中图分类号: X143; TV882. 1 文献标识码: A do:i 10. 3969 / .j issn. 1000-1379. 2011. 05. 023
1 生态系统概述
生态系统是英国生态学家Tansley 于1935 年首先提出来的[ 1] , 是指在一定的空间内生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而构成的一个生态学功能单位。生态系统不论是自然的还是人工的, 都具以下共同性质:①生态系统是生态学上的一个主要结构和功能单位, 属于生态学研究的最高层次;②生态系统内部具有自我调节能力, 其结构越复杂、物种数越多, 自我调节能力就越强;③能量流动、物质循环是生态系统的两大功能;④生态系统营养级的数目受生产者固定能值限制和能流过程中能量损失的影响, 一般不超过6个;⑤生态系统是一个动态系统, 要经历一个从简单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程。
生态系统各组成要素间依靠物种流动、能量流动、物质循环、信息传递和价值流动而相互联系、相互制约, 形成具有自调节功能的复合体[2]。生态系统分为自然生态系统和人工生态系统, 自然生态系统分为水生态系统与陆地生态系统。黄河流域水生态系统可以分为两类: 一类是动水生态系统, 即河流生态系统; 另一类是静水生态系统, 主要指湖泊、水库生态系统。两者都应包括周边的淡水湿地。河流生态系统是陆地和海洋联系的纽带, 在生物圈的物质循环中起着主要作用。按照《湿地公约》[3]的定义, 沼泽地、泥炭地、河流、湖泊、红树林、沿海滩涂等, 甚至包括在低潮时水深不超过6 m的浅海水域, 都属于湿地。黄河流域湿地以河流为主, 是人们生活用水和工农业用水最主要的水源。
2 黄河流域水生态现状[ 4- 6]
1986年以来, 黄河流域一直处于降水偏枯期; 同时该时期人类用水量居高不下, 水电开发步伐加快, 河流水体污染日益加剧。在众多因素的共同影响下, 黄河流域水生态系统出现了严重的退化现象。
(1)在黄河河源区, 草场和湿地严重退化。玛多县的湖泊由20世纪80年代末的4 077个减少至2002年的不足2 000个, 沼泽湿地及湖泊面积减少了近3 000 km2, 扎陵湖和鄂陵湖水位1987—2002年下降了1 m以上; 近些年曲麻莱县108眼水井中已干枯了98眼; 玛曲草场退化程度在30%以上, 而玛多和达日草场退化率为60% ~ 70%, 覆盖度为50% ~ 70%的草甸面积已降到30%以下。据调查, 20 世纪30 年代, 若尔盖湿地仍保持着无人区或半无人区的原始沼泽景观, 沼泽多为常年片状积水、季节性湿地积水, 积水深1 m左右; 20 世纪60 年代开始, 沼泽开始出现较明显的退化征兆, 几个大沼泽出现湖泊萎缩变浅、泉水减少或断流、沼泽面积显著缩小、生物多样性退化等迹象; 20世纪80年代以来, 萎缩退化现象日趋明显, 速度亦明显加快; 21 世纪初, 除热尔大坝内的哈丘、错拉坚、花湖等湖泊, 以及黄河中游的沼泽化河漫滩外, 其余几处大沼泽几乎无明显积水, 大多数沼泽仅呈过湿状态, 不少区域甚至干如旱地。
随着湿地面积的大幅减少, 出现沼泽旱化、湖泊萎缩、生物多样性丧失、草地退化和沙化加剧等现象, 湿地生态环境呈现沼泽——沼泽化草甸——草甸——沙漠化——荒漠化逆向演替趋势。伴随着湿地萎缩, 黄河源区径流大量减少: 1990——2005年, 源区降水虽仅较前期减少5. 4%, 但唐乃亥水文站实测径流量减少了22%。
