EN中文

GEOGRAPHICAL RESEARCH >

2019 , Vol. 38 >Issue 4: 760 - 771

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj020180073

Orginal Article

An ECPS framework based assessment on wetland restoration of the Huangshui National Wetland Park in Qinghai province, China

  • MAO Xufeng , 1, 2 ,
  • WEI Xiaoyan 3 ,
  • CHEN Qiong 1 ,
  • LIU Fenggui 1 ,
  • TAO Yaqin 4 ,
  • ZHANG Zhifa 4
Expand
  • 1. School of Geography Sciences, Qinghai Normal University, Xining 810000, China
  • 2. Key Laboratory of Natural Geography and Environmental Process of Qinghai Province, Xining 810000, China
  • 3. School of Economics and Management, Qinghai Normal University, Xining 810000, China
  • 4. Huangshui National Wetland Park of Xining City, Xining 810000, China

Received date: 2018-01-16

  Request revised date: 2018-05-06

  Online published: 2019-04-20

Copyright

《地理研究》编辑部 所有
Fold

Abstract

The effect assessment for wetland restoration is crucial for wetland management and sustainable utilization. Applying the Huangshui National Wetland Park in the city of Xining, China as a case study, this paper describes how degraded wetland was restored in the perspective of wetland ecological characters, ecological processes and ecosystem services (ECPS). A total of 10 indicators were selected for restoration effect assessment. Vegetation sampling plots investigation, questionnaire survey method and field monitoring were used to collect assessment data. In spatial and temporal scales, we investigated how wetland vegetation, ecological processes and ecosystem services varied in response to restoration project as well as some physical indices. The research results showed that wetland restoration had a score of 41 with a level of Preferably: (1) The abundance of wetland plants increased from 31 types to 42 types with an average increase of 35.5% in plant coverage. The average biomasses of three types of monitored plants (Phragmites communis, Typha minima, and Potamogeton pectinatus) increased by 30.9%. (2) TSIp and FCIp in restoration area increased by 37.2% and 26.3%, respectively, indicating a certain of improvement in matter exchanges and recycles of wetland ecosystem. (3) As for the wetland ecosystem service indices, habitat, soil fertility, water purification, atmosphere adjustment and tourism increased by 92.3%, 50.9%, 98.3%, 73.8% and 82.6%, respectively. (4) The factors of altitude, depth of water, particle diameter, etc., exhibited certain correlations with the abundance and dominant species of wetland plants, which further influence the restoration of ecological processes and the distribution of ecosystem services. (5) With respect to the score distribution of restoration, the ecosystem service indicators scored the highest with over 80% of the total restoration score; followed by the ecological process score, accounting for about 13% of the total restoration score. The above results indicate that the primary targets of wetland restoration related researchers and managers have shifted from ecological characteristics restoration, such as wetland vegetation and wetland area, to ecological processes and ecosystem services. In general, the current framework proposed for wetland restoration assessment can well reflect the characteristics, processes and functions of wetland ecosystems, and provide a good reference for the future assessment of ecological restoration in plateau region.

Key words： plateau urban wetland; ecological restoration; ecological characters; ecological processes; ecosystem services

Cite this article

MAO Xufeng , WEI Xiaoyan , CHEN Qiong , LIU Fenggui , TAO Yaqin , ZHANG Zhifa . An ECPS framework based assessment on wetland restoration of the Huangshui National Wetland Park in Qinghai province, China[J]. GEOGRAPHICAL RESEARCH, 2019 , 38(4) : 760 -771 . DOI: 10.11821/dlyj020180073

1 引言

城市湿地主要指位于城市或城镇区域的湿地[1],它是城市生态系统重要的组成部分,在调节环境、抵御自然灾害、提供休闲娱乐和文化教育等方面发挥着重要的作用[2,3,4,5,6,7,8]。城市快速扩张、环境污染、生态供水不足等强烈的人类扰动,导致城市湿地面积不断萎缩、生态功能持续退化[9,10]。长期以来对城市湿地研究较为薄弱,人们对城市湿地存在误解,对湿地功能与价值认识存在偏差,加上城市湿地保护较高的机会成本,使得中国城市湿地保护面临诸多困难[11]。随着对城市湿地功能认识的加深,城市湿地的保护和恢复工作也越来越受到重视[12,13]。尤其是海绵城市试点工作的开展,更是大范围拉开了中国城市湿地保护和恢复工作的序幕。
城市湿地和荒野湿地有着明显的区别：城市湿地扰动因素多,干扰强度大;城市湿地的恢复目标侧重于调节和文化等系统服务;城市湿地恢复的方法、模式更为综合和复杂,其考虑的因素注重社会、经济和自然等条件的综合性[14,15,16]。为更为有效地实现恢复目标,在大尺度推进湿地恢复工程之前,分析和判断湿地恢复的关键过程和重要因子[17]、提高湿地恢复效率和恢复效果[18],长期的湿地恢复效果评估是必不可少的[19]。关注物种或种群生态特征或环境特征,从湿地植物、鸟类、水文、水质等多个角度开展了湿地恢复效果评估,取得了重要的研究进展[20,21,22,23,24,25,26,27]。随着生态恢复研究的深入,对生态系统过程和生态系统服务恢复的评价也引起重视,并以高寒湿地、滨海湿地、城市湿地为研究对象开展了评估[28,29,30,31,32,33],为后续研究提供了很好的基础。
生态系统恢复初期,植物丰富度和生物量等生态特征指标的监测十分重要[34]。但在生态系统恢复中后期,随着湿地生态系统日益成熟,湿地物质循环、能量流动和信息传递等重要生态过程趋于复杂,生态系统服务的数量和质量逐步提升[35,36,37,38]。考虑生态特征、生态过程和生态系统服务开展湿地恢复评估,对掌握生态系统恢复初期的特征变化、把握恢复中期的关键过程,解释恢复后期的生态系统服务变化,最终揭示生态系统恢复的关键因子和过程之间的关系具有重要的意义[39,40]。
由于高寒、强辐射等因素的影响,高原城市湿地更加脆弱、对气候变化和人为扰动更为敏感、湿地的恢复过程更为缓慢、功能恢复的影响因素和机制更为复杂。本研究以青海西宁湟水国家湿地公园为研究对象,构建基于生态特征、生态过程和生态系统服务三位一体的恢复评价体系,判断湿地恢复效果的时空差异,揭示影响湿地恢复的关键因素,为高原湿地保护和恢复提供理论和科技支撑。

