自然湿地、人工次生湿地与人工湿地比较分析

邱彭华，徐颂军，谢跟踪，符 英

（1.海南师范大学 地理与旅游学院，海南 海口 571158；2.华南师范大学 地理科学学院，广东 广州 510631）

自然湿地、人工次生湿地与人工湿地比较分析

邱彭华1，徐颂军2，谢跟踪1，符 英1

（1.海南师范大学 地理与旅游学院，海南 海口 571158；2.华南师范大学 地理科学学院，广东 广州 510631）

从概念、区位、背景、结构、主导功能、干扰、利用及景观等方面比较分析了自然湿地、人工次生湿地和人工湿地的区别与联系，为进一步强化湿地的分类规划、开发、利用与保护提供了一定依据.

人工次生湿地；人工湿地；自然湿地；比较

“湿地”一词最早由美国联邦政府1956年开展湿地清查时使用［1］，现已在学术界与管理界得到广泛使用.关于湿地的定义，各国学者有不同的解释.据Dugan统计［2］，目前仅学术界就大约有50种.无论是国内还是国际对湿地都还没有一个确切而统一的定义.已有的定义大多都将湿地界定为一个自然综合体或过渡地带.从湿地的内涵与外延来看，湿地大体可分为广义和狭义两种定义.狭义定义认为湿地是陆地与水域之间的过渡地带.广义定义则包括地球上海水水深不超过6 m的海域在内的所有水体.按系统的自然度，可将湿地划分为：人工湿地（或工程湿地）、人工次生湿地（或半人工湿地）和自然湿地 （或天然湿地）.本文拟从概念及特征、区位、资源环境背景、结构、功能等方面对人工湿地、人工次生湿地和自然湿地进行比较分析，探讨不同湿地类型的区别与联系，为湿地的分类规划、开发、利用与保护提供更进一步的客观依据.

1 自然湿地、人工次生湿地与人工湿地相关内容的比较

1.1 概念及特征分析

自然湿地指天然存在于地表之上的、生态性质和结构包含水体（水深大于6 m的海水区例外）及水陆过渡带并具有多种环境功能的生态系统.

人工湿地有广义与狭义之分.广义的人工湿地泛指受人为主导作用的湿地，包括水田、坑塘、湿地污水处理系统等.狭义上的人工湿地仅指湿地污水处理系统，亦即工程湿地.1989年Hammer D.A.［3］定义人工湿地是一个为了人类利用和利益，通过模拟自然湿地结构与功能而进行人工设计建造的由水、处于水饱和状态的基质、挺水植物、沉水植物和动物等组成，并通过其中一系列生物、物理、化学过程实现污水净化的复合体.夏汉平［4］认为人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能，选择一定的地理位置与地形，根据人们的需要人为设计与建造的湿地.从国内外文献检索来看，学术界普遍将人工湿地理解为人工污水湿地生态处理系统或处理工艺，认为它是一种通过模拟天然湿地的结构与功能，选择一定的地形，由人工建造和监督控制的、与沼泽地类似的地表面，将污水有控制地投配到土壤-植物-微生物复合系统，并使土壤经常处于水饱和状态，污水在沿一定方向流动过程中在耐湿植物和土壤相互联合作用下得到充分净化的处理工艺.工艺的目标是污水的无害化与资源化.因此，人工湿地可简单地理解成为处理污/废水而人为设计建造的、工程化的湿地，是一种新型的污水处理和生态修复工艺或水质净化技术或生态工程技术，是一种利用人为手段建立起来的具有湿地性质和特殊用途或功能的“土壤-生物-水体”生态系统［5］.从定义看，人工湿地有3个突出的特点：1）有特殊的人为目的性，通常用于污水处理；2）完全强调人为的改造与控制作用，湿地的结构与组成基本上是人为组合的，强调后天成因；3）强调对自然湿地的结构、功能等方面的纯人工模拟或仿制.

