我国湿地学科建设与发展的若干问题探讨

刘兴土，姜 明，文波龙

（中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130012）

我国湿地学科建设与发展的若干问题探讨

刘兴土，姜 明，文波龙

（中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130012）

湿地科学是由地理学、生态学、水文学、生物学、环境科学等多学科融汇的边缘交叉科学，是研究湿地生态系统结构、功能、形成演化规律及保护与利用的科学.中国湿地研究最早起步于全国范围内沼泽和泥炭资源的综合考察，目前则更多在沼泽湿地、湖泊湿地、河滨河口湿地、海岸红树林湿地等不同类型湿地方面开展了基于生态过程的研究工作，在湿地概念、湿地分类、湿地系统综合研究、湿地与全球变化、湿地恢复及工程湿地建设等研究领域取得了重要研究进展.未来我国湿地研究还要进一步界定湿地的科学概念，建立完善的湿地学科体系；加强湿地水、土、生物的三大要素及其相互关系的综合研究；强化湿地生态水文、湿地对全球变化影响与响应、退化湿地恢复的理论、技术与途径研究；开展湿地保护、管理与资源可持续利用的研究与示范.

湿地概念；生态过程；湿地系统；湿地与全球变化；退化湿地恢复

1 我国湿地研究与学科发展现状

1.1 湿地研究与学科建设现状

湿地科学是地球科学的一个分支，是由地理学、生态学、水文学、生物学、环境科学等多学科融汇的边缘交叉科学，是研究湿地生态系统结构、功能、形成演化规律及保护与利用的科学.湿地科学可分为湿地学、湿地生态学、湿地资源学、湿地环境学、湿地管理学以及湿地工程学等，其中湿地生态学是湿地科学的核心.中国湿地研究起步于20世纪50年代，1958年，中国科学院确定沼泽为新成立的长春地理研究所（现中国科学院东北地理与农业生态研究所）的主攻方向与特色；同期东北师范大学地理系沼泽研究室成立，两者成为中国最早的研究沼泽机构.从20世纪60～80年代，中国科学院长春地理研究所的科研人员以及东北师范大学等科研、教学部门，展开了全国范围内沼泽和泥炭资源的综合考察，先后对若尔盖高原、东北地区、西藏、新疆、横断山区的沼泽和泥炭进行了综合考察[1－6].同时中国科学院南京地理与湖泊研究所、南京大学、华东师范大学河口海岸研究所、厦门大学等科研单位及高校也在湖泊湿地、河口湿地、海岸红树林湿地等方面做了大量的研究工作[7－9].

在 Web of Science（v 5.3）文献数据库中，利用Thomson Data Analyzer（TDA）检索1899—2010年间所有的文献类型，对全球前10位湿地研究论文发表的国家、机构进行了统计，由表1[10]可以看出，近100多年来，湿地研究领域发表论文数量处于前几位的国家主要有美国、加拿大、英国、澳大利亚、德国和中国等.其中美国地质调查局位居第一，中国科学院位居第五.

表1 全球前10位湿地研究论文发表的国家、机构Tab.1 Global top10countries，institutions of wetland research papers published

1992年，我国成为《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》（简称《湿地公约》）的签约国，世界环境与发展大会之后，我国制定了《中国21世纪议程》，将湿地的保护与合理利用列为优先项目计划，并在国家林业局的主持下，于2000年组织了《中国湿地保护行动计划》[11]，开展了全国湿地资源调查.我国第一个有关湿地的专业性学术期刊《湿地科学》于2003年创刊.中国科学院湿地研究中心于1996年成立，实行柔性联合的方式，由院内从不同方面研究湿地的17个研究所组成.1996年，湿地国际亚太湿地局中国办事处成立，2007年，国家林业局湿地管理中心正式组建.

1.2 湿地概念界定

湿地是介于陆地系统和水体系统之间的过渡带，并兼有两种系统的某些特征，湿地的定义多种多样，目前已统计到的湿地定义近60种，因此湿地概念的界定是湿地学科体系建设亟待解决的问题.国际上的湿地定义可概括为广义与狭义两类.广义的湿地定义是《湿地公约》的湿地定义，即“湿地是指天然或人工的、永久或暂时的沼泽地、泥炭地或水域地带，具有静止或流动的淡水、半咸水或咸水体，包括低潮时水深不超过6m的海域”.狭义的湿地定义主要是从湿地的三大构成要素来进行阐述.美国鱼类与野生动物保护协会在1956年提出了湿地定义，即“表面暂时或永久性积水，以挺水植物为特征，包括各种类型的沼泽、湿草地、浅水湖泊，而河溪、水库和深水湖等水体不包括在内”.加拿大国家湿地工作组1987年对湿地进行定义：湿地是一种土地类型，其主要标志是土壤过湿，地表积水（小于2m，有时含盐量很高），土壤为泥炭（厚度大于40cm）或潜育化沼泽土，生长水生植物、湿生植物或植物贫乏.2011年由中国科学院和国家自然科学基金委主办的“湿地学科发展战略研讨会”上，陈宜瑜院士针对目前湿地科学发展面临着湿地定义不统一、湿地功能不明确等问题，提出了：湿地是在水分过饱和土壤上发育，以高等植物为主的复杂生态系统，是地球上水圈、岩石圈和生物圈相互作用的特殊交错带.对湖泊，他认为应以水生高等植物的分布范围作为湿地边界.总之，广义的湿地定义适于湿地管理与经营者需要，便于进行湿地集水区的统一管理和控制湿地的人为改变，但从科学研究和建立湿地学科体系建设的需求出发，应进行水陆过渡区水文、土壤和植被特征的专题调查，界定湿地概念，进一步明确湿地的研究对象和研究区域.