2 研究区概况

研究区地处西宁市城西区湟水河南岸,为湟水国家湿地公园的恢复区之一（图1）。年均降雨量为380 mm,年均蒸发量为1363.6 mm。气压较低,日照长,太阳辐射强,昼夜温差大,年平均气温7.6 ℃,1月份平均气温-8.9 ℃,7月份平均气温17.2 ℃。
Fig. 1 Location of the restoration area and contrast area of Huangshui National Wetland Park

图1 湟水国家湿地公园湿地恢复区和对照区位置图

整个湿地恢复区位于城市人口密集区,坡度大、污染源多、水源不足,湿地植被稀疏、水体污染严重。2011年起,将该区域恢复重建为高差2~5 m的9个连续梯级湿地,对每一级湿地进行清淤、补水和植被补植等恢复措施。清淤主要是移除湿地内的杂物和表层污染物;补水主要是在枯水期引入湟水满足恢复区湿地生态需水;通过补种本土植物实现植被恢复,补种植物以包括挺水植物芦苇、小香蒲和沉水植物眼子菜,种植密度和种植模式上在整个恢复区内没有显著的区别。经过约6年的运行,湿地物种组成、结构和生态系统功能逐步形成并趋于稳定,已成为西宁重要的城市湿地之一。恢复河段和对照河段属于同一水系,由于相距仅200 m,两块区域在地形、海拔、气候和植被条件差异不大。挺水植物均以芦苇和香蒲为优势种,沉水植物以眼子菜为优势种,水源主要靠降水补给,雨季水量较大、枯水期水量仅为0~0.54 m3/s,水体环境质量整体较差。

3 研究方法和数据来源

通过恢复工程实施区和对照区（未实施恢复工程的临近区域）各评价指标的改善程度,开展湿地恢复评价。

3.1 ECPS评价体系和指标

基于生态特征、生态过程和生态系统服务（ECPS）评价体系如图2所示。生态特征重点关注湿地动物、植物和微生物的个体或种群特征[20]。本研究中,湿地植物恢复特征变化较为明显,湿地植物种类、植株高度、盖度等指标既能反映湿地恢复情况,数据也较易获取。因此,湿地生态特征重点以湿地植物为评价对象。生态过程指生态系统中维持生命的物质循环和能量转换过程,物质循环指标是反映湿地生态过程的常规指标[41],可用CNP等元素物质循环特征描述。本次评价选用物质循环作为二级评价指标。生态系统服务中的四大服务指标需结合区域自然和社会经济特征筛选确定[29]。其中,供给包括食物、原材料、淡水等,支持服务包括栖息地、土壤肥力、地下水维持等;调节服务包括防洪蓄水、大气调节、水质调节、气候调节等;而文化功能主要指科教、旅游等。考虑到该湿地的自然和社会经济特征,以及人们对城市湿地生态服务需求的优先次序,选取支持、调节和文化作为湿地生态系统恢复评估的二级指标。
Fig. 2 The ECPS-based assessment framework of the wetland restoration

图2 基于ECPS湿地恢复评价体系

三级评价指标中,采用盖度、丰富度和生物量反映湿地植物的恢复情况;采用TSI（Total System Interflow）、FCI循环指数（Finn Cycle Index）等指标[42,43]反映湿地生态过程的恢复。在生态系统中,TSI和FCI越大,则生态系统功能组之间的物质交换越活跃,说明生态系统的生态过程越顺畅和良好。以上2个指标的计算方法如公式（1）和公式（2）所示：
TSI = ∑ i , j = 1 n f ij （1）
式中：i为功能组i;j为功能组j;n为系统功能组的数量;fij为由功能组j流动到功能组i中的物质量（本次以磷元素为评价对象）。
FCI = TS T c / TST （2）
式中：TSTc为系统中循环流动的物质通量;TST为系统中物质流动的总通量。
支持服务以鸟类栖息地和土壤肥力作为评价指标;调节服务以水质净化和大气调节为评价指标;文化服务以休闲娱乐的评价指标,具体以当地居民去往公园的频率为评价依据。最终确定的评价指标如表1所示。
Tab. 1 Explanation of assessment indicators of wetland restoration

表1 湿地恢复评价指标及说明

一级指标 二级指标 三级指标 说明
生态特征 植物特征 盖度 植物地上部分投影的面积占地面的比率
丰富度 湿地植物物种数目的多少
生物量 湿地植物地上生物量
生态过程 物质循环 TSIp 磷在不同磷库间流动的总量
FCIp 循环磷量占总磷量的比例
生态系统服务 支持 栖息地 观察记录到的湿地鸟类的种数
土壤肥力 土壤速效磷的含量
调节 水质净化 湿地入水口和出水口总磷浓度差异
固碳调节 单位体积土壤有机碳含量
文化 休闲娱乐 当地居民每周去往湿地频率的变化

