中国城市发展与湿地保护研究

2018-05-11邵媛媛周军伟母锐敏朱丽姜天翼

生态环境学报 2018年2期

关键词：研究

邵媛媛，周军伟，母锐敏，朱丽，姜天翼

1.山东建筑大学市政与环境工程学院，山东济南 250101；2.山东师范大学资产处，山东济南 250000

湿地与森林、海洋并称为全球三大生态系统，被誉为“地球之肾”，具有涵养水源、净化水质、调节气候、蓄洪防旱、维护生物多样性等重要的生态功能。笼统地讲，中国湿地主要包括滨海湿地、河流、湖泊、沼泽湿地和人工湿地（Liu et al.，2011），而按照国际Ramsar《湿地公约》对湿地类型的划分，31类天然湿地和 9类人工湿地在中国均有分布（RCS，2006）。湿地面积占中国土地面积的5.58%，低于6.0%的世界平均水平（Wetland China，2014）。健康的湿地生态系统在中国的可持续发展中具有重要作用（Sun et al.，2015）。城市作为经济发展中生产、生活、消费最集中的区域，同时也是污染最集中的地方。城市湿地是以自然景观为主的城市公共开放空间，是城市生态环境的重要组成部分（王海霞等，2006）。

目前中国的城市化进程在飞速推进，1978—2000年间，中国的小城镇数量从2176增加到20312个，城市数量由 190增加到 663个（姚士谋等，2008）。作为社会经济发展与生态过程之间相互作用的结果，城市化进程面临的最大挑战是城市扩张所带来的影响（Chen et al.，2010）。由于人们对湿地功能和生态价值的认识匮乏，在城市建设与扩展过程中，湿地成为了城市化过程中消失最快的成分之一（Kentula et al.，2004；Bendor，2009）。大面积的湿地被占用和填埋用于城市建设，工业废水和居民生活污水直接排放入城市边缘湿地中，城市生态环境受到严重破坏，严重影响当地的水文和气候，环境修复工作面临新的挑战，中国城市湿地的保护工作迫在眉睫（宋新山等，2004；Wang et al.，2008）。全国第二次湿地资源调查数据显示，2003—2013年间，我国湿地面积减少了339.63×104hm2，减少率为8.82%，其中自然湿地减少了337.62×104hm2（Wetlands China，2014）。

中国对城市湿地的研究远远滞后于城市的快速发展，保护工作还处于起步阶段，近年来北上广等一线城市陆续开始重视城市生态环境建设，加大了湿地建设与保护力度，对城市湿地的保护成果初见成效，但保护力度却远远不够。在开展湿地保护过程中，由于城市湿地的功能与特点，对湿地对城市环境的影响等问题认识的缺乏，很多行为盲目跟从，保护工作不能长期持续下去，需从基础理论上对中国城市湿地的现状进行深入认识。本文从城市湿地的概念及功能出发，明确中国城市湿地保护目前所存在的主要问题，通过分析中国城市湿地保护所取得的成效，对国内外湿地模型的应用情况进行总结，提出未来湿地模型研究的发展趋势，同时通过比较国内外湿地的政策保护，进一步展望中国城市湿地保护的发展方向。

1 城市湿地概况

1.1 城市湿地的定义

近年来，随着环境生态问题的出现，湿地这一名词被广泛提及。对于湿地的具体定义，各国学者有不同的解释（Mitsch et al.，1986；杨永兴，2002）。《湿地公约》中对湿地的定义，是一个以管理为目的、广义的定义，即指天然的或人工的、永久的或暂时的沼泽地、泥炭地、水域地带，带有静止或流动、淡水或半咸水及咸水水体，包括低潮时水深不超过6 m的海域（RCS，2006；姜文来等，2004）。由于考虑到分布范围、生态学属性、景观格局、功能服务等因素，对于城市湿地的准确定义一直难以给出，如孙广友等（2004）学者认为分布于城市（镇）的湿地即称为城市湿地，是人工湿地、半人工湿地与自然湿地的复合体。目前比较完备和受认可的定义为：城市湿地是指城市区域之内的海岸与河口、河岸、浅水湖沼、水源保护区、自然和人工池塘以及污水处理厂等具有水陆过渡性质的生态系统（王建华等，2007）。

1.2 城市湿地的功能

发育在流域不同部位的湿地，其生态服务功能是不同的。根据城市湿地的特点，目前对城市湿地功能已有了相对比较完全的界定，即环境调节、资源供应、灾害防控、生命支持、社会文化等5类15项生态服务功能，具体包括涵养水源、净化污水、蓄洪防旱、休闲娱乐等。此外，城市湿地还具有良好的经济效益，湿地植物如芦苇（Phragmites communies）、香蒲（Typhae latifolia）可用以制作手工工艺品，湿地水产亦可带来一定收益。