“次生”是继“原生”或“初生”之后发生的，“原生”或“初生”常是“次生”的诱发因素和物质基础.人工次生湿地可以定义为：对天然湿地生态系统构件进行一定程度的改造，使其适合于人类需求的、受人为与自然双重主导作用控制的湿地生态系统.据此，人工次生湿地也可称为半人工湿地.一般地，人工次生湿地选择的是原始（土壤）基质，通过改变基底地形状况，使表层水流沿“预定”的流路和运动方式运行.它具有人工湿地的某些特点，又同时兼有天然湿地的一些特征.人工次生湿地的突出特点主要表现在两个方面：1）有特殊的人为目的性.通常用于观赏、食物生产、获取水产品等用途；2）强调同时兼备先天的自然成因和后天的人为成因.这是与人工湿地完全突出后天人为成因的最大差异所在.另外，虽然人工次生湿地也有一定的人为模拟或仿制成分，但它有着较明显的天然湿地基底或生物组分在内，这一点与人工湿地也有较明显的区别.

1.2 区位比较

天然湿地有河流、湖泊、沼泽地与滨海滩涂等几大类，在地域分布上具有广泛性和不均匀性.就全球而言，主要分布在气候湿润区，其中以寒带湿润半湿润地区最为集中，热带湿润区次之，第三是亚热带湿润半湿润地区［6］.就我国而言，我国自然湿地分布从寒温带到热带、从沿海到内陆、从平原到高原山区均有分布，河流湿地多分布在东部地区，沼泽湿地多分布于东北、川西与青藏高原，湖泊湿地广布于长江中下游地区和青藏高原，其中咸水湖和盐湖又多集中于青藏高原与西北干旱地区.河流湿地因其形状特殊，宜从宏观上来看待其分布.我国河流多呈东西流向，主要有长江水系、黄河水系、珠江水系与黑龙江水系.我国滨海湿地在杭州湾以北主要为沙质和淤泥质型滩涂湿地，杭州湾以南以岩石性海滩为主，但在海湾、河口淤泥质海滩上分布着红树林湿地，在南部热带海岛附近散布着珊瑚礁湿地.依据地理环境背景和相对集中程度，我国自然湿地可分为8个主要分布区—东北湿地区、长江中下游湿地区、杭州湾以北滨海湿地区、杭州湾以南沿海湿地区、云贵高原湿地区、蒙新干早湿地区、西北半干早湿地区和青藏高原高寒湿地区.

人工次生湿地由人类活动改造而成，故有人类活动的地方就可能有人工次生湿地存在.纵观人类文明史，平原与丘陵区是人类活动频率高与影响程度大的区域.因此，从地貌角度看，人工次生湿地主要分布于平原与丘陵地区；就人类活动状况而言，主要分布于城镇及农村居民点附近；从类型来看，水稻田是一种典型的大面积人工次生湿地，它主要集中于热带与温带湿润和亚湿润地区.我国稻田约3.8×107hm2，主要集中于秦淮一线以南，横断山以东地区.其中，以长江中下游最为集中［7］.基塘湿地主要分布于江河入海口的三角洲平原区.库坝湿地多分布于江河的中上游地区.而水渠等湿地主要集中在平原灌溉区.

人工湿地主要用于污水处理目的，而城市既是一个地区的政治、经济、文化、人口与信息中心，同时也是水资源集中需求区和水污染集中产生区.因此，人工湿地在地理分布上基本集中于城镇区，极少数人工湿地则散布在人口比较密集而经济又相对较好的农村居民点.

总之，人工湿地与人工次生湿地的密度、集聚度与人口密度具有明显的正相关性.一般地，从城镇向郊区至原野区，随着人类活动频率和强度由大而小的梯度变化，会依次出现人工湿地集中分布区、人工次生湿地密集区、自然湿地分布区的过渡.

1.3 资源环境背景比较

任何一块湿地，无论是自然湿地还是拟建或已建的人工与人工次生湿地，都具有与其他湿地不同的环境特点.旷野性自然湿地位于人类活动相对偏弱区，大多仍然保留着自然或近似自然的生态地理环境背景.湿地系统基本处于自然演化状态，系统中自然过程（如湿地自身发展、湿地植物演替等）进程平缓，水质较优良，土壤污染相对轻微，生物多样性较高.位于城镇及城镇附近的自然湿地（或称城市自然湿地、城郊自然湿地）受城市化的影响，往往生态基底不良（水质下降、湿地生物退化等）.