3.2 评价方法

主要评价步骤如下：① 采用专家评分法对各级评价指标的相对重要性进行评价,得到相对重要性矩阵 A = 1 1 3 3 3 1 5 1 3 1 5 1 ,采用层次分析法确定各指标权重生态特征、生态过程和生态系统服务的权重分别为0.105、0.258、0.637。② 以青海省第二次湿地资源调查为基础,参考对青海十四家国家湿地公园部分恢复指标的最优和最差效果,确定湿地恢复的得分标准（表2）。③ 根据湿地监测数据,判断恢复工程实施区和对照区各评价指标的改善程度（x1-x0）/x0×100%（x1为恢复区指标;x0为对照区指标）,并根据标准确定得分。（4）采用公式 ∑ i = 1 n W i × X i （Wi为指标i权重;Xi为指标i得分）计算湿地恢复的综合得分,判断湿地恢复的效果等级（表2）。
Tab. 2 Grading and evaluation of wetland restoration compared with contrast area

表2 相对于参照区的湿地恢复效果评分和评价表

恢复程度 <30% 30%~60% 60%~90% 90%~120% 120%~200%
指标得分 0~20 20~40 40~60 60~80 80~100
综合得分 0~20 20~40 40~60 60~80 80~100
综合评价 较差 一般 较好 良好 优秀

3.3 数据来源

于2016年5—10月对湿地恢复区和对照区同时采样监测,主要监测方法、监测频率和数据计算方法如表3所示。需要说明的是,栖息地和休闲娱乐是以恢复前后指标的变化为评价依据。其中,恢复前鸟类种数来源于湟水国家湿地公园管理处。
Tab. 3 Detailed information of monitoring method

表3 评价指标的监测方法

监测指标 监测方法 监测频率 说明
盖度 目测法 1次/月 对9个连续梯级湿地进行监测后取平均值
丰富度 样线法 共1次 沿两岸设置2条样线调查统计发现的植物种数
生物量 收割法 1次/月 对9个连续梯级湿地进行计算后取平均值
TSTp 实验法 共2次 6月和8月份采集鱼类、底栖动物和有机碎屑后采用钼锑钪比色法获取磷数据,采用NetMatCal 软件计算[44]
FCIp 实验法 共2次 6月和8月采集鱼类、底栖动物和有机碎屑后采用钼锑钪比色法获取磷数据,采用NetMatCal软件计算
栖息地 观察法 1次/月 恢复前后观察记录到鸟的种数
土壤肥力 实验法 共2次 6月和8月份采集上中下游表层5 cm土壤混合,每次3个平行样,带回实验室采用NaHCO3浸提-钼锑钪比色法分析后取平均值
水质净化 实验法 1次/月 取进水口和出水口带回实验室,采用钼酸铵分光光度法分析后取平均值
固碳调节 实验法 1次/月 采集上中下游表层5cm土壤混合,每次3个平行样,带回实验室采用重铬酸钾氧化-分光光度法分析后取平均值
休闲娱乐 问卷法 共2次 分别于6月和9月进行两次问卷,调查当地居民在湿地公园恢复前后平均每周去往公园次数的变化。

4 结果分析

4.1 湿地生态特征的恢复

对比分析了湿地恢复区域和对照区湿地植物丰富度、平均盖度的变化,选取芦苇、小香蒲和篦齿眼子菜进行平均生物量、平均株高两项指标评价分析,相关结果如图3所示。
Fig. 3 Ecological characters variation of wetland plants

图3 湿地植被生态特征变化

与对照区相比,恢复区湿地植物丰富度有明显增加（由31种增加至42种）,增幅达到35.5%。新增的植物主要包括沉水植物三种（角果藻Z. palustris L.、篦齿眼子菜Potamogeton pectinatus L.和穿叶眼子菜Potamogeton perfoliatus L.）、挺水植物1种（小香蒲Typha minima）、漂浮植物1种（浮萍Lemna minor）、浮叶植物增加1种（两栖廖Polygonum amphibium L.）以及湿生植物6种（水廖Polygonum hydropiper、鬼针草Bidens pilosa、水葫芦苗Halerpestes cymbalaria (Pursh) Greene、球穗藨草Scirpus strobilinus Roxb、拂子茅Calamagrostis epigeios (L.) Roth和萎陵菜Potentilla chinensis Ser.）。其中,芦苇、小香蒲、角果藻、篦齿眼子菜和藨草在每个湿地段均有发现,为湿地的优势植物,其它植物不连续性分布。植被盖度的差异也十分明显,由对照区的17%上升至恢复区的73%。从植被恢复的空间过程来看,各阶梯湿地植被盖度均在恢复工程实施后有显著提升,其中湿地1段、2段和3段盖度最大,其次为第7段、8段和9段,而第4段、5段和6段盖度最小。植物生物量和平均株高也有不同程度的改善,其中挺水植物芦苇、小香蒲和沉水植物篦齿眼子菜平均生物量增加了0.25倍,平均株高则增加了0.35倍。从生态恢复效果的空间变化来看,1~3区段湿地恢复的效果略好与7~9段湿地,而第5段湿地的恢复效果最差。

4.2 湿地生态过程的恢复

底栖动物、鱼和碎屑三个功能组的磷储量以及三者间磷的流动量如图4所示。
Fig. 4 P storage and flows among three monitoring founctional groups

