄積量的 11%，所以濕地土壤中碳的變化對濕地生態系統碳循環有深刻的影響，特別是在對溫室氣體（CO2、CH4）的固定和釋放中有重要影響。濕地通過植物的生長、死亡和動植物尸體的分解富集養分，最終形成富含有機質的土壤和泥炭層，對全球碳固定有積極作用;同時，濕地植物群落通過光合作用吸收CO2將其固定為有機物質的同時可釋放出大量的O2，所以濕地可以有效地調節大氣組分[5]。濕地作為大氣中各溫室氣體的“源”“匯”，濕地生境本身也會排放出溫室氣體，轉化成CO2、CH4、NH3等回到大氣中。近年來，人為干擾和氣候變化加劇使得濕地生態系統平衡被打破，從而導致濕地發生“源”“匯”轉化，碳物質釋放大幅度增加，加速了全球氣候變暖進程。因此，研究氣候變化對濕地的影響對未來全球氣候變化大背景下濕地的適應性管理和緩解氣候變化帶來的影響具有重要的意義[6]。

濕地所具有的重要功能和價值以及它為全球提供的社會、經濟和生態效益不言而喻。但是目前由于氣候變化和人類活動兩大因素的影響，濕地正在快速消失，有研究表明，氣候變化是導致濕地面積減少生態系統退化的主要因素[8];調查顯示，1970—2015年，全球近35%的濕地消失并且消失速度是森林的3倍。目前，濕地面積快速減少的同時，還伴隨著水體污染、生物多樣性下降和物種入侵等威脅，所以在應對氣候變化過程中，人們應該清楚地認識到濕地在減緩和適應氣候變化方面的重要作用，從而進一步加大力度保護濕地，減少濕地流失和濕地持續退化，恢復濕地生態系統，更好地利用濕地生態系統來積極面對氣候變化[9]。筆者通過探究氣候變化對濕地面積、空間分布以及濕地水文等主要生態功能的影響，進一步揭露氣候變化對濕地生態系統的重要作用，旨在為未來濕地保護和緩解氣候變化提供一定的理論依據。

1?氣候變化對濕地面積和分布的影響

影響濕地面積和分布的主要氣象因子有氣溫、降雨量和蒸發量;但在研究氣候變化對濕地生態的影響時，不能只考慮單一氣候因子對濕地的影響，應綜合考慮多種氣象因子[4]。相關研究表明，濕地面積一般與氣溫負相關，與降水量、相對濕度正相關，氣候變化對濕地面積和分布所產生的影響因所處地域不同也存在一定的差異[10-11]。干旱區和半干旱區對氣候變化極為敏感，降水量的增加可以在一定程度上緩解濕地面積的減少，但在干旱和半干旱地區由于受季風的影響，蒸發量顯著大于降水量，濕地面積呈現萎縮趨勢[4]。陳克林等[5]認為降水減少將大大改變濕地面積，20世紀70年代，由于降水量較少，導致尕海湖面積減少，降低了上游泥炭地的水位，使得泥炭地退化。紀玲玲等[12]通過研究氣候變化對北方泥炭地的影響時發現全球氣溫變暖，永久凍土開始融化，北半球凍土的南部邊界開始北移，這一變化不僅會改變區域水文和地貌特性而且會影響碳循環過程，凍土層的減少會直接導致泥炭地的減少，使大量CO2不斷釋放到大氣中。國外學者曾對半干旱區以水生植物為主的濕地對氣候的響應進行研究，同樣認為半干旱區氣溫的升高與濕地面積的減少呈負相關，其研究表明在氣溫升高3～4 ℃后，濕地將會在5年之內減少70%～80%[13]。

