湿地生态系统管理：热点领域与研究方法

　　湿地生态系统管理：热点领域与研究方法

　　    湿地是地球上初级生产力最高、生物多样性最为丰富的生态系统。人类活动、气候变化等多种因素已引发了全球性的湿地退化危机。据不完全统计，过去100多年来全球50%以上湿地已经消失或濒临消失。中国的湿地退化始于20世纪50年代中期，过度围垦和开发造成了惊人的湿地面积丧失和功能退化；据统计，到20世纪末全国有超过40%的重要湿地消失。21世纪以来中国开展了一系列大规模湿地保护与修复行动，目前湿地面积减少的趋势已经得到缓解，但整体情况仍然堪忧，大量湿地仍面临生态功能退化、生物多样性降低、水体污染等严峻问题。湿地保护和修复涉及科学、政策、法律、制度等一系列问题，而缺乏强调生态系统整体性的单要素管理模式被认为是中国湿地保护与修复成效低下的重要原因之一。生态系统管理基于对生态系统组分、结构、过程、功能完整性的理解，将人类价值整合到生态系统经营中，是湿地保护和修复的重要工具，在现今湿地危机背景下具有迫切现实需求和广泛应用前景。基于此，本文对近年来湿地生态系统管理相关研究文献进行收集、整理、挑选、分析与提炼，在整理湿地生态系统管理实践发展的基础上，总结热点研究领域，梳理方法分类并探讨未来可能的研究方向，以期为相关研究人员提供参考。

　　    1、湿地生态系统管理概念与实践发展

　　    湿地生态系统管理是以长期的湿地生态系统保护恢复及合理利用为目标，在强调湿地生态系统完整性的基础上采用协同规划方式开展的一系列管理措施和活动。这一概念来源于生态系统管理(ecosystemmanagement,EM)，于20世纪初期在美国林业资源管理和利用活动中被明确提出。1949年Leopold提出建立生态保护科学，认为应当像保护特定物种一样“保护生态系统的完整性”；1962年RachelCarson的著作《寂静的春天》的出版和迅速传播推动了社会各界对自然生态系统的关注和认知；1988年Agee和Johnson在《公园和野生地的生态系统管理》中首次提出了生态系统管理的理论框架，标志生态系统管理学科的诞生。近20多年来生态系统管理研究和实践发展迅速，现已广泛应用于陆地、海洋、湿地自然资源管理中，被认为是保护和合理利用自然生态系统的最有效途径。

　　    湿地管理活动起源于人们对经济快速发展区域河湖环境恶化的关注和行动。19世纪下半期欧洲工业化发展导致莱茵河生态环境逐渐恶化，到20世纪中期，河水和生物资源已经严重污染和大量衰竭。1950年瑞士等欧洲5国成立了保护莱茵河免受污染国际委员会并开始联合治理河水污染，由初始阶段、恢复阶段、修复阶段、生态服务功能强化阶段等组成的系统化管理方式初见端倪。在北美，20世纪初五大湖区水环境恶化日益严重，60年代末美国和加拿大成立国际联合会着手协同治理五大潮生态退化问题，并陆续签署了《五大湖水质协议》等一系列合作议案，其中以流域为整体单元的跨国、跨部门协作管理模式得到重视和采用，综合治理历经几十年在水质改善、面积恢复、生物多样性提高等多方面取得了瞩目成就，这一管理实践被认为是基于生态系统方法的湿地生态系统管理的起源。另一方面，从20世纪中后期开始，伴随着1971年在伊朗拉姆萨尔小镇由澳大利亚等18个国家联合签署《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》，一些致力于湿地保护的政府和非政府间国际组织和机构陆续设立，例如1995年在原亚洲湿地局、国际水禽与湿地研究局、美洲湿地局基础上成立的WetlandIntemational，以及IntemationalUnionforConservationofNature、WorldWideFundforNature、BirdLifeInternational等。这些机构与组织对湿地生态系统管理实践和研究在全球的推广和交流起到了重要的促进作用。

