若爾蓋高原濕地研究進(jìn)展

申 格，徐 斌，金 云 翔，陳 實(shí)，張 文 博，郭 劍，劉 航，張 玉 靜，楊 秀 春*

(1.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2.農(nóng)業(yè)部智能化農(nóng)業(yè)預(yù)警技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所，北京 100081)

若爾蓋高原濕地研究進(jìn)展

申 格1，徐 斌1，金 云 翔2，陳 實(shí)1，張 文 博1，郭 劍1，劉 航1，張 玉 靜1，楊 秀 春1*

(1.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2.農(nóng)業(yè)部智能化農(nóng)業(yè)預(yù)警技術(shù)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所，北京 100081)

若爾蓋高原濕地是我國第一大高原沼澤濕地，也是世界上最大的泥炭沼澤。若爾蓋高原濕地對黃河上游的水源涵養(yǎng)與補(bǔ)給及生態(tài)平衡的維持起著極其重要的作用，此外對全球氣候與環(huán)境變化有著緊密聯(lián)系。隨著沼澤旱化、沙化、土壤退化等生態(tài)問題的出現(xiàn)，對若爾蓋高原濕地的研究越來越受到重視。以濕地退化為主線，在對各種文獻(xiàn)資料歸納整理的基礎(chǔ)上，該文從濕地分類及信息提取、濕地生物多樣性、濕地土壤和濕地溫室氣體、濕地與全球變化、濕地退化五方面評述了若爾蓋高原濕地的研究進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，對若爾蓋高原濕地未來的研究方向進(jìn)行了展望，提出加強(qiáng)若爾蓋高原濕地退化的過程和驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究、濕地生物多樣性研究、加強(qiáng)濕地生態(tài)恢復(fù)與管理保護(hù)三方面建議。

高原濕地；生態(tài)功能；氣候變化；研究進(jìn)展；若爾蓋高原

0 引言

若爾蓋高原濕地位于青藏高原東北部，是世界上最大的高原沼澤濕地[1]。若爾蓋高原濕地屬于典型的高寒濕地，具有豐富的水資源和碳資源，再加上其特殊的海拔地理位置，使它在維護(hù)高原生態(tài)系統(tǒng)和全球氣候環(huán)境穩(wěn)定中有著舉足輕重的作用，把它看做是氣候變化的敏感區(qū)和預(yù)警區(qū)。若爾蓋高原地貌類型主要為低山、丘陵、河谷與階地[2]，氣候?yàn)榈湫偷拇箨懶愿咴疁貛駶櫚霛駶櫦撅L(fēng)氣候，年均降雨量600～800 mm。區(qū)內(nèi)河流多屬于黃河水系，其支流以黑河和白河為主。

若爾蓋高原濕地在水源涵養(yǎng)和維持生態(tài)平衡等方面起著重要作用，然而由于其所處生態(tài)環(huán)境相對脆弱，再加上人類活動(dòng)開發(fā)加劇，引發(fā)了濕地“三化”現(xiàn)象日趨加重、河流徑流量減少和濕地生物多樣性下降等一系列生態(tài)環(huán)境問題，因此，近年來若爾蓋高原濕地受到了廣泛關(guān)注，逐漸成為熱點(diǎn)研究區(qū)域之一，并且取得了豐富的研究成果。已有學(xué)者針對中國高原濕地[3]、青藏高原濕地[4,5]、中國寒區(qū)濕地[6]的研究進(jìn)展進(jìn)行過評述，但是這些區(qū)域都屬于大范圍、大類型濕地綜述研究。若爾蓋高原濕地作為青藏高原濕地的一部分有著獨(dú)特的生態(tài)價(jià)值，而針對若爾蓋高原濕地的研究綜述相對較少。本文以若爾蓋濕地退化為研究主線，從濕地分類及信息提取、濕地生物多樣性、濕地土壤與濕地溫室氣體、濕地與全球氣候變化、濕地退化五方面評述了若爾蓋高原濕地的研究進(jìn)展，并進(jìn)行了研究展望，對更好地保護(hù)和利用若爾蓋高原濕地資源具有一定的指導(dǎo)意義。