图4 磷元素在三个监测功能组中的存量及流量

湿地水文和植被的恢复,对湿地基质的改善作用明显,单位面积上鱼类和底栖动物的生物量均明显增大,直接导致磷存量的显著增加,平均增幅到达55.5%。其中,底栖生物中磷的存量增幅最大,由10.41 mgP/m2增加到19.44 mgP/m2,增幅达86.7%。鱼类磷存量也有35.6%的增幅,由68.65 mgP/m2增加到93.15 mgP/m2。由于鱼类和底栖生物在单位面积上生物量增加,底栖动物和鱼类代谢产物增多,碎屑中磷存量由72.82 mgP/m2增加到105.72 mgP/m2。上述变化营造出更适合底栖动物的生活环境,进一步促进了磷元素在不同生物间的循环流动。基于磷存量和磷流量计算得到TSTp和FCIp两个指标。相比恢复前,磷元素通过食物链和代谢过程在不同磷库中的循环强度也明显增加,TSTp由10.42 mgP/m2增加到19.44 mgP/m2（平均增幅29.2%）。其中,底栖动物和碎屑之间的磷交换量增幅最大,平均达到35.4%,而鱼类与底栖动物之间的磷元素交换量也增加了33%。磷在不同磷库间流动的总量反映湿地磷循环的由10.42 mgP/m2·d增加到14.30 mgP/m2·d,而FCIp指数也由恢复前的0.104增加到0.157,增幅50.9%。

4.3 湿地生态系统服务的恢复

实施湿地恢复工程后,湿地生态系统各项服务显著增加,主要变化情况如表4所示。
水质净化功能主要由整个湿地恢复区出水口和入水口总磷去除率表征,总磷去除率由对照区的24.3%增加到恢复区的58.2%,变化量达到33.9%。同时,湿地固定的有机碳也明显增加,土壤平均有机碳含量由对照区的2.37%增加到恢复区的4.12%。支持功能中,表征土壤肥力的土壤速效磷的含量0.46 g/kg增加到0.75 g/kg。随着水质的改善,鱼类等生物数量的增加,湿地鸟类栖息地功能也增加了。观测到的湿地鸟类种类由过去的13种增加到目前的25种,新增观察湿地鸟类包括绿头鸭、绿翅鸭、斑嘴鸭、鸳鸯、斑头雁、赤麻鸭、灰雁、豆雁、凤头潜鸭、赤嘴潜鸭、普通秋沙鸭和黑水鸡。湿地植被和鸟类观赏性的提高带动了旅游功能的恢复,周边居民的到访率由过去的2.3次/周,增加到4.2次/周。问卷调查结果同时显示访客的类型和居住距离也呈现增加趋势,说明湿地文化服务的辐射面和影响力有增大的趋势。
Tab. 4 Restoration of wetland ecosystem services

表4 湿地生态系统服务的恢复情况

生态系统服务 三级指标 对照区 恢复区 变化量
支持 栖息地
土壤肥力		 13种
0.46 g /kg		 25种
0.65g/kg		 +12种
+0.19 g/kg
调节 水质净化
固碳能力		 24.3%
2.37%		 58.2%
4.12%		 +33.9%
+1.75%
文化 休闲娱乐 2.3次/周 4.2 次/周 +1.9次/周

4.4 湿地恢复的综合评价

各指标得分和加权得分情况如表5所示。
Tab. 5 Weights and scores of assessment indicators of wetland restoration

表5 湿地恢复评价指标权重及得分

一级指标 二级指标 三级指标 改善幅度(%) 得分 加权得分
生态特征（0.105） 植物 盖度 56.4 37.6 1.316
丰富度 35.5 23.6 0.828
生物量 30.9 20.6 0.721
生态过程（0.258） 物质循环 TSTp 37.2 24.8 3.199
FCIp 26.3 17.5 2.261
生态系统服务
（0.637）		 支持 栖息地 92.3 61.5 6.430
土壤肥力 50.9 33.9 3.546
调节 水质净化 98.3 65.5 6.848
固碳调节 73.8 49.2 5.141
文化 休闲娱乐 82.6 55.1 11.508
综合各评价因子的得分,湟水国家湿地公园恢复效果为较好（41.8分）。湿地在生态特征和生态过程的恢复得分较低,分别占总得分的6.84%和13.0%,而生态系统服务得分的贡献最大,占比超80%,而休闲娱乐功能得分占总分数的30%以上,间接说明城市湿地对当地居民的重要意义。以上是基于湿地恢复工程实施5年的评价结果,随着湿地生态系统进一步成熟,未来湿地恢复效果有进一步提高的空间。

5 讨论

5.1 高原城市湿地恢复评价体系及其适用性分析

受海拔、气温、降雨等自然因素的限制,青海城市湿地分布面积小,生态系统脆弱而敏感。正因为如此,高原城市湿地提供的调节、支持和文化等生态系统服务,其重要性并不弱于其他地区的湿地。高原城市湿地恢复的时间长、难度大,其恢复评价既要反映湿地生态系统的一般特征,又要体现区域湿地生态系统的特殊性和需求性。
当前,对湿地水质、生物等单指标或多指标评价研究已经很丰富,缺乏的是湿地生态系统恢复效果的系统性和综合性评价[45]。如植物盖度、生物量等是湿地恢复评价中常用的生态特征指标,能反映湿地个体或种群等特征变化[34]。但是,生态特征反映湿地恢复的表面或宏观特征,并不能反映湿地生态系统恢复的内在过程。营养循环等联系生态功能组分动态过程的指标,是揭示湿地恢复内在机理的重要基础[46]。生态特征和生态过程的恢复,最终体现在湿地生态系统服务上。湿地生态系统服务的提升,是实施湿地恢复工程、满足社会经济需求的现实目标之一。将生态系统服务纳入生态恢复评估,更具现实意义。本案例中,具体评价指标的筛选,综合考虑了指标的易用性、易比较、独立性和敏感性,并参考了国内相关湿地评价的结果[45,47,48]。
从湿地恢复效果的评价结果来看,构建的体系较好地反映出湿地的恢复效果。从得分分布来看,由于湿地生态特征和生态过程的权重较低,最终得分并不太高;而生态系统服务得分的贡献超过了80%。这种评价权重的设置,一定程度反映了专家和管理者对生态恢复目标,已从注重湿地植被盖度、湿地面积等生态特征指标,向注重恢复过程和恢复效益评价转变。由于自然社会经济环境的差异,湿地恢复评价的指标往往不具备普适性。本研究中筛选的指标较为单一,打分标准也是参考青海部分国家湿地公园恢复数据构建的,在适用性上较弱。