　　    在中国，社会经济快速发展带来的湿地退化问题在20世纪末逐渐凸显，全国性的湿地丧失和重要湖泊如太湖、巢湖、洱海、滇池等水体持续恶化逐渐引发关注。1995-2003年的首次全国湿地资源调查开启了21世纪初的中国湿地保护和修复热潮，但历经10余年的成效并不令人乐观。伴随着对实践中暴露出问题的反思和科学研究工作的进一步开展，中国开始从法律、制度、机构、技术等多方面逐步构建完善的湿地保护与管理体系。其中，湿地生态系统管理方式逐渐得到关注和重视，一些管理措施陆续推出，如部门联合治理、跨区治理、河湖长制等。目前中国湿地保护和修复事业已初见成效，但综合看来无论是管理实践还是相关研究都还面临大量挑战。

　　    2、湿地生态系统管理研究热点领域

　　    2.1湿地生态系统评价

　　    湿地生态系统评价根据一定体系或标准对湿地进行系统观察，并进行湿地功能、健康、脆弱性评价或退化评估等，通常根据研究结果进一步提出管理对策与建议。其中，生态功能评价可面向湿地生态系统整体或针对某些组件；生态脆弱性评价多基于一个通用性评价框架，如在IPCC脆弱性框架基础上结合湿地所处自然、社会环境确定评价的指标体系，进而开展湿地生态系统暴露度、敏感性和适应性评价或多指标综合评价等，其结果表达多采用空间分异等可视化形式；湿地生态系统健康评价已在全球出现了大量案例，当前一些具有典型地域性特征的研究也较为引人关注，例如中国西南哈尼梯田湿地生态系统、典型城市红树林生态系统等。从评价尺度看，在局地、区域尺度研究继续丰富之外，一些更大尺度的研究逐渐出现，如全球尺度上的滨海湿地、盐沼评价。此外，关于评价指标体系的讨论一直在持续，表现出视角日益多元的发展趋势，证据之一是湿地生态系统的外部社会经济环境因素已被越来越多地纳入考虑范围。

　　    2.2湿地生态系统时空演化及驱动因素

　　    与生态系统评价相比较，湿地生态系统时空演化更为广域，通常面向区域及以上尺度并具有较长时间跨度，以揭示湿地长期演替或变化规律，关注点包括系统弹性、稳态转化、驱动因素等。在全球性湿地危机背景下，这类研究多提示显著的湿地退化过程，并尝试提出较大时空尺度上的管理策略。例如，林世伟分析探讨了1990-2018年中国上海潮滩湿地的土地利用变化特征及主要驱动力，进而在区域尺度上识别湿地修复优先区；杨丹等对中国内陆典型湖泊安固里淖湖1985-2016年稳态及弹性状态变化进行分析，进而给出该湿地生态系统持续退化的预警信号。该领域的热点还包括湿地生态系统演变预估和驱动因素分析，如气候变化、土地利用、人为工程、政策设定等。这类研究按时间指向可分为前向和后向。前向是基于历史的经验研究，例如Day等认为持续1个多世纪的堤坝修筑和河网化是引起美国密西西比三角洲平原湿地退化，并最终导致极端天气造成巨大破坏的根本原因；后向是面向未来的预测，通过将影响因素进行情景化预设来模拟湿地生态系统的响应，例如Mehvar等基于全球气候变化趋势估算了2100年海平面上升引发的洪水对孟加拉国西部滨海湿地造成的威胁，进而提出长期应对策略。

　　    2.3湿地水文过程调控

　　    水是维系湿地生态系统稳定和健康的决定性因子，高强度人类活动和气候变化引发的湿地水资源量和水循环分布的巨大变化被认为是导致湿地大量丧失和退化的关键原因，因此湿地水文调控已成为湿地生态系统管理的重要内容。湿地补水是该领域的主要方向，包括根据湿地面积或功能恢复需求探讨局地补水方案或是更大尺度的跨流域补水，具体研究包括湿地水文情势分析，水位、需水量、水面积的测算，不同补水情景的响应模拟，以及干扰因子的锚定等。例如，Bi等采用一种基于水文过程管理的湖泊―沼泽格局优化方法估算了中国卧龙湖湿地的最优水面、水量和水位，并提出缓解区域土地利用和湖泊需水间的水资源竞争策略；湿地生态补水方案优选常需考虑涉及自然、社会的多个因素，例如，Duan等将季节性气候影响纳入到综合了生态需水量、河流供水能力、作物灌溉效益的湿地生态补水综合效益计算框架中。另外，以特定生态保护修复为目标的生态水文调控也是重要方向，包括湿地水文与生态过程的关系探索、生态水文调控模拟、评价及方案择优等。其中针对湿地关键物种栖息环境保护的水文调控研究日益引人关注，例如，贾亦飞观测分析了鄱阳潮湿地越冬白鹤数量与湖泊水位波动的关系，籍此构建湖泊水位―栖息地―越冬水鸟关系的耦合模型，以白鹤适宜生境水位需求为目标提出了高水位时期和低水位时期的湖泊水文调控策略。

