人类活动下海滨湿地生态系统的保护与修复研究

人类活动下海滨湿地生态系统的保护与修复研究

（国家重点基础研究发展规划项目建议书之三）

摘要

国家重大需求：海滨湿地生态系统具有强大的生态服务功能，是最重要的生态资源之一。尽管湿地只占地球表面的1.5%，但它却提供了全球可更新生态系统服务价值的40%，其中海滨湿地（如盐沼、河口湾等）又是生态系统服务功能最强的湿地生态系统类型。我国的大陆海岸线长达1．8万公里，沿海滩涂380万公顷，其中尤以环渤海湾、苏北沿岸、长江河口湾等区域面积最大。海滨湿地不仅是我国沿海地区和近海海域的生态保障，也是沿海经济带发展的重要基础。海岸带及其周边地区是我国人口密集、经济发达的区域，但由于人类活动强度大，50年来我国海滨湿地面积已减少50%，现存湿地也正面临着多重威胁，生态服务功能严重受损。在人类活动不可避免的情况下，对海滨湿地生态系统保护与修复中的重大科学问题进行研究，是我国目前正在进行的大规模生态建设的迫切需要。

拟解决的关键科学问题：①不同人类干扰方式下海滨湿地生态系统的功能群动态、生态系统过程及其相互关系；②保护与修复中人类主动干预方式的选择及其生态效应。

主要研究内容：针对我国河口沙洲湿地和潮间带滩涂湿地广泛发育和快速演替的特点，选择既受到过度收获、围垦和养殖污染3种典型人类干扰的严重威胁，又分布有国际重要湿地、自然保护区的黄河三角洲海滨湿地、苏北平原海滨湿地和长江河口海滨湿地为主要研究对象，围绕关键科学问题，重点研究：①海滨湿地生态系统的健康特征与诊断参数；②3种人类干扰不同的强度与频度对海滨湿地生态系统的功能群、食物网、物理过程和生源要素循环的影响及其生态后果；③海滨湿地生态系统保护与修复的途径和生态效应。

研究目标：通过生态学、环境科学、地学等多学科的交叉与综合，揭示海滨湿地生态系统的健康特征，阐明人类干扰下海滨湿地生态系统的受损过程与机制，为其保护和修复提供科学依据；建立符合我国自然地理特征和国情的海滨湿地保护与修复的理论与技术体系，为我国海滨湿地资源可持续利用和区域生态安全提供决策依据；同时加速发展我国湿地科学。

课题设置：①新生海滨湿地生态系统的形成、演替及其模拟；②海滨湿地生态系统的食物网结构与营养动力学；③海滨湿地生态系统与相邻生态系统的物质交换过程与机理；④收获强度与经济动物种群动态和食物链结构变化的关系；⑤围垦对海滨湿地生态系统物理过程及主要功能群的影响；⑥养殖污染对重要生源要素循环过程的影响机理与生态后果；⑦围垦后的生境修复与主要功能群的保育；⑧富营养化海滨湿地生态系统的生物修复与营养物质的利用。

研究力量概况：整合了我国海滨湿地研究的优势力量，包括教育部、国家海洋局、中国科学院3个系统的8所重点大学和研究所。以国家、省部级重点实验室和野外基地为依托，推荐学术造诣较深、组织重大项目能力较强的湿地专家为首席科学家，并建议一批优秀中青年科学家担任课题负责人。项目组在确定的研究区域内有长期的研究积累，所涉及的科学问题已有预研究。

一、立项依据

海滨湿地是介于陆地与海洋生态系统间的复杂自然综合体，其范围包括沿海岸线分布的低潮时水深不超过6米的滨海浅水区和受海洋影响的陆域土壤水过饱和低地。根据Ramsar公约的分类，我国的海滨湿地有10种类型；王自磐（2001）根据海滨湿地的地理特征和生态结构，将我国海滨湿地分成以下5种类型：河口沙洲湿地（主要分布在黄河、长江、珠江三角洲地带）；潮间带滩涂湿地（主要分布在辽东湾、渤海湾、莱州湾、苏北滩涂、乐清湾等地）；泥沙质滩涂湿地（主要分布在杭州湾、三门湾、闽江口等地）；基岸海岸湿地（主要分布在辽宁和山东半岛、浙东、福建、两广等地）；生物礁湿地（包括红树林湿地和珊瑚礁湿地两种类型，主要零星分布在福建、海南、台湾、雷州半岛、广西和南海诸岛）。图1可作为我国不同海滨湿地类型分布的参考图。