1.3 城市湿地的分布

中国湿地分布不均，受气候和地形条件影响，东部地区河流湿地多，东北部多为沼泽湿地，西部干旱地区湿地明显偏少，长江中下游地区和青藏高原湖泊湿地多，青藏高原和西北部干旱地区又多为咸水湖和盐气模湖，海南岛到福建北部的沿海地区分布着独特的红树林和亚热带和热带地区人工湿地。按地域可划分为七大湿地区域：东北湿地、黄河中下游湿地、长江中下游湿地、南部和东南部地区的滨河湿地和沿海湿地、云贵高原湿地、蒙新干旱-半干旱湿地和青藏高原高寒湿地（图1）（Sun et al.，2015）。

图1 中国湿地分布图（Sun et al., 2015）Fig.1 Distribution of China’s wetlands (Sun et al., 2015)

中国各大城市均有湿地分布，受地理位置影响，湿地面积、类型不尽相同（图2）。图2所示为2014年全国31省市不同湿地类型的面积。数据显示，全国湿地总面积5360.26万公顷，其中自然湿地面积4667.47万公顷，占87.37%；人工湿地面积674.59万公顷，占12.63%。自然湿地中，近海与海岸湿地面积579.59万公顷，占12.42%；河流湿地面积 1055.21万公顷，占 22.61%；湖泊湿地面积859.38万公顷，占18.41%；沼泽湿地面积2173.29万公顷，占46.56%。

目前中国已初步建立了以湿地自然保护区为主体，湿地公园和自然保护小区并存，其他保护形式为补充的湿地保护体系。中国环境状况公报显示，截止2015年底，我国已有378个内陆湿地自然保护区（环境保护部，2015）。各地重点保护的自然湿地保护区主要位于城郊地带，受人类活动影响较小；城市内主要规划有许多人工湿地公园景区，如浙江省的人工湿地面积占到了本省湿地总面积的63.9%（朱海燕等，2011），山东省泰安市在东平湖区建成了一条约15000m2的湿地景观带。目前很多城市都已经把建设城市湿地公园作为保护城市湿地的重要手段，城市湿地公园的营造，可以有效缓解热岛效应、消除粉尘、吸收CO2、增加O2，使城市环境更加生态宜居，比传统绿化具有更大的优势（刘乐等，2011）。随着国内对城市湿地的重视，城市湿地在全国范围内的分布范围逐年扩大，2015年中共中央、国务院在《关于加快推进生态文明建设的意见》中定量预计 2020年全国湿地面积不低于8亿亩（1 hm2=15亩）。

2 城市湿地面临的主要问题

天然湿地面积的减小，受自然与人为因素的共同影响。中国的城市湿地保护工作起步较晚，在理论研究与具体实践方面都十分薄弱。根据第二次国家湿地资源调查显示，十年前影响湿地生态环境的 3个因素包括污染、开垦、非法狩猎，目前已经扩大到污染、过度捕捞、狩猎、土地开垦、外来物种入侵和基础设施占用等多种因素（Wetlands China，2014）。目前城市湿地保护所面临的主要问题包括：

2.1 城市湿地面积锐减

2.1.1 城市化的加快

降水量的减少和气温的升高是湿地干涸的主要自然因素，而城市化的加快是导致湿地面积急剧减少的人为因素。随着城市中心的扩大，垃圾填埋、交通建设、城市建筑用地，大量湖泊被填埋作为建筑用地，湖泊湿地自然生境严重破碎化，零零散散的孤岛斑块遍地分布（Bendor，2009）。20世纪美国、日本城市湿地环境退化、持续减少（Mushacke et al.，1999）；而过去30年的发展中国家，在快速发展的新兴城市建设中，同样存在湿地减少、退化及相关环境灾害现象（Hettiarachchi et al.，2012；Xu et al.，2009；Adaman et al.，2009）。中国人口密度大，发展迅速，对土地及自然资源的需求量大。

