滨海湿地景观生态研究——以盐城滨海湿地为例

第1章　导论 本章　内容基于作者多年来从事滨海湿地景观生态研究的深层次认识与思考。鉴于滨海湿地景观生态研究是从景观生态学与湿地生态学交叉视角认识滨海湿地生态系统存在的景观生态问题，这不是简单地利用景观生态学方法对滨海湿地生态系统进行研究，而是充分体现了学科交叉融合过程中展现出的独*性。因此，有必要从导论开始，对为什么要从景观生态角度研究滨海湿地生态、什么是滨海湿地景观生态研究，以及应该怎样推进滨海湿地景观生态研究等问题进行深层次思考。这也是全书要强调的重点思想，希望有助于对滨海湿地景观研究的一般意义和深层次内涵展开更为深入的讨论与研究。 1.1关于为什么要从景观生态角度研究滨海湿地生态问题的思考 1.1.1景观尺度是直接作用于滨海湿地生态系统的空间尺度 尺度通常是指考察事物（或现象）特征与变化的时间和空间范围，在地学、生态学等领域有不同的定义。地学尺度是指自然过程或观测研究在空间、时间或时空域上的特征量，包括三个基本时空尺度：一是以地球表层系统、地缘问题、全球环境演变等为核心，解决球观地理学中的经济学问题和自然科学问题（王铮等，1993），对应时间尺度≥100年，空间尺度≥1000km;因为没有第二个例证来检验“模型”或“理论”，所以具有唯一性。二是以解决区位现象、景观生态现象为主的中观宏观地理学问题，对应的时间尺度为1～100年，空间尺度为10～100km;由于现象是大量的、可重复的，尽管个体之间有差异，但可以有统计规律。三是以解决土地问题、景观系统分带现象、河道演变、海岸的年周期性侵蚀进退等为主的局地观地理学问题，其时间尺度为旬到年，空间尺度为10～1000m，但也不尽然，其主要特征是认为对象既有统计性也有唯一性。生态学尺度是指涉及物种、种群、群落和生态系统等不同组织水平的生物体与其周围环境（包括非生物环境和生物环境）相互关系的时间与空间范围。生态学尤其强调以自然现象本身内在的时间和空间尺度去认识问题，而不是把人为规定的时空尺度框架强加于自然界。景观尺度恰好是生态系统尺度和地学中观、局地观尺度的纽带，对生态系统尺度产生直接作用和影响。 景观生态学既关注中观和局地观地理学问题，又以不同组织水平的生态学问题为重点研究对象，将地理学与生态学交叉融合起来，在空间尺度上重视景观要素空间异质性及其组织水平研究。但本质上，景观生态学关注的是不同水平景观“过程”发生、发展的时间与空间范围，强调的是景观异质性复杂程度对生态过程的时空影响。滨海湿地生态系统是地表独*的生态系统，其形成和发育直接与地形、地貌、水文、气候等区域自然地理条件及影响的生态过程关系密切，同时也与人类活动影响息息相关。因此，滨海湿地生态系统发生、发展存在多尺度影响特征。例如，滨海湿地水文过程是其生态系统演变的决定性条件，发生的空间尺度主要是景观尺度。这是由于滨海湿地位于邻近海洋区域，从潮汐影响和降水汇水过程来看，涉及的景观尺度小到潮间带（滨海湿地汇水的空间尺度）、大到海岸带尺度均对滨海湿地生态演变产生重要影响。从时间尺度上讲，潮间带尺度对滨海湿地水环境影响的响应时间短，受潮汐过程影响明显；相比之下，海岸带尺度土地利用对滨海湿地水环境影响的响应过程具有时间滞后性，对应的时间较长。又如，鸟类是活动于比滨海湿地更大范围的生物物种，受景观尺度影响更加明显。因此，滨海湿地生态研究在很大程度上是基于景观尺度开展的。从景观异质性及其复杂程度影响视角，理解与认识滨海湿地生态过程与功能是滨海湿地生态学研究的重点内容之一。 另外，实际湿地景观生态研究涉及调查尺度、现象发生尺度和研究尺度等不同尺度，这些尺度的生态学过程是相互联系的，多尺度综合作用是景观生态学的重点研究内容之一。因此，对于像滨海湿地这样的生态系统，其景观尺度研究应该遵从自然与人文“过程”发生、发展的规律性，并使调查尺度与现象发生尺度协调一致，从而使研究尺度更加科学、符合规律。 