扎龙湿地研究进展

于成龙 刘 丹*

（1 中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室，黑龙江 哈尔滨150030；2 黑龙江省气象院士工作站，黑龙江 哈尔滨150030；3 黑龙江省气象科学研究所，黑龙江 哈尔滨150030）

湿地是地球上单位面积生态系统服务价值最高的生态系统类型，是陆地生态系统碳循环的重要组成部分（Liu et al,2013），湿地内动植物资源丰富，在调节气候、涵养水源、降解环境污染、维持区域生态平衡等方面具有其他生态系统不可替代的作用（Zeng et al,2012; Dong et al,2013）。扎龙湿地位于黑龙江省西部乌裕尔河下游地区，总面积21万hm2，是亚洲第一、世界第四大湿地和世界最大的芦苇湿地，也是中国首个国家级自然保护区，被列入中国首批“世界重要湿地名录”，同时扎龙湿地也正处于全球气候变化的敏感区域，一直以来在全球变化研究中占有重要地位。许多研究者在扎龙湿地土地覆盖、生态质量、生态系统服务价值、变化驱动力等方面开展了广泛研究，并取得了大量研究成果，但很少有研究者对已有的研究成果进行整合分析。本文通过总结近期扎龙湿地的研究与监测进展，分析扎龙湿地研究中存在的不足和未来发展趋势，以期为今后扎龙湿地的研究提供有益的参考。

1 扎龙湿地土地覆盖研究进展

1.1 湿地土地覆盖监测方法

土地覆盖信息的提取是扎龙湿地时空变化特征研究的基础，近些年来遥感技术成为扎龙湿地的土地覆盖信息提取的主要手段，其中较常用的是Landsat数据，如沃晓棠等（2010）基于1995年和2004年两个时段的Landsat TM影像数据探讨扎龙湿地土地利用与土地覆盖驱动力机制 ；张策等（2011）基于Landsat数据，针对扎龙湿地植被物候特点利用支持向量机分类方法提取其土地覆盖类型；Zhou（2015）利用HJ星与Landsat数据结合研究扎龙湿地土地覆盖类型的时空变化及其驱动力。Han等（2003）基于Landsat TM数据，利用四层神经网络提取扎龙湿地土地覆盖信息。在其它卫星数据的应用方面，郑晓燕等（2010）研究了利用ALOS卫星（AVNIR-2）在水体提取过程中云阴影去除方法；刘蕾等（2013，2014）开展了兼容光学雷达影像及地形辅助数据的扎龙湿地遥感分类和湿地植被冠层下淹水范围研究。

1.2 湿地景观格局变化监测进展

扎龙湿地景观格局的变化监测主要以斑块数量、斑块面积、景观类型等要素为基础，建立不同侧重点的相关指数或基于控制—干扰—响应机制，从景观多样性和景观稳定性角度分析扎龙湿地不同时期的景观空间结构变化特征，研究时段集中于20世纪70年代至21世纪前10年，得到以下初步认识：①在斑块水平上，扎龙湿地总体水域、沼泽、居民用地和耕地的斑块数量有小幅增加（龙泽旭,2015），核心区斑块、边缘和孔隙都相应增加，含地表水的湿地逐渐转移到非核心的斑块、边缘和孔隙湿地中，原有的核心湿地逐渐变得破碎（张玉红等, 2011）；②在景观水平上，张洪云（2016）的研究表明，近30年来，扎龙湿地景观稳定性整体呈下降趋势，并且稳定性景观的范围发生明显的萎缩，尽管湿地强稳定性和稳定性景观总面积减少，但湿地整体仍处在稳定状态，相似的结论在袁力（2008）的研究中也有体现。另外，李浩等（2015）的研究表明，扎龙湿地土地利用转换以明水沼泽向芦苇沼泽、草地向盐碱地、湖泊向明水沼泽转换，湿地有湿生景观向旱生景观转变的趋势，张玉红等（2014）和沃晓棠等（2014）也得出了同样的结论。