1 濕地分類及信息提取研究

1.1 濕地分類

科學(xué)的濕地分類方法是濕地資源保護(hù)、利用和管理監(jiān)測的基礎(chǔ)。目前若爾蓋高原濕地研究中并沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的濕地分類體系，基本思路是以《濕地公約》中的濕地分類系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合研究區(qū)域自然條件的特征進(jìn)行簡單分級劃分。白軍紅等[4]綜合前人的研究成果，依據(jù)《拉姆薩爾公約》對青藏高原進(jìn)行了四級劃分。但在實(shí)際中，多數(shù)研究并沒有按照四級劃分，而是根據(jù)研究需要進(jìn)行簡單的二級或三級劃分。通過查閱若爾蓋高原濕地分類相關(guān)文獻(xiàn)研究，本文歸納總結(jié)出若爾蓋高原濕地現(xiàn)行比較通用的分類系統(tǒng)，具體劃分類型見表1。第一級根據(jù)成因進(jìn)行分類，分為自然濕地和人工濕地；第二級自然濕地根據(jù)地貌特征分為河流濕地、湖泊濕地、沼澤濕地，人工濕地則根據(jù)功能用途分為水田濕地、水田庫塘濕地；第三級天然濕地主要以濕地水文特征進(jìn)行分類。該濕地分類體系屬于開放性劃分，一方面可以迎合目前可使用數(shù)據(jù)的應(yīng)用要求，另一方面原則上可以在宏觀尺度上對若爾蓋高原濕地的分布情況和景觀格局變化做出動(dòng)態(tài)監(jiān)測與分析，但也只能表征大致趨勢變化，并不能真正揭示系統(tǒng)內(nèi)部變化情況。因此，形成一個(gè)完善統(tǒng)一的若爾蓋高原濕地分類系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急。在總結(jié)高原濕地遙感特征相似性和其自身屬性的基礎(chǔ)上，結(jié)合生態(tài)、遙感、地理、水文、環(huán)境等多學(xué)科因素，建立和完善適應(yīng)于高原濕地、可操作性強(qiáng)、具有多層次性的濕地遙感分類系統(tǒng)是進(jìn)行各種基礎(chǔ)性研究工作的基礎(chǔ)。

表1 若爾蓋高原濕地類型劃分

1.2 濕地信息提取

濕地信息的正確識別與提取是濕地變化分析和動(dòng)態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)。目前對若爾蓋高原濕地信息的識別與提取主要通過野外調(diào)查正確建立地物解譯標(biāo)志，對遙感影像進(jìn)行目視解譯。目視解譯精度一般高于計(jì)算機(jī)分類[7]，但其主觀性強(qiáng)且耗時(shí)耗力，具有一定的局限性。隨著計(jì)算機(jī)處理圖像技術(shù)的發(fā)展，包括面向?qū)ο蠓诸?、基于知識的決策樹分類、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類、支持向量機(jī)分類等很多單分類器算法用于濕地信息的提取。徐剛等[8]利用地物波譜角分類法對研究區(qū)域多光譜融合數(shù)據(jù)進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)地物識別，減少了漏分及混分現(xiàn)象，但是無法排除異物同譜或同物異譜及噪聲點(diǎn)的影響。王翠翠[9]采用支持向量機(jī)分類法對若爾蓋區(qū)域遙感影像進(jìn)行分類，省去對數(shù)據(jù)降維的環(huán)節(jié)，同時(shí)在方向收斂性、訓(xùn)練速度、分類精度等方面均有較好表現(xiàn)。Pang等[10]基于eCognition分類方法提取了若爾蓋土地利用信息，該方法是面向?qū)ο蠓诸惖囊环N，它是基于影像光譜波段分割在空間或光譜特征上創(chuàng)建均向多邊形，從而實(shí)現(xiàn)地物分類。Gao等[11]利用Geomorphic-centered分類方法對若爾蓋高原濕地信息進(jìn)行了提取，將水文過程考慮了進(jìn)去。目前對若爾蓋高原濕地信息提取過程中使用的遙感數(shù)據(jù)源以多光譜數(shù)據(jù)為主，包括Landsat MSS、TM/ETM+、Landsat8 OLI和SPOT等。Landsat系列影像、SPOT影像等性價(jià)比高，易獲取，時(shí)效性高且數(shù)據(jù)處理簡單，適合二級濕地的動(dòng)態(tài)監(jiān)測[12]，目前應(yīng)用最為普遍。隨著遙感影像數(shù)據(jù)源的發(fā)展，包括HJ-1數(shù)據(jù)在內(nèi)的高分辨率數(shù)據(jù)也用于若爾蓋濕地的研究[13]，其信息豐富、濕地植被群落的區(qū)分能力強(qiáng)，提高了解譯精度。

