城市湿地生态系统的恢复与评价

李永丽，殷昊源

(1．河南省水文水资源局，河南 郑州450003;2．郑州黄河工程有限公司，河南 郑州450003)

(责任编辑 徐素霞)

城市湿地是城市生态系统的重要组成部分，具有独特的环境和生物组成特征以及城市其他生态系统不可替代的多种生态服务功能，被认为是陆地生态系统的最佳利用方式［1］。与自然湿地相比，人类更强烈地影响城市湿地的水文特征、物理结构和生态环境。目前，城市湿地正面临着最为严重的生态问题，如湿地面积减少、功能退化、生物多样性降低、水质改变、富营养化、外来物种的入侵等。城市湿地的退化、消失与城市化密切相关，如北京从20 世纪60年代至70年代中期，有8 个湖泊共计33．4 hm2湿地面积被填没，具有500年历史的护城河现在剩下的总长度不到原来的一半［2］。美国农业部的调查显示，在所有被调查的流域中，湿地的丧失几乎都与城市化有关，美国已丧失了58%的湿地［3］。

城市如何在发展中保护现存湿地以及如何恢复已受损的湿地，实现人与自然的和谐共存与发展，成为亟待解决的问题。本文对城市湿地面临的生态问题进行了诊断，并探讨了城市湿地恢复的模式、措施和恢复效果的评价理论与方法。

1 城市湿地生态问题诊断

城市湿地受自然和人为双重因素(特别是人为因素)的影响，其生态学属性已经留有人工改造的痕迹，面临许多严峻的问题。

(1)人工化特征明显，人为干扰的强度大。在城市建设过程中，大部分城市都对河道进行了裁弯取直，河湖管理部门为减少河湖水量的蒸发、渗漏损失，对城市河湖用混凝土进行了衬砌，诸如此类大量的城市建设工程、河湖整治工程等，使得目前绝大部分的城市湿地都带有非常明显的人工化特征。此外，城市湿地还不断遭受到人类活动的干扰，例如污染、生境破坏及土地利用类型改变等。

(2)面积萎缩，内部生境破碎化，生态系统完整性遭到破坏。城市湿地受不合理的城市水利工程、河湖改造工程和城市建成区扩张的影响，一方面造成城市湿地自身生态系统破碎化，另一方面使其与周围环境割裂，导致城市湿地面积减少，分布不均匀，形成孤岛式的生境斑块，妨碍了城市湿地之间及其与周围环境间物质、能量及信息的交换［4］;湿地内部生境的破碎化较为严重，如河湖岸衬砌、河湖底硬化等，都使城市湿地生态系统失去完整性。

(3)水量短缺，水质污染严重。近年来由于城市水资源的日益匮乏，人类生产、生活用水挤占生态用水的现象十分严重，因此保证湿地生态用水是其功能得以发挥的前提和保障。此外，城市的快速发展使得大量的工业废水、生活污水、生产与生活垃圾等大量污染物质排入河流、湖泊等城市湿地中，外源性营养物质(主要是氮、磷)负荷的过量输入，造成水生生物大量繁殖，引起水生态系统失衡，加剧了水体富营养化，部分水体甚至还出现了水华。

(4)物种多样性降低，优势物种濒危。城市的快速发展使得湿地资源遭到掠夺式的开发利用，湿地的生物资源和生境因此受到不同程度的破坏，导致生产力下降、生物多样性降低。在城市湿地恢复过程中，盲目引进外来物种，导致土著种的灭绝，更给湿地生物多样性带来了威胁。此外，人类活动导致湿地生境的破坏，也给湿地优势物种带来很大威胁。

(5)湿地功能严重退化。城市湿地的消失和生态退化，导致湿地生态系统结构性、整体性和自然性的破坏，进而导致生物多样性和生产力降低，湿地生态服务功能下降。

2 退化城市湿地生态系统的恢复

针对受损的城市湿地，有必要对其进行生态恢复。湿地恢复是指通过生态技术或生态工程对退化或消失的湿地进行恢复或重建，以再现干扰前的结构和功能，以及相关的物理、化学和生物学特性，使其发挥应有的作用，并实现湿地生态环境的良性循环，为人类提供可持续利用的生活资源和种质资源［5］。在我国，许多地区都开展了城市湿地的恢复研究［6－8］，松花江流域的长春、哈尔滨，海河流域的天津，黄河流域的济南，长江中下游地区的杭州、上海等，西北地区的西安，以及青藏高原的拉萨拉鲁湿地区，都实施了城市湿地恢复的重大生态工程。

2．1 恢复模式

由于城市湿地的类型不同、退化程度不同，为达到最佳的投入产出效益，在具体实施湿地恢复时，应根据湿地水环境特点、湿地污染类型、污染物迁移转化特征以及湿地生态系统的功能特征制定恢复目标，选择相应的恢复模式，并制定详细的恢复方案。