图 3所示为山东省第一次湿地调查（1996—2000年）与第二次湿地调查（2011—2013年）的湿地面积变化（图3），结果显示按相同口径（单块湿地面积≥100 hm2、类型和范围相同）比较，2011—2013年间，山东省湿地总面积为173.75×104hm2（不包括水稻田面积13.18×104hm2），湿地面积占全省国土总面积的比率（即湿地率）为11.09%。其中，近海与海岸湿地面积有72.85×104hm2，河流湿地有25.78×104hm2，湖泊湿地有 6.26×104hm2，沼泽湿地有5.41×104hm2，以上4类为自然湿地，总面积合计110.30×104hm2，占全省湿地总面积的63.48%；人工湿地面积有63.45×104hm2，占全省湿地总面积的36.52%。2011—2013年全省自然湿地面积比1996—2000年减少了 63.72×104hm2，减少幅度为37.89%，其中，近海和海岸湿地减少48.20×104hm2，河流湿地减少 10.20×104hm2，湖泊湿地减少10.23×104hm2，沼泽湿地增加了 4.91×104hm2。而人工湿地面积（单块湿地面积≥100 hm2）增加了44.20×104hm2，增长率为430.38%。全省自然湿地和人工湿地增减相抵，湿地面积净减少 19.50×104hm2，减少幅度为10.93%。

2.1.2 湿地资源的不合理开发

湿地资源的不合理开发，如湿地油气的开发，使维持湿地生态系统的生物、化学和物理过程普遍受到严重干扰，对湿地生态造成灭绝性的损坏，难以修复。数据显示，近年来，浙江省滩涂围垦超出滩涂自然淤涨速度，天然湿地减少，人工湿地逐年增加，其减少速率大于增加速率（朱海燕等，2011）。

2.2 城市湿地水质污染严重

中国多数城市的下水道建设严重滞后，大量的工业废水、生活污水、农田退水和雨水径流未经处理直接排入河道、湖泊等城市边缘湿地的地表水体。生活及生产的面源污染对城市湿地的负面影响越来越大。中国的湿地稳定性较差，对污染物质的消纳能力低，污染负荷极大超出水体自净能力，导致水生态系统物质转化失衡，诱发严重的水质污染问题。

2004年浙江杭州西溪湿地区域内各个断面指标均超出Ⅴ类水体标准（陈文岳等，2009）。2006年北京五大水系的52条河流断面，BOD超标的有44条，占污染河段的 89.8%（王卓识等，2006）。沿海湿地受农业或工业扩散活动、家畜和家庭废物排放以及海水养殖和其他海洋活动的影响严重（Cao et al.，2007）。2015年，全国62个重点湖泊（水库）中，I～Ⅲ类有 43个，比 2014年增加了 5个；劣V类有5个，与2014年持平。主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数，其中，滇池水质呈现重度污染状况，处于重度富营养化的状态。图4所示为2006—2015年七大流域（长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河）和浙闽片河流、西北诸河、西南诸河总体水质年际变化趋势。结果显示，十年间，众流域的水质逐渐得到改善，I～Ⅲ类水域的比例逐年提高，但仍有10%水域的水质处于劣V类，需要密切关注。

图4 2006—2015年十大水系总体水质年际变化趋势（长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西北诸河和西南诸河）Fig.4 Inter-annual overall water quality changes of ten rivers from 2005 to 2015(Yangtze River, Yellow River, Zhu River, Pearl River, Songhua River,Huai River, Hai River, Liao River, Zhe Min Rivers, Northwest Rivers,Southwest Rivers)

2.3 湿地生物多样性下降

相对其他的植物群落类型，湿地更容易遭到外来生物的入侵（Zedler et al.，2004）。美国中西部的淡水湿地主要被几个物种密集覆盖，然而这几个物种很少同时出现（Frieswyk et al.，2007；Craft et al.，2007）。由于城市湿地的水体相对封闭，人为干扰大，湿地动植物种类较少。中国常见的城市湿地植物多为人工单优势的种群系类型，如以净化水体为目的的有芦苇、香蒲、菖蒲（Acorus calamus）、水葱（Scirpus tabernaemontani）等。而近年来为了绿化城市，大量外来湿地植物被引入，如大米草群系（Form Spartina anglica）、加拿大一枝黄花（Solidago Canadensis）群系等，外来物种的到来，侵占了本地资源，湿地生物多样性遭到破坏（汤坚等，2011）。

2.4 湿地管理的制度建设和资源配置滞后，法制不完善

2015年，对中国东中西部11个省份181位国家级自然保护区的管理人员的问卷调查显示，法律法规不健全、多部门管理等6个方面是造成湿地保护过程出现问题的主要成因（王昌海，2015）。其中，法律法规不健全是目前湿地保护出现众多问题的最大根源，所调查人员中有97%的人认为针对湿地保护的法律法规不健全。如果没有相关法律依据，行政部门则难以发挥本职职能；部门之间职能分化不明确，多个部门混乱管理。湿地保护管理工作涉及面广、牵扯部门多，目前尚未形成一套协调机制。

