第1章 绪论

湿地生态需水考虑保障湿地生态系统健康所需要维持的水文情势(hydrologic

regime)，它不仅包含了流量或水位的大小，还包含了流量或水位随时间的变化性。

对于湿地生态系统来说，其水文情势主导着各种物理、化学以及生物过程，对生态

位(生境)以及生物群落都具有决定性的作用。因此，在保护和恢复湿地生态系统

中，满足湿地生态需水处于首要地位。

本章在介绍湿地与水的关系的基础上，论述保障湿地生态需水对维持湿地生

态系统健康的重要性，以及开展湿地生态需水研究的意义，进而从湿地生态需水机

理、模型和配置的不同方面对湿地生态需水研究进展进行了综合分析，以此为基

对湿地生态需水研究中面临的关键问题进行归纳和凝练。

1.1 湿地与水

湿地之所以被称为"湿"地，是因为有水存在。换句话说，"水"是决定湿地存在

与否的先决条件，而水文过程则主导着湿地生态系统的发展演化。水、土壤和生物

是湿地生态系统的三大要素，其中水要素是建立和维持湿地及其演变过程最重要

的决定因子，通常包括水量和水质两个方面。在不同区域特定的气象、地形、土壤

等环境条件下，水量随时间的年内和年际变化形成该区域湿地生态系统独特的水

文情势。对于某一湿地生态系统来说，其水文情势主导着冲刷、沉积、淹没等物理

过程，并影响着营养盐、pH、固体悬浮物等水质要素的变化，在很大程度上决定

生境的时空分布，从而塑造其生物群落及其生态过程(Naimanetal.，2002)，因而

在湿地生态系统的演替过程中处于支配地位。

对于河流生态系统来说，水文情势表现为流量随时间的变化，亦称为流量情势

(flowregime)。流量情势可从5个方面来刻画：大小、发生时间、发生频率、持续时

间以及变化速率(Richteretal.，1996)。洪水季节，植被可以借助水流的作用传播

种子，高流量使河流连续体的物质流和能量流更加通.，从而促进生物群落的繁

荣；富含营养盐的泥沙在河漫滩沉积，为洪积平原植被提供养分；鱼类和底栖生物

可到达河漫滩，完成洄游、产卵、繁殖等重要的生命过程；同时，洪水淹没过程还可

以淘汰不耐淹的物种。而在枯水季节，较低的流量则可以淘汰那些忍耐力较差的

物种。由于每一河流均有其独特的流量情势(Naimanetal.，2002)，生物群落经过

长期演化已建立起与此情势相适应的生存策略(Lytleetal.，2004)，因此维持河流

自然状态下的水文情势不但对于河流生物群落的生长十分重要，而且可以有效地

抵御外来物种的入侵(Poffetal.，1997)。

对于湖泊、沼泽生态系统来说，水文情势主要表现为水位随时间的变化。高水

位的淹没过程可以阻止植被的扩张，避免湿地生态系统过快地向陆生生态系统演

化。此外，在这类生态系统中，水文过程对于土壤发育起着重要作用，影响着植被

的生长发育。由于土壤中的水分经常达到或接近饱和状态，土壤发育过程与陆生

生态系统差异显著，形成一种独特的土壤类型――水成土。水成土剖面上层通常

积累腐殖质或泥炭，而下层有潜育化特征。

对于河口生态系统，水盐梯度往往是其限制因子，决定着盐生、中生与淡生生

物群落的种类、数量及空间分布(贺强等，2008)；而水文情势正是水盐梯度分布的

主控因素。总的来说，水是湿地生态系统演化的主控因素，维持合理的水文情势对

于保障湿地生态系统健康至关重要(Gaoetal.，2009；Poffetal.，1997)。

湿地水要素变化受到自然和人为因素的影响。自然界气候干湿演替、地形地

貌特征和地质条件变化引起水文特征变化的同时，水库、引水工程等水利工程的建

设和运行以及城市化、植被破坏造成的土地利用方式改变等人类活动均会直接或

间接影响水文过程，造成湿地水要素的变化。而随着人口的快速增长和气候变化

带来的不确定性，未来的水资源压力将会进一步增加(Schiermeier，2008；Okiet

al.，2006；Millyetal.，2005)，使得生态需水和社会经济需水之间的矛盾更加突

出。在有限的水资源制约下，如何同时满足生态需水和人类需水、实现生态系统和

社会经济的持续协调发展，是一个亟待解决而又极富挑战性的课题。

1.2 湿地生态系统健康与生态需水