　　    2.4湿地生态系统保护与修复策略

　　    在当前全球性的湿地退化趋势仍未明显缓解的背景下，对既有湿地进行保护和修复是湿地生态系统管理的重要主题。该领域研究的一个重要特征是以湿地生态系统整体性为前提，围绕一定保护与修复目标提出综合性策略或具体方案。例如，马炜等将湿地在全国尺度上的分布视为一个整体，通过识别中国湿地保护空白区和关键区来提出中国湿地保护重点区域和目标。Stein等研究认为，从较大区域尺度识别优先修复区域和确定管理行动，会更有助于实现为湿地动植物提供最佳生境这一目标，并提出了美国南加州沿岸共100多个湿地的整体修复策略。还有一些研究面向局地的特定湿地，例如，白金等在评估人工工程对中国云南龙川江间歇性湿地影响的基础上，结合该类湿地生态系统特征提出包括重新连接关键性湿地斑块、水文调控、综合植被计划等一系列以恢复湿地生态系统整体健康为目标的管理措施。其他研究方向还包括湿地保护或修复策略情景模拟和决策优选等，目前同时考虑生态、社会、经济等异质性因素的多目标综合决策研究日渐丰富。例如，Zheng等通过搭建跨学科的决策平台将区域社会背景、自然保护地发展需求、农户生态补偿意愿以及不同方案的湿地水质响应进行整合，进而甄选以农地面源污染防控为中介目标的最优国家湿地公园水环境改善策略。

　　    2.5湿地生态系统服务及其权衡与协同

　　    生态系统服务这一概念将生态系统与人类福祉直接联系起来，使得人们可以更直观地理解生态系统与人类社会间的关系；另外其基于生态系统完整性的分析框架使得生态系统服务非常适用于生态系统管理研究。这一领域包括湿地生态系统服务供给与需求评估、湿地生态系统服务权衡与协同，以及特定管理策略下的生态系统服务预测等。这些研究多以生态系统服务价值评估为前提，例如，Farber等对不同管理策略下的美国马萨诸塞州PlumIsland海岸带生态系统服务价值总量进行了估算，并据此提出管理策略。基于价值估算在一定时空尺度上进行生态系统服务权衡与协同是近年来湿地生态系统管理的一个新热点。例如，Chan等在美国加州中部海岸带生物多样性空间保护规划中将生态系统服务权衡纳入到分析框架中，认为不同生态系统服务权衡和协同策略会导致大相径庭的生物多样性保护效果；Elise等以美国PugetSound滨海湿地为例，认为评估潜在方案的生态系统服务供给提供了一种系统化的方法，将地球生物物理和社会经济以及个人和群体诉求纳入到生态系统管理过程中，可为生态系统管理提供一个良好的语言。中国结合生态系统服务的生态系统管理研究主要面向森林、农田，与湿地相关的研究近两年才渐有出现，主要涉及关注度较高的重要保护湿地和城市湿地等。

