作者:秦志伟 来源:中国科学报 发布时间:2020/12/1 20:45:12
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创新修复技术 建立标准规程
综合恢复技术体系让东北湿地重现生机

沼泽是最主要的湿地类型,被看成是生态安全的重要基石。东北平原是我国三大天然沼泽集中分布区之一,现有沼泽面积占全国的10.91%。以往东北平原湿地面积更大,但“不到40年,东北平原沼泽面积减少近六成,其中三江平原和松嫩平原分别减少八成和五成;现有沼泽也存在不同程度的退化。”中国科学院东北地理与农业生态研究所(以下简称东北地理所)研究员武海涛告诉《中国科学报》,自2004年国家加强湿地保护管理,要求建立退化湿地修复制度、实施湿地保护修复工程以来,武海涛及其团队进一步意识到沼泽退化的严重性和湿地恢复的迫切性。

作为中国科学院扎根在东北、以湿地科学研究见长的研究机构,东北地理所身上的担子显然更重了。寻找原因,研发技术,建立标准……武海涛及其所在的团队迅速投入沼泽恢复工作,希冀使这块“东北区域生态安全的重要基石”发挥应有作用。

功夫不负有心人。历经十年攻关,这支研究团队开展了内陆沼泽退化特征和关键恢复技术研究,推动了沼泽恢复由单一要素向结构完整和功能稳定发展,创建了多要素综合恢复技术体系,使东北平原沼泽重现生机。在日前公布的2020年度吉林省科学技术获奖项目名单中,东北地理所牵头完成的相关项目获得科学技术进步奖一等奖,武海涛是第一完成人。

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研究人员开展恢复湿地生态监测。   中科院东北地理与农业生态研究所供图

人类活动贡献率超六成

人们对沼泽的认识是从开发利用其泥炭资源开始的,由于其土壤发育泥炭层或潜育层等特征,表现出与河流、湖泊等湿地不同的生态价值和经济利用价值。到了1971年《湿地公约》签署实施,沼泽保护修复成为研究热点。随着气候变暖成为共识,其研究热度不减。

在我国,对沼泽湿地的研究也是沿着这样的趋势进行的。

武海涛所在的学科团队长期从事湿地科学研究,我国著名湿地学专家、东北地理所研究员吕宪国是该团队学术带头人。团队研究发现,人类活动对东北平原内陆沼泽退化的贡献率为66.9%,其中垦殖侵占、道路阻隔、沟渠排水是主导因素,占该贡献的79%。

武海涛告诉《中国科学报》,人为干扰主要通过改变沼泽水文连通和生物连通,驱动沼泽生态系统退化。

然而,东北平原沼泽具有明显的地理区域差异,松嫩平原是典型的内陆苏打盐碱化沼泽,三江平原为淡水沼泽。因此,恢复前研究团队要先厘清不同类型沼泽的主要限制因子。

“我们确证了局域尺度水文地貌条件是沼泽演替的决定因素。而水文地貌条件改变驱动生境格局变化,引发生物群落演替。”武海涛表示,修复和维持自然水文情势和环境梯度是退化沼泽恢复的关键。

事实上,对于退化沼泽恢复,自然恢复无疑是首选方法,“但不适合东北沼泽恢复历时长、自然演替慢的基本特征;以往人工恢复多依赖筑坝蓄水、大水漫灌等粗放措施,亟须针对性强和自然属性高的恢复技术。”东北地理所研究员佟守正介绍说。

于是,武海涛团队提出近自然综合恢复。所谓“近自然”,主要指恢复措施的近自然,减少大规模扰动;同时也指恢复后湿地生态系统结构和组成的近自然,是恢复效果的标准。

基于这样的思路,武海涛及其团队成员集中开展了内陆沼泽退化特征和关键恢复技术研究。

从单一技术到技术体系

在研发相关技术前,首先要判定沼泽的退化程度。

东北地理所副研究员安雨介绍,沼泽化草甸和退耕还湿地等非常年淹水沼泽的退化判定,以土壤种子库为核心指标。退化沼泽土壤种子库物种数占自然沼泽的70%以上,且种子库密度为自然沼泽的60%以上,判定为轻度退化,否则为重度退化。

