扎龍濕地研究進展

于成龍 劉 丹*

（1 中國氣象局東北地區生態氣象創新開放實驗室，黑龍江 哈爾濱150030；2 黑龍江省氣象院士工作站，黑龍江 哈爾濱150030；3 黑龍江省氣象科學研究所，黑龍江 哈爾濱150030）

濕地是地球上單位面積生態系統服務價值最高的生態系統類型，是陸地生態系統碳循環的重要組成部分（Liu et al,2013），濕地內動植物資源豐富，在調節氣候、涵養水源、降解環境污染、維持區域生態平衡等方面具有其他生態系統不可替代的作用（Zeng et al,2012; Dong et al,2013）。扎龍濕地位于黑龍江省西部烏裕爾河下游地區，總面積21萬hm2，是亞洲第一、世界第四大濕地和世界最大的蘆葦濕地，也是中國首個國家級自然保護區，被列入中國首批“世界重要濕地名錄”，同時扎龍濕地也正處于全球氣候變化的敏感區域，一直以來在全球變化研究中占有重要地位。許多研究者在扎龍濕地土地覆蓋、生態質量、生態系統服務價值、變化驅動力等方面開展了廣泛研究，并取得了大量研究成果，但很少有研究者對已有的研究成果進行整合分析。本文通過總結近期扎龍濕地的研究與監測進展，分析扎龍濕地研究中存在的不足和未來發展趨勢，以期為今后扎龍濕地的研究提供有益的參考。

1 扎龍濕地土地覆蓋研究進展

1.1 濕地土地覆蓋監測方法

土地覆蓋信息的提取是扎龍濕地時空變化特征研究的基礎，近些年來遙感技術成為扎龍濕地的土地覆蓋信息提取的主要手段，其中較常用的是Landsat數據，如沃曉棠等（2010）基于1995年和2004年兩個時段的Landsat TM影像數據探討扎龍濕地土地利用與土地覆蓋驅動力機制 ；張策等（2011）基于Landsat數據，針對扎龍濕地植被物候特點利用支持向量機分類方法提取其土地覆蓋類型；Zhou（2015）利用HJ星與Landsat數據結合研究扎龍濕地土地覆蓋類型的時空變化及其驅動力。Han等（2003）基于Landsat TM數據，利用四層神經網絡提取扎龍濕地土地覆蓋信息。在其它衛星數據的應用方面，鄭曉燕等（2010）研究了利用ALOS衛星（AVNIR-2）在水體提取過程中云陰影去除方法；劉蕾等（2013，2014）開展了兼容光學雷達影像及地形輔助數據的扎龍濕地遙感分類和濕地植被冠層下淹水范圍研究。

1.2 濕地景觀格局變化監測進展

扎龍濕地景觀格局的變化監測主要以斑塊數量、斑塊面積、景觀類型等要素為基礎，建立不同側重點的相關指數或基于控制—干擾—響應機制，從景觀多樣性和景觀穩定性角度分析扎龍濕地不同時期的景觀空間結構變化特征，研究時段集中于20世紀70年代至21世紀前10年，得到以下初步認識：①在斑塊水平上，扎龍濕地總體水域、沼澤、居民用地和耕地的斑塊數量有小幅增加（龍澤旭,2015），核心區斑塊、邊緣和孔隙都相應增加，含地表水的濕地逐漸轉移到非核心的斑塊、邊緣和孔隙濕地中，原有的核心濕地逐漸變得破碎（張玉紅等, 2011）；②在景觀水平上，張洪云（2016）的研究表明，近30年來，扎龍濕地景觀穩定性整體呈下降趨勢，并且穩定性景觀的范圍發生明顯的萎縮，盡管濕地強穩定性和穩定性景觀總面積減少，但濕地整體仍處在穩定狀態，相似的結論在袁力（2008）的研究中也有體現。另外，李浩等（2015）的研究表明，扎龍濕地土地利用轉換以明水沼澤向蘆葦沼澤、草地向鹽堿地、湖泊向明水沼澤轉換，濕地有濕生景觀向旱生景觀轉變的趨勢，張玉紅等（2014）和沃曉棠等（2014）也得出了同樣的結論。