濕地地物類型復(fù)雜，包括植被、水體、土壤等，不具有特定的光譜特征，存在同物異譜和混合像元現(xiàn)象，所以不易與植被、水體自動(dòng)分離出來，簡單自動(dòng)分類精度不高。目前濕地信息提取方法和遙感數(shù)據(jù)源較為單一，以多光譜數(shù)據(jù)為主，難以實(shí)現(xiàn)多級濕地分類。建議加強(qiáng)與多時(shí)相、多分辨率遙感影像結(jié)合，尤其是高分辨率的雷達(dá)數(shù)據(jù)、國產(chǎn)高分?jǐn)?shù)據(jù)與光學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，以提取豐富地物類型信息。雖然目前已有多種自動(dòng)分類方法已經(jīng)應(yīng)用于若爾蓋高原濕地信息的提取過程中，但是總的來說相關(guān)研究還相對較少，且目前多是使用單一分類器進(jìn)行自動(dòng)分類，利用多種分類器對若爾蓋高原濕地信息提取還未見報(bào)道。加強(qiáng)多分類器在濕地分類方面的應(yīng)用，并優(yōu)化選擇最佳組合方式，建立基于形狀、面積、紋理、光譜特征等特征的不同類型濕地的提取規(guī)則庫，從而提高分類精度。

2 濕地生物多樣性研究

若爾蓋高原濕地是我國青藏高原濕地的重要組成部分，包含有豐富的生物資源，物種多樣性豐富且具有極其重要的生態(tài)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。目前尚無若爾蓋高原濕地動(dòng)物資源和植被資源的全面調(diào)查研究成果，多為學(xué)者根據(jù)研究目的和研究區(qū)域的需要對若爾蓋高原濕地的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行小范圍的有針對性的調(diào)查研究，若爾蓋縣境內(nèi)的沼澤濕地則是被研究的重點(diǎn)區(qū)域。據(jù)對若爾蓋縣內(nèi)動(dòng)物的調(diào)查，濕地動(dòng)物包括鳥類、哺乳類、魚類、爬行類、兩棲類，近250多種[14]，其中包含多種特有物種和瀕危稀有物種。黑頸鸛、白鸛、黑鸛、水獺、藏羚羊等國家保護(hù)動(dòng)物都是若爾蓋區(qū)域的特有物種，其中黑頸鸛更是占其世界分布總數(shù)的70%以上[15]。相關(guān)調(diào)查研究表明[16]，若爾蓋自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，有維管植物共計(jì)50科165屬414種，占全國濕地高等植物總數(shù)的20.61%。本區(qū)有多種漸危植物物種和稀有植物物種，包括異葉眼子菜、禾葉眼子菜、杉葉藻等漸危物種和高山水韭、剛毛荸薺等稀有植物物種。此外，還具有豐富的經(jīng)濟(jì)物種。本區(qū)草場具有飼用植物1 208種，其中濕地植物約200種，占草場植物總數(shù)的20%；貝母、羌活、獨(dú)活、黃芪、黃連、秦艽、大黃等藥用植物非常豐富，約有100多種。若爾蓋高原濕地水體中富含種類眾多、數(shù)量豐富的菌類，這也是其生物多樣性豐富的表現(xiàn)[17]。

關(guān)于濕地植物的研究主要側(cè)重分析植物群落演替與不同環(huán)境因子的關(guān)系。相關(guān)研究[18-20]表明影響濕地物種多樣性和分布的主導(dǎo)因子為水分和土壤養(yǎng)分條件。由于水分條件直接作用于土壤養(yǎng)分循環(huán)過程，因此在不同生態(tài)系統(tǒng)序列中水分對群落的分布起主導(dǎo)作用。隨著濕地水分由多到少的變化，植物群落類型發(fā)生由水生植被到草甸植被生態(tài)演替變化[19]。自20世紀(jì)60年代以來出現(xiàn)的開溝挖渠排水活動(dòng)改變了濕地水文周期和濕地水位，導(dǎo)致濕地植被群落發(fā)生從沼生到中生的演替變化。但是這種排水又可以通過提高生境異質(zhì)程度，促進(jìn)正相關(guān)種對的共存，從而增加群落物種多樣性[20]。

豐富的生物多樣性是若爾蓋高原濕地的珍貴資源，然而由于泥炭開采、過度放牧、濫捕獵殺等人類活動(dòng)的干擾，加之氣候因素的影響，導(dǎo)致包括黑頸鶴在內(nèi)的多種物種數(shù)量減少，植被破壞嚴(yán)重，生物豐富性降低。依據(jù)全國主體功能區(qū)定位，在建立濕地自然保護(hù)區(qū)的基礎(chǔ)上，加大濕地生物資源的普查力度，開展動(dòng)植物資源與生態(tài)環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)性研究，協(xié)調(diào)好人類活動(dòng)與生物多樣性的關(guān)系。