湿地生态系统具有调蓄洪水、调节气候、控制污染、减少土壤侵蚀、美化环境、

维护生物多样性、提供生物生产力等生态、环境和生产功能。据估算，全球各类生

态系统每年提供价值约33万亿美元的服务，其中4.9万亿美元就来自湿地(Cost-

anzaetal.，1997)。美国科学家研究发现，每公顷原始湿地每年创造的价值达

4000～14000美元，分别是热带雨林和农田生态系统的2～7倍和45～160倍。

湿地的这些生态功能和生态服务是人类社会持续发展所不可或缺的支撑。从

人类文明发展过程来看，游牧民族的"逐水草而居"、古代文明发源于几大流域等事

实都表明了人类对湿地生态系统的依赖性。工业文明以来，社会经济发展迅速，人

类不可避免要更多地利用湿地生态系统所提供的功能和服务，湿地成为受人类活

动干扰最强烈的生态系统之一。在缺乏科学理论支持的情况下，人们对湿地生态

系统长期不合理的开发和利用已造成湿地广泛而严重的退化，致使支撑人类社会

发展的多种生态功能和服务受到损害，反过来威胁人类自身的生存和发展。因此，

保护和恢复湿地生态系统健康是一项紧急而重要的任务。保障湿地生态需水则成

为缓解湿地生态系统健康所面临威胁的一个关键措施。

1.2.1 湿地生态系统健康的内涵

"生态系统健康"的概念是在全球生态系统普遍退化的背景下，于20世纪70

年代末被提出的。相对于人类和生物个体的健康诊断，Rapport等(1979)提出了

"生态系统医学"的概念，旨在将生态系统作为一个整体进行评估；随着研究的深

入，他将生态系统健康定义为"为人类的生存和发展提供持续和良好的生态系统服

务功能"(Rapport，1989)；"以符合适宜的目标为标准来定义的一个生态系统的状

态、条件或表现"，满足人类社会合理要求的能力和生态系统本身自我维持与更新

的能力(Rapportetal.，1998)。Schaeffer等(1988)将生态系统健康定义为"没有

疾病"，并提出了进行评价的原则及方法。Costanza将生态系统健康的相关定义

归纳为动态平衡、多样性或复杂性、稳定性或弹性、活力或生长空间、各组分间平衡

等说法，提出生态系统健康即是远离"胁迫综合征"，认为生态系统健康应该从"活

力(vigor)"、"组织(organization)"和"恢复力(resilience)"3个方面来评价(Costan-

zaetal.，1999；Costanza，1992)。目前，生态系统健康评价是一个十分活跃的研究

方向，而维持生态系统健康则是环境管理的最终愿望。

对于湿地生态系统来说，其健康是指系统内的物质循环和能量流动未受到损

害，关键生态组分和有机组织保存完整且没有疾病，对长期或突发的自然或人为扰

动能保持弹性和稳定性，整体功能表现出弹性力、多样性、复杂性和活力(崔保山

等，2002a)。在自然状态下，湿地生物群落通过与环境因子长期的相互作用而建立

起相应的适应策略，不同物种可以充分利用不同的生态位，整个生态系统表现出结

构稳定、物种多样、生产力旺盛、具有较强抗干扰能力的特征。换句话说，自然状态

下的湿地生态系统通常都是健康的，这也是许多生态系统健康评价方法所采用的

基本前提假设。湿地生态系统健康恶化往往是人类活动干扰的结果。有些人类活

动在短时间内显著地改变了环境因子，以致许多湿地生物群落来不及适应；有些人

类活动直接作用于生物群落，从而带来物种多样性降低、生产力下降、生态系统结

构受损、对外界干扰的弹性和恢复力减弱等后果。

1.2.2 湿地生态系统健康面临的主要威胁

20世纪70年代以来，全球性的湿地消失和退化危机引发了严重的生态环境

和社会问题。全球湿地面积自1900年以来减少了50%，目前仅5.73亿hm2，约

占地球陆地面积的6%。我国本是世界上湿地类型齐全、分布广泛、生物多样性丰

富的国家之一，然而由于自然因素和不合理人类活动的双重作用，我国湿地急剧萎

缩，全国自然或半自然湿地仅占国土面积的3.77%，远低于6%的世界平均水平。

目前我国湿地消失和退化极度严重，湿地生态系统已经遭受到了严重破坏，生态灾

害出现的频率也日益增加。

维持湿地生态系统健康需要识别湿地面临的主要威胁，并寻求解决措施。各

国经济发展模式和发展速度的差异，导致各国湿地面临的威胁不尽相同。就我国