2 扎龍濕地的濕地環境研究進展

2.1 濕地土壤碳、氮變化研究

一直以來濕地被認為是陸地生態系統中重要的碳匯，研究表明，扎龍濕地近幾十年來的退化造成土壤有機碳流失嚴重，針對扎龍濕地土壤碳變化的研究有3條途徑：一條是通過對不同土地利用方式下土壤全碳、有機碳密度的地面觀測，實現對碳儲量的估算，如趙傳冬等（2011）的研究表明，扎龍濕地的沼澤地退化為草地或圍墾為耕地后，土壤中有機碳的損失率過半。另一條途徑是通過對CO2和CH4通量的測定，分析濕地固碳和固氮能力，如楊柯等（2011）監測扎龍濕地邊緣水旱交錯區自然荒地、休耕地和耕地3種土地利用類型土壤呼吸速率；黃璞祎等（2011）測定扎龍不同水位蘆葦濕地生長季的CH4排放通量。第三條途徑是從土壤微生物生物量角度分析扎龍濕地不同生境的土壤肥力狀況，如張靜等（2014）對扎龍蘆葦生境和草甸生境不同土層（0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm）微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）季節變化進行監測，并分析了土壤微生物生物量碳氮與土壤環境因子的關系；Ma（2011）研究了扎龍濕地土壤碳、氮含量與土壤微生物之間的關系及其季節變化特征。

2.2 湖泊濕地水深及水量分析

湖泊濕地水深的提取對濕地生態質量監測、濕地變化的驅動力研究以及濕地的科學管理具有重要意義。李麗麗等（2013）用高光譜數據和同步測量的水深數據，建立濕地湖泊的水深反演模型，通過分析水體反射率的一階微分與水深之間的相關性來選取水深反演因子，建立了水深反演單波段模型和多波段模型；張艷紅等（2016）利用58個實測水深數據和季相最接近的QuickBird數據，建立湖泊水深的反演模型，較好地反演了扎龍濕地湖泊的水深。

通過對扎龍濕地水量平衡分析表明，扎龍濕地自然蓄水量呈下降趨勢（劉大慶等, 2006），崔麗娟等（2007）、王建群等（2006）通過不同方式計算得出扎龍濕地天然補水量小于生態需水量，因此得出需要每年向扎龍濕地人工補水的結論。

2.3 濕地水環境評價

水是濕地生態系統得以維系的基本保障，也是濕地生態系統健康的指示物，目前對扎龍濕地水環境的評價分為對水體富營養化、重金屬污染狀態的評估以及對水環境的綜合評價。對水體富營養化狀態的評估是通過單點觀測（葉雅杰等, 2012; Guo,2005）和遙感反演（張囡囡等, 2012）方式，結果表明扎龍濕地的水體已呈現出富營養化狀態，并有惡化趨勢；對重金屬污染的研究方法是通過測定水體（葉華香等, 2013）、表層沉積物（劉俊文等,2011）和NSH2沉積巖芯（蘇丹, 2012）中的Mn、Cu、Pb、As等重金屬元素含量，分析扎龍濕地水體重金屬污染狀況，結果均表明扎龍濕地個別水體重金屬元素的污染已達到極強的潛在生態危害程度，扎龍濕地仙鶴湖湖水整體水質為Ⅱ級，同時有向Ⅲ級轉化的趨勢，周林飛等（2007）利用灰色聚類法對濕地水環境質量進行綜合評價后也得出相同結論。

3 扎龍濕地生態評估進展

3.1 濕地生物量及生態質量監測

有關扎龍濕地生物量的估算方式有兩種：一種是基于地面調查，如焦德志等（2016）采用單位土體挖掘取樣，對扎龍濕地蘆葦種群根莖進行調查；另一種是應用遙感數據與地面調查相結合，如田艷林等（2016）應用面向對象的土地覆蓋分類技術提取松嫩平原西部蘆葦濕地分布信息，實現蘆葦地上生物量數據（AGB）遙感反演及空間格局分析。

