湿地大面积消亡所引发的资源与环境问题人所共知,毋庸赘言。在此过程中,湿地提供给人类的生物多样性功能、净化功能和生产功能等也相应受损,众所周知,湿地提供的很多服务功能是人工生态系统所不可替代的,究竟是哪些因素导致了这一系列的变化,探索这些驱动因素具有越来越重要的现实意义。以往的研究多是针对单一驱动因素的研究[1-3],本文着重指出了4大自然和人为驱动因素,并认为湿地生态系统服务功能变化是这些因素叠加作用的结果。1驱动力类别划分一般来说,大规模的小尺度变化,如全球范围温室气体的微幅变化;和小规模的大尺度变化,如区域内天然湿地排干[4],均会引起湿地生态系统服务功能数量与质量的变化,同时也会对人类福祉具有深刻的影响。在一些人口快速增长的区域,湿地生态系统的服务功能容易被压制,为此Mitsch和Gosselink[5]认为湿地在景观中隔离分布能最大发挥其作用,但这种理想状况在快速发展的现实社会中越来越不容易找到。驱动力所引起的湿地生态系统变化将导致生态系统服务功能的改变,进而影响人类的福祉状况。湿地生态系统服务功能取决于系统本身的结构,同时与经济发展水平也是密切相关的[6]。驱动力分类有2种情况:一是按直接和间接驱动力划分;二是按人为和自然驱动力划分。

1. 1间接驱动力和直接驱动力

湿地生态系统变化的间接驱动力,包括人口统计状况(如人口数量、年龄和性别结构,代写论文以及空间分布);经济状况(如国民收入和人均收入、宏观经济政策、国际贸易,以及资本流通);社会政治状况(如民主化、妇女、民间团体,以及私营机构的地位,解决国际分歧的机制);科学技术状况(如对科研发展的投资率和新技术的采用率,包括生物技术和信息技术);文化与宗教状况(如人们消费什么、消费多少,以及看中什么)。可以导致其变化的直接驱动力,包括土地利用/覆盖变化、物种入侵、外部输入(如化肥使用、虫害控制和灌溉)、资源消耗、气候变化、地质、地貌、土壤、植被、水文、自然的物理驱动力(如进化等)。*收稿日期: 2007-11-30。基金项目:中国科学院知识创新工程项目(编号:KSCX2-YW-N-46-06),国家自然科学基金项目(编号: 40501030)资助。作者简介:刘晓辉(1978-),博士研究生,主要研究方向:湿地服务功能评价。　E-mai:l liuxh2752@ 126. com责任作者:吕宪国,研究员,博士生导师。　E-mai:l luxg@ neigae. ac. cn1. 2人为驱动力和自然驱动力以上因子中,湿地生态系统变化的人为驱动力,包括人口统计状况、经济状况、社会政治状况、科学技术状况、文化与宗教状况、外部输入、资源消耗、土地利用/覆盖变化、物种入侵;自然驱动力,包括气候变化、地质、地貌、土壤、植被、水文、自然的物理驱动力。需要注意的一点就是,以上这些相互作用发生于不只一个尺度,而是可以跨越多个尺度。同样,这些相互作用也可以作用于不同的时间尺度,并且在不同时期,各驱动因素的重要程度也是动态变化的。2案例研究2. 1区域概况小三江平原地理坐标为130°14′54″E~135°05′26″E, 46°18′29″N~48°27′56″N。行政区域包括鹤岗市区、萝北县、绥滨县、双鸭山市区、集贤县、友谊县、宝清县、饶河县、佳木斯市区、桦川县、汤原县、抚远县、同江市、富锦市。从流域角度划分,该区包括挠力河流域、别拉洪河流域和浓江-鸭绿河流域等三大流域。小三江平原多年平均降水量约518mm,是控制湿地水文的重要因素。该区季节性洪泛水文情势使湿地动物区系相当丰富,同时丰富的生境类型也使该区植物物种极其多样。自1949年新中国成立后小三江平原多数区域经历了农业开垦活动,到2000年残留湿地仅占原有湿地的26. 4%。目前,湿地主要分布在洪河保护区和三江保护区以及其它河岸区域。2. 2服务功能变化