图1　我国海滨湿地类型及主要分布区示意图

海滨湿地生态系统的基本特征如下。

（1）开放性：与陆地、海洋生态系统的物质交换频繁，表现在与相邻生态系统之间的碎屑、颗粒有机物、水溶性营养物和生物迁移，水流、潮汐、海陆风等物理能不断加剧这种物质交换过程，因此其生物地球化学循环过程易变。

（2）敏感性：从外部来看，由于受海陆双重作用，河流、波浪、潮汐和海水盐度等都对其形成和发育有重要影响；从内部来看，该生态系统中植物群落组成种类较少、结构相对简单，因此任何一个关键种多度的变化将强烈地影响整个生态系统的结构与功能。

（3）脆弱性：海滨湿地生态系统的维持常常取决于水文、地形、地貌特征，因此人类活动对这三要素的任何干扰，都将显著地改变海滨湿地生态系统的命运。

（4）复杂性：海滨湿地的空间边界在时间上多变（有时甚至边界不明显），维系其生态系统功能的生态系统过程多样，食物网结构复杂，时间和空间上的变异性高，自然过程与人类活动对其产生叠加效应。

（一）国家重大需求

尽管湿地只占地球表面的1.5%，但它却提供了全球可更新生态系统服务价值的40%（Costanza et al．，1997），其中海滨湿地（如盐沼、河口湾等）又是生态系统服务功能最强的湿地生态系统类型。我国的大陆海岸线长达1．8万公里，沿海滩涂380万公顷（《全国海洋经济发展规划纲要》，2003），其中尤以环渤海湾、苏北沿岸、长江河口湾等区域面积最大。海岸带及其周边地区是我国人口密集、经济发达的区域，仅环渤海湾、长三角和珠三角3大经济圈的人口就占全国总人口的五分之一，经济总量占全国的一半以上。由于人类活动强度大，我国海滨湿地生态系统已严重受损，50年来面积已减少50%，现在正面临着多重威胁。因此，加强海滨湿地生态系统保护和修复中的重大科学问题研究，是我国目前正在进行的大规模生态建设的迫切需要。具体理由分述如下。

1．海滨湿地生态系统是我国沿海经济带最重要的生态资源之一

海滨湿地生态系统是沿海经济带的重要生态屏障，具有调节水文过程、改善水质、支持植被、提供动物栖息场所等生态服务功能（Zedler et al．，2003）。海滨湿地对全球生物多样性的维持也起重要作用。以我国鸟类资源为例，栖息于海滨湿地的水鸟约有230种，占全国湿地鸟类种类总数的80%以上，尤其是海滨湿地为迁徙鸟类提供了重要的繁殖地、中途停歇地和越冬地，对于亚太地区迁徙鸟类完成其完整的生活史过程具有不可替代的作用。同时，健康的海滨湿地是我国近海养殖业可持续发展的重要保障，也是渔业资源保护的基础。我国目前潮间带滩涂面积约为207万公顷，由于河流径流的泥沙淤积，每年还新成陆3．3万公顷，使得海滨湿地成为我国重要的后备土地资源。

2．我国海滨湿地生态系统正面临着人类活动的多重威胁

由于我国沿海地区人口密集、城市化过程迅速、经济高速发展、土地资源短缺等原因，海滨湿地生态系统正面临着前所未有的威胁。

（1）过度收获和捕捞：过度收获和捕捞导致了主要经济物种种群衰退与崩溃。以崇明岛的水产品产量为例，从1969年到1981年，每年水产品产量为7453吨，1982年至1994年，平均每年为600吨；到1998年，水产品产量仅为200吨；长江口掠夺性捕捞鳗鱼苗、蟹苗等，使渔业种质资源近于枯竭。苏北每年大量采收沙蚕、贝类等，改变滩涂水盐动态，使经济物种种群近于崩溃，湿地严重受损。另外，由于过度开采，我国约有80%的珊瑚礁资源遭到了不同程度的破坏（《全国海洋经济发展规划纲要》，2003），一些地区的珊瑚礁资源已经濒临绝迹。