(1)自然恢复。没有任何人为的抚育恢复措施或其他活动的影响，让退化生态系统自我恢复。

(2)低人工干预恢复。主要依赖于生态系统的固有演替潜力完成生态系统的恢复。可通过人工建立一定的理化环境条件，或人工辅助引进一些关键物种源，适“机”地促进生态系统结构和功能的形成，从而在一定程度上诱导、增强退化生态系统的恢复潜力。

(3)适度人工干预恢复。依据生态系统演替状况和一定的人类价值目标，以一定频率、强度和不同方式的正向干预来调节、修复、补偿、重建其原有的演替能力，生态系统可以沿原有演替路径或其他路径演化，能够形成一定的生态系统结构和功能。

(4)高度人工干预恢复。依据人类自身的价值目标需要，在频率、强度和方式上，强烈干预和控制其演替，最终形成人类所期望的生态系统结构和功能，并具有一定的经济、社会效益。

2．2 恢复措施

湿地的恢复措施通常包括工程措施、生态措施和管理措施。工程措施是实施生态措施的前提和条件，适当的工程措施可以改善湿地生态系统的地表基质和环境条件，为生物生长创造条件;而管理措施可以为工程措施和生态措施的实施提供必要的保障。在实际应用中，多采用工程措施、生态措施和管理措施相结合的方针，可大大缩短生态恢复的时间。

(1)工程措施。工程措施是在人为干预下，建造有利于生态修复和污染削减的各种工程，实现对污染水环境的治理。在城市湿地污染修复过程中，根据引起湿地生态系统退化的原因，通过一定的人工设计工程，消除各种不利因素的影响，从而改善地表基质和环境条件，为生物生长创造条件，是目前湿地污染修复中较常用的方式之一。常见的湿地恢复工程措施有:退耕还湿工程、保护区水源补给工程、水质改善工程。

(2)生态措施。生态措施属于生物修复技术应用的范畴。生物修复技术主要是利用湿地植物的净化功能来实现污染治理的目的，一方面可以将湿地中的污染物质转移到湿地植物中，形成湿地植物的生物量，使得水体中的污染物浓度降低，水环境质量得以改善;另一方面，对湿地植物进行收割还可以获取经济价值。近年来，随着研究的不断深入，有学者尝试利用生物膜技术治理水环境，主要用于湿地水环境中重金属污染物的去除，这同样属于生物修复技术的范畴。

(3)管理措施。管理措施主要包括生态系统管理和保护、立法及教育。通过建立湿地修复示范区或自然保护区，并对湿地保护进行立法，做到利用法律保护湿地生态环境。另外，在恢复过程中，往往仅有政府、专业部门、专家学者等参与其中，而公众缺乏参与机会，只有通过大力的宣传教育，使城市居民切实认识到湿地的功能和湿地在区域生态环境平衡中所起的重要作用，将湿地环境改善、湿地生态系统恢复与公众利益统一起来，才能促进公众参与恢复的积极性;同时应努力为公众提供参与湿地恢复的机会和渠道，从而推动湿地恢复工作的开展。

3 城市湿地生态恢复效果评价

以什么指标衡量湿地恢复和达到何种程度可算湿地恢复成功是生态恢复过程中人们较为关心的问题，其中，关键是指标体系的建立和参照系统的确定［9］，其直接影响评价结果的合理性与科学性。陈波［10］对恢复评价体系关注的3 个方面做了论述，通过选择参照系、构建评价指数、建立响应构建了理论评价体系。目前，大多研究还集中在恢复理论和恢复措施的研究上，关于恢复的评价标准尚不统一，关于恢复效果的评价多为单一因子恢复前后的简单比较，如生物数量和种类的变化、水环境质量改善等［［11］。本研究从外部环境要素、生物生态要素和社会经济要素3 个方面构建了3 个层次的指标体系，并提出恢复潜力指数、恢复指数和恢复速度用以直观地评价恢复效果。

3．1 评价指标体系的构建

城市湿地生态系统的状况随系统内部物理、化学及生物因素的变化而改变，同时又受到周围环境及人类活动的影响。评价指标除具备一般指标体系设计所要求的科学性、代表性、综合性和可操作性之外，还应有较强的可比性，能对城市湿地生态系统的初始状态和最适状态作出准确描述，可以指示生态系统的变化程度，且对生态特征的变化具有敏感性。应以国家水资源、环境及其相关部门规定的监测数据为主，选取定量和半定量化指标。遵循以上原则，综合考虑城市湿地生态系统内部及周围环境、人类活动对城市湿地的影响，从外部环境要素、生物生态要素和社会经济要素3 个方面进行筛选，构建了3 个层次的城市湿地生态恢复评价指标体系(表1)。