除了土壤种子库作为判定方法外,研究人员采用生物完整性理论和方法,引入了沼泽无脊椎动物完整性指数判定方法,应用于常年淹水型的退化沼泽。以参照自然沼泽完整性指数值的25%分位数作为健康基准值,≥25%分位数值认定为无退化,对<25%分位数的值进行等分,判定轻度和重度退化。

不同退化程度的沼泽,采用的方法有所不同。东北地理所副研究员刘波介绍,轻度退化沼泽具有自然恢复潜力,采用自然恢复模式。重度退化沼泽则采用自然人工干预近自然恢复模式。

遵循这一规律,武海涛团队研发了一系列技术,如基于水土精准调控的生物群落定向快速恢复技术、以微地形地貌修饰为核心的复合生境近自然构建技术、以核心节点和关键廊道恢复为支撑的生态网络构建技术等。

以生态网络构建技术为例。研究团队集成创新“阻塞疏通、局部扩挖、节点深化、区域滞水”生态廊道技术,实现水源地与退化沼泽之间以及沼泽内部的水文联系、物质交换和生物连通。生态廊道在松嫩平原洮儿河、乌裕尔河流域和三江平原浓江河、挠力河流域沼泽区进行了研发应用。沼泽生态网络技术在松辽平原白鹤等珍稀水禽迁徙停歇地和三江平原东方白鹳繁殖地得到应用示范。

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三江平原退耕还湿地恢复效果。    中科院东北地理与农业生态研究所供图

为沼泽“负责到底”

自2010年开始,武海涛团队研发了系列关键创新技术,经过逐步完善和试验示范后,在东北平原内陆沼泽分布区的多处国际重要湿地、国家级湿地自然保护区和国家湿地公园得到大规模推广与应用。例如,在松嫩平原和三江平原建立了核心示范区,作为主流恢复技术在东北平原内陆退化沼泽得到了大面积推广。

据武海涛介绍,如果根据国际重要沼泽湿地生态服务价值标准5.1万元/公顷来计算,恢复后沼泽总效益达上百亿元。

在系列创新成果试验示范期间,该团队依据退化沼泽恢复的技术流程和优先序,界定相关关键技术参数,形成了沼泽湿地恢复技术规程,优化了近自然综合恢复技术方案,并形成了吉林省、黑龙江省相关地方标准6项。

针对沼泽恢复后监测与管理不足,缺少集信息收集、效果评估和信息反馈为一体的管理平台,东北地理所副研究员薛振山介绍,他们利用“互联网+”、GIS 技术、数据挖掘技术、面向对象的编程技术,创建了退化沼泽恢复管理信息系统,实现多源数据的集成分析、快速评估、恢复沼泽连续跟踪监测和恢复成果定量对比等功能;并开发基于 Android 智能移动系统的恢复沼泽管理平台,实现了恢复评估指标快速采集、实时监测、高效调控和有序管理。

更为关键的是,“基于东北地理所湿地学科优势地位和沼泽恢复的系列创新成果,一批国家和地方科技创新平台相继在东北地理所设立,如中国科学院与国家林业和草原局共建的‘湿地研究中心’、长白山湿地与生态吉林省联合重点实验室和吉林省寒区人工湿地构建与美丽乡村建设工程研究中心等。”东北地理所所长姜明研究员说。

据悉,相关研究成果在国家重点研发计划“东北典型退化湿地恢复与重建技术及示范”等国家和地方项目共同资助下完成,是东北地理所在东北典型退化湿地恢复关键技术与功能提升方面取得一项重要创新成果,将为推动东北平原湿地生态系统保护和修复工程的实施提供科技支撑,满足服务区域生态文明建设重大需求。

 
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