3 濕地土壤與溫室氣體研究

3.1 濕地土壤

濕地土壤是發(fā)揮其重要生態(tài)功能的基礎(chǔ)和載體，在濕地退化的大背景下，濕地土壤理化性質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)的變化。若爾蓋高原濕地區(qū)內(nèi)土壤類型主要有泥炭土、沼澤土和風(fēng)沙土，此外還發(fā)育有高原褐土、生草沖積土等類型土壤[21]。對若爾蓋高原濕地土壤研究中，主要集中在對濕地土壤有機(jī)碳的研究，包括其分布特征、碳礦化及對各種影響因素的響應(yīng)。影響濕地土壤有機(jī)碳分布的因素主要為沼澤率和濕地土壤類型。研究表明，在若爾蓋濕地區(qū)域中，沼澤集中地方表層土壤有機(jī)碳含量高，因此黑河流域表層土壤有機(jī)碳含量普遍高于白河流域[22,23]。此外，濕地土壤類型不同，有機(jī)碳含量及分布特征也不盡相同，若爾蓋典型泥炭土有機(jī)碳含量最高，其次是腐殖泥炭土和腐殖土。沼澤土的有機(jī)碳含量整體上從表層向下呈現(xiàn)下降趨勢。泥炭土有機(jī)碳沒有呈現(xiàn)同樣的下降趨勢，而是從表層向下先表現(xiàn)升高趨勢，再表現(xiàn)為下降。沼澤土活性有機(jī)碳沿土壤剖面整體呈現(xiàn)下降趨勢，泥炭土活性有機(jī)碳沒有明顯規(guī)律性變化[24]。有機(jī)碳含量及分布還受包括溫度水分[24-28]、放牧干擾[29]、凋落物[28]等環(huán)境因子的影響，其中水分是最為關(guān)鍵的因子之一，其含量變化對濕地土壤中有機(jī)碳和活性有機(jī)碳的積累與分解有著強(qiáng)烈的影響作用。

土壤碳礦化是指在微生物作用下土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為無機(jī)碳的過程，是生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要過程[30,31]。研究表明，溫度和水分是影響土壤碳礦化的兩個(gè)重要因素，并且兩者相互作用于土壤碳礦化過程。溫度升高會(huì)顯著促進(jìn)若爾蓋高原濕地土壤碳礦化，水分過高則會(huì)抑制碳礦化[32]。

總而言之，對若爾蓋高原濕地土壤的研究主要集中在對有機(jī)碳的研究，對其他主要土壤理化成分研究有所涉獵，但是研究不夠深入全面，主要是通過分層取樣探究其分布特征和含量特征，其對環(huán)境因子變化的響應(yīng)機(jī)制研究則比較缺乏。尤其是在若爾蓋高原濕地退化和氣候變化的大背景下，探討每一種土壤理化成分的變化特征和變化機(jī)制是研究濕地退化本質(zhì)原因的基礎(chǔ)。依托若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)定位站，在地面固定路線和取樣點(diǎn)進(jìn)行周期性的土壤調(diào)查和取樣，加大土壤樣品采集的系列性，利用新技術(shù)與新方法，包括原狀土就地培養(yǎng)取樣技術(shù)等，開展長期定位實(shí)驗(yàn)。在取得豐富的土壤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對包括氣候變化等環(huán)境因子變化的響應(yīng)機(jī)制則將是研究的重點(diǎn)。

3.2 濕地溫室氣體

沼澤生態(tài)系統(tǒng)在溫室氣體排放中具有其特殊性，它既是碳源又是碳匯，在平衡大氣溫室氣體濃度中發(fā)揮著極其重要的作用，若爾蓋高原泥炭沼澤濕地是我國面積最大的高原泥炭沼澤濕地，是一個(gè)巨大的碳庫，將其視為溫室氣體的研究對象具有典型借鑒意義。

關(guān)于若爾蓋高原濕地溫室氣體的研究集中在CO2、CH4、N2O排放通量變化特征和相關(guān)因子對其影響兩方面內(nèi)容。研究過程中通常使用不銹鋼箱進(jìn)行土壤采樣，采用靜止箱/氣相色譜法對樣品進(jìn)行分析測得CO2、CH4、N2O排放通量，并分析其季節(jié)變化特征和日變化特征。不同植被類型和微地條件會(huì)導(dǎo)致溫室氣體排放通量時(shí)空變化的異質(zhì)性，因此在對泥炭沼澤濕地溫室氣體研究的同時(shí)，通常對其周圍其他植被類型也進(jìn)行采樣測定，從而進(jìn)行對比分析。在對若爾蓋高原沼澤濕地CO2通量的研究中發(fā)現(xiàn)，沼澤濕地CO2通量日變化為單峰型，季節(jié)變化則是在7、8月出現(xiàn)排放峰值，并且兩者變化特征均與溫度有很好的相關(guān)性。與沼澤化草甸和放牧草場相比，沼澤濕地CO2平均通量相對較小，僅為前兩者一半左右[33]。沼澤濕地CH4通量由于夏季無明顯的高溫期，在季節(jié)變化上，沒有明顯的排放高峰[34]。不同沼澤植被類型之間由于其結(jié)構(gòu)形態(tài)不同，CH4排放通量也存在一定的差異，木里苔草沼澤CH4排放通量平均值要低于烏拉苔草沼澤[34]。沼澤濕地N2O排放通量日變化與大氣溫度呈正相關(guān)關(guān)系，排放高值出現(xiàn)在午后，季節(jié)變化與沼澤濕地水深呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，高峰排放期為5月，最低排放期為6月[35]。泥炭沼澤平均N2O排放通量要低于沼澤化草甸和放牧草場[36]。