5.2 高原城市湿地恢复效果的相关因素分析

9个湿地恢复段中,湿地面积和水深随着海拔降低而逐级增大,底泥粒径随海拔降低有减小的趋势。此外,由于光照、海拔和周边建筑等因素的影响,夏季湿地段间水体温度最大可相差8.6 ℃。由于水文等环境因子的差异,湿地恢复的效果也存在差异。湿地植物丰富度是湿地恢复效果的参考因子之一,为分析影响湿地恢复效果的相关因素,构建丰富度与水域面积、海拔、水深、水温的关系矩阵,采用SPSS分析影响影响湿地恢复效果的相关因素（表6）。
Tab. 6 Correlation analysis among various influencing factors of wetland restoration

表6 湿地恢复影响因素的相关性分析

因素 丰富度 水域面积 海拔 平均水深 水温 底泥平均粒径
丰富度 1 0.703* -0.802** 0.659* 0.864** -0.903**
水域面积 0.703* 1 -0.808** 0.601 0.776* -0.489
海 拔 -0.802** -0.808** 1 -0.700* -0.939** 0.675*
平均水深 0.659* 0.601 -0.700* 1 0.727* -0.779*
水 温 0.864** 0.776** -0.939** 0.727* 1 0.667*
底泥平均粒径 -0.903** -0.489 0.675* -0.779* 0.667* 1

注：*表示在0.05水平上相关,**表示在0.01水平上相关。

从湿地恢复效果的相关因素来看,湿地水域面积、水深、水温、底泥粒径等随海拔呈现规律性变化,这些物理特征与湿地丰富度表现出显著的相关性。湿地水域面积的大小与湿地植物丰富度存在正相关性（R=0.703,P<0.05）。虽然水域面积大小不能直接判断湿地恢复效果的标准,但从本案例中可以发现,在降雨少、蒸发量大的高原气候条件下,更大水域面积意味更高的水量保证率。本案例中平均水深也与湿地植物的丰富度呈正相关（R=0.659,P<0.05）。湿地恢复区冬季极端低温可在-20 ℃以下,湿地水体、底泥温度是影响湿地植被越冬的关键因子。6—9月湿地水体温度与湿地植物的丰富度呈正相关性（R=0.864,P<0.01）,水体温度可能对湿地植被丰富度产生影响。虽然海拔是影响水体温度的重要因素之一,但从水温和水深的正相关性来看（R=0.727,P<0.05）,维持相对较高的水位是提高高原城市湿地恢复效果的措施之一。此外,颗粒粒径大小也与湿地植被的丰富度呈正相关。湿地中段湿地底泥粒径较大的区域,植被的丰富度和盖度也明显降低。底泥粒径过大,不利于营养物质累积,也不形成利于湿地植物和微生物的栖息环境。因此,在湿地恢复前期,对湿地底部基质的改造和调整就显得十分重要。一旦适宜的条件形成,湿地植被、动物和微生物等将通过自我修复作用调整外在环境,进一步创造有利于湿地生态系统恢复的环境。从上述结果来看,湿地海拔、水温、水深、水域面积、湿地基质等因素均不同程度上与湿地恢复效果有相关性。从因素调控角度看,虽然海拔因素不可人为调控,但水温、水深、水域面积等因素可以人为直接或间接调控,进而影响湿地恢复过程和效果。

6 结论

本文结合高原城市湿地的自然和社会特征,构建了一套新的湿地评估体系,从生态特征、生态过程和生态系统服务三个角度评价湿地恢复的效果,主要结论如下：
（1）新构建的评价体系和方法,能较为准确和全面地分析湿地恢复的主要特征和过程,适用于青海城市湿地的恢复评价;
（2）湟水国家湿地公园湿地恢复的综合评价得分为41分,湿地恢复评价级别为较好,说明该湿地取得了一定的湿地恢复效果;
（3）湿地海拔、气候的自然特征决定了湿地恢复的程度,但水深、植被、基质等人为可控因素,是影响湟水湿地恢复效果的重要因素。
本文不足之处在于退化湿地恢复的评价主要基于参照区获得,最为准确的结果应该是基于同一湿地对比,这就需要做好湿地恢复前的基础调查和监测。另外,湿地生态过程如能覆盖更多的营养级结果会更为准确。未来应该加强湿地特征、湿地过程和湿地服务之间的关系研究,才能为湿地恢复和管理提供更为精确地对策和建议。

The authors have declared that no competing interests exist.

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
孙文广, 王海霞, 于少鹏.城市湿地研究进展. 地理科学进展. 2004, 23(5): 94-100.<p>本文通过分析城市湿地的产生及其内涵，给出了城市湿地的定义：是指分布于城市中的湿地，包括天然的和人工的各类湿地。城市湿地是城市生态环境的基础要素。在此基础上综述了国内外城市湿地研究的总趋势和主要进展，分析了中国城市湿地研究的主要差距，指出了城市湿地研究的主要领域和存在的问题，并初步构建了城市湿地学的学科框架。这对于湿地科学的发展将产生积极意义。</p>

DOI

[Sun Wenguang, Wang Haixia, Yu Shaopeng.The advance of urban wetland study. Progress in Geography, 2004, 23(5): 94-100.]

