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洪河国家级自然保护区湿地生态环境需水初探
  

洪河国家级自然保护区湿地生态环境需水初探

邓伟1 栾兆擎1 朱宝光2

1中国科学院东北地理与农业生态研究所 长春 130012

2 黑龙江省洪河国家级自然保护区科技处 洪河 154332

 

  湿地是水陆相互作用形成的特殊自然综合体,是自然界最具生产力的生态系统和人类最重要的生存环境之一,在抵御洪水、调节径流、蓄洪防旱、控制污染等方面具发挥着不可替代的作用。水文在湿地生态系统的形成、发展和演替过程中起着决定性作用。同时,水文又是湿地生态系统中最为敏感的因素,在自然条件或人为活动干扰下,其变化会引起其它环境要素的变化,从而将影响到整个湿地生态系统的稳定性,改变湿地生态群落的原有结构,最终将导致湿地生态系统的改变。洪河湿地是中国东北部一块类型齐全、生态系统自然完善、全面反映三江平原原始沼泽湿地全貌的自然保护区,在三江平原乃至全球同一生物气候带和生物地理界中都具有高度的代表性和典型性。然而,长期以来大规模的农业开发活动,显著改变了该区的水文状况,导致了湿地的退化,对湿地生态系统造成了巨大的威胁。因此洪河湿地生态环境需水及相关对策研究,就成为关系该区湿地生态系统生存和发展以及可持续利用的首要任务。

1湿地生态环境需水概述

生态环境需水量指为基本遏制生态环境恶化趋势,并逐步改善生态环境质量所需要的水量[1]。而具体对于湿地生态环境需水,目前尚无统一的定义。保山等就湿地生态环境需水量和湿地环境需水量分别进行了阐述[2]。概括起来,广义的湿地生态环境需水量是指为保证湿地自身存在和发展,维持其内部生态过程和发挥其环境功能所必须蓄存和消耗的水量。狭义上的湿地生态系统需水量指湿地生态系统单位时段内所消耗的水量。很显然,湿地生态环境需水量的确定必须以所研究湿地内部存在的具体生态过程及其特定环境功能为基础。

2 洪河自然保护区自然概况

洪河国家级自然保护区位于我国黑龙江省三江平原东北部的同江市和抚远县交界处,地理坐标47°4218~ 47°5207N133°3438~ 133°4629E,总面积2.18×104hm2,其中湿地面积约为1.1×104hm2,占保护区总面积的一半以上。保护区地处低平辽阔的沉降平原,地貌单元属于一级阶地,地貌单一,地形平缓,地势低平,海拔高度在58~61m之间,地面坡降1/5000~1/10000。区内碟形、线形洼地、泡星罗棋布,沼泽地发育典型,至今呈原始状态。保护区气候属于温带湿润-半湿润季风气候,冬季漫长,严寒多雪;春秋短暂,反映了三江平原基本气候特征。年均气温1.9,≥10有效活动积温为2165~2624,最热月平均气温22.4,最冷月平均气温-23.4。年日照时数达2356小时。年均蒸发量为1166mm(Φ20cm蒸发皿测量值),年均降水量585mm,其中50~70%集中于7~9月份,暴雨多集中在夏季,多年平均一日暴雨量为 43mm,最大日暴雨量可达75.6mm。无霜期平均为131天。土壤类型有白浆土和沼泽土,最大冻土层深为80~160cm,冻结期长达5个月。保护区建立于1984年,1996年经国务院批准成立国家级自然保护区,保护区保护对象是区内水生、湿生和陆栖生物及其生境共同组成的沼泽湿地生态系统,该保护区已被列为国际濒危物种繁育区域,并在20021月被列入《国际重要湿地名录》[3]。保护区内部分为缓冲区、实验区和核心区(见图2)。

洪河国家级自然保护区湿地生态环境需水概算

鉴于洪河国家自然保护区的重要地位和作用以及本区湿地的实际情况,初步确定该区湿地生态环境需水配制要素主要包括湿地植物需水、湿地土壤需水和野生动物栖息地需水。下面就这些要素分别进行分析和估算。

31 湿地植物需水量

植物需水量包括植物含水量、蒸腾量、植株表面蒸发以及棵间蒸发等几部分。其中,蒸腾量和棵间蒸发量(即蒸散发)是主要的耗水项目,占整个植物需水量的99%左右[2],因此,可以用蒸散发来近似地代替植物需水量。陈刚起等建立的沼泽湿地蒸散量统计模型如下[4]