濕地溫室氣體通量是由多種因素決定的，因此對影響濕地溫室氣體通量的因素的研究非常必要。包括地下水位[37,38]、土壤溫度[37,39]、圍欄禁牧與放牧[40]等多種因素對若爾蓋高原濕地溫室氣體通量都有一定的影響作用。CO2排放通量隨土壤溫度變化而變化，暖干化的氣候變化將導(dǎo)致濕地中更多的CO2釋放到大氣中去。由于其影響過程復(fù)雜，放牧管理受到放牧強(qiáng)度、放牧歷史、植被等多方面研究因素的限制，對其影響結(jié)果并沒有達(dá)成共識。

目前對若爾蓋高原濕地溫室氣體的排放通量變化特征和排放過程中各種影響因素研究得比較清楚，但排放過程中各種影響因素間的交互作用還需進(jìn)行深入研究。另外，溫室氣體研究方法比較傳統(tǒng)，利用新技術(shù)與模型對溫室氣體排放過程進(jìn)行模擬，探討溫室氣體排放機(jī)制將是未來研究的趨勢和重點(diǎn)。

4 濕地與全球氣候變化研究

若爾蓋高原濕地由于其特殊的地理位置，為全球氣候變化最為敏感的地區(qū)之一。在這個(gè)大背景下，濕地與區(qū)域氣候間的相互影響受到了研究者越來越多的關(guān)注。在前期對若爾蓋高原濕地資源的研究中，就開始涉及區(qū)域內(nèi)的氣候變化[41-43]，但大多基于區(qū)域內(nèi)的氣象臺站的氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的統(tǒng)計(jì)分析，總體來說研究比較粗略，且多限于定性范疇。近階段，部分學(xué)者對若爾蓋高原濕地的氣候變化情況進(jìn)行了深入研究，分析長時(shí)間序列的氣象數(shù)據(jù)變化趨勢，并采用相關(guān)檢驗(yàn)方法進(jìn)行突變分析，使研究趨于定量化。戴洋等[44]利用1961-2008年若爾蓋高原濕地境內(nèi)氣象數(shù)據(jù)分析了近48年來若爾蓋濕地的氣候變化趨勢，并應(yīng)用相關(guān)檢驗(yàn)方法對氣候突變進(jìn)行了檢測，指出若爾蓋濕地氣候呈現(xiàn)較明顯的暖干化趨勢。廖捷[45]則利用Z指數(shù)對若爾蓋濕地干濕變化情況進(jìn)行研究分析，若爾蓋和瑪曲兩站干濕變化趨勢不明顯，而紅原和松潘兩站則表現(xiàn)出較為顯著的變濕潤的趨勢。王建兵等[46]利用1971-2010年的地面氣象觀測資料，根據(jù)模型計(jì)算了若爾蓋濕地的潛在蒸散量，發(fā)現(xiàn)若爾蓋濕地年潛在蒸散量呈明顯上升趨勢，溫度上升、相對濕度下降和降水量的減少則是導(dǎo)致其變化的主要?dú)庀笠蜃印?/p>

關(guān)于濕地與全球變化，目前研究主要利用定量的氣候因子數(shù)據(jù)定性的探討氣候變化對若爾蓋高原濕地系統(tǒng)的影響，缺乏中間響應(yīng)過程的研究。濕地和氣候間的作用是相互的，但是現(xiàn)在大多研究側(cè)重于氣候變化對濕地的影響，而濕地生態(tài)變化對氣候反作用效果研究則相對薄弱。若爾蓋濕地在一定時(shí)期內(nèi)是碳源還是碳匯，對全球氣候變化有多大的貢獻(xiàn)率則是其中研究的重點(diǎn)。此外，全球變化是綜合多學(xué)科的研究，現(xiàn)在對此研究過于單調(diào)，高新技術(shù)手段和先進(jìn)模型的使用、地球系統(tǒng)的綜合模擬將成為對其研究的方向[47]。