[2]
Ellis J B, Shutes R B, Revitt D M, et al.Use of macrophytes for pollution treatment in urban wetlands. Resources, Conservation and Recycling, 1994, 11(1-4): 1-12.

DOI

[3]
Pastor R, Benqlilou C, Paz D, et al.Design optimisation of constructed wetlands for wastewater treatment. Resources, Conservation and Recycling, 2003, 37(3): 193-204.

DOI

[4]
Ho M, Richardson C J.A five year study of floristic succession in a restored urban wetland. Ecological Engineering, 2013, 61: 511-518.

DOI

[5]
McInnes R J. Recognising wetland ecosystem services within urban case studies. Marine and Freshwater Research, 2014, 65(7): 575-588.

DOI

[6]
Lin Z, Pang Y, Xu R, et al.Analysis on ecological benefits of urban wetlands and protection measures with a case of Nansha wetland. Agricultural Science & Technology, 2015, 16(3): 587.

[7]
Wahlroos O, Valkama P, Mäkinen E, et al.Urban wetland parks in Finland: Improving water quality and creating endangered habitats. International Journal of Biodiversity Science, Ecosystem Services & Management, 2015, 11(1): 46-60.

[8]
张慧, 李智, 刘光, 等. 中国城市湿地研究进展. 湿地科学, 2016, 14(1): 103-107.

[Zhang Hui, Li Zi, Liu Guang, et al.The advance of urban wetland. Wetland Sciences, 2016, 14(1), 103-107.]

[9]
Sizo A, Noble B, Bell S.Futures analysis of urban land use and wetland change in Saskatoon, Canada: An application in strategic environmental assessment. Sustainability, 2015, 7(1): 811-830.

DOI

[10]
Ji W, Xu X, Murambadoro D.Understanding urban wetland dynamics: Cross-scale detection and analysis of remote sensing. International Journal of Remote Sensing, 2015, 36(7): 1763-1788.

DOI

[11]
Jiang W, Wang W, Chen Y, et al.Quantifying driving forces of urban wetlands change in Beijing city. Journal of Geographical Sciences, 2012, 22(2): 301-314.

DOI

[12]
Casagrande D G.The human component of urban wetland restoration. The Yale School of Forestry and Environmental Studies Bulletin, 1997, 100: 254-270.

[13]
Ehrenfeld J G.Evaluating wetlands within an urban context. Ecological Engineering, 2000, 15(3): 253-265.

DOI

[14]
李春晖, 郑小康, 牛少凤, 等. 城市湿地保护与修复. 地理研究进展, 2009, 28(2), 271-279.

[Li Chunhui. Zhen Xiaokang. Niu Shaofeng, et al.Research progress in protection and restoration of urban wetland. Process in Geography, 2009, 28(2): 271-279.]

[15]
Zhang X, Song Y.Optimization of wetland restoration siting and zoning in flood retention areas of river basins in China: A case study in Mengwa, Huaihe River Basin. Journal of Hydrology, 2014, 519: 80-93.

DOI

[16]
陈云浩. 基于多源信息的北京城市湿地价值评价与功能分区. 北京: 科学出版社, 2012.

[Chen Yunhao.A Multi-source Information-based Value Assessment and Functional Partition of Beijing Urban Wetlands. Beijing: Science Press, 2012.]

[17]
Grayson J E, Chapman M G, Underwood A J.The assessment of restoration of habitat in urban wetlands. Landscape and Urban Planning, 1990, 43(4): 227-236.

[18]
Zedler J B, Callaway J C.Tracking wetland restoration: Do mitigation sites follow desired trajectories. Restoration Ecology, 1999, 7(1): 69-73.

DOI

[19]
Cooper D J, Kaczynski K M, Sueltenfuss J, et al.Mountain wetland restoration: The role of hydrologic regime and plant introductions after 15 years in the Colorado Rocky Mountains, USA. Ecological Engineering, 2017, 101: 46-59.

DOI

[20]
周进, Hisako Tachibana, 李伟, 等. 受损湿地植被的恢复与重建研究进展. 植物生态学报, 2001, 25(5): 561-572.自20世纪90年代以来，有关受损湿地植被恢复与重建的研究大量涌现。在大量文献调研的基础上，对湿地植被恢复的目的、优先原则、策略和途径、理论、技术、长期监测及评价作了回顾，对贫营养沼泽和富营养沼泽的恢复技术作了详细总结。湿地恢复的策略主要有修复和重建，指导理论主要有次生演替、自设计和入侵理论等。泥炭地植被受损后的恢复技术主要有播种法、泥炭藓片段散布法、营养体移植法、草皮移植法等。种子(繁殖体)库在植被恢复中的作用也不可忽视。恢复初期的抚育和管理必不可少。最后指出了湿地恢复研究中亟待解决的问题。

[Zhou Jin, Tachbana Hisako, Li Wei, et al.An overview of studies on the restoration and reconstruction of disturbed wetland vegetation communities. Acta Phytoecologica Sinica, 2001, 25(5): 561-572.]

[21]
McAllister L S, Peniston B E, Leibowitz S G, et al. A synoptic assessment for prioritizing wetland restoration efforts to optimize flood attenuation. Wetlands, 2000, 20(1): 70-83.

DOI

[22]
Holden J, Chapman P J, Labadz J C.Artificial drainage of peatlands: Hydrological and hydrochemical process and wetland restoration. Progress in Physical Geography, 2004, 28(1): 95-123.

DOI

[23]
Oudot-Canaff J, Bornette G, Viricel M R, et al.The short-term impact of wetland restoration on the genetic diversity of a predominantly clonal plant species. Aquatic Botany, 2013, 110: 16-23.

DOI

[24]
Yepsen M, Baldwin A H, Whigham D F, et al.Agricultural wetland restorations on the USA Atlantic Coastal Plain achieve diverse native wetland plant communities but differ from natural wetlands. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2014, 197: 11-20.