表1 城市湿地生态恢复评价指标体系

3．2 参照系统的确定

城市湿地生态系统由于受到人类活动的强烈干扰，要恢复到受干扰前的原始状态是不现实的，而且选用历史资料进行对照也存在历史资料信息不全的问题，因此应将健康的生态系统作为城市湿地生态恢复的目标。健康的生态系统不一定是原始的生态系统，但它必须是一个相对完整的生态系统［12］。城市湿地生态系统的健康特性包括5 个方面:①结构完整性;②功能协调性;③稳定性;④开放性;⑤景观美学性。根据城市湿地生态系统的健康特性，综合考虑城市湿地生态系统的复杂性、多样性，确定评价的参照系统。

3．3 评价模型

3．3．1 评价指数

(1)恢复潜力指数(RP):退化城市湿地组成、结构、功能上与参照系统的差异程度。

(2)恢复指数(RD):退化生态系统通过自然和人工恢复过程在组成、结构、功能上与参照系统的相似程度。

(3)恢复速度(RS):单位时间内恢复指数(或各特征指标恢复指数)向参照系统方向发生的位移。

3．3．2 计算方法

假定A 是恢复前的退化城市湿地生态系统;B 是评价时刻处于中间状态的城市湿地生态系统，是一个随时间推移变化的动态系统;C 是参照系统，即恢复成功后设想达到的参照系统。X1，X2，X3，…，Xn是A、B、C 的共同特征，即所选取的评价生态恢复的n 个指标，则A 到B 的绝对距离为B(Xi)－A(Xi)，A 到C 的绝对距离为C(Xi)－A(Xi)，其中i=1，2，3，…，n。

A 系统，i 特征指标的恢复潜力指数为

B 系统，i 特征指标的恢复指数为

采用层次分析法确定各指标值的权重。设各评价指标X1，X2，X3，…，Xn分别对应的权重为ω1，ω2，ω3，…，ωn(ω1+ω2+ω3+…+ωn=1)，则A 系统的恢复潜力指数为

A 到B 的恢复指数为

恢复速度为恢复指数/恢复时间，即

式中:T 为评价时刻;T0为恢复措施实施前的时刻。

通过以上模型，可以计算出目标层和各要素层的恢复潜力指数、恢复指数、恢复速度。不同特征指标的恢复指数可以反映该指标对生态系统恢复的贡献和重要性，从而明晰影响生态恢复的关键因子，为恢复措施的调整提供科学依据。

4 结 语

城市湿地是一个生态价值与人类价值相统一的整合性的概念，随着城市的发展，人们要求城市湿地提供越来越多的服务功能，因此对于受损城市湿地要积极地进行恢复，恢复时应根据湿地水环境特点、湿地污染类型、污染物迁移转化特征以及湿地生态系统的功能特征制定恢复目标，选择相应的恢复模式，采用工程措施、生态措施和管理措施相结合的综合恢复措施，才能达到抑制湿地退化和恢复湿地健康的目的。

城市湿地的生态恢复评价是一个正在逐步发展完善的理论体系，其应用目前还存在诸多争议。对于城市湿地生态系统恢复成功的判定及量化评价指标体系，目前尚未有统一的认识。这一方面是由于城市湿地生态系统的复杂性、多样性造成的，另一方面也说明对湿地生态系统退化和恢复的研究尚不够深入，仍需要进一步深入研究湿地退化的机制、特征和规律。

［1］曹新向，翟秋敏，郭志永．城市湿地生态系统服务功能及其保护［J］．水土保持研究，2005，12(1):145－148．

［2］潮洛蒙，俞孔坚．城市湿地的合理开发与利用对策［J］．中国建设信息，2005(3S):9－12．

［3］Ehrenfeld J G．Evaluating wetlands within an urban context［J］．Ecological Engineering，2000，15(3－4):253－265．

［4］孙广友，王海霞，于少鹏．城市湿地研究进展［J］．地理科学进展，2004，23(5):94－100．

［5］杨亚妮．湿地生态系统研究及防止退化对策［J］．自然杂志，2002，24(2):95－99．

［6］崔保山，杨志峰．湿地生态系统建康评价指标体系Ⅱ．方法与案例［J］．生态学报，2002，22(8):1225－1233．

［7］刘静玲，张凤玲，杨志峰．城市河湖生态系统健康评价——以北京市“六海”为例［J］．生态学报，2005，25(11):3019－3027．

［8］胡会峰，徐福留，赵臻彦，等．青海湖生态系统健康评价［J］．城市环境与城市生态，2003，16(3):71－73．

［9］Ladsen A R，White L J，Doolan J A，et al．Development and testing of an index of Stream Condition for waterway management in Australia［J］．Freshwater Biology，1999，41(2):453－468．

［10］陈波．退化湿地生态系统的恢复与评价方法［J］．广东园林，2005，31(5):25－28．

［11］李伟，崔丽娟，赵新胜，等．北京翠湖湿地生境恢复及效果评估［J］．湿地科学与管理，2013，9(3):17－21．

［12］黄和平，杨劼，宋炳煜，等．内蒙古黄土丘陵沟壑区生态系统健康评价［J］．生态学报，2005，25(5):1048－1056．