5 濕地退化

最新調(diào)查數(shù)據(jù)顯示[48]，從20世紀(jì)90年代到現(xiàn)在，全國流域面積在100 km2以上的河流減少了一半以上。過去60多年，我國濱海濕地銳減了50%。1990-2010年，全國濕地減少近840多hm2。因此濕地退化形勢非常嚴(yán)峻。近年來，由于多種因素的影響，若爾蓋高原濕地出現(xiàn)了明顯的荒漠化現(xiàn)象。高原濕地的退化使相對脆弱的濕地環(huán)境出現(xiàn)沼澤向荒漠化的逆向演替趨勢。因此，若爾蓋高原濕地退化成為研究的熱點(diǎn)話題，包括退化特征與過程、退化評價(jià)指標(biāo)與指標(biāo)體系、退化監(jiān)測新技術(shù)及生態(tài)恢復(fù)理論與技術(shù)等方面都取得了一定的研究成果。本文選取研究較集中的濕地退化特征與過程、濕地退化評價(jià)進(jìn)行詳述。

5.1 濕地退化特征與過程研究

濕地面積減少是濕地生態(tài)系統(tǒng)退化最直觀的表現(xiàn)，也是濕地退化的重要標(biāo)準(zhǔn)之一[49]。在對若爾蓋高原濕地退化研究過程中，濕地面積減少也是被選擇的最重要的標(biāo)準(zhǔn)之一。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，若爾蓋高原濕地面積由19世紀(jì)70年代中期的36.04萬hm2減少到2009年的21.71萬hm2，減少了近40%[50-53]。濕地的退化表現(xiàn)為濕地生態(tài)系統(tǒng)組成成分和結(jié)構(gòu)狀態(tài)的衰退，因此基于濕地景觀結(jié)構(gòu)格局變化對濕地退化現(xiàn)狀進(jìn)行分析也是進(jìn)行濕地退化研究的常用方法，并廣泛應(yīng)用于若爾蓋高原濕地退化研究中。白軍紅等[54]基于景觀生態(tài)學(xué)方法對若爾蓋高原濕地景觀進(jìn)行了分析，表明若爾蓋高原濕地景觀具有高度的空間異質(zhì)性，景觀破碎化水平低，但是由于研究時(shí)間尺度相對較短，因此不能從景觀尺度上斷定若爾蓋濕地沒有退化[55]。王文麗等[56]則以若爾蓋高原土地退化為研究對象，基于GIS及RS技術(shù)提取不同時(shí)期的景觀類型面積，得到不同景觀類型面積比例轉(zhuǎn)移概率，基于景觀動(dòng)態(tài)概率轉(zhuǎn)移模型從而預(yù)測該地區(qū)各類型景觀面積在未來的發(fā)展與轉(zhuǎn)化趨勢。土壤退化也是濕地退化的特征之一。土壤退化首先表現(xiàn)為有機(jī)質(zhì)、腐殖酸、容重、孔隙度、營養(yǎng)元素等理化特征的改變。隨著退化程度增強(qiáng)，若爾蓋沼澤濕地表現(xiàn)為土壤含水率、毛管孔隙度、全氮含量等指標(biāo)特征降低，土壤容重、全磷和全鉀含量等指標(biāo)特征上升；土壤垂直剖面上，退化沼澤全量養(yǎng)分含量變化變大，并且，全氮和全磷含量具有表聚性[57,58]。其次，濕地土壤退化過程中土壤動(dòng)物[59,60]、土壤微生物[61]、水源涵養(yǎng)功能[62]的研究也日益受到重視，研究指標(biāo)趨于多樣化。對若爾蓋高原濕地退化過程研究主要集中在三方面，一是對濕地資源進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查，從高原濕地生物多樣性角度分析其退化過程；二是通過取樣，包括土樣、水樣等，分析其理化性質(zhì)對濕地退化的響應(yīng)，在微觀層面表征濕地退化過程；三是利用遙感技術(shù)對若爾蓋高原濕地資源和景觀多樣性進(jìn)行長時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)監(jiān)測和分析，在宏觀程度上揭示濕地變化過程。

5.2 濕地退化評價(jià)

