氣候變化對(duì)濕地生態(tài)需水影響研究進(jìn)展

陽(yáng)維宗 董李勤 張 昆 馬 驍 李 楠

( 1. 西南林業(yè)大學(xué)地理與生態(tài)旅游學(xué)院，云南 昆明 650233；2. 西南林業(yè)大學(xué)國(guó)家高原濕地研究中心，云南 昆明 650233)

濕地是介于水陸環(huán)境過渡帶的生態(tài)系統(tǒng)，其獨(dú)特性在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、維持物種豐富度等方面發(fā)揮著重要作用[1-2]，水是濕地形成、發(fā)育及維持其結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵因子，其中，濕地生態(tài)需水是濕地水文研究的重要組成部分，它主要通過形成和改變濕地理化環(huán)境影響濕地生態(tài)系統(tǒng)組分、結(jié)構(gòu)，進(jìn)而控制著濕地生態(tài)系統(tǒng)的演化[3]。因此，研究氣候變化背景下濕地生態(tài)需水領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)、機(jī)理及相關(guān)效益逐漸成為世界各國(guó)學(xué)者研究全球氣候變化系統(tǒng)中最活躍的領(lǐng)域之一[4]。

IPCC第5次氣候變化評(píng)估報(bào)告指出，全球地表持續(xù)升溫，21世紀(jì)末全球平均地表溫度將在1986—2005年基礎(chǔ)上升高0.3～4.8 ℃[5]，全球氣候系統(tǒng)變暖已成為毋庸置疑的事實(shí)。一方面，氣候變化通過改變?nèi)蛩难h(huán)狀況，對(duì)徑流、土壤濕度等要素產(chǎn)生影響[6]；另一方面，氣溫、降水、空氣濕度、風(fēng)速等因子發(fā)生變化將影響濕地水資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致濕地分布、面積以及植物群落等方面發(fā)生改變[7]。上述現(xiàn)象將對(duì)濕地生態(tài)需水造成深遠(yuǎn)影響[8]，而目前氣候變化影響下濕地生態(tài)需水變化研究主要集中在區(qū)域尺度濕地生態(tài)需水量估算、濕地生態(tài)需水保護(hù)與管理及相關(guān)效益和濕地生態(tài)需水對(duì)氣候變化響應(yīng)關(guān)系等方面[9-11]，但是針對(duì)整個(gè)濕地生態(tài)需水格局與過程機(jī)理研究相對(duì)較少。因此，研究氣候變化對(duì)濕地生態(tài)需水格局與過程機(jī)制的影響，提出濕地生態(tài)需水適應(yīng)性管理策略，對(duì)維系濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡、保護(hù)生物多樣性等具有重要意義。本研究采用濕地生態(tài)需水廣義上的概念，認(rèn)為濕地生態(tài)需水主要包括濕地植物需水、濕地土壤需水、濕地生境需水等3 部分[12]。

1 氣候變化對(duì)水影響的國(guó)內(nèi)外研究歷程

國(guó)外關(guān)于氣候變化對(duì)水的影響研究起步于20世紀(jì)70年代后期，在世界氣象組織（WMO）、國(guó)際水文科學(xué)協(xié)會(huì)（IAHS）、聯(lián)合國(guó)發(fā)展署（UNDP）等國(guó)際組織的推動(dòng)下[13]，直到20世紀(jì)80年代才逐漸展開氣候變化對(duì)濕地生態(tài)需水的探索[14]。最初開展的是氣候變化對(duì)濕地水源補(bǔ)給和濕地基本水文因子影響研究，發(fā)現(xiàn)若未來(lái)氣候持續(xù)變暖，將對(duì)濕地生態(tài)需水供需產(chǎn)生壓力[15]。邁入21世紀(jì)后，利用相關(guān)氣候模型和水文模型預(yù)測(cè)濕地生態(tài)需水已成為一種研究趨勢(shì)，研究成果對(duì)如何更好地維持濕地生態(tài)需水十分重要[16-17]。另一方面，氣候變化對(duì)多種濕地類型生態(tài)需水的影響也是不可忽視的。相對(duì)而言，針對(duì)河流濕地、湖泊濕地等類型濕地展開探索研究較多[18-19]。