　　    2.6利益相关者诉求与协调

　　    很多研究注意到不同使用者对湿地产品的需求差异很大，甚至相互冲突；而利益相关者的诉求和偏好是决定湿地生态系统管理目标、效果的重要因素，其相关研究已成为湿地生态系统管理的重要内容，包括湿地产品的利益相关者依赖辨识、利益相关者冲突协调、合作机制等。例如，Lin等建立了一套全流域视角下的自适应认知系统来动态协调多层级、多类型的利益相关者，以促使其在流域生态系统管理中形成可持续的合作关系；Brown等在南美洲多巴哥岛海洋保护区BuccooReefMarinePark进行的海岸带自然资源管理措施研究中，让管理者和不同利益相关者直接参与到决策过程中，并通过多准则框架下的综合权衡分析获得达成共识的管理策略。该领域的研究经常结合社会科学研究方法，例如，Cohen等采用社区调查的方式收集并分析了以色列加利利海流域胡拉湿地主要利益相关方的需求和矛盾，提出以全局角度和多主体协作为核心的湿地管理建议。值得注意的是，很多研究开始采用生态系统服务这一概念来表达利益相关者需求，因此这一领域与生态系统服务领域的交叉研究常见。例如，Lars等选分析了荷兰DeWieden湿地提供的芦苇、渔获、娱乐和自然保护等4种生态系统服务，发现不同层级行政区域的利益相关者对湿地生态系统服务偏好迥异，并在很大程度上影响了湿地可持续管理目标的确定。

　　    2.7湿地综合生态系统管理

　　    综合生态系统管理是近年来逐渐发展起来的一种生态系统管理概念，其在重视生态系统完整性同时强调人类活动的影响和生态系统响应，认为生态系统管理应该具有综合性、系统性和动态性特征。例如，Tumer等认为实现湿地可持续利用需要进行综合生态系统管理，通过整合自然科学和社会科学理论、方法和数据进行多学科交叉，综合开展机理模拟、服务估值、利益相关者协同、多尺度评价等多项措施；Janssen等开发了以湿地生态功能评价系统为核心的综合生态系统管理决策支持工具，并以荷兰阿姆斯特丹北部沼泽草地为例，模拟并对比不同管理策略下湿地生态功能差异；Singh等认为印度恒河治理迫切需要综合生态系统管理，提出将利益相关者参与和纳入水文、物理、生态学的跨学科生态水文技术工具统一为一个综合管理工具；Santana等对巴西河口及海岸带综合生态系统管理的发展历程、相关法规、行政措施及未来管理行动进行了整理和分析，并从政治、经济、组织机构、生态和管理等方面提出了综合生态系统管理的多项建议。

　　    另外，湿地生态系统管理热点领域还涉及强调遵循生态系统动态自适应循环机制的湿地生态系统适应性管理、湿地占补平衡模式与效应评价、管理部门沟通与协作、基于生态系统过程的湿地生态系统管理、湿地生态系统多样性，特别是水鸟对湿地退化及恢复的响应及针对性管理措施等。

　　    3、湿地生态系统管理研究方法

　　    湿地生态系统管理的复杂性、综合性和跨学科特征使其研究在方法的运用上种类繁多。基于不同视角的方法归类迥异，本文尝试根据研究范式和思路的不同对研究方法进行大致归纳。

　　    3.1情景分析法

　　    情景分析法面向未来或拟定情境对可能的结果进行模拟和评价，是湿地生态系统管理研究中的常见方法，可根据情景设定依据分为背景环境类情景分析和措施效应类情景分析。背景环境类情景分析通常依据对历史、现状的调查，设定未来可能出现的气候、环境状态或社会、经济、政策背景，采用模拟工具预测这些情境下湿地生态系统功能、过程、服务的响应，从而为管理策略制定提供依据。例如，Matchett等通过对假设的2006-2099年17个美国加利福尼亚中部峡谷的水资源供给情景进行分析，进而提出以保护水鸟多样性为目标的湿地修复方案；陈宜瑜等模拟并估算了3个土地利用变化情景下中国湿地生态系统服务总量变化，认为未来中国湿地管理目标应重点关注湿地生态系统服务质量的提升。措施效果类情景分析多运用于中小尺度的特定湿地，通常设定为在外在环境不变条件下实施一定管理措施，进而估测湿地生态系统的响应，并据此提出明确详尽的管理建议。