(2)在黄河水量减少和其他因素的共同作用下, 沿河不少湿地出现逆向演替现象。河南省黄河湿地斑块总数由1987年的16 671 个增加到2002 年的20 217 个, 湿地面积则减少了20%。黄河三角洲陆域淡水湿地也发生了严重的逆向生态演替现象。据遥感资料分析, 1984 年河口淡水湿地面积约为31 800 hm2, 而2000年河口淡水湿地面积约为14 900 hm2, 生物多样性遭到破坏。
(3)在河川径流锐减、水质污染、大坝阻隔和过度捕捞等因素的共同作用下, 黄河水系的鱼类组成近30 a来发生了很大变化。
一是捕获量减少。20世纪50——60年代, 黄河玛曲段年捕鱼量为18万~ 22万kg、吴忠——磴口河段为12万kg, 但至20世纪80年代, 这两个河段的年捕鱼量均不足5 万kg。潼关河段水面开阔, 盛产鲤鱼, 20世纪50年代专业捕鱼队的年捕鱼量为3万~ 4万kg, 但60 年代下降为1. 5万~ 2 万kg, 70 年代降至0. 5万kg。伊洛河口是鱼类的重要繁殖地, 20 世纪50年代的繁殖季节每人每天可捕鱼25~ 60 kg, 但80年代时曾有20条船1 d的捕捞量只有约50 kg。山东河段鲚鱼产量大幅度下降, 20世纪60年代以前年捕捞量达几百万千克, 至80年代几乎捕不到鲚鱼。
二是渔获物组成发生了变化。黄河干流鱼类素以“黄河鲤”闻名, 且其产量也很高。如20世纪60年代以前, 潼关河段渔获物中鲤鱼占72%左右, 但1981——1982年调查时, 鲤鱼在渔获物中的比例仅占21%, 鲇鱼跃居第一位(41. 1% ) ; 山东河段20世纪50年代鲤鱼产量占总产量的50% ~ 70%, 但1981——1982年调查时鲤鱼仅占总渔获物的7. 1%。鳗鲡本来在黄河晋、豫、鲁等河段均有分布, 但自从干流建坝后, 阻断了其洄游道路, 在20世纪80年代调查中, 东平湖以上始终未采到标本。20世纪60年代黄河下游河南和山东两省河段的达氏鲟分布较多, 到80年代便很难见到了。
三是捕获的鱼类个体减轻。禹门口——潼关河段20世纪60年代以前鲤鱼体重在1. 5 kg 以上的Ⅳ~Ⅴ龄鱼占绝对优势;1981年调查发现, 该类鲤鱼只占28. 4%。据2007年初国家农业部渔业局通报, 黄河原有鱼类150 多种、年捕捞量70 余万kg, 目前约1 /3的种群已绝迹。
四是鱼类种质资源量减少。据黄河水产研究所2002——2006年的不完全统计(未调查黄河河南段), 目前黄河干流可能捕获到的鱼类有11目23科66 属72种, 鱼类种质资源数量较20世纪80年代初约减少42%。
河口地区鱼类也面临类似问题。1959——1998年, 渤海地区渔业生产力从138. 82 kg / (网·h)下降下11. 2 kg / (网·h), 下降幅度尤以20世纪80年代以后最大; 渔获质量从经济种向小型种更替, 资源明显减少的有黄姑鱼、对虾、蓝点马鲛等; 淡水鱼类和半咸水鱼类有消失的迹象, 如日本鳗鲡和达式鲟在该海域基本绝迹。
3 气候变化适应性对策
3. 1 气候变化可能的影响
气候变化使黄河流域水循环过程的改变, 给流域水生态带来较大的影响, 表现为水土流失严重, 湖泊等湿地数量减少、面积萎缩, 水生生物的数量减少、生物多样性下降等。水土流失带走了黄河上中游大量肥沃的土壤, 泥沙下泄, 淤积了河道、水库等, 降低了水利设施的调蓄功能和天然河道泄洪能力。黄河流域湿地是大量候鸟的迁徙地、迁徙停歇地和重要的迁徙通道, 湿地遭受生态破坏后, 原生态的滩涂和自然河岸, 变成大片的农田和养殖场, 湿地面积大幅萎缩。湖泊干涸、湿地萎缩导致鱼类减少了40%, 鸟类减少了30%, 黄河刀鱼等珍稀生物纷纷绝迹。
3. 2 适应性对策
河流生态系统健康是维持黄河健康生命的重要标志之一。
