长江天鹅洲故道湿地生物多样性及其保护对策

陈 如，李 滔，杨 军

(1.长江大学 农学院，长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北 荆州 434025；2. 中国环境科学研究院湖泊生态环境研究所湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室，国家环境保护湖泊污染控制重点实验室，北京 100012)

1 引言

湿地是自然界中生物多样性最为丰富的生态系统，为多种动植物提供了栖息地，同时，也被誉为物种基因库[1～3]。天鹅洲故道是长江现存的通江故道之一[4]，具有优越的地理位置和独特的水陆地貌特征，同时，泛洪使该区域发育成典型的长江故道冲淤湿地。长江天鹅洲故道湿地自然环境类型多样，存在着水域、林地、洲滩、沼泽等多种生境，适宜生物生存，成为濒危物种迁地保护的理想场所。目前，长江天鹅洲故道湿地内建有白暨豚国家级自然保护区(该保护区是世界上第一个对鲸类动物进行迁地保护的保护区)、麋鹿国家级自然保护区及长江“四大家鱼”种质资源库等水陆特色鲜明的生物多样性保护基地，对维护长江天鹅洲故道湿地生态系统平衡和生物多样性保护具有重要意义[5，6]。开展长江天鹅洲故道湿地生物多样性研究，分析湿地动植物的种类组成、数量及演变趋势，探讨长江天鹅洲故道湿地生物多样性的保护对策，可为今后长江天鹅洲湿地及其他长江中下游洪泛平原湿地生物多样性的保护提供科学依据和重要参考。

2 天鹅洲故道湿地概况

长江天鹅洲故道湿地位于湖北省石首市，江汉平原南端，长江中游荆江段北岸(图1，29°46′71″～29°51′45″N，112°31′36″～112°36′90″E)，总面积70.81 km2，其中水域面积20.00 km2，洲滩面积19.14 km2[7，8]。长江天鹅洲故道湿地平均海拔为35.0 m，属亚热带季风区，气候温暖湿润，年平均气温为16.4 ℃，降水充足，年均降水量可达1200 mm以上，受季节性降雨和长江水位影响，每年的6～9月份水位上涨[9，10]。其中的天鹅洲故道是在1972年经长江自然裁弯取直形成，故道呈马蹄形，全长20.9 km，宽400～1500 m[11]，平均水深4.5 m，最深处可达15～25 m[12]。

图1 长江天鹅洲故道湿地

3 文献获取及论证

以中国知网信息资源总库和Web of Science数据库为检索平台，以“长江天鹅洲故道”“长江天鹅洲故道湿地”“长江白暨豚保护区”“天鹅洲故道湿地麋鹿自然保护区”“Tianezhou Oxbow of Yangtze River”“Tianezhou Oxbow Wetland of Yangtze River”“White Dolphins National Natural Reserveof Yangtze River”“Natural Reserve of David Deer in Tianezhou Oxbow Wetland”等关键词进行检索，所得文献再依据长江天鹅洲和生物多样性研究范畴进行筛选，共得到有效文献56篇。文献从时间序列来看，数量呈稳步上升的趋势，但与生物多样性研究贴合度较高的文献主要集中在20世纪90年代。文献研究机构主要集中在湖北省，说明湖北省是进行长江天鹅洲故道湿地生物多样性相关研究较为活跃的区域。

4 湿地生物多样性

4.1 植物物种多样性

4.1.1 湿地植物

植物是湿地生态系统的重要组成部分，蕴藏着丰富的遗传资源，为动物提供了丰富的食物和栖息环境[13]。1997年本底调查中植物有238种，2005年再次调查比较，植物种类为256种，主要植被群落为意杨林(Populuseuramericana)、旱柳灌林(Salixmatsudana)、狗芽根群落(Cyodondactylon)和芦苇+荻群落(Phragmitescommunis+Miscanthusfloridulus)[14]。调查发现湿地内水生和湿生植物在多样性及生物量上均有明显减少，水生和湿生植物减少了8种，旱生、中生植物增加26种，尤其是不被麋鹿所采食的白茅(Imperatacylindrica)居多且有明显扩散趋势，麋鹿可食用的植物种类多样性和生物量减少[14]。