人工湿地多为处理污水而人为设计与建造的，其水体常为居民生活污水或工业废水或二者兼有，水体包含多种污染物，如有机物、无机物、微生物、生产废料、残渣、副产品等，水质指标值通常远比自然湿地低劣.另外，人工湿地设计时常要考虑气候条件、植被类型及地理条件，并结合现场条件，经小试或中试取得相关数据后进行［8］.

从资源角度看，湿地本身是一种多资源集结在一起的综合体.湿地水资源是区域自然资源的重要组成部分，在干旱与半干旱地区，湿地水资源的重要性更为突出，常成为生物富集区与人类活动集中区.江河源地的沼泽等湿地是重要的蓄水区，在保障江河水系健康方面起着举足轻重的作用，如被誉为“中华水塔”的三江源湿地.除水资源外，自然湿地往往还是物种资源的富集区.在这里不但汇聚了大量珍稀植物，也吸引了大量的珍稀动物前来栖息、觅食与繁殖.许多自然湿地通常还是重要的矿产区，如泥炭、钾盐、碱等.其中，泥炭资源产于泥炭沼泽.全球泥炭主要分布于纬度较高的温寒带湿润和半湿润气候区.中国泥炭主要分布于北纬40°以北地区（约占 80%），北纬 30°～40°地区约占 14%，北纬30°以南广大地区约占6%［7］.钾盐、碱、盐等矿产资源产于内陆盐碱沼泽湖泊或滨海湿地.另外，滨海湿地还分布有不少砂矿、锆石、独居石等矿产资源.沼泽、滩涂等湿地在我国现行土地分类体系中还是一种重要的土地资源类型，常作为耕地、林地或建设用地等的重要后备土地资源.总的来说，自然湿地是全球生产力最高的生态系统之一，具有丰富的自然资源和较高的生物多样性.近两个世纪以来，由于人口的急剧增加和人类对湿地认识的片面性，全球范围的自然湿地正不断遭受破坏和改变.

人工次生湿地的生物资源主要是鱼、虾、蟹等经济类水产动物资源，以及稻、藕、菱等经济类植物资源，这些生物资源带有明显的人为经济利益选择取向.与自然湿地相比而言，人工次生湿地生态系统的经济类动植物资源种类相对贫乏，但单种产量较高.除经济效益之外，不少人工湿地和人工次生湿地往往还是重要的景观资源，成为重要的旅游风景区.

人工湿地，由于排放污水的城市或工厂为了节约投资和管理方便，以及出于在尽可能小的土地面积上处理更多的污水之目的，常限制了植物种的选择，从而影响了收获作物的经济价值.从资源角度看，湿润地区的人工湿地主要是用于污水与废水的处理，对污水或废水的回收利用并不重视，而干早地区则将污水处理看作是重要的水源，希望在尽可能大的土地面积上利用污水，以便获得更好的经济效益和环境生态效益.人工湿地使污水处理与环境生态建设有机结合，在处理污水的同时还可以创造新的城市生态景观.

1.4 结构比较

生态系统中不同要素间相互作用的方式决定了生态系统的结构.由于水、热等在湿地内的分布不均，造成湿地生态系统结构在水平方向上和垂直方向上发生变化.无论是人工湿地、人工次生湿地还是自然湿地，都存在着时间上的演绎过程和营养元素的转移过程.三种湿地系统的组成成分相似，都以水为核心，包括水、生物、土或基质等基本组成要素.不同点在于为了达到除污净化目的，人工湿地的基质和植物种类具有非常强烈的人为选择性.人工次生湿地的动植物也有明显的人为选择性倾向，如水田的水稻、水产养殖塘的经济鱼类等都是人为选育的种类.对自然湿地而言，其湿地生物特别是植物多是自然选择的结果，湿地土壤也基本上是自然成土过程的产物.在自然湿地生态系统中，许多生物资源由于长时间对特定生境的依赖，对外界干扰反应敏感，抗干扰能力弱，系统脆弱性大.而人工湿地通常选用抗干扰能力强的物种，干扰敏感性比自然湿地低得多.三种湿地在要素结构、空间结构、时间结构与营养结构方面的差异简列于表1.