一方面, 黄河河流生态系统作为一个完整的河流生态走廊, 是黄河物质循环和水文循环的重要通道; 另一方面, 黄河河流生态系统具有涵养水源、调蓄洪水、净化水质、调节气候、提供用水及生物栖息地、保护生物多样性等多种生态功能。因此, 维持黄河健康生命就必须维持黄河河流生态系统的良性循环。
针对黄河水生态现状, 结合气候变化的可能影响, 紧紧围绕黄河河流生态系统良性维持的关键生境和敏感因子, 提出黄河水生态系统良性维持的适应性对策[ 4- 11] 。
3. 2. 1确保重点生态单元用水
维持河流生态系统健康所需要的条件是多方面的, 包括水流条件, 碳、氢、磷等重要营养物质条件, 土地利用方式, 水体和空气质量, 气候变化和外来物种入侵等。不可否认, 水对维持河流生态系统健康意义重大, 当人类耗用了黄河绝大部分水量、改变了径流的季节分配、干扰了水流泥沙的自然状态、改变了河岸自然状态的时候, 河流生态系统就必然受到严重伤害。但是, 仅仅有水并不意味着能完全满足生态系统健康的要求,还需要全社会在各方面共同努力。
从河流管理者角度讲, 保护河流生态系统的关键举措是通过人类用水的严格管理和河川径流的科学调度, 为沿河重点淡水湿地提供适宜的水量和水质, 以保护湿地的面积或规模, 为湿地生态系统健康恢复创造有利条件, 最终使湿地生态功能逐步恢复。另外, 还要维持适宜的河川径流过程, 以保护重点鱼类的主要产卵区、主要栖息地和重要洄游通道。
2006年8月1日《黄河水量调度条例》正式施行, 该条例把生态环境用水提到了与生产、生活用水同等重要的地位[ 7] :“合理安排农业、工业、生态环境用水, 防止黄河断流”、“统筹兼顾生活、生产、生态环境用水”, 将生态用水纳入明确的法制轨道,确保黄河生态用水, 逐步实现黄河生态意义上的不断流。
目前, 我国已经实施了多项生态补水工程, 取得了修复生态和改善环境的明显效果。黄河属资源型缺水河流, 随着流域经济社会的进一步发展, 黄河水资源供求形势将更趋严峻。为此, 迫切需要向黄河补充生态用水, 尽早实施南水北调西线工程, 以缓解黄河流域资源性缺水问题。
3. 2. 2实施黄河湿地生态保护和生态修复工程
湿地是黄河河流生态系统保护的关键生境, 具有涵养水源、调蓄洪水、净化水质、调节气候、提供用水及生物栖息地、保护生物多样性等多种生态功能。但是, 在流域经济社会发展、人类活动干扰以及气候变化等因子的驱动下, 黄河湿地景观破碎化程度在加深, 异质性水平在增加, 湿地功能在丧失, 多样性水平在下降。在这种情形下, 必须采取适当措施, 重点对与黄河有密切相关性、具有重要生态价值的黄河源区湿地和河口湿地进行生态保护和生态修复。
(1)实施黄河三角洲生态系统保护的湿地生态修复工程和河口治理工程。目前, 黄河三角洲国家级自然保护区已实施了一期、一期续建、二期建设工程, 在对自然资源进行全面保护的同时, 完成了湿地保护、湿地恢复、鸟类救护等工程。2002年10月至2004年7月成功完成的大汶流管理站3 378 hm2 和黄河口管理站860 hm2 湿地恢复工程, 有效遏制了海水的倒灌、侵蚀, 淡水湿地面积明显增大, 湿地功能得到一定恢复。应继续通过在沿海修筑围坝、在雨季蓄积雨水、在黄河丰水期引蓄黄河水, 人工繁育原生植物群落、开发利用耐盐经济植物、引种及选育耐盐碱高效植物等措施, 进一步促进河口湿地生态系统的良性维持。
