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    水文生态模型:让湿地保护定量化精准化

    日期 2009-12-07   来源:科学时报   作者:陈晨  【 】   【打印】   【关闭

      陷入危机的洪河湿地

      “尽管洪河湿地自然保护区内的人类活动干扰程度极低,然而,由于周边地区高强度的人类活动引起水文情势迅速变化,造成了研究区内适宜的湿地生态环境严重退化,由此引发了典型沼泽湿地的严重退化。仅 1998 年—2005年的7 年里,研究区内的典型沼泽湿地面积已经缩减了 10%,按照这个退化速度,洪河保护区这一国际重要湿地30 年后将彻底消失,其作为三江平原“野生生物基因库”的地位也将随之不复存在。”这是首都师范大学周德民研究员在国家自然科学基金项目的资助下引入水文生态模型进行定量研究所得出的结果。

      洪河国家级自然保护区位于我国东北三江平原,被誉为“三江平原野生生植物特有基因库”,是三江平原原始淡水沼泽湿地自然景观的“缩影”。 三江平原是我国湿地集中分布且面积最大的地区,但由于湿地被大面积开垦,三江平原也是我国湿地丧失最严重地区。洪河国家级自然保护区作为一个国际重要湿地,目前已成为中国东北部所剩不多的一块类型齐全、生态系统自然完整、全面反映三江平原原始沼泽内陆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。这也是周德民把它作为研究对象的主要原因之一。

      周德民对洪河保护区水文和生态景观格局初步研究显示,目前保护区的现状植被中,具有沼泽退化特征的草甸群落2007年已经占到1/3,草甸生态系统的面积比例已经达到38.79%,比沼泽生态系统的面积比例还要高出近0.5个百分比,草甸和灌丛景观已经成为基质性景观。其中沼泽景观已经退缩到保护区核心区狭长地带以及北部浓江河道地带。近年来,由于保护区周边农场逐年完善农业排灌水利工程,外部来水未及进入保护区就被全部排入黑龙江,干旱季节还面临农业争水等问题,洪河保护区的沼泽湿地生态环境已严重退化,其湿地多样性基因库的地位正日益受到威胁

      “目前三江平原湿地退化的根本原因是湿地缺水。事实上,我国北方平原地区当前普遍存在农业活动抢占水资源的问题,人类活动与区域性的气候变暖、降水减少等因素综合在一起,成为自然湿地适宜生境湿度退化与丧失的主要驱动因素”。 周德民说:“以水利工程为特征的人类活动是最主要的湿地退化驱动因素。协调湿地周边地区人类农业开发活动和湿地保护之间的水资源再分配和平衡关系极其重要,迫切需要研究区域发展中人与自然水平衡的生态社会可持续发展模式,以及建立在这种模式运行基础上的以流域管理为目标的自然生态保护管理机制是防止湿地进一步退化的关键。”

      方兴未艾的水文生态模型

      在对洪河湿地的研究中周德民建立了专门的湿地水文生态模型。该模型是在水文生态学理论方法基础上发展起来的,它集成了众多学科的理论和技术,包含了数字高程模型,数字水网模型,遥感植被分类模型,空间分析模型,并得到湿地水文监测、湿地生态监测、数字生态学理论、计算机模拟技术和统计理论方法等众多理论和技术方法的支持。

      周德民指出,由于水文生态学理论和方法的提出和不断完善,一些在过去看起来无法实现的科学目标,以及一些在过去科学理论前提下看似毫无关联的科学命题,正在成为前沿科学领域。随着近年来以GIS为代表的地学信息技术的飞速发展与普及,特别是地球观测系统技术和计算机数字模拟技术的不断提高使湿地水文生态模型研究的有效性大大提高,使得水文生态模型的研究成为当前水文科学和生态科学研究充满科学发现机遇的、备受关注的前沿领域。

      生态水文学重点研究陆地表层系统生态格局与生态过程变化的水文学机理,以及与水相关的自然社会生态环境变化的成因与调控规律,其研究对象涉及旱地、湿地、森林、草地、山地、湖泊、河流等多种自然生态系统,因此,利用生态水文学原理和方法可以积极地用来保护和改善自然景观,正确指导生态环境脆弱地区的生态环境建设与水资源管理,其理论和方法对湿地的保护和恢复具有重要指导作用。

      周德民等在研究中,以遥感和地理信息系统作为获取湿地生态与水文系统参数的主要手段,并结合有关野外台站监测数据的支撑和实地检测数据,运用空间分析理论方法与数理统计方法相结合,建立起探究洪河湿地生态系统、水文系统特征与格局的理论方法。在此基础上,他进一步探索了内陆湿地水文生态格局耦合模型。他还从湿地水文与生态系统相互作用关系角度,揭示了以湿地生境退化为核心的驱动北方内陆平原淡水湿地退化的动力学机制。

      周德民还为遏制湿地退化提出了自己的对策:有效协调湿地周边地区人类农业开发活动和湿地保护之间的水资源再分配和平衡关系。周德民指出,这迫切需要研究基于区域人与自然水平衡的生态社会可持续发展模式,并在这种模式上建立以流域管理为目标的自然生态保护管理机制来防止湿地进一步退化。

      周德民特别指出,作为一门全新的学科,水文生态学模型研究发展仍然面临缺乏有效的尺度转换方法,缺少相对标准统一的模型变量体系选择方法,以及有效的模型校验方法等一些重要技术方法瓶颈问题。“但是,自然资源的科学永续合理利用这一基本科学目标将会永远推动具有应用特征的现代水文生态学继续向前发展。湿地水文生态模型未来研究发展趋势将会具有日益明显的学科交叉特征特征,遥感和地理信息系统理论和技术将是学科间联系的一个重要的桥梁;另外,水文生态学的主流模型将具有更多物理机制,人类对多维湿地世界变化和发展的机理机制认识将更趋于定量化和精准化。”周德民说道。