　　    3.2统计学、数学分析法

　　    统计分析法通过收集与分析长期观测数据来探究湿地生态系统运行规律，并籍以评估和预判湿地状态或发展趋势；运用于湖泊生态系统稳态研究中的统计分析法将稳态转换视为时间序列上的突变，进而表达为对向量回归过程中的变化点的求解。例如，Anttila等基于芬兰南部Vesijarvi湖的长期监测数据分析了总磷、叶绿素、大型枝角类浮游生物间的线性和突变关系，并强调长期监测和生态组分相互作用的突变特征对于湖泊生态系统可持续管理的重要性。数学分析法经常需要以统计分析为基础，通过函数、方程等形式构建数学模型来开展，可构建考虑气候环境条件、水文生态特征、社会经济状态的多维线性或非线性综合函数来进行湿地生态系统的综合评价或用于最佳管理策略的寻找。例如，Upadhyay等采用由常（偏）微分方程表达的数学模型计算湿地生态系统物种间动态交互作用参数，进而估算系统的最大可持续产量和对应的最优收获策略。一些研究将不同领域的数学方法同时使用，例如Jin等建立了以分数阶微分方程为基础的湿地复合系统协同演化模型，采用遗传算法求解模型参数，并通过对中国29个省、区的实证研究给出系统良性耦合与协调发展的对策建议。

　　    3.3模型模拟法

　　    这类方法通过构建或运用湿地水文、生态、生物动态机制模拟模型，对给定条件下湿地生态系统或其组分的响应进行模拟。常见模型类型有生物、生态模型，水文水动力模型以及各类联合／耦合模型等。其中生物、生态类模型常用于中小尺度的案例研究，主要模拟特定条件下湿地生态、生物群落的响应，按应用范围可分为通用性模型和定制性模型。通用性模型根据一定机理或规律搭建，可灵活、广泛用于不同场景和尺度，如InVEST模型、生态位模型、Ecopath模型等；定制型模型往往针对某个湿地或湿地类型构建，在应用上具有专门性特征，例如Lowrance等构建了基于生态系统过程的河岸带生态系统管理模型，专为规划河岸植被缓冲带建设提供决策依据。另外由于水文过程之于湿地的关键性，很多水文模型也被运用于相关研究，包括半分布式、分布式水文模型(SWIM、SWAT)，集合嵌套模型(HEC-HMS、HEC-RAS、WEAP)，水资源规划与评价模型(WEAP)等。值得注意的是，随着人们对生态系统动态机理的深入了解和基于生态系统完整性开展管理的思路日益明确，同时考虑多个功能、过程的联合／耦合模型日渐丰富，如水文水动力联合模型、水动力―水质―水生态综合模型、生态水文模型等。另外，系统动力模型、生态系统循环模拟模型，如能量循环模型、物质循环模型等也有涉及。模型模拟以对湿地生态系统结构、过程、功能和运行机理的科学理解为基础，常与情景分析法搭配使用，是当前湿地生态系统管理研究的常用方法。

　　    3.4社会、经济协同分析法

　　    社会、经济协同分析法强调湿地与区域社会经济间的相互关联，把与湿地管理相关的社会经济要素和目标同时纳入判断、评价、权衡或协同的统一框架采用这类方法的研究多面临湿地保护修复与周边社会、经济发展间的矛盾与冲突，因此该类方法将来自湿地和人类的需求整合到湿地生态系统管理中，试图给出一个顾及全局的解决路径。例如，Wellington等基于系统动态框架建立集成模型，模拟非洲南部Limpopo湿地在不同管理策略下生态系统服务功能和经济收益的变化，以寻求湿地生态安全与社区经济发展之间的平衡点；Grasso采用模拟与优化相结合的生态一经济模型对巴西南部红树林滨海区渔业养殖和木材生产的权衡关系进行了分析；Morardet等建立了生物物理和社会经济组合模型(WETSYS)，为南非半干旱区湿地可持续利用提供了决策工具：生态―经济协同分析法基于社会―生态系统、人与自然耦合系统等理论，从复杂系统的角度将生态系统与人类社会、经济系统视为互相关联的整体。

　　    3.5统一框架综合决策法

　　    统一框架综合决策分析法通过搭建一个可集成多种分析方法或工具的框架，可将数量众多的异质多属性信息纳入该框架进行综合分析和决策：采用这类方法的研究大多是为了解决生态系统管理中面临的具体决策问题。例如，多准则分析(MCDM)可结合多个甚至互相冲突的目标来评估管理方案，为管理者提供若干种决策选择，且具有较强的兼容性，可在数据缺乏情况下将利益相关者诉求作为制定管理计划和决策的依据。层次分析法(AHP)将与决策有关的因素分解成目标、准则、方案等多个层级，开展定性和定量相结合的分析，例如Herath等采用AHP将利益相关者的多重意愿结合到澳大利亚湿地管理策略优化决策中。还有一些多属性决策工具也被用于相关研究，例如张渝萌等综合考虑生物多样性、固碳、产水和文化这4类生态系统服务，采用有序加权平均的多属性决策法在11种湿地保护优先区情景中进行了最优筛选。