濕潤區和半濕潤區的降水量要遠遠大于干旱區和半干旱區，因此，濕潤區和半濕潤區的水文循環要較干旱區和半干旱區活躍。李鳳霞等[14]對長江源頭氣候變化對濕地影響進行研究，發現長江源頭氣候自1990年以來呈現暖濕化趨勢，即氣溫升高，蒸發量小于降水量，使得濕地面積有明顯的擴展，濕地面積在十年內增加了353.22 km2。但在進入21世紀以來在全球氣候變化大背景的影響下，長江源頭氣溫依然處于上升的趨勢，降水量卻出現下降的趨勢，全年的蒸發量明顯高于降水量，僅在2000—2004年濕地面積減少了20.57 km2。受全球氣候變化的影響，預計到2050年，大興安嶺地區濕地面積消失30%，到2100年將約有60%的濕地消失[15]。在半濕潤區氣候呈現暖干趨勢，氣溫上升，降水量下降，蒸發量增加，水源不能及時供給，水位持續下降使得半濕潤區濕地面積出現萎縮現象，更嚴重的是濕地將會向草地和耕地進行轉變，進而影響濕地生態功能和生態環境[16]。

2?氣候變化對濕地生態功能的影響

2.1?氣候變化對濕地水文的影響

水文條件是濕地形成過程中最重要的影響因素之一，不同的水文條件會形成不同的濕地類型。濕地水文在濕地物質循環方面具有重要的作用，是影響濕地生物組成的關鍵因素[17]。濕地水文不僅在濕地生態系統和生態功能中有重要的作用，而且對于氣候變化具有高度敏感性和重要的反饋作用。濕地水文的一系列變化勢必會導致濕地生態系統退化、生態功能下降，引發一系列濕地生態環境問題。降雨、地表徑流和地下水為濕地的主要水源，近年來由于全球氣候變化，各地區降雨量和蒸發量明顯改變，引發水資源在時空上被重新分布導致降水模式降水量等發生改變，使濕地水源補給減少，從而影響濕地生態環境 [18-19]。氣候變化對濕地水文的影響主要表現在以下兩方面：①氣候變化改變了水文循環和大氣環流過程，這一變化不僅導致降雨總量發生變化，更嚴重的是降水強度和頻率以及降水量時空分布不均，使自然災害頻發，對濕地物質、能量循環和水資源收支平衡產生影響，進而影響濕地水文過程和水循環[20-21];②氣溫升高，相應的蒸發量增大，導致干旱的大面積出現，各方面的用水需求增大，間接減少了濕地水文補給，從而改變濕地的蒸散、水位、周期等水文過程[22]。

由于濕地類型的多樣性和生態系統內部的復雜性，不同類型濕地水分狀況明顯不同，各地區濕地水文水資源對全球氣候變化的響應也不盡相同[23-24]。沼澤濕地的唯一補給水源是來自降雨，相應的該類型濕地對氣候變化的響應較為敏感[25-26];國外相關研究發現，沼澤濕地由于降雨減少和地下水位下降，濕地面積銳減，濕地環境和濕地生態功能明顯退化[27];Banaszuk P等[28]研究表明，氣候變化是引起內陸河流域濕地水文水資源量變化的主要原因，例如在波蘭境內的雷夫河流域，夏季氣溫升高、降雨量下降，導致流域內蒸發量增加了7%左右，地表徑流量減少，導致流域內濕地地表水下降了60 cm左右，濕地土壤含水量也急劇降低。在高海拔及北方高緯度地，春夏季融雪徑流是濕地水資源的主要補給來源，但近年來由于氣候變化導致冬季徑流增加，而春夏季徑流量明顯減小，水文循環現狀發生改變，引起濕地水量的時空分布特征及可利用性受到顯著影響，導致以春夏季融雪徑流為主要補給方式的濕地對氣候變化的響應更為敏感[24]。內陸湖泊濕地水資源的主要補給來源是降水，更容易受到氣候影響，對氣候變化所引起的降水量和蒸發量之間的差額變化尤為敏感[20]。我國西北干旱和半干旱區受氣候變化的影響，大部分內陸湖泊水體向鹽堿化和萎縮方向發展，若河川徑流變化不明顯，平原湖泊由于水體蒸發量增加，將會加快萎縮濕地水文水資源的變化，對濕地生態環境、生態功能產生重大的影響。