[25]
Mchergui C, Aubert M, Buatois B, et al.Use of dredged sediments for soil creation in the Seine estuary (France): Importance of a soil functioning survey to assess the success of wetland restoration in floodplains. Ecological Engineering, 2014, 71: 628-638.

DOI

[26]
Ma J, Liu Y, Yu G, et al.Temporal dynamics of urbanization-driven environmental changes explored by metal contamination in surface sediments in a restoring urban wetland park. Journal of Hazardous Materials, 2016, 309: 228-235.

DOI

[27]
Hagy H M, Hine C S, Horath M M, et al.Waterbird response indicates floodplain wetland restoration. Hydrobiologia, 2016, 1: 1-19.

[28]
李宏林, 徐当会, 杜国祯. 青藏高原高寒沼泽湿地在退化梯度上植物群落组成的改变对湿地水分状况的影响. 植物生态学报, 2012, 36(5): 403-410.<p>对青藏高原东缘玛曲高寒沼泽湿地分属于15科的47种主要植物进行光合测定, 结合对不同退化类型植物群落的样方调查, 分析了各种植物之间以及不同功能群之间的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率等光合参数的差异。结果表明: 1)玛曲高寒湿地的主要物种在净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率4个光合特性参数上的差异显著, 表明各植物种以各自独特的方式适应高寒湿地环境; 在功能群水平上, 各功能群之间的差异亦显著。光合速率从大到小依次为禾草&gt;莎草&gt;豆科和其他双子叶类杂草, 水分利用效率则是莎草&gt;禾草&gt;豆科和其他双子叶类杂草; 2)湿地退化导致其群落组成发生明显改变, 其中最明显的特点是双子叶类杂草的比例大大增加; 而双子叶类杂草普遍较低的水分利用效率将会增大土壤水分通过光合作用的蒸腾散失, 在大气降水对水分补充变化不大的条件下, 这将会进一步加剧群落生境的干旱化, 不利于退化湿地的恢复和附近湿地的保护。研究结果表明, 在湿地保护和退化湿地恢复过程中, 典型湿地土著物种的保存和补充具有重要意义。</p>

DOI

[Li Honglin, Xu Danghui, Du Guozhen.Effect of change of plant community composition along degradation gradients on water conditions in an alpine swamp wetland on the Qinghai-Tibetan Plateau of China. Chinese Journal of Plant Ecology, 2012, 36(5): 403-410.]

[29]
Meli P, Benayas J M R, Balvanera P, et al. Restoration enhances wetland biodiversity and ecosystem service supply, but results are context-dependent: A meta-analysis. PloS One, 2014, 9(4): e93507.

DOI

[30]
Moreno-Mateos D, Meli P, Vara-Rodríguez M I, et al. Ecosystem response to interventions: Lessons from restored and created wetland ecosystems. Journal of Applied Ecology, 2015, 52(6): 1528-1537.

DOI

[31]
Zhao Q, Bai J, Huang L, et al.A review of methodologies and success indicators for coastal wetland restoration. Ecological Indicator. 2016. 60: 442-452.

DOI

[32]
Peh KSH, Balmford A, Field R H, et al.Benefits and costs of ecological restoration: Rapid assessment of changing ecosystem service values at a UK wetland. Ecology and Evolution, 2014, 4(20): 3875-3886.

DOI

[33]
Santiago Soliveres, Fons van der Plas, Peter Manning. et al. Biodiversity at multiple trophic levels is needed for ecosystem multifunctionality. Nature, 2016, 536(25): 456-459.

DOI

[34]
孙文广, 孙志高, 孙景宽, 等. 黄河口芦苇湿地不同恢复阶段种群生态特征. 生态学报, 2015, 35(17): 5804-5812.采用时空替代法,选择黄河口未恢复区(<i>R</i><sub>0</sub>)、恢复5a区(<i>R</i><sub>2007</sub>)和恢复10a区(<i>R</i><sub>2002</sub>)的芦苇湿地为研究对象,研究了建群种芦苇的株高、密度、立枯物量、地上生物量的动态变化趋势。结果表明,不同恢复阶段的芦苇株高整体均呈增加趋势,且<i>R</i><sub>2002</sub>与其它两个恢复阶段差异显著(<i>P</i>< 0.01);不同恢复阶段的芦苇密度亦具有明显季节动态,<i>R</i><sub>0</sub>与其它两个恢复阶段差异显著。不同恢复阶段芦苇地上及不同器官生物量整体均表现为<i>R</i><sub>2002</sub> ><i>R</i><sub>2007</sub>≈<i>R</i><sub>0</sub>其季节动态符合抛物线模型(<i>y</i>=<i>b</i><sub>0</sub>+<i>b</i><sub>1</sub><i>t</i>+<i>b</i><sub>2</sub>t<sup>2</sup> <i>R</i><sup>2</sup>≥0.90, <i>P</i>< 0.01)。不同恢复阶段芦苇地上器官对地上生物量的平均贡献率均无显著差异,但均以茎的贡献率最高,且表现为<i>R</i><sub>2002</sub> ><i>R</i><sub>2007</sub> ><i>R</i><sub>0</sub>。不同恢复阶段芦苇的立枯物量随时间变化均符合指数增长模型(<i>y</i>=<i>A</i><sub>0</sub><i>e</i><sup><i>bT</i></sup>+<i>B</i><sub>0</sub> <i>R</i><sup>2</sup> > 0.95, <i>P</i>< 0.01),整体表现为<i>R</i><sub>2002</sub> ><i>R</i><sub>2007</sub> ><i>R</i><sub>0</sub>但其差异不显著。研究发现,不同恢复阶段的湿地水文情势(积水深度和水质)是导致芦苇种群生态特征和地上生物量差异的重要因素,故建议下一步湿地恢复工程蓄水应采取少量多次补水措施,并应避开水质较差时间。

DOI

[Sun Wenguang, Sun Zhigao, Sun Jingkuan, et al.Ecological traits of Phragmites australis community in different restoration phases of the Yellow River estuary, China. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(17): 5804-5812.]