濕地退化評價(jià)是應(yīng)用相關(guān)方法對濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化程度進(jìn)行科學(xué)評價(jià)，對造成整個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量下降的各種因素進(jìn)行定量描述。在濕地退化原因及驅(qū)動(dòng)力評價(jià)研究中，一般是從自然因素和人為因素兩方面進(jìn)行分析評價(jià)，并提出相應(yīng)的保護(hù)政策。自然因素主要是分析氣候變化對若爾蓋高原濕地退化的影響[63,64]。排水疏干對若爾蓋高原濕地生態(tài)退化有很大的貢獻(xiàn)作用，僅若爾蓋縣就有約10萬hm2的沼澤地被排干水分，所以對其研究越來越受到重視[65,66]，并建立了排水疏干脅迫下若爾蓋高原沼澤退化評價(jià)體系。前期所做的退化評價(jià)大多是以定性描述為主，缺乏定量的分析，并不能揭示濕地退化的內(nèi)在機(jī)制；并且不同類型濕地所處大環(huán)境不同，退化機(jī)制是不同的，所以簡單地對濕地進(jìn)行定性評價(jià)是不合理的。目前，對濕地退化進(jìn)行定量評價(jià)是研究的熱點(diǎn)，并且取得了一定的進(jìn)展[67-69]。濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)也是濕地退化評價(jià)的重要組成部分，可以為濕地生態(tài)恢復(fù)提供決策依據(jù)。目前并沒有一套完整通用的適合于若爾蓋高原濕地的健康評價(jià)體系。多是利用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型，綜合RS與GIS、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、實(shí)地調(diào)研，選取濕地水文、濕地結(jié)構(gòu)、濕地功能和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等多個(gè)指標(biāo)，并對各指標(biāo)賦予權(quán)重因子，從而進(jìn)行濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)[70,71]。王利花[70]選取畜牧量指數(shù)、濕地景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)、濕地蓄水量指數(shù)、初級生產(chǎn)力指數(shù)等指標(biāo)，利用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型，進(jìn)行了若爾蓋高原濕地生態(tài)系統(tǒng)評價(jià)。

總而言之，對若爾蓋高原濕地退化研究取得了一定的研究進(jìn)展，包括3S技術(shù)等新技術(shù)與新方法的使用，使?jié)竦赝嘶芯渴侄胃鼮樨S富與先進(jìn)，但是研究還有待深入。目前對濕地退化過程的研究以定性研究為主，利用水文數(shù)學(xué)、物理模型定量模擬描述濕地退化過程則相對較少。在不同階段，由于濕地生物多樣性及生態(tài)環(huán)境的變化，濕地退化的主導(dǎo)因素是不同的，探討自然因素和人為因素在不同階段對濕地退化的貢獻(xiàn)率將是研究的趨勢與重點(diǎn)。此外還沒有一個(gè)適用性范圍廣、有統(tǒng)一評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法的濕地退化評價(jià)體系。單一指標(biāo)的方法被廣泛應(yīng)用于濕地健康狀況的定量分級，綜合運(yùn)用水文、土壤、動(dòng)植物等多種系列指標(biāo)進(jìn)行定量評價(jià)研究相對較少，但綜合指標(biāo)評價(jià)是未來進(jìn)行濕地退化分級的研究方向。加強(qiáng)人為活動(dòng)影響下濕地的生態(tài)評價(jià)研究，包括自然保護(hù)區(qū)建設(shè)的評估等，兼顧多學(xué)科、科學(xué)性、可操作性等原則，建立完整的適合于若爾蓋高原濕地的整套濕地退化評價(jià)體系，包括濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)體系、濕地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系、濕地退化指標(biāo)評價(jià)體系等，為若爾蓋高原濕地現(xiàn)狀分析、退化預(yù)警、退化濕地恢復(fù)與修復(fù)提供有力的科學(xué)理論和技術(shù)支持。

6 研究展望

(1)若爾蓋高原濕地退化的過程和驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究。從自然因素和人類活動(dòng)兩條線，將宏觀監(jiān)測和微觀機(jī)理研究相結(jié)合，研究高寒濕地退化的過程及其機(jī)理。宏觀上，在建立濕地退化綜合評價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，利用高時(shí)間分辨率、高空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)，監(jiān)測長時(shí)間序列濕地退化過程，從自然因素和人類活動(dòng)兩方面定量探討濕地退化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制；研究高寒濕地土地利用方式變化與濕地退化的相互作用機(jī)制，重點(diǎn)闡明土地利用方式、強(qiáng)度和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及生活方式等變化對濕地退化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，為濕地生態(tài)恢復(fù)和保護(hù)管理提供理論依據(jù)。微觀機(jī)理上，依托若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)定位站加強(qiáng)濕地基礎(chǔ)研究，在地面固定路線和取樣點(diǎn)進(jìn)行周期性的調(diào)查和取樣，并加大樣品采集的系列性，開展長期定位實(shí)驗(yàn)。從生理生化過程、生物地球化學(xué)過程、土壤生物化學(xué)過程以及濕地形成機(jī)制等方面入手開展微觀過程與機(jī)理研究，深入了解濕地退化的本質(zhì)原因。能量流動(dòng)、水文過程、營養(yǎng)元素循環(huán)等都對濕地功能產(chǎn)生影響，弄清楚每一個(gè)過程，并把握每一過程的相互關(guān)系機(jī)制將是研究的重點(diǎn)。