1.3 湿地分类体系

同湿地概念一样，目前世界上还没有统一的湿地分类系统.美国分类系统包括1979年Cowardin[12]、1993年Brinson[13]提出的水文地貌分类法和2000年Mitsch等[14]提出的分类体系；加拿大常用的全国湿地分类系统分为类（Class）、型（Form）、体（Type）三级；欧洲分类研究较早，在100多年前就开始对泥炭地的分类进行研究，提出了众多的泥炭沼泽分类系统[15].目前影响较大的湿地分类系统是1990年制订的《拉姆萨尔湿地公约》中的分类系统，将湿地划分为三大类（海滨和海岸湿地、内陆湿地、人工湿地）35种.我国湿地研究，特别是沼泽湿地研究开展得比较深入，分类方案也多种多样.1983年郎惠卿等[16]从发生学角度出发，将其先划分为富营养、中营养和贫营养三大类，然后依据建群植物生态型和植物群落划分沼泽组和沼泽体.1996年陆健健[17]按照《湿地公约》确定的湿地定义将中国的滨海湿地划分为潮上带淡水湿地、潮间带滩涂湿地、潮下带近海湿地、河口沙洲离岛湿地四个子系统.1997年刘兴土[18]提出了沼泽综合分类，首先划分为淡水沼泽及盐碱沼泽两大类，然后再划分沼泽型、组、体.长春地理所在三江平原沼泽考察中，将淡水沼泽划分为泥炭沼泽及潜育沼泽.

2 湿地学科发展的主要科学问题

2.1 湿地系统综合研究

湿地水、土、生物三者之间存在着相互影响、相互制约的关系.其中水是湿地形成、演化、消亡、恢复的关键制约因素.湿地的水文节律、水文周期、水分梯度等水文情势的变化，直接影响着湿地生态系统结构与功能.沼泽的蓄水与调洪功能与沼泽土壤的持水能力有关.湿地水文情势与土壤潜育化、泥炭的形成、有机质、营养状况、盐分和湿地生物种群的组成与丰度、初级生产力、珍稀物种的栖息与繁殖等均有紧密联系.不同的积水深度，形成了不同的植物群落.稳定的积水和厌氧环境促使泥炭的形成，泥炭的孔隙度与巨大持水量（饱和持水量400%～1 030%）又带来了巨大的蓄水能力.

湿地作为多圈层（大气、水、生物、岩石圈）相互渗透、相互作用的一个特殊区域，其水文、植被、土壤三者之间的作用关系非常密切、复杂，因而就加大了对湿地内部的物质迁移和能量转化规律掌握的难度.而模型是一种数学的或逻辑的表示式，可以从整体上反映系统的主要组成部分和各部分的相互作用.系统与环境相互关系的模拟手段，具有高度的抽象性、精确的可解性、灵活的适应性、处理的快速性和优良的经济性，因此，数学模型在定量研究湿地各要素之间的作用关系中发挥着越来越重要的作用.目前模拟湿地生态系统的模型有很多种，按其结构可以分为水文模型、生态系统发育模型等.水文模型包括水文动力模型、泥沙冲淤模型、河流水质模型、水量模型等[19－20].

2.2 湿地与全球变化

尽管全球湿地面积仅占陆地面积的4%～6%[14]，泥炭湿地占陆地面积约2.7%[21]，但湿地土壤碳储量却占全球土壤碳储量的18%～30% （Kimble et al，2003；Smith et al，2004），泥炭地是最主要的碳库.泥炭地的单位面积碳储量（597.6t／hm2）相当于森林的3倍多（161.8t／hm2），在陆地上各类生态系统中单位面积碳储量是最高的（表2）.泥炭地也是世界上碳积累最快的生态系统，如按泥炭地平均积累速率1mm／年计，全球泥炭地一年内可积累碳3.7亿吨.