以小三江平原湿地较为突出的3大服务功能为例,生物多样性功能、净化功能和生产功能。湿地在自然和人为驱动力的作用下,其服务功能发生了明显的变化。2. 2. 1湿地生物多样性变化野生植物群落大多已经被单一的农业系统所代替。在三江和洪河保护区记录有6种国家重点保护植物,然而仅在三江保护区调查发现了一株幼小的水曲柳(Fraxinusmandshurica),其它珍稀濒危植物尚未发现[7]。2003年6月野外调查发现,几乎所有沼泽退化为小叶章芦苇(Calamagrostis angustifolia;Phragmitesaustralis)草甸,某些沼泽物种如毛苔草(Carex lasiocarpa)、漂筏苔草(Carexpseudo-curaica)和甜茅(Glycer-ia spiculosa)群落已经发生了变化,在小三江平原由优势物种变成伴生物种[8]。小三江平原自建国初期农业开发以来,丹顶鹤(Grus japonensis)种群数量呈迅速减少趋势。据1984年[9]和1995年[10]航空调查发现,丹顶鹤在挠力河-七星河流域种群数量减少了84%,洪河保护区减少了96% (表1),湿地生物多样性变化与人类活动影响强度息息相关。2. 2. 2湿地净化功能由于工业和生活废水排放、农业非点源污染等人为排水/灌溉工程驱动的影响,进入湿地中的污染物质过多,正在改变着地下水的化学组分和水化学类型,使浅层地下水的化学特征发生变化,湿地的净化功能下降。表1　小三江平原典型区丹顶鹤种群数量变化Tab. 1　Changes ofRed-Crown Crane numberin the SmallSanjiang Plain区域每年丹顶鹤数量1984年1995年挠力河—七星河流域176 28洪河保护区51 2合计227 302. 2. 3湿地生产功能洪水脉冲支持着洪泛区的生物生产力等功能,而随着自然和人为因素的干扰,水力联系被切断,水文情势发生改变,脉冲时间亦不同,致使该项功能受损[11];而人为垦殖仅一年的农业耕作就会完全破坏原有湿地中的种子库[12]。以抚远县的渔业产值调查为例, 1957年渔业总产值26万元, 1982年高达758万元,而2000年为333万元。可见,湿地渔业生产功能的价值是不容忽视的, 2000年较1982年下降了56%,湿地的开发带来了基础功能的丧失。

2. 3驱动力识别

湿地的退化是功能的退化,我们不能只停留在农业生产的短视行为上,而忽略湿地自身所具备的多元服务功能。保护生态的关键就在于保持湿地所依赖的水量和水质,但就水资源而言,三江平原湿地生态用水和农业用水之间的矛盾日益尖锐。不同开发时期湿地的面积变化趋势(表2)。1986年前,该区几乎所有的耕地种植旱作物如大豆、小麦、玉米,但由于这些粮食价格下降,许多旱地·25·第1期刘晓辉等　湿地生态系统服务功能变化的驱动力分析被转化为水田[8]。表2反应了50年来三江平原湿地面积以及景观变化及其主要驱动力不断变化的一个过程。表2　小三江平原湿地生态系统及其驱动力变化Tab. 2　Thewetland ecosystem changes and driving forces in SmallSanjiang Plain50年代以前70年代末80年代初2000年至今主要驱动力自然因素为主,气候因素人类干扰活动强烈,大面积破坏人为活动持续干扰湿地面积不断增加大规模减少继续减少湿地景观自然湿地景观自然湿地景观+半自然湿地景观+人工湿地景观自然湿地景观+半自然湿地景观+人工湿地景观目前,小三江平原湿地处于自然驱动力和人为驱动力共同作用的过程中,就其具体驱动力而言,可以从以下几个方面考虑:图1　建三江管局年降水、年均温变化[13]Fig. 1　The curve of annual precipitationand annualmean temperature in Jiansanjiang2. 3. 1温度、降水变化温度升高,导致蒸发量加大,使湿地水量减少;降水量减少,直接减少了湿地的水源补给。以建三江为例(图1),通过添加趋势线分析可以明显看出,随着时间的推移,该区年平均气温呈不断升高趋势,再与降水减少配合,气候转向干旱和土壤水分干燥程度加重是必然现象。虽然这种气候条件有利于湿地开垦活动,但从某种角度看,这种变化无疑会使湿地转化为耕地更加可能。最近国内外的研究表明,区域水资源状况与降雨、气温之间是一种非线性的关系,相对较小的降雨和气温变化将导致水资源状况的较大变化[14]。2. 3. 2土地利用/土地覆被变化生态系统服务功能和自然资本对地球生命支持系统至关重要[15]。强烈的土地利用变化对湿地生态系统及其服务功能有明显的负面影响。湿地生态系统服务功能和对人类的价值依赖于其范围和位置[5]。这与郭中伟[16]提出的生态系统结构的空间异质性导致了功能或生态学特性上的空间异质性,而后者又导致了生态系统服务功能的空间异质性的研究结论一致。小三江平原湿地面积萎缩,农田面积增加现状(图2)。图2　小三江平原不同时期农田和沼泽湿地面积[8]Fig. 2　The areas of cropland andmarshin different stages in SmallSanjiang Plain由图2的动态分析结果表明,小三江平原湿地和农田的面积变化呈现此消彼长的趋势。1950-1982年农田增加率是湿地萎缩率的7倍多,而1982-2000年农田的增加率与湿地萎缩率基本一致;湿地损失率从1950年到1982年为47%,而1982年到2000年达50%,在最近几年(1982-2000年)湿地损失率有增高的趋势。湿地面积的变化能明显影响湿地生态系统的服务功能。快速剧烈的农田化过程对湿地生态系统破坏严重,随着湿地转变为农田,对湿地系统大小和质量变化的关注越来越多[17, 18]。