國(guó)內(nèi)關(guān)于氣候變化對(duì)水的影響研究始于20世紀(jì)80年代中后期。1988年實(shí)施“中國(guó)氣候與海面變化及其趨勢(shì)和影響研究”項(xiàng)目，其中涉及氣候變化對(duì)白洋淀濕地生態(tài)需水研究[14]。“九五”期間，在利用氣候模型探索氣候變化對(duì)濕地水文狀況影響方面取得了突破，使我國(guó)關(guān)于氣候變化對(duì)濕地生態(tài)需水研究邁入一個(gè)新階段[20]。雖然我國(guó)在研究氣候變化對(duì)濕地生態(tài)需水方面起步較晚，但仍然取得一系列研究成果[21-22]。我國(guó)相關(guān)學(xué)者開展了氣候變化對(duì)白洋淀濕地、武昌湖濕地等一系列探索[23-24]，闡述氣候變化對(duì)濕地生態(tài)需水影響機(jī)制；其次，受海拔高度、自然環(huán)境等因素影響，我國(guó)若爾蓋高原濕地、巴音布魯克濕地等高原、高寒濕地生態(tài)需水對(duì)氣候變化響應(yīng)較為

敏感[25-26] 。

2 氣候變化對(duì)濕地生態(tài)需水的影響研究

2.1 氣候變化對(duì)濕地植物需水量的影響

濕地植物需水量是濕地生態(tài)需水量的重要組成部分，而氣候變化導(dǎo)致濕地氣溫、水位等因子發(fā)生改變，必然影響濕地植物組成、結(jié)構(gòu)及分布，進(jìn)而影響濕地植物需水量[27]。氣溫通過影響植物生長(zhǎng)周期使?jié)竦刂参镄杷堪l(fā)生變化[28]；其次，氣候變化影響下濕地水文情勢(shì)發(fā)生改變，導(dǎo)致濕地植物根莖通氣性變化，影響濕地植物生長(zhǎng)繁殖和組成，對(duì)濕地植物需水量產(chǎn)生影響[29]。通過分析典型濕地植物在自然或模擬濕地水文情勢(shì)下[30-31]，建立濕地植物種群與濕地水文定量關(guān)系[32]，探索氣候變化對(duì)濕地植物需水研究機(jī)制。目前，相關(guān)研究集中于探討如氣溫升高、極端干旱、海平面上升等事件對(duì)濕地植物生長(zhǎng)、分布、組分及功能的影響，且定量研究比重相對(duì)較高[33-34]。氣候變化對(duì)濕地植物是長(zhǎng)期的演變過程，對(duì)濕地植物需水量的影響是復(fù)雜多變的。因此，應(yīng)該加強(qiáng)在氣候變化對(duì)濕地植物組成與分布定性研究的基礎(chǔ)上，深化濕地植物需水對(duì)氣候變化的響應(yīng)研究。

2.2 氣候變化對(duì)濕地土壤需水量的影響

氣候變化與濕地土壤需水之間存在反饋機(jī)制。在氣候變化大背景下，濕地土壤氣溫升高導(dǎo)致水熱狀況發(fā)生變化[35]，促使?jié)竦赝寥览砘再|(zhì)改變，并使得土壤濕度和含水量降低，迫使?jié)竦赝寥佬杷吭黾樱黄浯危瑵竦鼐哂小疤紖R”功能，儲(chǔ)存在濕地土壤中的碳約占陸地生態(tài)圈表層碳儲(chǔ)量的20%～30%[36]，而氣候變化將影響碳輸入和輸出，進(jìn)而影響濕地土壤碳庫(kù)的平衡，且全球氣候變暖使?jié)竦赝寥罍囟壬撸仁巩a(chǎn)生的溫室氣體釋放到大氣中去，進(jìn)一步加劇氣候變化程度[37-38]，從而加劇濕地生態(tài)需水量壓力。近些年相關(guān)研究主要集中在濕地土壤對(duì)氣候變化響應(yīng)、氣候變化對(duì)濕地土壤碳排放影響研究等方面[39-41]，都證明了濕地土壤需水量對(duì)氣候變化較為敏感。

2.3 氣候變化對(duì)濕地生境需水量的影響

氣候變化通過光照、降水、氣溫、風(fēng)速等因子影響區(qū)域范圍內(nèi)濕地生境生態(tài)系統(tǒng)組分與結(jié)構(gòu)，迫使?jié)竦厣吵霈F(xiàn)面積減小、物種豐富度降低和野生動(dòng)物生存環(huán)境改變及濕地氣候暖干化現(xiàn)象，進(jìn)而影響濕地生境需水量[42-43]。在不同氣候變化驅(qū)動(dòng)下，濕地生物格局將發(fā)生改變[44-45]；其次，氣候變化對(duì)濕地生物群落的影響是全面的、多方位的[46]。一方面，氣候變化引起的降水、氣溫因子改變影響了濕地動(dòng)物如白鶴的生長(zhǎng)繁殖策略[47]，也迫使扎龍濕地丹頂鶴繁殖生境發(fā)生了改變[48]。另一方面，濕地生境植物如蘆葦生長(zhǎng)對(duì)氣候變化響應(yīng)顯著[49]，降水變化驅(qū)使蘆葦數(shù)量增加，而這都將不同程度影響濕地生境需水量，破壞濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡。