　　    3.6其他方法与工具

　　    为应对湿地生态系统管理的复杂性和不确定性，一些源于模糊数学、概率论的方法被采用，如模糊认知图、三角模糊数耦合、集对分析、贝叶斯网络等；还有越来越多的社会科学方法被运用，如投入―产出分析、机会成本分析、影子工程法、条件价值法等。另外，基于遥感技术、地理信息系统的空间分析方法和各类地理信息平台是湿地生态系统管理研究中重要的可视化分析和表达工具。

　　    值得注意的是，随着各领域研究精细程度的提高以及生态系统管理研究的系统性、综合性特征，多种方法融合并用已成常态，如统计分析与模型模拟的结合、模型模拟与社会―经济协同分析、多种方法纳入统一决策框架等。

　　    4、研究展望

　　    湿地危机及其保护、修复和可持续利用引发的关注仍在日益增加，因此湿地生态系统管理实践和研究具有迫切的现实需求和广泛的应用前景。总结现有研究并结合理论发展、方法创新、现实应用，对未来研究展望如下：

　　    1)多学科交叉，特别是社会科学的进一步深入与融合。现有研究在湿地生态系统运行机理、规律等方面已获得很大进展，但尚未充分揭示湿地与人类活动的复杂关系；湿地保护与人类需求协调、局地与区域利益协调，短期与长期目标协调等方面仍有大量问题需要研究；另外湿地生态系统管理的本质是一种人类活动，其目标、方案、实施、评价、调整等一系列过程无不与人类社会紧密相关。因此未来研究亟需各类社会科学的参与，如湿地收益的跨代际分析，跨区域（洲、国、省、市等）冲突与协同，利益相关者心理、行为分析，不同利益群体的协作机制，湿地补偿制度与法律构建，社会舆论与公民引导等。在拓展这些研究领域的同时，社会科学与自然科学方法的交叉与融合会进一步深化。

　　    2)湿地生态系统服务的测量、评价和价值实现。生态系统服务以生态系统完整性为基础，将自然资源纳入到人类社会价值体系中，为湿地生态系统管理提供了框架性依据。未来围绕这一方向的研究可能会快速增加，包括基础性的湿地生态系统功能与服务之间关系的量化，以及可纳入管理决策的湿地生态系统服务特别是文化服务如美学、精神、教育价值的测量、合理评价和表达；另外，湿地生态系统服务价值实现方式是连结人类利用与湿地资源可持续间的重要形式，可直接作为湿地生态系统管理的实施途径，围绕这一领域的研究具有重要的科学和实践价值。

　　    3)多尺度研究的综合与协同。既有研究大多为中小尺度，基于实现湿地生态系统管理的长期可持续性往往需要在较大尺度上进行权衡协同这一认识，未来局域与区域、短期与长期相结合的多尺度综合研究将是一个发展方向。具体包括较大空间尺度上的湿地生态系统综合管理，湿地生态系统与其他陆地、水域或人工生态系统间的交互机制与协同管理，不同时间尺度上管理目标、措施的协同等。另外，区域和时间差异往往使不同利益相关者在湿地利用和管理上具有不同偏好和目标，因此不同区域尺度、时间尺度、行政尺度的协同研究将有助于为湿地生态系统管理提供更为完整的科学依据。

　　    4)案例研究的丰富、深入和接续。案例研究在已有研究中占比较大，但由于不同湿地的自然地理特征和所处区域的社会经济状况存在很大差异，且考虑到大多数管理活动开展的现实可行性，未来针对特定湿地的案例研究仍将是关注热点，如对人工、半人工湿地等非典型湿地的开创性研究。对已有案例的深入可分为在一定时间横截面上的接续与丰富（如在湿地生态系统评价的基础上制定管理方案、湿地生态生物模型的案例定制等），以及在时间纵向轴上的接续（如一定管理措施下湿地生态系统的响应、干预措施的效果评价、应对新出现不确定性因素的适应性管理等）。

　　                摘自《世界林业研究》2022年6期