山西省湿地研究进展

李 静，王 恒，胡 杰，翟毕娇，任香凝，王春玲

(1.山西农业大学林学院，山西 太谷 030801；2.吉林省长春市电力设计院，吉林 长春 130021； 3.山西农业大学城乡建设学院，山西 太谷 030801)

湿地被誉为“地球之肾”，其不仅是自然保护区生态系统的重要组成部分，能有效保护野生动物种群的栖息地或觅食地，而且湿地植物的物种多样性丰富度很高，对于保护区甚至区域性的水源涵养、水土保持、生态平衡的维系和环境的改善等均起到非常重要的作用[1-6]。湿地形成的原因很多，一般来讲，自然湿地除包括一些天然河流所形成的湿地，比如河流湿地、河口湿地等，还包括地壳运动产生的(如平原)和河道摆动形成(河漫滩湿地)的湿地；人工湿地中水库和池塘是其重要的组成部分，是与沼泽相类似的地面，由人类建造并控制其运行，与自然湿地结合发挥着重要作用[7]。20世纪80年代以来，关于湿地生态系统的研究越来越受到重视[8]。山西省位于黄土高原的东边，黄河中游东岸，土地面积达15.66万km2，其中各类型湿地总面积约 1 519 km2，分布较分散，主要包括河流湿地、河口(内陆)湿地、水库湿地、湖泊湿地、草甸和沼泽湿地等类型，占全省国土面积的0.97%[9-10]。近些年来，由于人类对湿地保护不够重视、对湿地资源不合理的开发利用，加之自然因素变化等原因，造成山西湿地生态环境出现了各种程度的退化，使其资源功能、生态功能和环境功能均受到严重破坏，局部地区生态环境已面临重度恶化甚至丧失的危险[11]。

1 湿地类型及分布区域

山西省境内的大部分地区属半干旱气候，多年来全省年降水量稳定在500 mm左右，湿地仅占全省面积的0.97%，是湿地资源最缺乏的省份。山西省的湿地主要分布在各河流流域、水库和湖泊以及周围区域，主要包括河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地、人工湿地四大湿地类12种湿地型[10,12]。具体分布及类型见表1。

表1 山西省重点湿地类型及分布区域

2 湿地研究现状

2.1 生物物种组成

2.1.1植物物种组成

目前很多研究学者对山西省湿地植物物种组成进行了研究，包括对维管束植物的研究[10,40,41]。据前人研究结果，山西省湿地维管束植物有79科298属609种(包括变种、变型)，分别占全省高等植物科、属、种总数的43.40%、38.45%、22.20%。其中蕨类植物6科6属12种，分别占全省蕨类植物科、属、种的27.27%、16.67%、12.90%；裸子植物1科1属1种，分别占全省裸子植物科、属、种的11.11%、6.67%、2.78%；被子植物72科291属596种(其中双子叶植物55科215属449种[10,42]，单子叶植物17科76属147种[10,40])，分别占全省被子植物科、属、种的47.68%、40.19%、22.80%。在这些植物中被列入国家和省级重点保护的湿地植物有10种，占湿地植物总数的1.64%，分别为国家Ⅰ级野生保护植物南方红豆杉(Axuschinensisvar.mairei)和国家Ⅱ级野生保护植物凹舌兰(Coeloglossumviride)、火烧兰(Epipactishelleborine)、角盘兰(Herminiummonorchis)、手参(Gymnadeniaconopsea)、绶草(Spiranthessinensis)、沼兰(Malaxismonophyllos)、野大豆(Glycinesoja)以及被列入山西省重点保护野生植物名录的反曲贯众(Cyrtomiumrecurvum)和山茱萸(Cornusofficinalis)[7,10,41,43]。