1.1.2景观系统对滨海湿地生态系统演变产生决定性影响 滨海湿地生态系统是存在于景观尺度的开放系统，受景观系统直接作用和影响，易于发生变化。景观系统是表征滨海湿地生态系统存在基质或背景内全部景观要素相互作用形成的系统，它是自然和人类活动共同作用的结果，对滨海湿地生态系统的水文、土壤、植被等关键生态过程产生重要影响，是制约滨海湿地生态系统演变的决定性因素。深入理解与认识滨海湿地与它存在的景观系统之间的密切作用关系，对认识滨海湿地生态演变过程至关重要。因此，滨海湿地景观生态研究是有效保护与恢复滨海湿地生态过程与功能*为基础和重要的研究内容，可以从以下几个方面进行深入理解与认识。 首先，从滨海湿地水文条件来看，水文条件是滨海湿地生态系统结构与功能的**决定性因子。滨海湿地水文条件受周边潮间带尺度和海岸带尺度景观系统影响（如土地利用与人类活动影响），并成为制约滨海湿地生态系统演变的决定性因素。水文条件能够直接改变滨海湿地生态系统中养分有效性、底质缺氧状态、土壤盐度、沉积物属性及pH等理化性质，这些条件的轻微变化可能会引起生物区系中物种丰富度和生态系统生产力的大幅度改变，从而表现为滨海湿地生态系统发生演替或变化。例如，相关研究表明，地势低于周围环境的滨海湿地受制于两种类型的地表进水：一是上游径流，它是一种随降水而产生的无河槽的漫流;二是潮汐作用，它是一种受到大面积的潮汐影响，大部分时间或全年期间直接进入滨海湿地内的水流。可见，无论是上游径流还是潮汐作用，都在更大的空间尺度一景观尺度影响滨海湿地生态系统。另外，水文条件对维持滨海湿地生态系统结构和功能起着重要作用。水文条件影响着许多非生物因素，如盐度、土壤还原性和养分有效性，它们反过来又决定着滨海湿地中发育的植物区系和动物区系，并且在完成循环的过程中，生物组分积极改变着滨海湿地的生物条件。所以，水文条件影响着滨海湿地中的物种组成和丰富度、初级生产力、有机物累积和养分循环。而滨海湿地周边景观系统结构、格局及其变化将直接改变降水径流路径和质量，从而影响滨海湿地生态系统的结构与功能。 其次，从滨海湿地土壤条件来看，滨海湿地土壤既是许多物质化学转化发生的场所，又是许多滨海湿地植物所需的有效化学物质的主要储存地。美国土壤保持协会定义滨海湿地土壤是“生长季期间长期处于饱和、淹水或盐碱化的土壤，它形成了一种有利于滨海湿地植被生长和繁殖的还原环境”。在土壤淹水和盐度较大的还原条件下，滨海湿地生态系统的生物地球化学循环过程具有独*性。由于滨海湿地通常具有“过渡带”的功能，流经滨海湿地生态系统中的物质及其数量对湿地系统生物地球化学循环过程产生重要影响。而影响滨海湿地中物质输入的空间尺度主要是潮间带或海岸带尺度。这些尺度内的地表景观系统影响滨海湿地中的溶解物和悬浮物的量，从而影响滨海湿地系统内部生物地球化学循环过程。滨海湿地土壤中的物质通常是经降水、地表径流、地下水和潮汐等水文途径被输送至大海或毗邻生态系统，使滨海湿地表现为既是养分的源，也是汇或转化器。如果滨海湿地对某种元素或该元素的有机或无机态有净保留量，即如果输入大于输出，则认为此滨海湿地是一个汇。如果滨海湿地向大海或毗邻生态系统中输送的某种元素或物质多于其他系统的输入量，则认为此滨海湿地是一个源。如果滨海湿地转化某种化学物的存在形式如从溶解态转化到粒子态，但不改变向海洋的输入和输出量，则认为此滨海湿地是一个转化器。滨海湿地存在的景观系统对湿地充当养分源、汇或转化器具有决定性影响。 *后，从滨海湿地植物群落变化与生态系统演变来看，滨海湿地生态系统的开放性决定了它受景观尺度影响而易于发生变化，而这种变化主要通过植物群落演变表现出来，称为滨海湿地生态系统演替。滨海湿地生态系统演替是指随着滨海湿地的发育，特别是土壤中的水盐和营养状况的逐渐变化，植物种类发生变化，从而导致滨海湿地植物群落也改变的过程。由于滨海湿地生态系统位于海洋生态系统和陆地生态系统的交错地带，其演替方向及演替规律就具有与海洋和陆地生态系统不同的特点。