3 城市湿地的保护和修复

研究中国城市湿地的方法多种多样，目前应用比较广泛的主要有遥感影像解译方法、环境因子监测方法、统计分析方法、生态经济计算方法、地理信息系统模型方法和管理学规划方法。不同研究方法的侧重点不同，各自的用途存在差异。相对而言，3S技术（遥感技术RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS）被越来越普遍地应用于湿地资源调查、湿地编目、湿地功能评价、湿地监测和湿地保护研究，然而在应用过程中，需先确定湿地类型。由于城市湿地类型较多，湿地类型的确定成为遥感技术提取湿地信息的主要问题，而目前中国尚缺乏全国尺度上湿地资源数据库。

3.1 湿地的生态监测

湿地模型以湿地内部生物地球化学过程为基础而建立，对湿地管理具有及其重要的作用，目前模型的主要类型包括湿地生态系统模型、湿地化学模型和湿地形态变化模型。以往的湿地模型主要以数学模型研究为主导，以湿地水文特征作为模型的基础，主要模拟条件可控的人工湿地或半人工湿地。随着科学技术的发展，目前国内外采用的模型种类更多，已经不仅仅局限于单纯的湿地生态研究，大都考虑城市环境因子的影响，同时融合多种技术，将湿地模型研究与城市生态环境规划相结合已成为未来湿地研究的趋势（表1）。表1中列举了目前应用比较广泛的几种湿地模型。可以看出，目前湿地模型已被逐步推广到自然湿地的动态监测中，被直接或间接地用于湿地保护，预测城市湿地未来变化，评估城市生态环境所面临的压力及发展趋势。依据常用湿地机理模型进行的探讨和对湿地内部过程的分析比较，可对湿地的现状进行评价和预测，为制订合理的湿地保护对策提供依据。

3.2 城市湿地的修复

湿地恢复的合理性评价包括生态合理性、社会合理性、经济合理性（崔保山，1999）。湿地的修复，本质上是人类生存环境的恢复。

3.2.1 城市湿地的恢复

国外主要应用景观生态学原理进行城市水环境治理和城市规划，在设计中考虑水质改善与景观的关系，如英国利物浦的阿尔培托码头改建及曼彻斯特的运河河滨改建等。国内相关研究主要集中在长江中下游平原区和黄淮平原地区，主要从4个方面着手修复与重建河流湖泊湿地生态系统，包括湿地基质修复、水文过程修复、水环境修复、湿地生物与生境恢复（崔丽娟等，2011）。

表1 国内外城市湿地模型的应用Table1 Application of urban wetlands models

（1）湿地基质修复

基质的清除有助于湿地水环境的恢复，目前比较成熟的基质恢复技术有基质地形改造、客土、清淤技术等。采用精确薄层环保清淤技术对滇池入湖河道的表层淤泥进行清理，可以取得较好的治理效果（Brinson et al.，2002；刘小梅，2010）。

（2）湿地水文工程修复

主要包括堤坝和土地工事、沟渠和水道、水流和水位控制设施等。利用麻袋筑坝的方式分段填堵黄河上游玛曲沼泽湿地的排水沟，通过引水将汇聚在排水沟的水流以扇型形状逐级辐射至周边草场，可有效防止草场退化，有利于创建良好的土壤和水环境（戚登臣等，2007）。

（3）湿地水环境修复

主要包括湿地植物修复技术、微生物修复技术、水生动物修复技术以及人工湿地净化技术等。不同的湿地修复技术所适用的水域不同，应用效果也有所差异。研究发现，当污染负荷较低时，植物的吸收作用贡献较大，占TN去除总量的47%（王曙光等，2008）。辽河三角洲芦苇人工湿地有8×104hm2，每年可以去除3200～4000 t总氮和80 t活性磷，仅相当于其潜力的 1/10（李秀珍等，2002）。人工湿地净化技术在我国的推广应用已有 20多年历史（Zhang et al.，2012），在高污染河水等自然水体的净化中取得了显著成绩（Jing et al.，2001）。以陶粒为载体固定脱氮菌群来处理 NO3—N含量较高的景观水，试验处理2 d后，NO3--N的去除率达到98.1%，TN的去除率达到91.5%（张会萍等，2013）。Pei et al.（2010）利用Bacillus subtilisFY99-01 菌株对河滨湿地进行微生物强化，强化后河水中NO3--N的最大去除率达到了36.1%，且夏季比冬季去除效果明显。苏州河水经过添加复合微生物制剂的芦苇湿地后，氨氮平均去除率在 30%～40%之间，最高可以达到70%～80%，秋季出水的氨氮低于1 mg·L-1（林静等，2007）。