[35]
Zedler J B.Progress in wetland restoration ecology. Trends in Ecology & Evolution, 2000, 15(10): 402-407.

[36]
张琨, 吕一河, 傅伯杰. 生态恢复中生态系统服务的演变: 趋势、过程与评估. 生态学报, 2016, 36(20): 6337-6344.

[Zhang Kun, Lv Yihe, Fu Bojie.Ecosystem service evolution in ecological restoration: trend, process, and evaluation. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(20): 6337-6344.]

[37]
李蓓, 张一驰, 于静洁, 等. 东居延海湿地恢复进程研究. 地理研究, 2017, 36(7): 1223-1232.

[Li Bei, Zhang Yichi, Yu Jingjie, et al.Research on wetland restoration process of the East Juyan Lake. Geographical Research, 2017, 36(7): 1223-1232.]

[38]
李玉凤, 刘红玉, 蔡春晓, 等. 城市湿地公园周边干扰对其水环境健康的影响: 以西溪国家湿地公园为例. 地理研究, 2015, 34(5): 851-860.

[Li Yufeng, Liu Hongyu, Cai Chunxiao, et al.The disturbance effect of the surroundings on the water environmental health of urban wetland park: A case study on Xixi Wetland Park, China. Geographical Research, 2015, 34(5): 851-860.]

[39]
Holden J, Chapman J, Labadz C.Artificial drainage of peatlands: Hydrological and hydrochemical process and wetland restoration. Progress in Physical Geography, 2004, 28(1): 95-123.

DOI

[40]
Palmer M A, Filoso S, Fanelli R M.From ecosystems to ecosystem services: Stream restoration as ecological engineering. Ecological Engineering, 2014, 65: 62-70.

DOI

[41]
Gattie D K, Schramski J R, Borrett S R, et al.Indirect effects and distributed control in ecosystems: Network environ analysis of a seven-compartment model of nitrogen flow in the Neuse River Estuary, USA: Steady-state analysis. Ecological Modelling, 2006, 194(1-3): 162-177.

DOI

[42]
Ulanowicz RE.Quantitative methods for ecological network analysis. Computational Biology and Chemistry, 2004, 28: 321-339.

DOI

[43]
Fath B D, Borette S R.A MATLAB function for network environ analysis. Environmental Modelling and Software, 2006, 21: 375-405.

DOI

[44]
Latham LG.Network flow analysis algorithms. Ecological Modelling, 2006, 192: 586-600.

DOI

[45]
吴后建, 王学雷. 中国湿地生态恢复效果评价研究进展. 湿地科学, 2006, (4): 304-310.

[Wu Houjina, Wang Xuelei.Progresses of evaluation of wetland's ecological restoration effects in China. Wetland Science, 2006, (4): 304-310.]

[46]
关蕾, 刘平, 雷光春. 国际重要湿地生态特征描述及其监测指标研究. 中南林业调查规划, 2011, 30(2): 1-9.

[Guan Lei, Liu Ping, Lei Guangchun.Ecological characters and assessment indicators of international important wetlands. Central South Forest Inventory and Planning, 2011, 30(2): 1-9.]

[47]
Hua C G, Li Y L, Huang C Y, et al.Study on the assess index system of the ecological restoration to the Lalu wetland in Tibet. Journal of Sichuan University: Engineering Science Edition, 2005, (6): 23-28.

[48]
江波, Christina P Wong, 陈媛媛, 等. 湖泊湿地生态服务监测指标与监测方法. 生态学杂志, 2015, 34(10): 2956-2964.<p>湖泊湿地生态系统为人类提供了维持生存发展的多种生态系统服务，是社会经济可持续发展的重要基础。然而，全国范围内的湖泊湿地资源被大量开发利用，极大地削弱了湖泊湿地提供生态系统服务的能力，人类自身福祉也受到严重威胁。开展湖泊湿地生态系统服务动态监测能减少生态系统服务重复计算、推动生态系统服务管理实践。本文在分析湖泊湿地生态系统服务监测必要性的基础上，探讨了湖泊湿地生态系统服务监测指标选取的原则和思路，并初步构建了适宜于我国湖泊湿地生态系统服务动态评估、权衡分析和生态生产函数构建的最终服务和生态特征监测指标体系。最终服务是与人类效益有直接关联的生态功能量，生态特征指标是产生生态系统最终服务的关键指标，主要包括生态结构、生态过程和生态功能指标。供给服务和文化服务一般是最终服务，而调节服务既可以是中间服务（生态功能）又可以是最终服务，支持服务是中间服务（生态过程）。针对调节服务和文化服务评估的困难性及调节服务的重复计算问题，本研究提出通过宏观监测（3S技术监测）和典型湖泊湿地定位监测相结合的多尺度湖泊湿地生态系统服务监测方法，构建湿地监测项目开展生态系统最终服务和生态特征指标数据监测。本研究对构建生态生产函数、开展湖泊湿地生态系统服务动态评估和权衡分析具有重要意义，是生态系统服务从认知走向管理实践的重要基础。</p>

[Jiang Bo, Wong Christina P, Chen Yuanyuan, et al.Monitoring indicators and methods for lake wetland ecosystem services. Chinese Journal of Ecology, 2015, 34(10): 2956-2964.]

Options
Outlines

/

〈 〉