式中:E为沼泽蒸散发量(mm/d)tww为沼泽水面日平均温度(oC)d1.5 m处日平均气压饱和差(mb)S为沼泽植被覆盖率;W1.5 m处风速(m/s)

利用此模型,根据湿地植被盖度来进行植物需水量级别的划分,划分标准如表2所示:

1 湿地植被需水等级划分

Table 1 Water Demand Classification of Wetland Vegetation

植物需水量级别

最小

中等

最优

最大

植被盖度(%

50

60

70

80

100

根据上述划分标准,计算出的湿地植物生长期(5-9月)内需水量如图3所示。

32 湿地土壤需水量

保护区内主要的湿地土壤类型为沼泽土。水分条件直接制约着湿地植被及湿地类型的演替;反之,不同的湿地植被类型也反映了湿地不同演替阶段的土壤水分含量。据此,在计算土壤需水量时,选取不同典型植被覆盖的湿地(小叶章湿地、毛果苔草湿地、漂筏苔草湿地)及其中间过渡湿地类型土壤含水量作为湿地土壤含水量级别划分的依据。具体的湿地土壤需水量划分标准见下表。

2 湿地土壤需水等级划分

Table 2 Water Demand Classification of Wetland Soil

植物需水量级别

最小

中等

最优

最大

代表湿地植被类型

小叶章

小叶章-毛果苔草

毛果苔草

毛果苔草-漂筏苔草

漂筏苔草

<![endif]> 根据上述讨论结果,结合保护区不同类型沼泽湿地土壤水分监测结果,分别计算生长季内保护区不同等级湿地土壤需水量,结果如图4所示。

33 野生动物栖息地需水量

洪河国家级自然保护区位于东亚澳大利亚迁徙路线的北部,该区是丹顶鹤、东方白鹳、白枕鹤等众多候鸟的栖息繁育地以及迁徙能量补给站。故此,该保护区被列为国际濒危物种繁育区域。保护区内,水面以及周边湿地植被为众多水禽提供了最佳的栖息环境。同时,水面相对沼泽植被面积的比例以及水深,在很大程度上决定着物种的多样程度。据此,采用水面面积以及水深作为野生动物栖息地需水量级别划分的标准,具体分级如3所示。

2 湿地野生动物栖息地需水等级划分

Table 2 Water Demand Classification of Wetland Soil

级别

最小

中等

最优

最大

淹水面积比例(%

20

30

50

70

100

水深(m

0.3

0.5

0.8

1.5

2.0

由此计算出洪河国家级自然保护区生长季内各等级野生动物栖息地需水量,如图5所示。

4 分析与讨论

综合上述计算结果,扣除土壤需水量和野生动物栖息地需水量之间的重合部分,计算出洪河国家级自然保护区生长季内各等级生态环境需水量(图6)。从图中可以看出,洪河国家级自然保护区湿地生长季内最小生态环境需水量为1.02亿m3,最优生态环境需水量为1.95亿m3

根据生态环境需水量的基本概念,很显然,地表水的开发利用存在一个合理阈值。国际上公认的地表水合理开发利用程度是30%,极限开发利用程度是40%[1]。对于洪河国家级自然保护区而言,其周围有洪河、前锋以及鸭绿河3大国营农场,为了开垦洪河自然保护区周围的湿地,各农场在保护区上游修建了大型排水工程。别拉洪河中上游河道被人工取直挖深,原来浓江河上游水流入别拉洪河进入乌苏里江。在浓江上游开挖了7条排水干渠,把本来流入保护区的水改道直接排入黑龙江,形成了所谓的地表水文“短路”现象。在保护区下游东部边界也开挖了一条排水沟。这样,整个保护区被四条排水渠包围起来,上游水源被切断,下游水被排走,保护区内部湿地中的水也通过排水渠源源不断地排出。目前,保护区内地表水资源已非常有限,仅剩沃绿兰河(面积1900 hm2)和少数泡存在。水源的减少,加之三江平原地区蒸发大于降水,导致湿地水量不断下降。1983年保护区核心区沃绿兰河水位为 52.0m,至2002年降低为51.4m,下降了0.6m,平均每年降低70mm。保护区地下水水位也呈不断下降趋势,如图2所示。同时,随着保护区周围湿地的逐渐开垦,原来大型成片的湿地被分割成一片片孤立的小湿地。水源的丧失以及周围环境的变化,导致保护区湿地生态系统局部的演替,沼泽湿地面临着向旱生草甸-森林生态系统的威胁,生物多样性日益下降。出现这种情况的根本原因,与区域开发中过量开发利用地表水,大量挤占和浪费生态环境用水有直接的关系。因此,在进行三江平原区域开发规划中,应充分考虑维持湿地生态系统生态平衡的重要性,保证湿地生态系统的生态环境用水。