表2 全球天然湿地土壤和泥炭地碳量的估算Tab.2 Global estimation of carbon content in natural wetlands and peatland

近年来，湿地国际与IPCC对泥炭湿地的碳循环与碳排放越来越关注.2009年，湿地国际向哥本哈根会议提供了一个泥炭地碳排放的数据手册，列举了泥炭碳储量前20位的国家和泥炭地退化排放CO2量前10位的国家，中国列为碳储量第10位和CO2排放量第4位.2010年4月，IPCC在德国波恩会议上达成了广泛共识，承认排水湿地的碳排放量是巨大的（约20亿吨，泥炭地排水与火灾引起的CO2排放量占全球排放量的6%），泥炭地恢复对于减少湿地碳排放至关重要，并将进一步研究制定湿地温室气体排放监测指南.坎昆气候大会也将在未来的气候协议中，列入将排干泥炭地恢复作为减少碳排放的主要措施，将鼓励湿地保护与恢复作为减少温室气体排放的方法.加强湿地，尤其是泥炭地碳收支及其对全球变化影响的研究十分重要.

在全国，中国科学院东北地理与农业生态研究所于20世纪90年代初最早在三江平原开展沼泽地碳循环和CO2、CH4排放规律的监测研究[5].之后依托三江平原沼泽湿地生态试验站进行了多年连续研究，结果表明，三江平原沼泽湿地在生产季内CO2净吸收量在198～47g CO2m－2，即沼泽湿地生态系统表现为CO2的净吸收.但在非生长季则表现为CO2的净排放.沼泽湿地垦殖明显增加CO2排放通量.湿地是最大的天然CH4排放源，沼泽湿地CH4排放主要集中在植物生长旺盛期的7～9月份，此外，春季融冻期（4月底至5月）也有短暂的排放峰值出现[28].不同沼泽类型CO2、CH4排放和净固碳量有所差异，如表3所示[27].

表3 三江平原沼泽湿地NPP、CO2、CH4释放和净固碳量Tab.3 The emission of NPP，CO2and CH4as well as net carbon fixation content in the wetlands of the Sanjiang Plain ／（g C·m－2·a－1）

2.3 退化湿地恢复与工程湿地建设

在湿地恢复与重建方面，美国开展得较早.从1975—1985年的10年间，联邦政府环境保护局（EPA）清洁湖泊项目（CLP）的313个湿地恢复研究项目得到政府资助，包括控制污水的排放、恢复计划实施的可行性研究、恢复项目实施的反应评价、湖泊分类和湖泊营养状况分类等.同时欧洲的一些国家如瑞典、瑞士、丹麦、荷兰等在湿地恢复研究方面也有了很大进展，湿地的恢复主要集中对泛滥平原湿地以及浅湖湿地的恢复上.1993年，大约200多位学者聚集在英国谢菲尔德大学讨论了湿地恢复问题，在1995年，出版了这次会议的论文集《温带湿地的恢复》，从沼泽湿地恢复的基本理论到实践，文中都有详尽的论述.

我国湿地退化的问题也很突出，主要退化类型有：缺水萎缩型、污染退化型、泥沙淤积退化型、疏干排水退化型、湿地生物资源的过度利用与生物多样性受损型、红树林破坏型、生物入侵退化型.目前我国仍将沼泽地、滩地、苇地列为未利用土地，这也意味着湿地仍是后备耕地资源，被开垦的威胁仍然存在.因此，亟待加强湿地保护与恢复的研究.湿地恢复包括水文条件的恢复、水质的恢复、土壤的修复、生物多样性的恢复和景观恢复等.我国对湿地恢复的研究开展得比较晚.20世纪70年代，中国科学院水生生物研究所首次利用水域生态系统藻菌共生的氧化塘生态工程技术，使污染严重的湖北鸭儿湖地区水相和陆相环境得到改善，推动了我国湿地恢复研究的开展.

工程湿地是指由人工改造的自然湿地或人工构建的、可控制的和工程化的湿地系统.主要类型包括湿地净化污水生态工程、湿地农业生态工程和湿地景观生态工程.我国应用湿地处理面源污水的生态工程主要是利用基质、植物及其根际圈微生物种群的拦截、吸附、吸收、转化、降解的作用来消减环境中的污染物质.中国科学院东北地理所科研人员应用生态学的生物共生、物质循环、生态位原理，坚持生态、经济与社会效益相统一的原则，在松嫩平原霍林河畔实施了退化芦苇湿地恢复和苇－蟹（鱼）农业生态工程示范，芦苇产量由建示范区前0～350t增至2008年的8 300t，增长了16倍以上.苇田养鱼养蟹取得了显著效益[27].广西红树林研究中心科研人员经过十几年努力建成了“地埋式管网红树林原位生态养殖系统”，实现了红树林保护与经济效益双丰收.国内湿地农业生态工程建设还有多种模式：桑基鱼塘生态工程、淡水湖泊生态养殖、沿海滩涂池塘养殖、稻田复合养殖、水生经济植物种植等，均取得了显著的社会经济和生态效益.