滨海湿地生态系统的演替序列及其特征主要受水盐条件的控制，而水盐条件在时空尺度具有可变性。这就使滨海湿地生态系统的演替也会随着区域水盐条件的变化而经常处于变化之中。任何一种滨海湿地植物或多或少地有一个适宜生存的水盐条件，有的植被需要深水条件，有的植被在半湿状况下生长得更好；厌氧微生物主要生存于被淹没的湿地土壤中，而好氧微生物在较干燥的湿地土壤中更多；有的植被耐涝性好，有的耐旱性好，有的喜盐，有的适应能力差。滨海湿地植被一般呈水平带分布，在我国江苏滨海以北依次为：互花米草、碱蓬、薦草和芦苇。任何水盐状况的变化都可能导致滨海湿地植被种类组成及结构的变化，进而影响滨海湿地动物的生存。滨海湿地植物的空间分布本身就反映了不同空间部位的不同水盐环境及不同水盐环境下的适生植物群落。而水盐条件受景观系统影响易于发生变化，因此滨海湿地生态系统演替也直接与周边景观系统关系密切。此外，景观系统是受人类活动影响的系统。人类活动可通过影响地形、地貌等改变滨海湿地潮间带或海岸带的土地利用，也可直接通过人为排灌水等途径影响湿地生态系统水文、土壤及其内部生物地球化学过程，导致滨海湿地生态系统发生演替。 滨海湿地生态系统中的动物，如鸟类，其生境适宜性、生境质量都与区域土地利用、覆被空间异质性和人类活动影响息息相关，景观尺度影响特征更为突出。所以，对于滨海湿地中动物的保护，早已从保护物种路径发展到保护物种生存的生境和栖息地。景观或区域尺度对于有效保护湿地动物及其生境质量起到决定性作用。这点在后面章　节中会通过案例说明。 1.1.3我国滨海湿地特别重视景观尺度研究的理由与意义 我国正处于社会经济高速发展过程中，尤其是社会经济非常发达的沿海地区，人类活动与土地利用变化影响极其显著。这种变化已使我国一半以上的滨海湿地丧失，残留的滨海湿地也处于不断退化过程中。滨海湿地的这些变化通常发生于景观和区域尺度。例如，黄河三角洲、辽河三角洲及长江三角洲等我国著名滨海湿地分布区域，由于大量滨海湿地丧失和景观破碎化，滨海湿地生态系统退化极为严重。 据了解，我国沿海地区11个（未计港澳台）省（自治区、直辖市）湿地总面积1246.60万hm2，占全国湿地总面积的23.26%，其中，滨海湿地面积达579.59万hm2，占全国湿地总面积的10.81%。这些滨海湿地不仅支撑着具有重要国际影响的东亚-澳大利西亚候鸟迁飞路线上的生物多样性保护，同时也构筑了我国人口*稠密、经济*发达的东部沿海地区3亿多人口的生命保障系统和重要生态屏障。近年来，各级湿地主管部门在湿地保护修复制度建设、保护修复工程实施、健全滨海湿地保护体系等方面做了大量工作，11个沿海省（自治区、直辖市）现有国际重要湿地17处，湿地自然保护区52处，国家湿地公园216处。我国滨海湿地保护工作尽管取得了一定成效，但受人口增长和经济发展等多种因素影响，滨海湿地仍面临各种威胁，保护形势仍然严峻。 许多研究证明，由于保护区存在于区域景观尺度，受人类活动和土地利用影响，其内部湿地生态系统正不断退化。例如，1983年江苏盐城湿地珍禽国家*自然保护区与周边湿地具有较好的景观连通性，湿地生物多样性较高；然而，随着人类土地利用强度的日益增加，保护区逐渐“孤立”存在于周围养殖塘和农田景观之中。加之保护区内部互花米草的入侵，使保护区的生态功能，尤其是鸟类栖息地功能退化严重。正在蓬勃发展中的滨海湿地保护区及公园，也以“孤岛”形式存在于景观环境中，正在受人类高强度影响而难以实现可持续发展。目前，我国正在实施典型区域湿地生态恢复与重建工程，湿地保护上升到生态恢复阶段。如果不顾景观尺度人类活动与土地利用的影响，滨海湿地生态难以得到真正保护、恢复与长久发展。 总之，景观尺度为滨海湿地生态系统研究中承上启下的中间尺度，它既是影响生态系统尺度滨海湿地过程与功能的关键尺度，更是有效保护区域滨海湿地的合适尺度（图1-1）。所以，滨海湿地景观生态