2.1.2动物物种组成

据前人研究成果，山西省共有湿地脊椎动物26目52科232种，约占全省脊椎动物总种数的42.26%，主要包括两栖类、鸟类、爬行类、哺乳类和鱼类[10,43]。山西省湿地鸟类共有10目25科129种，占全省鸟类总种数(357种)的36.13%，其中被列入国家Ⅰ级重点保护动物的有白尾海雕(Haliaeetusalbicilla)、黑鹳(Ciconianigra)、遗鸥(Larusrelictus)3种，被列入国家Ⅱ级重点保护动物的有角(Podicepsauritus)、白额雁(Anseralbifrons)、灰鹤(Grusgrus)、蓑羽鹤(Demoisellecrane)、鸳鸯(Aixgalericulata)、鹗(Pandionhaliaetus)、小杓鹬(Numeniusminutus)、小鸥(Larusminutus)、斑嘴鹈鹕(Pelecanuscarbo)、白琵鹭(Platalealeucorodia)、大天鹅(Cygnuscygnus)、小天鹅(Cygnuscolumbianus)12种；两栖动物有2目3科6种，占全省两栖类总种数(13种)的46.15%，其中大鲵(Andriatdavidianus)被《中国濒危动物红皮书》列为极危种；爬行动物有3目7科18种，占全省爬行类总种数(32种)的56.25%，其中仓山龙蜥(Japalura)、铜蜒蜥(Sphenomorphusindicus)为山西省新记录种；鱼类有9目17科82种，其中人工养殖种16种，野生种66种[10,43]。此外，山西湿地中哺乳类动物有5目10科17种，其中水獭(Lutralutra)是国家Ⅱ级重点保护野生动物；底栖动物有157种，分别归属6门10纲，其中节肢动物门昆虫纲的数量最多；浮游动物有83种[9-10]。

2.1.3微生物物种组成

微生物是湿地生态系统中不可或缺的组成部分，其在物质循环、能量流动、信息传递中扮演着至关重要的角色[44]。目前尚无学者对山西湿地的微生物物种组成及多样性进行相关研究，该研究领域还处于空白状态。

2.2 研究方法

2.2.1植物物种组成及多样性研究

对于湿地植物物种组成及多样性的研究方法目前已很成熟，物种组成主要采用样方法、样线法等方法，其中样方法得到了最广泛应用[45-47]。样方法是一种最基本的调查取样方法，适用于草本植物、灌木和乔木。一般采用正方形样方，调查时可将样方大小设置为草本植物样方1～4 m2[48-49]，灌木样方16～40 m2，乔木和大型灌木样方100～200 m2。

湿地植物的物种多样性测度一般采用TWINSPAN分类[50-51]、丰富度指数 R、综合多样性指数(λ，H′)和均匀度指数E等方法进行分析[52]。植物群落的种间关系可以采用χ2检验、Pearson积矩相关系数和Spearman秩相关系数检验等方法进行研究[53-55]。植被优势种群的分布格局一般采用方差/均值比(扩散系数)的t检验、平均拥挤度、聚集指数、Green指数、聚块性指数和负二项分布的聚集强度等方法进行分析[56-57]。

2.2.2动物物种组成及多样性研究

湿地动物物种组成与植物一样主要采用样线法和样方法进行研究。

样线法(Line transect method)指的是在某一个植物群落内部或穿过几个植物群落取一直线，用测量绳或卷尺等工具沿这条直线记录所遇到的植物种类及数量并进行群落结构分析的方法[58]。例如在研究滹沱河湿地石家庄段水鸟群落的结构和多样性时，依据水域面积的大小来决定乘船或步行行进，速度可设为2～2.5 km /h。此外，在计数时要采用精确计数与估算相结合的方法，对数量比较小的群体可采用直接计数法，对数量比较大的群体可采用“集团统计法”[59]。