而言，湿地生态系统主要面临着四大威胁：

一是水文情势的改变。流量或水位的大小、发生时间、持续时间、发生频率以

及变化速率等水文情势的变化，促进了湿地生态系统中多种多样的生境的形成，调

节和控制着湿地生物群落及生态过程，是决定湿地生态系统发展演替的主导因子

(Naimanetal.，2002)。通过长期的演替，湿地生物群落已建立与自然水文情势相

适应的生存策略(Lytleetal.，2004)。人类对水资源的不合理开发通常会造成原

有水文情势的改变，表现为水量的急剧减少以及流量或水位年内显著的变化。湿

地生物群落通常来不及适应短期内水文情势的急剧改变，必然造成湿地生态系统

的退化。过度地从湿地取水以及不合理地利用水资源已使我国湿地生态系统面临

重大威胁。例如，大型水利工程的建设隔断了自然河流与湖沼等湿地水体之间的

天然联系，加速了河道的断流并造成湿地面积锐减。据估算，1997年黄淮海地区

最小生态需水短缺年损失价值达40亿美元，超过当年该地区农业用水产值的20

亿美元。目前，黄河、海河、淮河地表水资源利用率已远远超过国际上公认的40%

的河流开发利用率上限，海河水资源开发利用率更接近90%。1972～1999年期

间，黄河下游22年出现断流，仅给山东省造成的经济损失就达135亿元。湿地水

资源的不合理利用加剧了对地下水的过度抽取。华北地区地下水提供的水量占总

用水量的87%，每年超采300亿m3，开采率高达130%以上，仅河北境内就出现了

20多个地下水漏斗区，与北京、天津连成一片，影响面积达5万km2左右，华北地

区已经形成世界较大的"地下水漏斗"。

二是水质恶化。化肥、农药、除草剂等化学产品的大量使用以及工业污染物的

排放，影响了河流和湖泊湿地的水体质量，造成了严重的污染。污染是中国湿地面

临的最严重威胁之一，许多天然湖泊、沼泽湿地已成为工农业生产废水、残渣和生

活污水的承泄区。湿地本具有强大的净化功能，但高负荷污染物大大超出了湿地

的净化能力，直接威胁着农业灌溉和粮食安全，增加工业用水成本；同时，湿地作为

人类主要的饮用水源地，化学和生物污染物及复合污染物的输入导致饮用水源地

功能的丧失，严重威胁人类健康。

三是对生物资源的掠夺性开发。捕捞、狩猎、砍伐、采挖等过量获取湿地生物

资源的活动，使湿地生态系统食物链被打破且整体平衡失调，直接威胁生物的安

全，进而使社会经济可持续发展的保障系统潜藏危机。一些重要渔区和经济海区

滥捕乱捞现象严重，不但使多种重要的天然经济鱼类资源受到损害，而且严重威胁

着湿地中其他物种的生存与发展。海河流域水生生物组成曾经非常丰富，20世纪

50年代共有鱼类17科约118种，至80年代已降为14科40种，90年代只有8科

22种。水闸的建立和河流断流造成海淡水洄游性和河湖洄游性鱼类基本灭绝，只

在滦河及河口地区还有部分种类存在，天然鱼类的产量现在很少，生物多样性急剧

下降。白洋淀原有浮游植物129种，目前减少到50多种。恢复和保护湿地生物多

样性，已成为有效保持湿地生态平衡和多样化格局的稳定、保障人类的生存基础、

建立完善的生态屏障体系进而维护区域的生态安全的重要内容。

四是土地利用或土地覆盖的改变。一方面，一些地方仍在大量开垦、围垦和随

意侵占湿地；另一方面，对植被的破坏加剧了流域的水土流失，造成河流泥沙含量

增大，河床、湖底淤积等多重胁迫，其后果是湿地面积不断减小、水生态过程受阻、

格局破坏、功能衰退、调蓄洪水和防御旱灾能力降低，加剧了洪旱灾害。据不

统计，新中国成立以来湿地开垦的面积达970万hm2。由于不适当的土地开垦，海

河流域湖泊、洼淀等湿地面积与20世纪50年代相比，已减少了90%。1998年松

嫩流域、长江流域特大洪灾的发生与湿地破坏和功能退化有着密切关系。同时，湿

地原本具有的抗旱功能也因其严重萎缩而不能有效发挥。2003年，我国30个省、

自治区、直辖市因旱灾导致的工农业直接经济损失达663亿元。湿地大面积的丧

失使洪水失去了调蓄空间，干旱期又无法从湿地得到水源的补给，这已对人类的生

存与发展构成现实的威胁。

湿地生态系统面临的四大威胁，直接危及社会经济的可持续发展。据国家林