水文是决定湿地生物和自然特征的最重要因素,水文过程制约着湿地的形成、维持、规模及内部诸过程。由于水文状况的改变,直接导致了洪河国家级自然保护区湿地的退化。就洪河国家级自然保护区而言,湿地的生态环境需水在今后一段时间内将很难得到及时满足。因此,为了达到保护区湿地的保护及可持续利用,必须采取措施逐步恢复和改善该区地表水文状况。主要措施包括:①将保护区周围界沟填平,保证地表水、地下水持续稳定地流向保护区;废除保护区西北角浓江上的堵口坝,并在浓江-鸭绿河排水干渠上设计分水闸,将部分水源引入洪河自然保护区;加高现有老二抚路路基,在沃绿兰河桥处建立拦水闸门,拦蓄一定量的水,抬高二抚公路以南核心区的水位;在洪河自然保护区东北与前锋交界处修建两级蓄水坝,拦蓄一定量的水资源,补充保护区。

需要说明的是,本文中计算的生态环境需水量,仅仅是维持该保护区湿地生态系统的主要环境功能而需要的水量。对湿地生态环境功能的要求越高,其相应的生态环境需水量也越多。因此在对某一特定湿地生态环境需水量进行精确计算时,必须在生态环境功能规划的前提下进行。此外,当前对于湿地生态环境需水量尚未存在一致的认识,本文的讨论仅仅是从维持湿地生态系统生态环境功能出发而进行的,并未考虑水资源的供需平衡方面。其出发点和最终目标是使湿地生态系统的生态环境功能得以维持,并得到不断改善。认识到了这一点,才可以在区域开发中有效地把握水资源的开发利用方式及程度,防止出现新的生态环境问题。

 

参考文献

[1] 李丽娟,郑红星.海滦河流域河流系统生态环境需水量计算[J].地理学报,2000, 55(4): 495-500

[2] 保山,杨志峰.湿地生态环境需水量研究[J].环境科学学报,2002,22(2):219-224

 [3] 黑龙江省环境保护局等, 黑龙江洪河国家级自然保护区总体规划[R].哈尔滨:黑龙江省环保局,1997,1~75

[4] 陈刚起,吕宪国等,三江平原沼泽蒸发研究.中国生态系统研究网络丛书-三江平原沼泽研究[a].北京,科学出版社,1996,5-11

[5] 国家林业局野生动植物保护司,湿地管理与研究方法[M].北京,中国林业出版社,20011-63

[6] 何琏,中国三江平原[M],哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,2000148~156

[7] 赵魁义,中国沼泽志[M],北京:科学出版社,1999,120~132

[8] 王永吉,关于黑龙江省洪河沼泽自然保护区合理开发利用的探讨[J].国土与自然资源研究,1990,1.66~69

[9] 郎惠卿,林鹏等,中国湿地研究和保护[M].上海:华东师范大学出版社,1998.354

Estimation of Eco-Environmental Water Consumption for Honghe National Nature Reserve Wetlands

Deng Wei1, Luan Zhaoqing1, Zhu Baoguang2

1. Northeast Institute of Geography and Agricultural Ecology, CAS, Changchun, 130012

2. Scientific Research Department, Honghe National Nature Reserve, Honghe, 154332

Abstract: The definition and contents of eco-environmental water consumption for wetlands are discussed. Then, the eco-environmental water consumption for Honghe National Nature Reserve wetlands are analyzed. And three main components including water consumption of vegetation, soil, and wildlife habitat are calculated respectively. Result shows that the minimum eco-environmental water consumption for Honghe National Nature Reserve wetlands is 1.02×108m3, and the optimum water consumption is 1.95×108m3. It is a formidable task to meet this water demand. To mitigate the hydrologic pressure on Honghe National Nature Reserve wetlands, corresponding countermeasures are suggested.

Keywords: Honghe National Nature Reserve  wetlands  eco-environmental water consumption

 
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