湿地生态廊道设计的理论、模式及实践

摘要:湿地生态廊道是位于湿地区域之间的具有一定宽度的条带状通道,它能使湿地中基因流动,具有重要的栖息地、传输、滤过和阻抑以及物质源、汇等功能。通过研究湿地生态廊道的结构与功能特征,提出了湿地生态廊道设计的原则、标准和具体模式。同时,以三江平原浓江河湿地生态廊道为案例,通过对该廊道区域的野外考察和调研,利用/3S0手段对廊道景观进行了设计,将廊道划分为核心区、缓冲区和实验区,对不同区域的生态功能及保护内容和强度进行了明确的划分。针对廊道地区的土地权属不同,提出了基于地方政府及农垦系统的湿地资源共管模式。将湿地生态廊道建立的理论与实践相结合,既丰富了湿地生态廊道研究的理论,又为其他地区及其他生态系统建立生态廊道提供模式示范,同时也促进了湿地的合理保护与管理。

生态廊道(EcologicalCorridor),是具有一定宽度的条带状区域,该区域具有重要的生态功能,对水和矿质养分的径流起着调节作用,可抵御洪水,减少淤积和土壤肥力损失,并能促进廊道内动植物沿廊道迁徙,生态廊道理论目前已经被广泛应用在生态恢复、应用生态学及生物保护领域之中 [1,2] 。 湿地生态廊道将不同湿地连接起来,而形成更大的湿地生态系统,使湿地中生命具有更广阔的活动空间,湿地动、植物可以从一处湿地通过/生态廊道0进入另一处湿地,向适宜的生境迁移,有利于基因流动并使生命得以延续。湿地生态廊道与两侧相邻的区域是异质性的,在形状上可以是线型、带状或面状。天然河道、湖泊、人工干渠和岛状林都可作为湿地间自然或人工廊道,其功能可以有栖息地、通道、过滤和物质源、汇中的任一种或数种功能 [3] 。 在过去的一个世纪中,世界各国试图通过建立 自然保护区保护濒危物种及其栖息地,取得了较好效果。但是在很多保护区被彼此分隔的情形下,单纯保护区模式无法达到维护保护区生物多样性的目的,因为濒危物种种群的整体生存能力取决于对各个被分隔的/核心地区0的保护以及他们之间在空间上接触的可能性,针对这一现象提出的/生态廊道0的概念,主张通过走廊的形式把若干个保护区和野生动物连接起来,减少不利的/孤岛0效应,并逐渐成为传统濒危物种保护模式的重要补充 [4,5] ,1980年,世界自然保护联盟在全球保护策 略中采纳了生态廊道的观点,随后在美国和欧洲廊道的观点被政府和非政府组织广泛接受[2,6~7] 。例 如,欧洲共同体在/自然20000的保护行动中就把 保护和连接自然区域作为主要目标 [6] 。北美的 /荒野计划0是想通过建立一个连通的荒野系统来保护和恢复北美的自然生态系统,该廊道从美国的黄石一直延伸到加拿大育空地区的Mackenzie山脉,长度超过3000km,生境和野生生物恢复的时间估计要用100a甚至更长的时间 [8] 。为给受威 胁的物种提供移动通道,美国计划建立连接Okfen-okee国家野生动植物避难所和Osceola国家森林的生态廊道,为此,2001年,佛罗里达州以6@107 美元的价格购得Pinhook湿地附近2.5@104 hm2 土地的所有权,这更多地意味着保护网络的建立,而不仅仅是孤立栖息地的重建与恢复 [9] 。生态学家们 对廊道的基本结构和功能也进行了广泛的研究,对欧洲的生态学家和保护主义者的调查表明[10] ,绝 大多数认为生态廊道概念具有重要的意义,但仍有23%的人认为生态廊道还缺乏一定的科学理论支撑。中国则只是在近几年才提出/生态走廊0的保护模式,在修建青藏铁路的时候,为了把对环境和野生动物的影响降至最小程度,有关部门组织编制了/青藏铁路自然保护区和野生动物通道专题规划报告0¹ ,确定在沿线400km长的线路上修建33条野生动物迁徙专用通道,分缓坡交通道、隧道通道、桥梁3种形式设立,并根据动物数量的多少确定通道宽度。 由于人工开垦、沟渠排水及水利工程修建,导致湿地支离破碎,多呈斑块状分布,斑块间相互远离,近者相距数公里,远者数十、百公里。而最近的研究[11,12] 表明,通过廊道建立,可以在较大程度上缓解这种破碎化所带来的生态环境问题。生境破碎化后单纯追求大面积生境恢复显然不切实际,而增强破碎斑块的连通和配置效果,提高生物对不同斑块的利用效率,同样可以在一定程度上缓解湿地生物多样性丧失的危机。VillardMA的研究 [13] 表 明,与景观空间配置和连接有关的变量与生境总面积这一变量同样重要。因此,如何利用和构建湿地斑块之间的廊道,如何最大效率的保证湿地斑块之间的物质联系和流通,对湿地生物多样性保护具有重要的科学和实践意义。本文通过系统阐述湿地生态廊道的结构与功能特征,确定湿地生态廊道建立的原则、标准及方法,结合三江平原三江国家级自然保护区和洪河国家级自然保护区之间的浓江河生态廊道建立的具体案例,将湿地生态廊道建立的理论与实践相结合,既丰富了中国湿地生态廊道研究的理论,又为其他地区及其他生态系统建立生