針對扎龍濕地生態質量評價方式可歸納為兩種：一種為對濕地生態脆弱性的評價，如付博等（2011）應用BP神經網絡模型對扎龍濕地的生態脆弱性進行了評價，分析各脆弱性等級的面積比例；黎冰等（2013）對扎龍濕地沉積物中農藥沉積的風險進行評估；郭躍東等（2004）從應用生態水文學角度，研究了扎龍濕地水文情勢和人為干擾對生態水文格局脆弱性的影響。另一種為利用較長時間序列的遙感和氣象數據實現扎龍濕地長期生態系統變化分析，如佟守正等（2008）利用20世紀50年代以來扎龍濕地區域的氣象數據、1986-2006年的遙感影像數據和扎龍國家級保護區管理局的資源調查數據，分析了近20年來扎龍濕地生態系統的變化過程。

3.2 濕地生態系統服務價值

研究者從不同角度對扎龍濕地生態系統的服務價值進行了側算，如崔麗娟等（2016）將濕地生態系統服務分為最終服務和中間服務兩部分，引入生態經濟學方法對扎龍濕地的生態系統服務進行了評價；龐丙亮等（2014）基于CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）估算模型，分別對扎龍濕地的植物固碳和土壤碳儲存價值進行了評價，并探討了扎龍濕地固碳價值的空間分布特征；吳平等（2008）分析了扎龍濕地生態系統服務功能的基礎上，利用市場價值法、造林成本法、影子工程法、替代費用法等方法，對扎龍濕地的生態系統服務功能進行了價值評估。

3.3 濕地變化驅動力分析

目前已開展了大量有關扎龍濕地變化的驅動力研究，主要分為兩方面：一方面為自然驅動力，包括氣候變化對扎龍濕地的水源的影響（Feng,2013）、季節性凍融對扎龍濕地演化的影響（王永潔等, 2009）、對蘆葦覆蓋度的影響（馬楠楠, 2016）、對浮游植物群落的影響（張囡囡等, 2016）和對蘆葦種群構建的影響（代存芳等,2017；）等，認為自然因素對扎龍濕地影響顯著；另一方面是人為驅動力，包括溝渠對扎龍濕地退化的影響（佟守正, 2012）和水文形式的影響（羅金明等, 2014），認為人類活動對一些典型區的濕地退化起主導作用。

4 存在的問題及未來發展趨勢

4.1 存在的主要問題

（1）土地覆蓋類型分類不統一。雖然目前有關扎龍濕地土地覆蓋類型的監測研究較多，基于遙感手段的數據分類精度也較高，但還沒有形成統一的濕地土地覆蓋分類體系，因此各研究結果之間的可比性較差。

（2）缺乏以地理、遙感、生態等多學科的綜合視角來研究扎龍濕地系統。目前，扎龍濕地研究的相關工作主要注重單一問題的研究，缺乏以多學科的綜合視角來探討扎龍濕地生態系統的格局演變、生態價值、環境變化、驅動機制等問題，因此需要綜合遙感技術、數學建模與計算機技術，來構建生態價值與濕地變化之間的模型，使得扎龍濕地生態服務價值能以更準確的定量研究方式進行。

（3）目前有關濕地生態系統生態服務價值的研究中，絕大多數只停留在對事實的描述，缺乏在氣候變化背景下未來情境的預估。

4.2 未來發展趨勢

（1）在濕地分類體系方面，在總結濕地特征相似性和濕地自身屬性的基礎上，建立和完善具有區域適應性、分層性和技術可操作性的濕地分類系統，并開展扎龍濕地遙感分類系統調試、應用等基礎性研究工作。

（2）加強扎龍濕地資料匱乏區和長時間序列濕地監測資料的積累和遙感研究工作，充分發揮遙感技術在濕地監測中的多時相、多光譜、實時、動態、反復的優勢，突出遙感技術在濕地調查等基礎性研究工作中的作用。

（3）注重以地理、生態、環境、水文、氣象等多學科的綜合視角來研究扎龍濕地，加強全球氣候變化背景下的濕地生態系統的響應與適應研究，尤其在耦合水文、生態、氣象、土壤等多環境因素下，開展濕地生態系統功能參數的定量研究、濕地生態服務價值研究和管理決策支持系統構建，以及探討定量研究方式在扎龍濕地生態系統變化分析中的應用。