在样方法中，针对土壤动物可在每个样区内根据对角线法设置5个样点，每个样点可设置大小为25 cm×25 cm×10 cm的样方1个，采用筛网和手检2种方法分别提取该土样中的大型土壤动物和中型土壤动物，并将每个样点所提取的土壤动物分别存放起来，以便做进一步的分析鉴定。对于小型土壤动物可采用漏斗集虫法：先用圆形采样器在各样点从土壤表面垂直向下采集容量为100 ml的土样，随后采用烘干法提取获得小型土壤动物；针对草丛动物则可在每个样区内随机设置大小为4 m×4 m的样方1个，利用昆虫网扫取获得样方里的草丛动物，分别存放起来并带回实验室继续做进一步鉴定并计数[60]。对样本中的动物进行分离并鉴定时，昆虫可鉴定至目，其它动物可用类群表示[61]。最后结果中土壤动物或者草丛动物的数量均用该样区实际采样面积内的数量之和来表示。此外，土壤动物和草丛动物的群落多样性可采用Shannon-Wiener指数来进行计算[51,62,63]。

2.2.3物种与环境之间的关系研究

研究物种和环境因子之间的关系时常需要采用Canoco软件进行统计分析[64]。常用的分析方法有：主成分分析PCA(Principal components analysis)，也称主分量分析，目的是利用降维的思想，可以把多指标转化为少数几个综合指标；典范对应分析CCA(Component Cost Analysis)[55]；去趋势对应分析DCA(Detrended correspondence analysis)[55]；冗余分析RDA(Redundancy analysis)，是一种将回归分析与主成分分析相结合的排序方法，同时还是多响应变量回归分析的拓展，故从概念上来讲，RDA在某种程度上也是PCA分析。对湿地草本植物的优势种群和群落的分布格局进行分析，可以采用除趋势对应分析(DCA)与双项轨迹方差法(TTLQV，Two-term local quadrat variance technique)相结合的方法[5,6,65,66]。

3 湿地存在的问题及解决措施

鉴于湿地生态系统中蕴含有丰富的自然资源，且其中许多自然资源均与人类生活和国民经济建设息息相关，因此，人类对湿地的开发利用已具有悠久历史[11]，也相应出现了一些问题。

3.1 湿地面积日趋减少

据1997年山西省第一次湿地资源调查数据，全省除盐碱地外的湿地总面积为21.46万hm2，占全省国土总面积的1.36%；据2012年调查结果，全省湿地总面积为15.19万hm2，占全省国土总面积的0.97%[10]。湿地面积不断减少的主要原因为人类对湿地的盲目开垦、改造以及对水资源的不合理利用[11]。据统计，山西省天然湿地的40%已经或者正在面临被人类开垦、改造的威胁，一些河流和湖泊也相继被围垦，将要变为农田，加之人类对地下水的超采，使得潜水面不断下降，在其对湿地的顶托作用缺失的同时又缺少地表水的补给，导致湿地出现不断萎缩，甚至即将干涸的可能。据统计，2003年时山西省湿地面积比20世纪90年代初约减少15×104hm2，平均每年约减少 10 000 hm2。湿地面积出现萎缩，不但使湿地的调蓄能力降低，整体上加重了洪涝灾害的发生，而且相应带来了生物多样性降低、物种结构发生改变等一系列问题。例如滹沱河两岸原来有 7 560 km2河漫滩，近年来由于人类的过度开垦，已使其90%的河漫滩成为农田，原有的物种种类丰富、结构比较复杂的河漫生态系统已不复存在，取而代之的是结构单一的农田生态系统，不仅造成对景观的严重破坏，而且导致生物多样性严重降低[67]。