1.5 功能比较

功能是指生态系统具有的维持自然过程、直接或间接地为人类提供多种资源和能源、防止自然灾害等服务的能力［9］.湿地的功能可概略地分为：生态环境功能（如释氧固氮、净化污水等）、经济功能（如提供原料、产品等）与社会功能（如提供科教文化研究场地）.自然湿地的生态功能价值远大于其社会经济价值，它是人类生存和社会发展最重要的自然资本.人工次生湿地与人工湿地的建设目的是建造湿地生物的栖息地、食物与纤维物质生产地及废水处理设施，突出强化湿地某方面的功能.尽管人工湿地、人工次生湿地和自然湿地都有强大的环境调节功能和生态效益，但是，人工湿地的最主要功能是控制环境污染，获得污水净化处理与资源化利用的双重效益.自然湿地在废水处理方面成效亦显著，但在需要处理污水的地方往往找不到自然湿地.而且，利用自然湿地处理污水不易控制，若处置不当，会使自然湿地遭受毁灭性破坏.人们从自然湿地处理污水中受到启发，进行研究、试验，建设了模拟自然净化系统专门用于处理污水的人工湿地，因此，人工湿地突出的是环境效益.人工次生湿地的主要功用是为人类获得某方面的经济需求，如稻田主要是为了获取粮食和经济作物产品，基塘主要是为了获取渔利和种植农产品.换言之，人工次生湿地着重突出的是其经济效益，其生态效益与社会效益被重视的程度则相对次要得多.三者的功能图示见图1.

表1 自然湿地、人工次生湿地与人工湿地结构比较Tab.1 Structure comparison of natural wetland,semi-constructed wetland and engineered wetland

图1表明，三种湿地都拥有生态环境、经济和社会功能，其区别主要在于侧重点不同.自然湿地侧重于生态维育，人工湿地侧重于污水处理与废水资源化，而人工次生湿地侧重于获取经济产品.

1.6 干扰比较

干扰指发生在一定地理位置上，对生态系统或景观结构造成直接损伤的、非连续性的物理作用或事件［10］.干扰在自然界无时无处不在，也是生态演变过程中不可或缺的条件.自然湿地以自然干扰为主，但人为干扰有愈来愈强的趋势.在自然干扰中，气候是控制湿地消长最根本的动力因素，气候变化能造成湿地面积及其时空分布的变化.自然湿地的形成一般由陆化过程、沼泽化过程或二者的综合作用形成.陆化过程是水体系统在自然因素作用下或人为因素间接作用下使淹水深度变浅，并伴随水生植物的发育而形成湿地.湖泊陆化过程分为2种类型：水生-沼生植物带状侵入型和沼生植物“浮毯”蔓延型.河流陆化过程中，心滩发育、自然截弯取直均有重要作用.在河流入海口处，由于沉积作用（包括物理沉积与化学沉积）旺盛，常形成三角洲湿地.随着人口的增多和经济的发展，建筑物、公路、油田、盐田等开发活动都在侵占自然湿地.从根本上说，当前对自然湿地的威胁主要来自经济的外向化、政策的多变、人口的增长与贫穷的困扰等.

人工次生湿地干扰类型主要是在自然干扰的基础上迭加了人为干扰.主要的人为干扰方式包括农业开垦、城市开发、水利工程、采矿、道路桥梁建设和旅游活动等.在人工次生湿地中，人类活动对湿地形成的影响主要表现为改变湿地区域微地貌形态和水文格局.围湖造田和围海造地使大面积的水域在人为干预下逐渐变成人工次生湿地，这是人类活动影响次生湿地形成的典型例子.人工次生湿地的形成时间短促，过程多样，分布较广.但总体而言，人工次生湿地的形成过程可近似地看作是自然因素与人为因素双重作用下的陆化过程和沼泽化过程.人工湿地是完全在人为支配下形成的，湿地从选址到基质填料，从湿地边界构材到动植物选取，都是人为控制的.另外，湿地的运营与维护也基本上受人为操控.因此，人工湿地的人为干扰烙印极为强烈与深刻，它渗透到了湿地的各个方面.