2.4 未來(lái)氣候變化情景下濕地生態(tài)需水的預(yù)測(cè)

氣候變化情景是利用一系列科學(xué)假設(shè)，對(duì)未來(lái)世界氣候變化情況進(jìn)行分析、模擬[50]。IPCC曾提出IS92和SRES兩種排放情景，在2011年Climatic Change推出了新型排放情景“典型濃度目標(biāo)”[51]。國(guó)外、國(guó)內(nèi)都有大量研究者利用相關(guān)氣候模型，預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化下的濕地生態(tài)需水量[2，52]，揭示氣候變化與濕地生態(tài)需水的耦合關(guān)系。迄今為止，多種氣候變化情景模式對(duì)各種尺度范圍內(nèi)濕地生態(tài)需水量進(jìn)行分析和預(yù)估，開展了大量以定性化分析為主的響應(yīng)機(jī)制研究，對(duì)促進(jìn)濕地生態(tài)系統(tǒng)自然循環(huán)具有重要意義[53-54]。但是，由于受氣候系統(tǒng)客觀認(rèn)識(shí)與資料可靠性的限制，氣候模式在應(yīng)用中存在不確定性[55]。因此，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)氣候系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，探討不同氣候環(huán)境下對(duì)濕地生態(tài)需水的影響機(jī)理，提高氣候模型模擬和預(yù)測(cè)精度，深入研究氣候變化與濕地生態(tài)需水的雙向耦合作用。

3 氣候變化與濕地生態(tài)需水的相互作用與反饋機(jī)理

氣候變化影響濕地生態(tài)需水，而濕地生態(tài)需水將對(duì)氣候變化形成反饋（圖1）。一方面，氣候變化改變了氣溫、降水、空氣濕度、風(fēng)速等氣候因子，影響濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能，并改變濕地水文特征[4]，最終導(dǎo)致濕地生態(tài)需水狀況發(fā)生變化；另一方面，濕地水文特征和水生生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化，出現(xiàn)諸如濕地水位下降、面積萎縮等現(xiàn)象[56]，將加劇區(qū)域氣候暖干化趨勢(shì)。

圖 1 氣候變化與濕地生態(tài)需水相互作用與反饋機(jī)理框架Fig. 1 Framework of interaction between climate change and wetland ecological water demand and feedback mechanism

相對(duì)較少的氣候要素發(fā)生改變會(huì)促使?jié)竦厮臓顩r發(fā)生較大變化[57]，從而使?jié)竦厮弧⒚娣e等基本水文因子發(fā)生改變，影響范圍包括各種高低海拔濕地[58]；其次，濕地因水源補(bǔ)給方式的不同對(duì)氣候變化的響應(yīng)程度也不盡相同，但都將影響濕地生態(tài)需水。降水量減少使瑞典中東部高位沼澤濕地水位下降、面積萎縮[59]，雨養(yǎng)濕地水文狀況也對(duì)氣候變化反應(yīng)顯著[60]。另一方面，濕地生態(tài)需水受濕地水文和水生生態(tài)系統(tǒng)變化影響，將對(duì)氣候變化形成反饋[61]。受氣候變化影響呼倫湖濕地面積減少，區(qū)域氣候呈暖干化趨勢(shì)，增加了濕地生態(tài)需水壓力[62]。

4 應(yīng)對(duì)氣候變化環(huán)境下濕地生態(tài)需水的適應(yīng)性管理策略研究

4.1 氣候變化環(huán)境下的濕地保護(hù)與管理

全球氣候變化帶來(lái)的氣溫升高、降水減少、海平面上升、洪水和干旱等極端事件，被認(rèn)為是致使?jié)竦孛娣e減少和功能衰退的主要自然因素[61]，使得濕地保護(hù)與管理越來(lái)越受到各國(guó)政府與學(xué)者的重視[63]。利用科學(xué)的方法和技術(shù)來(lái)保護(hù)、恢復(fù)或重建濕地以及管理濕地[64-65]，逐漸成為濕地保護(hù)與管理的必經(jīng)之路。完善法律制度是濕地保護(hù)與管理的關(guān)鍵[66]，國(guó)外一些國(guó)家如澳大利亞、美國(guó)等較早通過頒布相關(guān)政策來(lái)促進(jìn)濕地保護(hù)與管理[67]。我國(guó)在濕地保護(hù)與管理的法律政策方面發(fā)展較快[68]，但是與國(guó)外相比，在政府組織架構(gòu)方面還存在某些不合理的部分[66]。濕地保護(hù)與管理是自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)相結(jié)合的問題，積極發(fā)展科學(xué)的技術(shù)手段和完善包括法律制度在內(nèi)的各項(xiàng)管理體系，以促進(jìn)濕地生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)是濕地保護(hù)與管理的當(dāng)務(wù)之急。