3.2 湿地污染严重

以重工业为支柱的产业结构直接导致山西省湿地的严重污染。从历史来看，山西省是一个将煤炭、重化工和冶金产业作为支柱的省份[11,67]。政府和企业并没有足够多的财力投入煤炭、冶金、化工等污水处理工程，加之环保意识不够强，使很多企业直接将未经处理的企业污水排入河流，导致许多湖泊、河流以及水库的生态环境遭到不同程度的污染，最终使河流湿地生态功能受到严重损坏，有的甚至已彻底丧失[11]。例如伍姓湖，位于永济市，是涑水河汇集成的一个天然湖泊，因其上游闻喜县的许多小造纸厂的污水未经处理便直接排入湖中，使本就不断缩小的湖区受到更加严重污染，湖水的富营养化程度愈加严重，原来规模宏大的渔业水产，现已几近捕不到鱼[42]；汾河中游的太原段已成为汾河流域污染最严重的河段之一，其河水已变得黑而臭，某些大型化工厂以及小造纸厂 、小煤窑、土法炼焦小厂等排出的污水是其主要污染源[42,67]。河水中酚的含量已远远超过国家的相关标准，汾河灌溉、休闲、改善环境等生态功能已濒临丧失[11,67]。

3.3 解决措施

山西省湿地生物多样性已面临很多方面的威胁，因此，保护湿地生物多样性将是山西省经济以及环境、资源可持续发展所要面临的严酷现实，同时这也是政府主管部门面临的当务之急。采取积极措施全面开展湿地生物多样性保护已急不可待[9]。

面对山西省湿地丧失速度不断加快的现状，可采取“退耕还湖还湿”政策，按照计划将一些产量较低的农田分期分批地进行退湖或退湿，人工恢复河漫滩和湖泊等类型的湿地[11]。例如，可以在黄河中游、滹沱河中上游和伍姓湖等仍然残留部分香蒲沼泽地、芦苇沼泽的地方率先开始实施退耕还湿，尽快恢复其原有植被[35]。还可考虑将一些不能立刻退耕还湖或还湿的农田开辟为稻田或鱼塘，从而增加人工湿地面积。此外，对于各种类型的草甸湿地可采取不同的放牧政策，例如，采用轮牧制，将夏秋季牧场和冬春季牧场设定为不同的区域，使草甸湿地的自然资源有休养生息的机会，从而促进饲草资源的可持续利用[43]。

企业排放的废水是造成山西省湿地生态环境污染、恶化甚至丧失的首要原因，因此，加强相关企业的环保意识，增加其对治污资金的投入，尽可能地实现污水达标后再排放，是使湿地生态环境得以恢复的首要措施。对已经受到污染的湿地要加快治理进度，不经处理的企业污水禁止直接排放；对净化处理能力不足或污水超标的企业应立即关停并转，促使湿地生态环境逐渐得到改善，从而利于提高湿地生物多样性[11]。据了解，山西省对污染比较严重的汾河已着手进行治理，这对汾河流域湿地生物多样性保护和恢复无疑是一项重大举措[67]。据报道，洪洞县在1999年一年就关闭了向汾河直接排放企业污水且年产量比较小的造纸厂达13家，并且已督促用水实行闭路循环的洗煤厂达56家，山西焦化厂和山西维尼纶厂已实现污水达标排放，使汾河流域洪洞段的生态环境得到显著改善[11]。

加强湿地生物多样性的保护与管理，因地制宜地建立各种湿地类型的自然保护区、湿地公园、保护小区及其他保护形式，实施湿地生物多样性重点保护工程，采取多种行之有效的措施和对策，可有效遏制湿地及其生物多样性的丧失和生态功能的退化[10,67]。政府应加大对湿地保护的投入，定期拨款进行湿地保护与管理活动，推动现有湿地自然保护区的运转，并尽快筹建新的湿地自然保护区[42]。

4 湿地未来研究趋势

综上所述，山西省湿地研究内容比较单一，大多数学者集中于对湿地植物物种多样性研究，而对湿地动物物种多样性的研究相对较少，对湿地微生物物种多样性的研究还处于空白状态，因此，今后的研究应着重湿地动物物种多样性和微生物物种多样性及其与环境因子之间的关系研究，进而更深度地了解湿地物种多样性，为山西省湿地保护和修复重建提供科学依据和支撑。