2.2?氣候變化對濕地土壤的影響

濕地土壤是外部環境要素長期相互作用的產物，是構成濕地生態系統的又一重要環境因子，在濕地生態系統發揮其生態功能的過程中起著關鍵的不可替代的作用。濕地作為重要的“儲碳庫”，研究表明試點土壤和泥炭地其單位面積碳儲量在各種生態系統中最高，而濕地土壤中的碳儲量可占土壤總蓄積量11%，所以濕地土壤中碳的變化在濕地生態系統碳循環中起著關鍵性作用。但隨著全球變暖，氣溫和大氣中 CO2濃度升高，導致土壤溫度升高，加速了土壤中植物殘體的分解速率，使產生的 CO2或者 CH4釋放到大氣中去，濕地土壤碳庫通過呼吸作用釋放出的CO2雖數量微小但對于大氣中的CO2含量變化有重大的影響，將有可能進一步影響氣候的變化。所以濕地土壤中碳的變化在 CO2、CH4等溫室氣體的固定和釋放中起著重要作用[29-30]。通過對東北地區長期淹水沼澤和三江平原沼澤CH4排放通量的研究發現，濕地排放出的CH4因土層溫度的增加呈現指數增加趨勢，尤其是隨著5 cm深度土壤溫度的增加CH4排放量顯著增加。這與氣溫上升土壤溫度升高加強了土壤微生物活性、根系分泌物為甲烷菌提供了豐富的碳源有一定的關系。而在非長期淹水的濕地中，溫度升高與濕地CH4排放量成正比，在降低濕地土壤含水量和地下水位的同時，CH4排放量也會下降[31]。沼澤濕地受人類活動和氣候變化的影響，其生物、化學過程以及物質循環明顯改變，這些環境因子的變化對土壤呼吸產生強烈的影響[32]。相關研究表明，原生沼澤濕地退化為草甸的過程中，土壤有機質含量顯著降低，這是由于退化過程中土壤通氣性增強，泥炭化、潛育化過程減弱，加速了有機質的分解過程。經估算表明，濕地退化為草甸的過程中有機氮和碳的79.67%、89.40%主要通過硝化作用以 CO2、NO2等溫室氣體的形式釋放到大氣中，溫室效應加劇，導致全球出現持續變暖的趨勢[33]。

2.3?氣候變化對濕地生物多樣性的影響

濕地由于其生態功能的復雜性，為多種動植物包括一些瀕臨滅絕的生物提供棲息和繁衍的場所，是有著生物豐富多樣性的重點區域。氣候變化使濕地生態環境惡化，導致生長和棲息于濕地中的生物生境發生改變，濕地生物多樣性受到嚴重威脅。

2.3.1?氣候變化對濕地植物的影響。

濕地植被作為濕地生態系統的重要組成部分，從濕地植被的結構、功能和生態特征能綜合反映濕地生態環境的基本特點和功能特性[34]，全球氣候變化對濕地植物也產生了一定的影響，主要表現在：①影響植物的正常生長過程，氣候變化導致降雨量和降雨的季節性分布不均，對植物將產生較大的影響。氣溫過高使一些水生雜草例如水葫蘆、千屈菜生長迅速，和水中其他的水生植物進行氧氣等養分的爭奪，影響其他水生植物的生長和繁殖，同時水葫蘆等雜草的瘋長會擋住陽光照射到水下，使水下植物不能接受充分的光照進行光合作用而死亡[35]，明顯降低浮游植物的生產率，使生物多樣性遭到嚴重破壞生態平衡受到威脅。②氣候變化對植物群落和種群數量也有顯著的影響，隨著濕地的退化，在各個不同的環境因子的協同作用下，植物群落結構也會不斷發生變化，同時氣候變化影響不同植物種群生長，從而改變種群競爭的相互作用過程[30]。由于氣候變暖引起凍土層消融，土壤表層水分減少，使土壤結構、組分發生變化，從而使高寒沼澤濕地向高寒草甸等方向退化，濕生性植物逐漸減少，優勢植物種群發生演替，中生或中旱生植物逐漸在群落占據優勢，最終高寒沼澤植被將被高寒草甸植被所替代，一些適應高寒環境的遺傳基因也因高寒生物物種資源的滅絕而可能消失。所以氣候變化引起的生物群落的變化，有可能導致一些種群的消失和一些種群出現新的變種[36]。