4.2 氣候變化環(huán)境下濕地生態(tài)需水的適應(yīng)性管理

策略

受氣候變化影響，濕地生態(tài)需水受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。濕地出現(xiàn)諸如水位下降、面積萎縮、物種豐富度減少及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化等現(xiàn)象，極大地影響了濕地生態(tài)需水，最終破壞整個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)平衡。因此，基于此現(xiàn)狀提出以下建議和措施：

1）進(jìn)行濕地生態(tài)補(bǔ)水[69]，保證整個(gè)濕地植物、土壤、生境需水量，維持濕地生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。濕地生態(tài)補(bǔ)水需要結(jié)合濕地與補(bǔ)給水源地理空間關(guān)系和水情狀況選擇補(bǔ)水策略，并通過建立濕地生態(tài)補(bǔ)水過程的水資源管理模型，以深化濕地生態(tài)補(bǔ)水研究機(jī)制。

2）增強(qiáng)濕地水文連通性，保護(hù)濕地水文因子及物種豐富度，維系濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能[70]。通過疏通水面、修建生態(tài)水渠和鋪設(shè)各種基質(zhì)等方式增加水體之間的橫向、縱向聯(lián)系，擴(kuò)充濕地水資源容量，并建立濕地水文與濕地生物聯(lián)通定量響應(yīng)關(guān)系，闡述濕地水文與濕地生物聯(lián)通規(guī)律。

3）建立綜合模型[71]，從不同尺度、精度、數(shù)據(jù)等方面探究氣候變化對(duì)濕地生態(tài)需水的影響及對(duì)濕地生態(tài)需水量的預(yù)估，構(gòu)建濕地生態(tài)需水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，深入研究濕地生態(tài)需水對(duì)氣候變化的響應(yīng)規(guī)律。

4）濕地生態(tài)需水是濕地保護(hù)與管理的重要組成部分，完善濕地水資源保護(hù)與管理的法律制度[3]，明確濕地水資源的特殊性和重要性，以便更好地促進(jìn)濕地生態(tài)需水保護(hù)與管理工作以及濕地生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。

5 結(jié)論與討論

縱觀國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，關(guān)于氣候變化對(duì)濕地生態(tài)需水影響研究大多起步較晚，所獲成果中最初以定性分析為主，但隨著研究方法、保護(hù)目標(biāo)等發(fā)生變化，特別是氣候模型的發(fā)展，導(dǎo)致定量研究發(fā)展相對(duì)較快。氣候變化環(huán)境下濕地生態(tài)需水格局由單向研究發(fā)展為雙向反饋機(jī)理探索，而氣候變化對(duì)濕地植物、土壤、生境等需水量影響已演變?yōu)闅夂蛞蜃优c濕地水文情勢(shì)、濕地生態(tài)系統(tǒng)及濕地自然環(huán)境規(guī)律響應(yīng)過程研究。為進(jìn)一步推進(jìn)未來(lái)氣候變化情景下濕地生態(tài)需水開展深入、全面、系統(tǒng)的研究，綜合已有研究成果，針對(duì)目前研究中存在的一些問題，提出以下建議。

1）加強(qiáng)對(duì)氣候變化情景下濕地生態(tài)需水的影響及其反饋機(jī)制研究，展開定性、定量研究相結(jié)合并兼顧空間與時(shí)間的研究方式，探討從微觀到宏觀、從局部到大尺度等范圍影響研究。建立基于濕地生態(tài)需水與氣候變化定量響應(yīng)關(guān)系，揭示氣候變化與濕地植物、土壤、生境等因素多方面耦合作用，指導(dǎo)濕地生態(tài)需水管理與生態(tài)保護(hù)，保障濕地生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。

2）鑒于應(yīng)用氣候模式的不確定性，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)氣候系統(tǒng)的客觀認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步提高氣候情景預(yù)測(cè)精度，構(gòu)建新型“氣候—濕地生態(tài)需水”耦合模型，預(yù)估未來(lái)不同氣候變化情景下濕地生態(tài)需水變化趨勢(shì)。同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)氣候變化對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)需水機(jī)制及規(guī)律研究，提高整個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)氣候變化的能力，保障濕地水資源、水環(huán)境安全與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

3）濕地生態(tài)需水既是自然科學(xué)問題，同時(shí)也是社會(huì)科學(xué)問題。通過完善相關(guān)濕地水資源保護(hù)與管理法律制度，從法律上確定濕地水資源的重要性，并加強(qiáng)濕地水資源功能和重要性的宣傳，號(hào)召公眾積極參與濕地水資源保護(hù)與管理之中，從而更好地開展?jié)竦厣鷳B(tài)需水保護(hù)與管理工作，促進(jìn)濕地生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。