4.1.2 浮游植物

浮游植物作为指示物种对水环境检测具有重要作用[15，16]，是水生生态系统中不可缺少的部分，其生物量对水体渔产潜力有重要影响[17]。黄丹等[4]于2011～2012年对长江天鹅洲故道进行了5次采样，共发现浮游植物143种，隶属于7门77属，平均密度为5.6×107ind./L，平均生物量为7.2 mg/L。2011～2012年浮游植物的组成与20世纪末(表1)的相比有明显变化，浮游植物丰度和生物量均大幅提高，但物种数有所减少。2011～2012年浮游植物种类组成，以绿藻门占比最高，蓝藻门和硅藻门次之。浮游植物丰度在20世纪末以硅藻、绿藻和隐藻为主，但在2011～2012年转变为蓝藻占优势，蓝藻的大量繁殖可制约水生生物的生长[18]。目前，故道水体浮游植物优势种以蓝藻和绿藻为主，根据浮游植物水质评价标准及研究方法[19]，其中多数种类为富营养水体指示种，表明天鹅洲故道水质总体处于富营养状态。

表1 长江天鹅洲故道湿地浮游植物种类、数量和生物量

4.2 动物物种多样性

4.2.1 浮游动物

浮游动物作为反映水环境状况的重要指标，广泛应用于水环境评价和保护等方面的研究[23，24]淡水水体中鱼虾的饵料，其数量及组成和鱼类资源量息息相关，而鱼类作为江豚的饵料可以反映其生存状态[17]。黄丹等[25]于2011～2012年按季度对长江天鹅洲故道进行采样共发现浮游动物87种，其中原生动物22属38种，在总种类数中占比最高，达43.7%；其次为轮虫，25属36种，占总种类数的41.4%。浮游动物的平均生物量为3.6 mg/L，其中，原生动物占比最高为31.9%，枝角类次之为28.1%。浮游动物的平均密度为25711.9 ind./L，原生动物占比最高达93.7%，其次为轮虫占5.6%。2011～2012年的浮游动物调查结果与20世纪末(表2)相比有显著变化，原生动物和轮虫的种类和密度占比均有明显增加，水质恶化和过度捕捞使浮游动物类群向小型化发展。目前，浮游动物的优势种以原生动物和轮虫为主，分别有7种和8种(表2)，其中多数种类属于富营养水体指示种，综合浮游动物的生物量和优势种对天鹅洲故道水体营养类型进行划分[26]，表明天鹅洲故道水质总体处于富营养状态[7, 25]。

表2 长江天鹅洲故道湿地浮游动物种类、数量和生物量

4.2.2 底栖生物

底栖动物是指示生态系统结构、功能及其健康状况的重要类群[28]，是湖泊、河流等生态系统中不可缺少的成员，广泛应用于水环境监测当中[29,30]。马秀娟等[31]2011年对长江天鹅洲故道进行了野外调查，共鉴定出底栖动物30种，以水生昆虫为主，数量达14种，寡毛类8种，软体动物6种，其他底栖动物有2种。2011年天鹅洲故道底栖动物平均密度为558.37 ind./m2，水生昆虫对密度的贡献最大，占比达68.40%；天鹅洲故道底栖动物平均生物量为14.03 g/m2，软体动物所占比例最高，占总生物量的76.00%。故道底栖动物的主要优势种为菱附摇蚊(Clinotanypussp.)、指突隐摇蚊(Cryptochironomusdigitatus)、克拉泊水丝蚓(Limnodrilusclaparedeianus)和霍甫水丝蚓(Limnodrilushoffmeisteri)，这些种类均属于中-重污染指示种，表明水质较差。由表3可知，近年来天鹅洲故道底栖动物种类组成均匀，密度总体呈下降趋势[17]。

4.2.3 鱼类

表3 长江天鹅洲故道湿地底栖动物种类、密度和生物量

4.2.4 鸟类

鸟类是自然生态系统中的重要组成部分，杨涛[38]等于2011～2015年对长江天鹅洲湿地鸟类进行了调查，共观察到鸟类16目51科215种，其目数、科数和种数分别为湖北省已知鸟类数的84%、67%和41%，为中国已知鸟类数的59%、46%和15%，由此可见，长江天鹅洲湿地鸟类资源较丰富，包括东方白鹳(Ciconiaboyciana)、黑鹳(Ciconianigra)和白琵鹭(Platalealeucorodia)等国家重点保护鸟类24种，列入IUCN世界濒危动物红皮书名录的鸟类有12种。