（4）湿地生物与生境恢复

湿地生物恢复主要包括物种的选育和培植、物种的引入和保护、种群的动态调控和行为控制、群落的演替控制与恢复等；而湿地生境恢复主要包括湿地基质恢复、湿地水文恢复和湿地河岸带恢复等。

3.2.2 国内外城市湿地保护效果比较

目前国内许多城市陆续开展城市湿地的恢复工作，如松花江流域的长春、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市、上海市、苏州市，西北地区的西安市，以及青藏高原的拉萨市都实施了城市湿地恢复的重大生态工程。全国大中小城市对湿地公园的建设与保护，也逐步开展起来。2004年2月11日，山东荣成桑沟湾城市湿地公园建成，成为中国第一个国家城市湿地公园，同时揭开了中国城市湿地公园建设的新篇章。浙江杭州西溪湿地公园和江苏姜堰湿地公园也陆续被国家林业局批准为国家湿地公园。

3.3 城市湿地的政策保护

国际上湿地保护政策的演变共经历3个阶段：20世纪60年代以前的湿地开发期，20世纪60年代至90年代间的政策转型期以及20世纪90年代至今的湿地全面保护期（宋园园等，2013）。《湿地公约》在过去 40多年对湿地的保护取得了举世瞩目的成就，然而通过研究Ramsar《湿地公约》在新兴城市科伦坡（斯里兰卡）和加尔各答（印度）湿地治理中的应用，发现《湿地公约》框架的主要不足之处有：对城市社会生态系统的复杂性和动态性认识不足；对政策过程政治复杂性的认识不足；缺乏环境正义观。这些不足极易导致城市湿地治理失败（Hettiarachchi et al.，2015）。

因此，Ramsar《湿地公约》框架在发展中国家进行应用时，需要进行符合国家实际发展的战略性调整。中国对于湿地的保护工作始于20世纪70年代末，最初是积极地规划建设湿地自然保护区。政策保护始于 1992年加入《湿地公约》组织后，并于2000年制定了《中国湿地保护行动计划》，确定了中国湿地保护与可持续利用的纲领性文件《全国湿地保护工程规划》，湿地立法保护逐步完善起来。

4 结论及展望

中国正处在城市化快速发展的黄金时期，城市湿地过分遭受人为因素干扰，使得湿地保护工作极其复杂和特殊。如何在城市稳定发展的基础上保护城市湿地，成为当前最亟需解决的问题之一。近年来对城市湿地的保护已有显著成效，目前对湿地的研究主要包括：（1）研究方法逐渐增多，研究领域逐步扩大，区域不平衡依然存在；（2）与发达国家相比，中国的研究技术创新水平较低；（3）定性研究较多，而以模型为工具的定量研究相对较少；（4）对湿地的生态效果研究较多，机理工作研究较少。

建议今后城市湿地的保护研究紧紧围绕如何可持续利用湿地资源而开展，具体的改进策略如下：

（1）注意多学科交融，创新城市湿地的研究方法

目前国内主要开展的湿地研究包括基础和应用研究。基础研究主要包括城市湿地分类、监测系统、功能评价等。应用研究包括城市湿地的设计、水动力学模型等。未来应扩大与国外科研机构的合作，从生态学、经济学、生物学、工程学、流体力学等方面综合考虑，进一步加强应用工程类研究，如高效人工湿地处理污水技术、城市湿地公园建设、人工湿地建设技术以及城市湿地恢复技术等。

（2）积极开展湿地科学研究，揭示城市湿地作用机理

目前国内对湿地的生态效果研究较多，然而湿地是一个复杂的生态系统，很多问题依然是“黑箱”。在以后的研究工作中，需要进一步有针对性地开展湿地机制研究，为城市湿地保护提供理论依据。

（3）加强湿地生态环境监测，重点考察制约城市湿地保护的影响因子

湿地生态环境监测可为湿地保护工作的有效开展提供可靠的数据支持。未来应进一步利用遥感技术、卫星定位手段对城市湿地系统的水质、湿地藻类、微生物群落等生态环境要素进行定期监测，建立湿地信息数据库，及时掌握湿地的动态变化。同时运用多种模拟模型方法重点考察制约城市湿地保护的影响因子，为城市湿地规划与管理提供依据。

此外，湿地保护法是开展湿地保护工作的有力保障，未来需努力建立从国家到地方的各级法律法规，使湿地保护进入法制的轨道，从各方面对湿地生态环境进行监督维护，保护城市湿地资源的可持续发展。

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