态廊道提供模式示范。

1 湿地生态廊道的结构与功能 

1.1 湿地生态廊道的结构特征 

生态廊道的重要结构特征包括廊道长度、廊道宽度、廊道曲度、周围斑块体的位置与环境坡度、廊道的时序变化、生物种类、植被密度等[14] 。通常,由于湿地是位于水陆过渡地带的生态系统,其特殊的景观位置使其廊道特征与其他景观廊道有所不同,它的内部必须有一个特殊的内部主体,如溪流、河川、湖泊、树林、道路、沟渠以及连串的破碎化湿地小斑块等,它们构成的湿地廊道,具有物质输移、能量流动、物种迁移等功能。廊道的宽度及其内部主体所在环境,动植物群落的特性(包括垂直象限的结构),以及物种的组成及丰度、廊道形状、连续性以及生态廊道与周围斑块或基底的互相关系是影响廊道结构的关键因素 [15] 。 位于大型湿地斑块之间由一连串的小型湿地 斑块也可以组成廊道,即踏脚石系统(图1)。连接程度的高低是踏脚石系统稳定性的重要因素。连接度高的踏脚石系统具有类似于廊道的作用。以簇群模式发展的踏脚石组合,才是一种最为稳定的系统。踏脚石之间的间距必须在可视距离范围内才具备连接功能,因此踏脚石系统的最大有效间距须视不同的生物保护目标而定。

1.2 湿地生态廊道的基本功能

 1.2.1 物种栖息地功能

 廊道所形成的栖息地通常以边缘种、生存能力强的物种占优势,同时有助于外来物种及多栖性物种的入侵。廊道的宽度会限制进驻的生物物种,线状廊道多以边缘种为主,带状廊道中央为内部种,边缘则为边缘种 [16] 。动物为了逃避恶劣的气候条 件,寻找适宜的生存环境,寻觅充足的食物来源,躲避敌害的威胁,寻找有利于交配和繁殖的栖息地,往往沿一定的路线有规律的移动或迁徙。从保护生态学角度,自然保护区间必要的廊道建设对保持 内陆湿地生态系统的完整性、自然性,维持物种间的自然交流,保存野生生物种类的丰富性和多样性及生物特有的遗传基因具有重要的生态意义。1.2.2 物质传输功能 在自然力作用下,水、养分以及有机物质在廊道中移动;能量、气流及种子由附近的环境进入廊道,通过廊道进入到其他的湿地环境中。动物沿着廊道进行迁徙并筑巢,可以将之作为通道,由一个湿地斑块进入到另一个湿地斑块。但也有科学家指出,肉食动物、疾病和外来物种也有可能利用廊道而发展成不可预料的基因流,从而增加总体物种 灭绝的危险[17] 。但对节肢动物8a的研究没有发现廊道在物种栖息地方面起到了明显的作用 [18] , 而对根田鼠(Microtusoeconomus)的研究也没有发 现廊道越宽越好[19] 。但这仅仅表现在特定的条件下特有物种的一种现象,忽略了基因流在抵抗病源生物进化中的作用。研究表明 [20] ,进化影响结合 生态廊道的重要生态功能,将会远远超过由于病源生物扩散引起的潜在风险。1.2.3 物质滤过或阻抑功能 对于不同的物质,廊道有不同的渗透率,同时植物及动物也以不同的渗透率进入廊道中。廊道中的狭窄处和断裂缝、廊道的宽度及种类直接影响廊道的过滤或阻抑功能。湿地廊道物质滤过功能实质上就是把流经廊道的溪水、河水中的悬浮物、营养物、有毒物固定和沉积(沉淀)在廊道湿地生态系统中 [21] 。人工沟渠也可以将流经沟渠的污染 物溶解或吸附在土壤颗粒表面,随沟渠坡面漫流或沟渠径流迁移,或通过土壤吸附、草地边缘的截留及非饱和带的生物降解滞留下来。1.2.4 供给源或汇功能 湿地廊道中移动的物质,如动物、水、植物、养分,甚至是噪音、灰尘等,都可以自廊道扩散到由廊道连接的湿地环境之中,其中较大、较宽的廊道可能提供更强的供给源效果;而湿地环境中的物质也可以进入廊道,使廊道对周边环境起到汇的效果。