4.2.5 两栖、爬行类

两栖爬行动物作为典型的湿地动物，在整个食物链和生态系统中具有重要的作用，被认为是指示环境健康状况的重要类群[39，40]，其数量也影响湿地生物多样性。长江天鹅洲湿地共有两栖动物1目3科5种，其目数、科数和种数分别占湖北省湿地已知两栖动物数的50%、30%和7%，由此可见，长江天鹅洲湿地的两栖动物种类较少，可分成水栖型和陆栖型两个生态类群，其中水栖型动物包括湖北侧褶蛙(Pelophylaxhubeiensis)、黑斑蛙(P.nigromaculata)和泽陆蛙(Euphlyctislimnocharis)，在长满芦苇的地带中，泽陆蛙的密度很大；陆栖型包括中华大蟾蜍(Bufogargarizans)和饰纹姬蛙(Microhylaornate)，在潮湿环境中，蟾蜍的数量很多[6]。

天鹅洲湿地有爬行动物2目6科12种，其目数、科数和种数分别占湖北省湿地已知爬行动物数的100%、67%和23%，由此可见天鹅洲湿地的爬行动物的种类数不多，其中6种是在水生或近水生活的种类，如中华鳖(Trionyxsinensis)、乌龟(Chinemysreevesii)、红点锦蛇(Elaphefufodorsata)、乌梢蛇(Zaocysdhumnades)、虎斑游蛇(Rhabdophistigrina)和滑鼠蛇(Ptyasmucosus)[6]。

4.2.6 兽类

天鹅洲湿地共有兽类6目8科13种，其中重点保护动物有3种，分别为白暨豚(Lipotesvexillifer)、长江江豚(Neophocaenaphocaenoides)和麋鹿(Elaphurusdavidianus)。天鹅洲故道是白暨豚增殖养护的理想场所，人工饲养的最后一头白暨豚“淇淇”于2002年7月14日逝世，自2006年11月份以来，经过多次考察，未监测到白暨豚踪迹[41,42]。《生物学快报》在2007年正式宣布白暨豚已经完全失去了在长江自然环境中生存繁衍的能力，已功能性灭绝[43]。长江江豚是我国长江流域的特有物种[44]，2021年2月5日，长江江豚由国家二级保护野生动物升为国家一级，长江江豚的种群状况和长江水生态系统的健康状况息息相关。20世纪90年代5头长江江豚投放到天鹅洲故道，开始长江江豚的迁地保护[45,46]，现在天鹅洲故道的江豚种群数量已超过80头，并以每年6～8头的速度增长，这是长江流域乃至全球针对鲸类动物的第一次迁地保护的成功范例，然而整个长江江豚的自然种群数量仍处在下降状态，其极度濒危的状况并没有改变，保护工作依然严峻[41]。天鹅洲麋鹿国家级自然保护区，有世界上最大的麋鹿野生种群，目前麋鹿种群数量达1000多头，已实现自然放养状态[47]。

5 存在的问题

5.1 故道水体呈现富营养化的趋势

长江天鹅洲故道原是自然通江故道，1998年沙滩子拦江大堤的修建造成故道和长江的阻隔，改变了长江天鹅洲故道的水文情势，导致故道湿地原有的水文周期性涨落规律、洲滩周期性显现与出没规律减弱或丧失，降低了故道与长江之间的水体流动性，使故道水体中的有机质和营养元素得不到充分稀释，综合已有的研究资料，表明水体富营养化加剧。总氮含量高，水体总体上处于Ⅲ～Ⅳ类，结合总磷含量水体处于Ⅱ～Ⅲ类[48]，根据江永明等[33]及黄丹等[25]的研究结果均表明天鹅洲水体处于中至富营养水平。

5.2 洲滩旱化加剧，漫滩湿地面积不断萎缩

沙滩子拦江大堤的修建改变了长江天鹅洲故道湿地的水文特征，故道水位年涨幅变小，湿地植被出现明显旱化，水生和湿生植物减少了8种，旱生及中生植物增加26种[14]，汛期漫滩湿地面积不断萎缩，加速了旱化演替过程。此外，天鹅洲故道洲滩湿地的林地面积增长较快，草地面积下降，区域内増加的林地主要是意杨林，造林面积最多时达500 hm2，有“湿地抽水机”之称的意杨是一种吸水性极强的速生经济树种，而迅速扩张的意杨加速了漫滩湿地的旱化，加之水源补给不足，原有的湿生植被处于劣势并逐渐退化，逐渐演替为糜鹿不喜采食的中旱生植物，洲滩生境多样性明显降低，进而危及到故道湿地生物多样性及整个生态系统的健康。