业局的资料显示，在重点调查的我国376块湿地中，114块面临盲目开垦、98块面

临污染、91块面临生物资源过度利用、25块面临水资源不合理利用的威胁。

湿地、水与人类社会的可持续发展如此密切，已经引起各国政府的极大关注。

在湿地保护和合理利用趋于全球化的背景下，从1997年开始设立每年2月2日为

世界湿地日，其主题也为湿地的保护和合理利用提供了方向。近5届国际湿地大

会的重要议题、近10年的世界湿地日主题以及2006～2007年度联合国教育、科学

及文化组织(以下简称联合国教科文组织)自然科学重大计划的优先领域均表明，

湿地与水、生命是永恒的主题。2006年世界湿地日的主题"湿地与减贫"也与2005

年第9届?关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约?(以下简称?湿地公

约?)缔约国大会主题"湿地与水――支持着生命、维系着生计"紧密相连。

我国自1992加入?湿地公约?以来，对遭受严重威胁的重要湿地实施了抢救性

保护，国家林业局会同12个部委制定并了?中国湿地保护行动计划?以及?全

国湿地保护工程规划(2002～2030)?。国家"十一五"(2006～2010)规划纲要又将

湿地保护与修复列入了建设的重点。根据?全国湿地保护工程规划(2002～2030)?

的建设布局，到2010年，通过加大湿地自然保护区建设和管理等措施，使我国

50%的自然湿地、70%的重要湿地得到有效保护，基本形成自然湿地保护网络体

系；到2030年，维护湿地生态系统的生态特性和基本功能，使我国天然湿地的

退化趋势得到遏制。补充湿地生态用水、污染控制以及对退化湿地的恢复和

治理，使丧失的湿地面积得到较大恢复，已成为使湿地生态系统进入一种良性状态

的重要手段。2006年，科技部针对我国湿地保护与修复中面临的系列重大关键科

学问题，以及我国社会经济与生态环境保护协调发展的国家需求，启动了国家重点

基础研究发展计划(973计划)"黄淮海地区湿地水生态过程、水环境效应及生态安

全调控"项目，为我国湿地恢复、生态补水、水污染防治及饮用水安全等重大战略提

供科学支持，同时为湿地灾害应急管理、区域生态安全保障、国际湿地公约履行提

供决策支持。

1.2.3 湿地生态需水与湿地生态系统健康的关系

针对湿地生态系统健康面临的四大威胁：水文情势改变、水质恶化、对生物资

源的掠夺性开发以及对土地利用或土地覆盖的改变，在保障湿地生态系统健康中，

必须有效地缓解这四大威胁对湿地生态系统的压力。例如，水质恶化威胁可通过

限制高污染行业发展、提高污水处理水平来应对；对生物资源的掠夺性开发可通过

行政手段来控制；对土地利用或土地覆盖的改变可通过严格执行合理的土地利用

规划来缓解其压力。

而对于"水文情势改变"这一威胁，则要求我们在开发和利用水资源的同时，必

须维持一定的生态需水过程以保障湿地生态系统健康。水文情势是湿地生态系统

演化的主控变量，满足湿地生态需水对于维持湿地生态系统健康处于首要地位。

尽管各国湿地生态系统面临的威胁不尽相同，但是在全球水资源矛盾日益突出的

形势下(Okietal.，2006)，湿地生态需水研究在世界范围内都具有十分重要的

意义。

反过来，维持湿地生态系统健康是湿地生态需水研究的目的，对湿地生态系统

健康的理解是确定生态需水目标进而评估生态需水的基础。因为在评估湿地生态

需水时，必须要有明确的目标作为评估的依据，否则便无从着手(Beecher，1990)。

而湿地生态系统健康是一个综合性的概念，在实践中需要用一些可量化的目标来

表征，才能使生态需水评估具备可操作性。从以往研究来看，这些目标通常包括维

持生态系统的结构稳定(杨爱民等，2004)、维持某些特定的功能(王西琴等，

2001a)、维持自身发展过程和保护生物多样性(崔保山等，2002b)等，而这些目标恰

恰是从不同角度出发对湿地生态系统健康的描述(Costanzaetal.，1999)。

因此，湿地生态需水与湿地生态系统健康密切相关。这要求在保护和恢复湿

地生态系统健康时，要十分重视湿地生态需水的满足；而在湿地生态需水研究中，

要特别注意吸收湿地生态系统健康研究的相关成果来促进湿地生态需水的评估与

配置工作。