黄河河口堤防建设是防洪及稳定黄河入海流路的需要, 但河口堤防建设会阻隔黄河水向河口湿地的漫流和补给, 影响河口湿地生态系统的健康发育。为了协调工程建设与湿地保护之间的关系, 最大程度发挥工程效益、减少对湿地生态系统的影响, 应加强水利工程建设的环境影响评价工作, 尽量避免或减少水利工程建设对湿地生态系统的负面影响。河口堤防建设、防潮工程以及入海流路治理工程应充分考虑湿地水文周期和水文条件要求, 在适当的位置预留口门或建设生态闸, 在植物生长季节有计划地向堤外湿地进行补水, 以维持淡水湿地和滨海湿地生态系统的良性循环。
(2)采取生态、工程、管理等措施, 保护和恢复源区湿地涵养水源、调节气候等生态功能。若尔盖沼泽湿地是黄河源区的主要水源涵养地之一, 但若尔盖县曾为增加草场面积, 在20世纪60——70年代进行过开沟引水, 使8万多hm2 的水沼泽变成半湿沼泽或干沼泽。因此, 急需将开垦的排水沟填平, 切断所有的排水渠道, 使地下水位提高、草场或干沼泽成为沼泽湿地,恢复沼泽湿地涵养水源功能。
实施退牧还草工程, 逐步恢复源区草甸湿地。应以沙化草原和“黑土滩”型草原为重点区域, 实施禁牧。在禁牧的基础上, 配套围栏、补播、施肥等综合技术措施, 恢复草甸生态环境;以高寒草甸和山地草甸草原为重点, 对重度退化草原实施休牧。在每年牧草返青期和主要牧草的种子成熟期两个阶段约90 d内禁止放牧, 对退化草原全面进行禁牧、休牧, 同时利用当地适宜优良牧草开展补播改良。
实施荒漠化防治工程, 控制湿地沙化趋势。采取强有力的植被保护措施, 杜绝滥垦、滥牧、滥采、滥砍等破坏行为; 严控载畜量, 发展人工草场, 探索新的牧业发展模式, 解决草畜矛盾,减轻因过度放牧而造成的湿地沙化; 采取机械固沙与生物固沙相结合的方法, 控制沙漠流动, 种植耐旱草本植物, 逐步减缓沙漠化趋势。
(3)协调湿地开发与保护的关系, 强化湿地管理与立法。严格防止进一步毁湿、毁草种植和毁湿放牧, 适时退耕还湿, 退牧还湿; 合理规划水利工程, 对水利工程建设进行环境影响评价, 采取各种措施降低其对湿地生态系统的影响; 协调好工业、农业、城市化与湿地的关系, 以湿地保护为主, 兼顾开发利用,综合考虑经济效益、社会效益和生态效益; 加强湿地立法, 规范人类活动; 在充分了解湿地生态结构、生态过程、生态价值的基础上, 运用系统工程的动态最优化思想和方法, 实施对湿地生态系统的管理。
3. 2. 3加强水生态监测与基础研究
针对流域水生态现状, 进行相应的生态监测, 提供水生态保护与修复基础研究所必需的数据, 为流域水生态保护提供理论与技术支持。
目前, 黄河河流生态系统的保护和修复工作因河流生态系统现状不明、历史不清、数据支持不够而受限制。为此, 迫切需要开展全面、系统的黄河河流生态系统调查与评价工作。依靠遥感技术, 辅之以地理信息系统、全球定位系统及三维模拟、计算机等高新技术, 建立完善的黄河河流生态系统监测网络。选择典型、敏感、易受影响的关键生境和敏感因子有计划地进行动态监测, 及时掌握湿地削减、湖泊萎缩、水土流失、沙化等方面的信息, 摸清黄河生态系统现状和演化趋势, 探索黄河水资源变化与黄河河流生态系统演替之间的关系, 建立完善、系统的黄河河流生态系统数据库等。
在水生态监测数据的基础上, 增强对水生态重要性的认识, 制定切实可行的水生态保护政策和法规, 加强水生态保护的宣传教育, 科学制定黄河流域水生态修复规划。
4 结语
目前, 在黄河水量统一调度下, 黄河流域主要生态单元生态用水初步得到保证, 流域部分湿地水生态状况有了较大的改善。从黄河流域水生态现状分析, 应确保重点生态单元用水、实施黄河湿地生态保护和生态修复工程, 并加强水生态监测、水生态保护与修复基础研究等, 以使黄河流域水生态逐步改善与恢复。
参考文献:
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