1.7 利用方式及景观格局分析

从湿地利用方式来看，人类对自然湿地，尤其是江河湖泊的利用主要表现在航运、获取水产、旅游观光、道路与房地产工程建设几个方面.其中，航运与水产是古老的利用方式，工程建设是近现代经济发展的扩展需求，而旅游观光方式则是比较新的开发利用热点.人类对人工次生湿地利用的最主要方式是农业种植和水产养殖，这一方式在亚洲特别是中国表现得尤为突出.亚洲沿海国家多为湿润与半湿润季风气候，是全球水稻作物的主要分布区，也是人口密集带，为了获得足够的食物，利用人工次生湿地进行农业生产成了一条极其重要的解决途径.维持水量平衡与水利灌溉也是人工次生湿地的重要利用方式，田园风光休闲旅游目前也逐渐受到青睐.人类对人工湿地的利用以污水处理最为重要，此外，随着工业化与城市化的不断发展，自然景观越来越变得珍贵与稀少，人工湿地用作景观美化、游憩休闲方面的例子也愈来愈多见.

就景观格局而言，自然湿地自然度大，景观异质性强，湿地类型多样性与斑块多样性丰富.人工湿地或人工次生湿地受人为活动影响强烈，湿地景观的破碎度大，景观异质性、类型多样性较小，斑块形状规则化趋势明显，优势湿地景观非常突出，如人工次生湿地中的水田、基塘和人工湿地中的湿地污水处理系统等.人类活动的高强度与高频率，加上人为主观决策的高变化，使得人工湿地与人工次生湿地的景观稳定性较差.尽管总体上自然湿地在多样性、异质性、稳定度等景观指标方面要优于人工湿地与人工次生湿地，但是随着人类活动影响范围的增大与程度的加深，其景观格局恶化的趋势在所难免.总之，在人类活动影响愈来愈强烈的时代，自然湿地景观格局的指标状态有向人工湿地、人工次生湿地景观指标状态变化的趋势.

2 主要结论

1）人工湿地是人为设计建造的、工程化的、具有湿地某些性质与特殊用途的工程系统.人工次生湿地是对天然湿地生态系统构件进行一定程度的改造，使其适合于人类需求的、受人为与自然双重主导作用控制的湿地生态系统.

2）自然湿地在地域分布上主要集中于寒带湿润半湿润地区和热带湿润区.人工次生湿地主要分布于平原与丘陵地区或城镇及农村居民点附近.人工湿地基本上集中于城镇区.

3）旷野型自然湿地大多保留着自然或近似自然的生态地理环境背景，城郊型自然湿地受城市化的影响生态基底常处于不良状态.人工次生湿地尤其是人工湿地的水质通常远比自然湿地低劣.自然湿地常具有丰富的自然资源和较高的生物多样性，人工次生湿地的经济类动植物资源种类相对贫乏，但单种产量高.

4）人工湿地、人工次生湿地与自然湿地系统的基本组成成分相似.不同点主要在于人工湿地的基质和植物种类具有强烈的人为选择性，自然湿地的空间结构比人工湿地与人工次生湿地复杂，且后两者具有食物链短、食物网简单、营养结构多畸型的特点.

5）三类湿地均具有生态环境、经济和社会功能，其区别主要在于侧重点不同而已.

6）自然湿地以自然干扰为主，人工次生湿地自然干扰与人为干扰均占相当的比重，而人工湿地的人为干扰占绝对优势.

7）自然湿地的利用方式主要表现为航运、水产、旅游观光、工程建设几大方面，人工次生湿地主要表现为农业种植与水产养殖，而人工湿地以污水净化为主.

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责任编辑：黄 澜

Comparisons of Natural Wetland,Semi-constructed Wetland and Engineered Wetland

QIU Penghua1,XU Songjun2,XIE Genzong1,FU Ying1
（1.College of Geography and Tourism，Hainan Normal University，Haikou 571158，China；2.College of Geography，South China Normal University，Guangzhou 510631，China）

The paper gives a comprehensive differentiation of three wetland types--natural wetland,semi-constructed wetland and engineered wetland,from their concepts,distributions,resource-environment backgrounds,structures,main functions,disturbances,landscape and utilization,and so on.And it provides some foundations for reinforcing the classified planning,exploitation,utilization and protection of wetlands.

semi-constructed wetland；natural wetland；engineered wetland；comparison

X 26

A

1674-4942（2010）02-0209-05

2010-03-21

国家自然科学基金项目(40971040)；海南省自然科学基金项目(80688)；海南省教育厅高等学校科研项目(HJKJ200741)；广东省自然科学基金项目(8151063101000016)