2 扎龙湿地的湿地环境研究进展

2.1 湿地土壤碳、氮变化研究

一直以来湿地被认为是陆地生态系统中重要的碳汇，研究表明，扎龙湿地近几十年来的退化造成土壤有机碳流失严重，针对扎龙湿地土壤碳变化的研究有3条途径：一条是通过对不同土地利用方式下土壤全碳、有机碳密度的地面观测，实现对碳储量的估算，如赵传冬等（2011）的研究表明，扎龙湿地的沼泽地退化为草地或围垦为耕地后，土壤中有机碳的损失率过半。另一条途径是通过对CO2和CH4通量的测定，分析湿地固碳和固氮能力，如杨柯等（2011）监测扎龙湿地边缘水旱交错区自然荒地、休耕地和耕地3种土地利用类型土壤呼吸速率；黄璞祎等（2011）测定扎龙不同水位芦苇湿地生长季的CH4排放通量。第三条途径是从土壤微生物生物量角度分析扎龙湿地不同生境的土壤肥力状况，如张静等（2014）对扎龙芦苇生境和草甸生境不同土层（0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm）微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）季节变化进行监测，并分析了土壤微生物生物量碳氮与土壤环境因子的关系；Ma（2011）研究了扎龙湿地土壤碳、氮含量与土壤微生物之间的关系及其季节变化特征。

2.2 湖泊湿地水深及水量分析

湖泊湿地水深的提取对湿地生态质量监测、湿地变化的驱动力研究以及湿地的科学管理具有重要意义。李丽丽等（2013）用高光谱数据和同步测量的水深数据，建立湿地湖泊的水深反演模型，通过分析水体反射率的一阶微分与水深之间的相关性来选取水深反演因子，建立了水深反演单波段模型和多波段模型；张艳红等（2016）利用58个实测水深数据和季相最接近的QuickBird数据，建立湖泊水深的反演模型，较好地反演了扎龙湿地湖泊的水深。

通过对扎龙湿地水量平衡分析表明，扎龙湿地自然蓄水量呈下降趋势（刘大庆等, 2006），崔丽娟等（2007）、王建群等（2006）通过不同方式计算得出扎龙湿地天然补水量小于生态需水量，因此得出需要每年向扎龙湿地人工补水的结论。

2.3 湿地水环境评价

水是湿地生态系统得以维系的基本保障，也是湿地生态系统健康的指示物，目前对扎龙湿地水环境的评价分为对水体富营养化、重金属污染状态的评估以及对水环境的综合评价。对水体富营养化状态的评估是通过单点观测（叶雅杰等, 2012; Guo,2005）和遥感反演（张囡囡等, 2012）方式，结果表明扎龙湿地的水体已呈现出富营养化状态，并有恶化趋势；对重金属污染的研究方法是通过测定水体（叶华香等, 2013）、表层沉积物（刘俊文等,2011）和NSH2沉积岩芯（苏丹, 2012）中的Mn、Cu、Pb、As等重金属元素含量，分析扎龙湿地水体重金属污染状况，结果均表明扎龙湿地个别水体重金属元素的污染已达到极强的潜在生态危害程度，扎龙湿地仙鹤湖湖水整体水质为Ⅱ级，同时有向Ⅲ级转化的趋势，周林飞等（2007）利用灰色聚类法对湿地水环境质量进行综合评价后也得出相同结论。

3 扎龙湿地生态评估进展

3.1 湿地生物量及生态质量监测

有关扎龙湿地生物量的估算方式有两种：一种是基于地面调查，如焦德志等（2016）采用单位土体挖掘取样，对扎龙湿地芦苇种群根茎进行调查；另一种是应用遥感数据与地面调查相结合，如田艳林等（2016）应用面向对象的土地覆盖分类技术提取松嫩平原西部芦苇湿地分布信息，实现芦苇地上生物量数据（AGB）遥感反演及空间格局分析。