2.3.2?氣候變化對濕地動物的影響。

同濕地植物一樣，濕地動物也會受到全球氣候變化的影響，一些珍貴的濕地動物因受到氣候變化的影響，變得稀有甚至會瀕臨滅絕。氣候變化會引起濕地水資源化學物質組成的改變，例如溶解氧量、pH、營養物質濃度等。魚類和兩棲類動物對棲息地環境的變化尤為敏感[37]，氣溫升高，溶氧量的下降，魚類、兩棲類動物種群數量呈現下降的趨勢。氣溫的上升和降水量的減少導致濕地生態系統遭到破壞，從而對這些動物的正常生長繁殖造成一定的威脅。同時濕地作為許多鳥類的棲息地和停留地，為許多鳥類提供了良好的越冬生境。超過80%的遷徙鳥類會把濕地作為它們停靠地點。氣候變化對鳥類的影響主要體現在，一方面氣溫的變化會影響鳥類的繁殖速率，進而影響其種群數量[38];另一方面區域降水量年內和年際變化會影響鳥類對于濕地的依賴程度，例如在一些濕潤區，季風可以帶來水資源和一些鳥類食用的營養物質，則該區的鳥類數量呈明顯的增加趨勢;而降水量的減少濕地面積萎縮使得鳥類數量明顯下降，最終會導致一些依賴濕地生存的鳥類面臨失去棲息地和停留地的危險。

3?結語及展望

濕地被稱為“地球之腎”，由此可見它對于人類生產生活以及動植物生存的重要性。全球變暖是不爭的事實，氣溫升高、降水量的季節性分配不均和極端天氣與自然災害的頻發對濕地生態系統產生了嚴重的影響。全球氣候趨向暖干化方向發展，降水量的減少導致濕地面積萎縮;氣溫升高、降水量減少、蒸發量的增加影響濕地地表徑流、地下水位等水文過程。濕地土壤中的碳儲量可占土壤總蓄積量的11%，全球變暖使大氣中CO2濃度升高，導致土壤溫度升高加速了土壤碳庫通過呼吸作用釋放出的CO2量，所以濕地土壤對溫室氣體的固定和釋放起著重要的作用;氣候變暖，降水量減少導致濕地退化和濕地生境質量下降濕地生物多樣性受到威脅，濕地生物種群數量下降。

綜上所述，氣候控制著濕地的消長，進而影響濕地生態系統，濕地生態系統的變化會進一步加快氣候變化的速度，所以氣候變化和濕地變化相互影響、相互作用。通過分析當前國內外的研究現狀，今后關于氣候變化與濕地的研究重點應側重于以下幾個方面：①對于保護和利用濕地應在掌握氣候變化的前提下進行，在氣候變化中應該清楚地認識到濕地在減緩氣候變化方面的重要作用;②由于濕地生態功能的復雜多樣性，濕地生態系統與氣候變化和其他環境因素之間的關系也是錯綜復雜。近幾年，雖然國內有關濕地的研究已取得了一些初步的成果，但仍然存在不確定性，因此，在未來全球氣候變化對濕地影響的研究中要重點考慮外圍氣象因子和濕地水文、土壤之間的相互的系統的關系，定性定量分析氣候變化和濕地的生態過程及生理機制;③根據目前的研究成果，不僅要考慮氣候變化是如何影響濕地各種機制變化的，還要考慮如何降低或減緩濕地對氣候變化所帶來的負面效應，認真分析探討濕地對于氣候變化的響應及其反饋機制，以期為緩解氣候變化帶來的負面影響提供重要的依據。我國作為濕地大國，對于濕地的保護、修復和合理利用將會直接影響全球可持續發展的未來。所以，應進一步加大力度保護濕地，減少濕地持續退化，保護和恢復濕地生態系統，更好地合理利用濕地來積極面對氣候變化。

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