（2）污染：海滨湿地是陆源污染的重要通道，上游生活污水、工农业废水的大量排放以及近海海水养殖业的迅猛发展对海滨湿地造成严重污染。我国主要陆源入海排污口有867个，仅20个重点排污口经湿地排放入海的污水每天达240多万吨。另外，滨海地区大规模水产养殖带来的高浓度氮磷排放也对海滨湿地的环境质量造成了严重破坏。以江苏盐城岸段为例，养殖污染占入海污染物总量的81%。根据1998年我国近岸海域环境监测结果，近岸海水水质为一类仅有10．9%，二类海水为20．6%，三类海水为18．2%，四类海水为20．2%，超四类海水达30．2%。这意味着中国一半以上的近岸海水已受到严重污染。水质污染引起水体富营养化，导致藻类种群爆发和生物地球化学循环改变。目前，我国近岸海域水质不断恶化，赤潮发生次数增加，面积扩大，1980—1992年间我国近海海域共发生赤潮近300起，1999年几乎所有的近海海域都发生过赤潮。

（3）机械性生境破坏：人类活动以多种机械性方式破坏生境，如围垦、大型水利工程、资源开采、港口码头建设等，其中在我国，围垦是造成海滨湿地大面积减少的最主要原因。据1986年统计，建国以来我国沿海地区由于围垦而丧失的海滨滩涂湿地面积约219万公顷，相当于沿海湿地总面积的50%（国家林业局等，2000）。近年来，海滨滩涂湿地的围垦速度大大加快。以盐城海滨滩涂湿地为例，该区域在1996—2000年间围垦面积就达32300公顷。围垦造成生境破碎化或丧失，改变海滨湿地的物理环境，严重威胁主要功能群生存。另外，由于大规模滩涂围垦以及填海造地等因素的影响，我国红树林面积锐减，已由20世纪50年代初的约5万公顷减少到90年代初的1．4万公顷，72%已经丧失。

（4）外来种入侵：由于滨海地区人类活动频繁以及空生态位的存在，为外来物种的入侵创造了大量的机会和条件，所以海滨湿地生态系统是生物入侵的重灾区。我国所公布的16种外来入侵种中，大部分分布在我国沿海地区。例如，1979年引入的互花米草（Spartina alterniflora），通过人工种植和自然扩散迅速传播，至90年代末，互花米草在全国的分布面积已达3．3万公顷（郎惠卿等，1998），北起辽宁鸭绿江口，南到广西合浦县的沿海滩涂均有分布。目前，互花米草已在江、沪、浙、闽等地区造成严重的生态后果，并给水产养殖业带来巨大经济损失（陈中义等，2004），仅福建宁德东吾洋一带的水产业一年就因此损失达1000万元以上（李振宇、解焱，2002）。

（5）全球气候变化：近百年来，我国气候在不断变暖，平均气温上升0．4～0．5℃，且今后我国气候将继续保持变暖趋势。到2020—2030年，全国平均气温可能上升1．7℃；到2050年，全国平均气温将可能上升2．2℃。气候变暖导致海平面明显上升。在过去100年间，我国海平面上升了20～30厘米，其中近50年平均上升速率为每年2．6毫米，略高于全球海平面上升速率（杨桂山，2001）。这种海平面上升趋势将使我国许多海滨湿地遭受严重侵蚀和海水入侵，风暴潮和台风的频繁发生直接威胁着沿海区域的生态安全。

3．人类活动下海滨湿地的保护与修复迫切需要基础研究支撑

中央和地方各级政府正密切关注我国海滨湿地的保护与修复问题，已将许多重要湿地批准为国家和省级自然保护区，并申报了一批国际重要湿地，其中9个为海滨湿地，占我国国际重要湿地总数的42．9%；开展了全国性的大规模、系统的海岸带调查，划分了海洋生态功能区；对严重受损的海滨湿地生态系统实施了生态修复示范工程；海洋“863”计划也有相关的技术攻关；《中国湿地保护行动计划》将其列入优先名单，一些著名的国际组织如GEF、WWF、UNDP、WB也支持中国政府进行海滨湿地管理、培训等能力建设。但是，海滨湿地生态系统保护与修复中的一些重大科学问题仅有一些零星的研究，因此难以为保护和修复提供坚实的科学支撑。

（二）项目研究的科学意义

我国湿地科学的研究与国际上有较大差距，本项目的实施将有助于建立适应于我国海滨湿地生态系统特征的研究体系，推动湿地科学的发展；在海滨湿地生态系统保护与修复研究中的方法论、受损机理、修复途径等前沿领域开展原创性工作；推动保护生物学、恢复生态学、生态工程学和生态系统生态学等相关学科的发展。