针对扎龙湿地生态质量评价方式可归纳为两种：一种为对湿地生态脆弱性的评价，如付博等（2011）应用BP神经网络模型对扎龙湿地的生态脆弱性进行了评价，分析各脆弱性等级的面积比例；黎冰等（2013）对扎龙湿地沉积物中农药沉积的风险进行评估；郭跃东等（2004）从应用生态水文学角度，研究了扎龙湿地水文情势和人为干扰对生态水文格局脆弱性的影响。另一种为利用较长时间序列的遥感和气象数据实现扎龙湿地长期生态系统变化分析，如佟守正等（2008）利用20世纪50年代以来扎龙湿地区域的气象数据、1986-2006年的遥感影像数据和扎龙国家级保护区管理局的资源调查数据，分析了近20年来扎龙湿地生态系统的变化过程。

3.2 湿地生态系统服务价值

研究者从不同角度对扎龙湿地生态系统的服务价值进行了侧算，如崔丽娟等（2016）将湿地生态系统服务分为最终服务和中间服务两部分，引入生态经济学方法对扎龙湿地的生态系统服务进行了评价；庞丙亮等（2014）基于CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）估算模型，分别对扎龙湿地的植物固碳和土壤碳储存价值进行了评价，并探讨了扎龙湿地固碳价值的空间分布特征；吴平等（2008）分析了扎龙湿地生态系统服务功能的基础上，利用市场价值法、造林成本法、影子工程法、替代费用法等方法，对扎龙湿地的生态系统服务功能进行了价值评估。

3.3 湿地变化驱动力分析

目前已开展了大量有关扎龙湿地变化的驱动力研究，主要分为两方面：一方面为自然驱动力，包括气候变化对扎龙湿地的水源的影响（Feng,2013）、季节性冻融对扎龙湿地演化的影响（王永洁等, 2009）、对芦苇覆盖度的影响（马楠楠, 2016）、对浮游植物群落的影响（张囡囡等, 2016）和对芦苇种群构建的影响（代存芳等,2017；）等，认为自然因素对扎龙湿地影响显著；另一方面是人为驱动力，包括沟渠对扎龙湿地退化的影响（佟守正, 2012）和水文形式的影响（罗金明等, 2014），认为人类活动对一些典型区的湿地退化起主导作用。

4 存在的问题及未来发展趋势

4.1 存在的主要问题

（1）土地覆盖类型分类不统一。虽然目前有关扎龙湿地土地覆盖类型的监测研究较多，基于遥感手段的数据分类精度也较高，但还没有形成统一的湿地土地覆盖分类体系，因此各研究结果之间的可比性较差。

（2）缺乏以地理、遥感、生态等多学科的综合视角来研究扎龙湿地系统。目前，扎龙湿地研究的相关工作主要注重单一问题的研究，缺乏以多学科的综合视角来探讨扎龙湿地生态系统的格局演变、生态价值、环境变化、驱动机制等问题，因此需要综合遥感技术、数学建模与计算机技术，来构建生态价值与湿地变化之间的模型，使得扎龙湿地生态服务价值能以更准确的定量研究方式进行。

（3）目前有关湿地生态系统生态服务价值的研究中，绝大多数只停留在对事实的描述，缺乏在气候变化背景下未来情境的预估。

4.2 未来发展趋势

（1）在湿地分类体系方面，在总结湿地特征相似性和湿地自身属性的基础上，建立和完善具有区域适应性、分层性和技术可操作性的湿地分类系统，并开展扎龙湿地遥感分类系统调试、应用等基础性研究工作。

（2）加强扎龙湿地资料匮乏区和长时间序列湿地监测资料的积累和遥感研究工作，充分发挥遥感技术在湿地监测中的多时相、多光谱、实时、动态、反复的优势，突出遥感技术在湿地调查等基础性研究工作中的作用。

（3）注重以地理、生态、环境、水文、气象等多学科的综合视角来研究扎龙湿地，加强全球气候变化背景下的湿地生态系统的响应与适应研究，尤其在耦合水文、生态、气象、土壤等多环境因素下，开展湿地生态系统功能参数的定量研究、湿地生态服务价值研究和管理决策支持系统构建，以及探讨定量研究方式在扎龙湿地生态系统变化分析中的应用。