5.3 生物多样性相关法律制度不完善

我国已颁布了一系列有关生物多样性保护的法律法规，对规范野生动植物保护和打击伤害野生动植物及破坏其生境的违法行为起到了一定的作用，但相关法律法规还存在着诸多不足，无法满足当前生物多样性保护形势的发展需要，需要尽快修改完善。

5.4 生物多样性本底状况了解不足

长江天鹅洲故道湿地目前尚未建立和完善统一的生物多样性保护监测网络，也未开展过综合性的生物多样性本底调查，现有的生物多样性信息主要来源于白暨豚和麋鹿保护区的调查报告及零散的文献。长江天鹅洲故道湿地的本底资源调查严重滞后，生物数据缺乏连续性且不够详尽，浮游植物、浮游动物和底栖动物等数据近几年都是空白。由于本底资料的缺乏，无法及时掌握故道湿地的动态变化和预测发展趋势，制约了对该地区生物多样性状况的全面评估，也限制了保护规划的科学性和保护工作的有效性。

5.5 科研基础比较薄弱、经费不足、人才缺乏

目前，针对长江天鹅洲故道湿地生物及环境保护工作，只有少部分科研管理机构和高校开展了相关研究，但未真正建立起完整和系统的科学研究体系，目前在科研基础方面，科研机构的资金和基础设施投入仍不足，难以满足生物研究和繁育技术发展的需要。同时在人才队伍建设方面，依然存在着科研人才相对匮乏、高层次人才不足和基层管理人才少等问题。

6 生物多样性保护的主要对策

6.1 实施通江工程，改善故道水体环境

天鹅洲故道水体环境的好坏是影响长江故道湿地生物多样性的重要生态因素，因此实施通江工程，恢复故道水文生态特征对恢复天鹅洲故道湿地生态系统的结构和功能意义重大。基于故道现状，建议合理调度天鹅洲闸来模拟长江水位涨落变化，再现故道原有季节性波动的水文特征。通过工程手段实现故道的彻底通江，可促进水体的更新循环，提高故道和长江之间的生物交流，改善故道水体环境。

6.2 改善湿地旱化，促进生境修复

促进退化湿地修复的关键在于水文条件的改善，因此要合理调度天鹅洲闸，模拟长江汛期自然水位，进而维持自然状态下湿地的水位涨落带，恢复湿生环境，促进湿地优质牧草生长，同时，保护区有计划地按实际情况对意杨林按比例进行稀疏采伐，使湿生植物逐渐取代意杨林的优势地位，意杨林逐渐退化为边缘群落，洲滩湿地形成稀疏意杨木本群落和草本群落斑块镶嵌分布的植被特征。

6.3 完善生物多样性保护的政策和法规

明确长江天鹅洲湿地保护与利用的方针，现有法律法规要根据生物多样性保护的需要与时俱进。完善湿地生物多样性保护法、自然保护区法等国家和地方法律，以法规范和协调湿地保护与利用活动，并可适当提升相关法律位阶，进一步完善湿地生物多样性保护和管理的配套技术规章。同时，要加大执法力度，严格执法，对违法行为进行制裁并惩罚。

6.4 加强生物多样性保护的监测和信息系统建设

从长江天鹅洲故道湿地自然环境、生物多样性和经济管理等方面开展监测和研究。根据保护区的实际情况确定监测指标，并不断更新指标体系，建立和完善多目标、多功能的生物多样性保护综合监测网络。保护区要充分利用通过本底调查获得的各类数据，做好生物多样性编目，不断完善故道湿地生物多样性信息数据库。系统分析监测数据，揭示和预测故道湿地的动态变化及发展趋势，并分析变化原因，进而为故道湿地生物多样性的保护、利用和管理提供科学依据和指导。

6.5 加强生物多样性领域科学研究和人才培养

科学研究是生物多样性保护的基础，国家应提高对天鹅洲故道湿地动植物研究的重视，改善相关科研机构的基础设施条件，加大对生物保护方面的科研投入，为促进生物保护及繁殖提供更多的资金和更好的技术支撑。在生物多样性领域人才培养方面，保护区要加强与有关科研单位和高校的交流与合作，改革人才培养模式，造就一批生物多样性领域的科技骨干，实现人才培养方面的跨越式发展。