这里,主要针对的是小三江平原农业持续扩张,导致湿地面积萎缩等负面效应。农田和退化湿地交错分布的格局相当显著。2. 3. 3排水工程/灌溉工程发展伴随着湿地排水等活动,湿地水文条件发生很大变化,而湿地生态系统又是对水文情势变化反应敏感的生态系统,故此,这是导致湿地生态系统退化的主要驱动力之一。下面是以挠力河流域为例,具体给出了其水渠发展状况(表3)。·26·干　旱　区　资　源　与　环　境第23卷表3　挠力河流域水渠发展状况[13]Tab. 3　Development of ditches in theNaoliRiverwatershed时段(年)排水渠系灌溉渠系km (个)排水面积(km2) km(个)灌溉面积(km2)1967-1976 167 /986 87. 6 0 01977-1983 4317 /1840 140. 1 192 /216 39. 31984-2000 5327 /6914 3782. 1 2605 /3560 1020. 75表3可以看出,随着湿地开发,水利工程建设应运而生,它加剧了湿地景观的破碎化。但从实质来看:排水/灌溉工程的发展在某种程度上而言,是由于人口增长带动起来的。2. 3. 4人口增长由于湿地这一"过渡带"所处的特殊地理位置,它在遭受人类活动破坏的过程中首当其冲。居民点广布,人类活动相当频繁。基于国内外选取驱动因子指标的差距较大的事实,指标的选取要结合不同湿地生态系统所在地域的经济发展水平。加强农田湿地互动区域的土地利用景观动态分析,进而认识人类活动干扰下湿地生态系统服务功能的变化,预测服务功能变化与人类活动的双向影响联系,这也是目前研究的盲点之一[19]。以下作者具体分析了小三江平原湿地生态系统人口增加所带来的负面影响(表4)。表4　小三江平原湿地生态系统人口增加带来的负面影响Tab. 4　The negative effects of population increase on thewetland ecosystem in SmallSanjiang Plain人口状况需求层次生产生活活动行为负面影响人口增加生存居住、农业活动湿地排水/疏干减少自然湿地面积,破坏区域水平衡生命财产安全保障筑坝洪水期水位抬高,枯水期干枯断流发展灌溉水库改变水文情势农业生产农田非点源污染环境污染经济发展开发建设湿地丧失,生物多样性受损

从表4中可以看出,随着人类生产生活活动的活跃,人为行为的增多产生了一系列的负面影响。人类活动的加剧,引起了湿地环境的变迁,导致湿地生态系统水调节功能、净化功能和生物多样性维持功能受损。研究表明[20],湿地排水后,湿地则由CO2的"汇"变成CO2的"源",改变了湿地碳循环模式,对全球变暖可能有潜在的影响。人为因素主要为农田的过度开垦以及水利工程对水循环过程的阻碍等,导致湿地系统与周围的水力联系减少甚至被切断。化肥的使用,虽然提高了农业产量,但却带来环境污染问题[21, 22],致使湿地生态系统服务功能下降(如食物和生物多样性)。综上所述,人为驱动力和自然驱动力对湿地退化和转化存在着明显的正反馈机制[23]。而人为驱动力对自然驱动力的放大作用是不可忽视的,自然驱动力是为湿地退化提供了内在原因,而人为驱动力则加速了这种变化,即人为影响叠加在自然驱动力之上,对湿地的退化产生了放大作用。3结论与展望小三江平原湿地生态系统服务功能发生变化的驱动力大体可以分为自然和人为2个方面,随着时间的推移,该地区湿地生态系统服务功能受损主要是由自然驱动(气温、降水)和人为驱动(土地利用/覆被变化、排水/灌溉工程发展和人口增长)综合作用所带来的叠加效果导致的。针对湿地逐渐被农田分割和包围的现状,农业生产和湿地保护的矛盾日益突出,提出了以下应重点加强的几个研究领域。(1)在自然和人为因素的叠加作用下,考虑缓解小三江平原的湿地保护与农田开发的矛盾,根据气候变暖这一事实,应加大重视"气象经济"效益的力度,充分利用挖掘现有热量资源,采取有利措施提高农业产量,减少对湿地的蚕食,避免服务功能受损。(2)加强可发挥湿地功能的水环境(水量与水质动态,气象等)监测,目前这部分科研活动尚处于空白状态[24]。但如果没有基础定位监测数据,就很难做出切合实际的预防湿地萎缩和服务功能退化的保护决策。(3)决不能盲目地退耕还湿,要尊重现实,在立足人与自然协调共处的基础上,建设并完善这一新型的人工-自然复合生态系统。·27·第1期刘晓辉等　湿地生态系统服务功能变化的驱动力分析