3 我国湿地学科建设的几点建议

3.1 根据湿地学科体系建设需求，进一步界定湿地的科学概念

建议组织多学科的湿地研究队伍，进行水陆过渡区水文、土壤、植被特征的专题调查，对湿地的科学概念及其特定的研究区域和研究对象进行界定，明确湿地学与湖泊学、和河流学等学科的联系与区别.

3.2 加强湿地水、土、生物三大要素及其相互关系的综合研究

狭义的湿地定义是水饱和浅淹水、水成土和水生植物都具备的土地称为湿地，故水土生物是湿地的三大要素.水是湿地形成、演化、消亡和恢复的关键性制约因素，保持合理的水位、水文节律和自净能力是湿地健康的保证，水文情势的变化直接影响着湿地生态系统的结构与功能，要加强水、土、生物之间相互影响、相互制约关系定量研究.

3.3 加强湿地生态水文研究

湿地的主导因素是水文要素，湿地研究要将生态水文作为更高的研究重点；湿地是不断变化的，因此在重视湿地现代过程研究的基础上，也要从历史过程角度来看待湿地科学问题，这样才具有更广阔的研究视角.

3.4 加强湿地对全球变化影响与响应研究

湿地具有重要的碳汇功能，但由于湿地的排水、开发、火灾等导致湿地CO2排放增加，加上湿地类型的复杂性、观测数据的缺乏及评估方式的不同，评估湿地生态系统的碳汇功能及其对气候变化的影响还存在许多的不确定性.因此，有必要通过基于台站、样带和网络的碳收支观测，揭示湿地温室气体“源”、“汇”过程与机制，定量认证我国主要类型湿地的固碳速率、年固碳量空间格局及碳增汇潜力，并进一步加强湿地对全球变化的影响与响应研究.

3.5 加强湿退化湿地恢复的理论、技术与途径研究

重点开展多因子作用下湿地退化的过程与机制，湿地退化状态评价与健康评价，湿地生态恢复标准、目标，湿地水文过程的恢复与调控，退化湿地植被恢复的理论、途径与技术，珍稀物种栖息地的生境恢复与保护、生物入侵对被入侵湿地的生态影响与经济影响及其防治技术等.

3.6 开展湿地保护、管理与资源可持续利用研究

湿地的保护与合理利用是保障区域生态安全和社会经济可持续发展的重要组成部分.湿地保护与合理利用应该首先对湿地生态系统功能与价值及湿地健康状况进行定量评价，以制定湿地保护与管理的策略.在湿地保护上，亟待进一步建立健全湿地保护的政策法规，加大资金投入，探索湿地生态效益补偿机制和长效补水机制.在湿地的合理利用上，应加强湿地资源利用有效模式的研究与试验示范，提高可持续发展能力.

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The Discipline Construction and Development of Wetland in China

LIU Xing-tu，JIANG Ming，WEN Bo-long
（Northeast Institute of Geography and Agroecology，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130012，China）

Wetland science，as the interdisciplinary science among geography，ecology and environmental science，mainly studies the formation and evolution laws as well as the conservation and utilization of wetland.Initial studies on wetland science stepped from the comprehensive reviews of marsh and peat resource.But now the studies focus on the ecological process of different types of wetland，which include swamp，lacustrine，riverine and mangrove wetlands.Important research outcomes were made on the wetland concept，wetland classification，comprehensive study of wetland system，wetland and global changes，wetland restoration and construction.In the future，wetland researches should further identify wetland concept，construct perfect wetland discipline system，enhance complex studies on the interaction of water，soil and wildlife，intensify wetland ecological hydrology，the responses of wetland to global changes and the restoration theories as well as techniques for degraded wetland，and research on the conservation and sustainable utilization of wetland.

wetland concept；ecological process；wetland system；wetland and global change；restoration of degraded wetland quotient rings（see，e.g.Corollary 2.31[1]）.Consequently，the center C（S）of Sis von Neumman regular by Lemma 2.For any a∈C（R）⊆C（S），there exists s∈C（S）such that a＝asa＝a2s＝sa2.Then C（R）is reduced.By Proposition 4，Ris left AP-injective.Thus there exists a right ideal La2of Rsuch that a∈rl（a）＝rl（a2）＝a2R ⊕La2.As in the proof of Proposition 5，ais a von Neumann regular element in R.Using Lemma 2again，we conclude that ais von Neumann regular in C（R）.

Q14

A

1674-232X（2012）04-0289-06

2012-03-01

刘兴土（1936—），男，中国工程院院士，研究员，博导，主要从事全国湿地和东北区域农业研究.E-mail：liuxingtu＠neigae.ac.cn

11.3969／j.issn.1674-232X.2012.04.001