（三）对解决国家重大需求问题的预期贡献

（1）为人类活动下海滨湿地生态系统保护与修复提供科学依据与方法；

（2）为我国海滨湿地生态系统管理提供数据库和管理模式；

（3）为我国海滨湿地巨大生态服务功能的发挥、海洋渔业的可持续发展、沿海经济带生态安全的实现提供理论支撑；

（4）为我国跻身于国际湿地科学前沿领域奠定基础。

二、国内外研究现状和发展趋势

由于湿地生态系统与人类的生存、繁衍和发展息息相关，所以湿地的保护与受损湿地生态系统的恢复是当今世界日益恶化的生态环境中不容忽视的重要问题。早在1971年国际上就颁布了以保护水鸟为目的的《湿地公约》，我国也于1992年7月31日正式签署了《湿地公约》，自此负有履行该公约的义务；于2000年又发布了《中国湿地保护行动计划》。

（一）国际最新研究进展和发展趋势

为了遏制人类干扰和全球变化背景下海滨湿地日益丧失和退化的趋势，许多国家如美国、澳大利亚、加拿大、荷兰等开展了大量有关海滨湿地保护、恢复与管理方面的工作，并取得了一定成效（Clark，1996）。尤其是美国，在1972年已出台了海岸带管理法（CZMA）；1990年通过了“海滨湿地规划、保护和恢复法案”（The Coastal Wetlands Planning，Protection，and Restoration Act，简称CWPPRA）；为了缓和湿地生态系统的进一步丧失，克林顿执政期间，还出台了“无净丧失”政策（no－net－loss policy），即用掉一片湿地补偿一片等大或更大的湿地，以保证足够的湿地资源（Zedler，1996）；1994年又启动了保护鱼类、野生生物和人类的海岸带计划（The Coastal Program），这些措施以及相关保护和修复项目对美国海岸带生态环境的改善起到了非常重要的作用（Clark，1996）。

尤其是近期随着对湿地生态系统价值认识的深入，有关湿地生态服务价值的评估、海滨湿地的保护和修复的研究已成为生态学研究的热点。除了Coastal Engineering、Coastal Management、Conservation Biology、Estuaries、Restoration Ecology、Wetland Ecology and Management、Wetlands等专业刊物外，一些其他重要的国际生态学刊物还纷纷出版海滨湿地生态系统保护与修复的专辑，讨论湿地价值的评估（如Ecological Economics，2000年第35卷第1期）、海滨湿地的保护（如Aquatic Conservation，2001年第11卷第2期）和海滨湿地的修复（如Ecological Applications，1996年第6卷第1期；Ecological Engineering，2000年第15卷第3～4期）。这些大大地促进了海滨湿地生态系统保护、恢复生态学和生态工程学的发展。

在海滨湿地生态系统保护与修复领域中的国际热点问题很多，特别突出的有以下几点。

1．海滨湿地的维持与区域生态安全

全球气候变化的重要后果之一是导致海平面的上升。尽管目前还无法精确预测上升的程度，但从全球范围来看，其上升的趋势是明显的（Gehrels et al．，2002；Kiden et al．，2002），如最近50年来我国的海平面以每年2．6毫米的速率在上升（杨桂山，2001）。海平面上升将无疑会加速海岸带的侵蚀和海水入侵（Day，2004；Pilkey ＆Cooper，2004），尤其是如果泥沙沉积的速度小于海平面上升的速度，那么海滨湿地将会逐渐消失，海岸带也会因此而后退。许多水利工程（如大坝和海堤的兴建）也可能改变泥沙的沉积过程与速率（Yang et al．，2002），影响滩涂的淤长速率（Yang et al．，2001），进而威胁海滨湿地生态系统的生存以及海滨城市的安全（Yang et al．，2003）。因此，国际学术界特别关注海滨湿地生态系统在人类干扰和全球变化环境下的命运如何，以及在这种背景下如何维护海岸带地区的生态安全（杨桂山，2001；Pilkey ＆Cooper，2004）。