(2)若爾蓋濕地生物多樣性研究。現(xiàn)有研究多是基于濕地資源統(tǒng)計(jì)宏觀分析其生物多樣性，屬于物種層次的生物多樣性分析。收集濕地資源遺傳信息，從基因?qū)哟畏治錾锒鄻有?，建立濕地資源DNA信息庫，對濕地生物資源監(jiān)測信息化和恢復(fù)濕地退化資源有重要意義和價(jià)值。分析長時(shí)間序列上濕地生物多樣性的變化趨勢和空間分布格局，揭示生物多樣性對環(huán)境變化和人類活動(dòng)干擾的響應(yīng)機(jī)制。豐富濕地生物多樣性監(jiān)測指標(biāo)，在多個(gè)層次和尺度上分析生物多樣性的狀態(tài)。建立和完善適合自身的濕地生物多樣性監(jiān)測體系和評價(jià)體系，構(gòu)建生物完整性指數(shù)，對濕地生物性和生態(tài)健康的現(xiàn)狀及未來變化趨勢做出正確評估。

(3)若爾蓋高原濕地生態(tài)恢復(fù)與管理保護(hù)。在深入研究若爾蓋高原濕地各種微觀機(jī)理的基礎(chǔ)上，依據(jù)濕地退化的本質(zhì)原因，進(jìn)行針對性的濕地恢復(fù)。濕地恢復(fù)是一個(gè)長期艱巨的過程，借鑒國內(nèi)外濕地恢復(fù)的成功經(jīng)驗(yàn)，堅(jiān)持“保護(hù)優(yōu)先，生態(tài)恢復(fù)為主”原則，探索出一套適合于若爾蓋高原退化濕地恢復(fù)與修復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)與配套技術(shù)。不能單純依靠工程措施進(jìn)行恢復(fù)，結(jié)合濕地生物恢復(fù)技術(shù)和基于水文的濕地生境恢復(fù)技術(shù)，可有效提高濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自我維持能力。在進(jìn)行退化濕地恢復(fù)的同時(shí)，重點(diǎn)還是若爾蓋高原濕地的管理，制定科學(xué)合理的若爾蓋高原濕地管理方案，平衡當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展與濕地保護(hù)的關(guān)系，因地制宜地調(diào)整濕地管理措施，從而調(diào)動(dòng)當(dāng)?shù)鼐用癖Ｗo(hù)濕地的積極性。建立濕地退化預(yù)警系統(tǒng)，為濕地保護(hù)管理提供有價(jià)值的信息。

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Advances in Studies of Wetlands in Zoige Plateau

SHEN Ge1,XU Bin1,JIN Yun-xiang2,CHEN Shi1,ZHANG Wen-bo1,GUO Jian1,LIU Hang1,ZHANG Yu-jing1,YANG Xiu-chun1

(1.KeyLaboratoryofAgri-informaticsofMinistryofAgriculture,InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,CAAS,Beijing100081;2.KeyLaboratoryofDigitalAgriculturalEarly-WarningTechnologyofMinistryofAgriculture,InstituteofAgriculturalInformation,CAAS,Beijing100081,China)

Zoige plateau wetland is the biggest plateau marsh wetland in China,and also the world′s biggest peat bogs.It plays an extremely important role in supplying and maintaining the ecological balance of water conservation of Yellow River upstream.In addition,it has very close ties with the global climate change and the environment change.Coming up with the emergence of ecological problems,like swamp drought,desertification,soil degradation,the researches of Zoige plateau wetland are paid more and more attention.The advances in the studies of wetland classification and information extraction,wetland biodiversity,wetland soil and wetland greenhouse gases,global change and wetland degradation were reviewed.In the basis the above-mentioned，the authors suggested that strengthening the researches on the process and driving mechanism of wetland degradation,biodiversity of wetland,theory and technology system of degradation and restoration for wetlands will be the focus of future research.

plateau wetland;ecological function;climate change;research advance;Zoige Plateau

2015-12-24；

2016-05-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41571105、31372354)

申格(1990-)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)資源遙感。*通訊作者E-mail：yangxiuchun@caas.cn

10.3969/j.issn.1672-0504.2016.04.013

P96

A

1672-0504(2016)04-0076-07