 2 湿地生态廊道设计的原则和标准

 2.1 湿地生态廊道设计的原则

2.1.1 连续性原则

 湿地生态廊道的建立应遵循连续性的原则,有利于物质流、能量流、种子流和信息流的畅通,保证物种的运动和迁徙。同时应充分发挥廊道连接各个湿地斑块的功能,防止生境/破碎化0。因此廊道的数量和宽度都应依据这些功能进行设计。由植物构成的廊道要充分利用乡土种,特别注意防止外来物种沿廊道入侵。需要改善公路、铁路对于野生动物运动的阻隔效应。

2.1.2 多样性原则 廊道应该联系和覆盖尽可能多的环境梯度类型,即生境的多样性,尽量将最高质量的生境包括在生态廊道的边界内。应使生态廊道有足够的宽度以减少边缘效应的影响,根据可能使用生态廊道的最敏感物种的需求来设置廊道宽度。例如河流廊道应该包括河床、两侧的河漫滩、一级乃至二级阶地。当由于开发等原因不能建立足够或者具有足够内部多样性的廊道时,也可以建立一个由多个较窄的廊道组成的网络系统。这个网络能提供多条迁移路径,从而减少突发性事件对单一廊道的破坏。

 2.1.3 公众参与原则 廊道的建设要充分考虑到相关利益方的利益。廊道建设必然要牵涉到地方政府、农民的切身利益,因此要在符合政策的前提下,调动政府和当地居民的积极性,共同维护和建设廊道。 生态廊道的建立离不开政府部门乃至于各国政府间的相互协调,由于这一保护模式涉及土地的征用,因而又需要政府与地方社区间的必要协调。为减少生态廊道项目的实施风险,国家应进行相关立法,将地方社区的传统文化及当地居民的现实利益纳入法律考虑范围,并赋予他们参与决策的权利,促进各相关利益方的协调。

2.2 湿地生态廊道设计的标准

2.2.1 廊道的结构标准 结构是指生态廊道的各组成要素及其配置。湿地生态廊道的功能发挥与其构成要素有着重要关系。结构可以分为物种、生境两个层次。生态廊道不仅应该由乡土物种组成,而且通常应该具有层次丰富的群落结构。湿地廊道边界范围内应该包括尽可能多的环境梯度类型,并与其相邻的生物栖息地相连。生态廊道是从各种生态流及过程的考虑出发的,增加廊道数目可以减少生态流被截留和分割的概率,数目的多少往往根据现有湿地的结构及规划功能来确定。在满足基本功能要求的基础上,生态廊道的数目通常被认为越多越好[21] 。

2.2.2 廊道的宽度 宽度对廊道生态功能的发挥有着重要的影响。太窄的廊道会对敏感物种不利,同时降低廊道过滤污染物等功能。当廊道的微地形越复杂,植被密度越大时,所需要的廊道宽度就越小。廊道宽度还会在很大程度上影响产生边缘效应的地区,进而影响廊道中物种的分布和迁移。边缘种对于不同的生态过程有不同的响应宽度,从数十米到数百米不等。边缘效应虽然不能被消除,但是却可以通过增加廊道的宽度来减小。 

对于生物保护而言,一个确定廊道宽度的途径就是从河流系统中心线向河岸一侧或两侧延伸,使得整个地形梯度对应的环境梯度和相应的植被都能够包括在内,这样的一个范围即为廊道的度。湿地生态廊道适宜宽度如表1所示。

2.2.3 廊道的连接度和曲度 是指生态廊道上各点的联接程度,它对于物种迁移及河流保护都十分重要。对于野生动物来说,连接度会根据不同物种的需要发生变化。道路通常是影响生态廊道连接度的重要因素,同时,廊道上退化或受到破坏的片段也是降低连接度的因素。规划与设计中的一项重要工作就是通过各种手段增加连接度。 生态廊道的优化要求不再对濒危物种偶然的、长距离疏散的地区给予过多的注意力,而是转而侧 重于关注这些物种成功地利用走廊的能力[14] 。因此,在进行生态走廊设计时,应该考虑保护区内濒于灭绝的物种的离散、季节性迁移、避难习性及其对生境的需求和适应新环境的习性等相关问题。

2.2.4 生态基流湿地生态廊道的建立要保证一定的基流,尤其是河流、湖泊或沟渠为其核心载体的生态廊道。这可以保证不同湿地之间的水文补给和交换,有利于湿地物种通过水流进行地域之间的传播,同时也可以维持廊道自身的生境条件。