2．海滨湿地的生态系统过程与功能

海滨湿地生态系统为陆地、淡水和海洋环境的交错带，结构上看似简单，事实上是高度开放和复杂的生态系统类型（Boorman，1999），其复杂性表现在时间序列上空间边界的多变（有时甚至边界不明显）、维系其生态系统功能的生态系统过程多样、食物网结构复杂、时间和空间上的变异性高以及自然过程与人类活动对海滨生态系统的叠加效应等（Raffaelli，2000；Abbiati ＆Basset，2001）。所以，在最近的40年里，有关海滨湿地生态系统过程的研究一直是生态学的重要问题，并取得了许多重要的进展（Boorman，1999）。例如，科学家最近才证实Odum（1961，1980）提出的有关海滨湿地的“吐物”假设（outwelling hypothesis），即湿地所生产的有机物大于该系统所能蕴藏的有机物，这些多余的有机物可因水力的作用被转移到邻近的水域，这就解释了为什么近海生态系统具有很高的生产力（Dame，1989；Lefeuvre ＆Dame，1994；Castanza et al．，1997）。最近的研究也表明，植被发育较好的盐沼具有良好的消浪作用，可以有效地保护海岸线，80米宽的盐沼外加3米高的海堤就可以有效地保护海岸；而如果没有盐沼的保护，则海岸需要12米高的海堤加以保护（NRA，1992）。据估计，宽度在50米以上的盐沼，每公顷所发挥的保护价值达1万美元以上，远远超过海堤内农田所产生的价值（King ＆Lester，1995）。然而，由于海滨湿地生态系统所固有的复杂性，目前我们仍有许多重要的科学问题有待解决，例如盐沼的发育与生态过程是如何耦合的（Bertness，2002；Boumans et al．，2002；Williams，2002；Zimmer et al．，2002）？海滨湿地生态系统与近海生态系统之间相互作用的式样与过程如何，以及他们之间的相互作用是如何影响系统间物质与能量交换的过程与速率（Wigand et al．，2003）？沉积与植物之间的相互作用是如何影响湿地生态系统的演替？污染对海滨湿地生态系统中生物多样性有何影响，以及土壤生物区系如何影响植被的发育（Boorman，1999）？盐沼生态系统对全球变化如何响应（Simas et al．，2001；Rhewet al．，2002）？只有对这些问题有了深入了解之后，我们才能充分认识生态系统过程与功能的关系，也才能利用这些有用的信息来修复受损的海滨湿地生态系统。

3．海滨湿地生态系统的受损机制

海滨湿地的一个非自然特征是：受人类活动的干扰严重，导致世界大部分海滨湿地生态系统已不同程度受损，甚至崩溃。所以，探讨海滨湿地生态系统的受损机制自然成了湿地科学研究的热点，也将为受损生态系统的修复提供重要的依据（Bertness et al．，2002）。尽管学术界认为海滨湿地生态系统的崩溃与过度收获、污染、外来物种的引入、以围垦为主要方式的机械性干扰和人类导致的全球气候变化等5大人类因素有关，而过度收获则是首要因素，尤其是导致海滨湿地生态系统中食物网结构的改变（Jackson et al．，2001）；但也有一些其他的科学家对此持有不同的看法，认为渔业与污染是同时出现的，并对海滨湿地生态系统的退化有着几乎同等重要的影响（Boesch et al．，2001）。值得注意的是，由于不同地区的社会、经济和文化背景等存在着巨大的差异，所以人类对海滨湿地生态系统的干扰方式和强度等也因所考虑的地区而异，目前，科学家们正在探讨上述5大因素中哪些（个）因素对特定海滨湿地生态系统的影响最大以及如何影响（Zedler，2003）。

4．人类强干扰下海滨湿地生态系统的保护

人类已成为地球生态系统的关键种，并主宰着该系统中的许多生态系统过程（Vitousek et al．，1997）。从世界范围来看，约有60%的人口生活在海岸带地区（Abbiati ＆Basset，2001），海岸带的发展程度越高，海滨湿地生态系统受到的威胁就越严重（Bertness et al．，2004）。更糟的是，海岸带人口还在继续增长，海滨城市仍在快速扩张，社会发展与海滨湿地生态系统健康的矛盾日趋突出（Abbiati ＆Basset，2001）。目前，摆在生态学家面前的重要命题是，在人类干扰不可避免的情况下如何处理好人类活动与海滨生态系统之间的相互作用，并有效地保护海滨湿地生态系统的正常结构和功能（Clark，1996；Abbiati ＆Basset，2001）。保护生物学研究领域的一个重要进展是，保护并非仅仅将海滨湿地生态系统与外界威胁隔离开来，而是要在必要时对生态系统进行主动的干预或操作，防止其由一种生态系统转变成另一种生态系统（Barnes，1999）；另外，从全球范围来看，管理实践与研究结果之间往往脱节，这对海滨湿地的保护来说是极其不利的（Castilla，2000）。

具体来讲，当前亟待研究的问题很多，关键的问题有：哪些海滨湿地生态系统类型和区域是优先保护对象以及如何保护（Beck ＆Odaya，2001）？如何选择保护的空间尺度和对生态系统监测的时间尺度？如何针对不同的生态系统类型选择适当的操作方法来维持其结构和功能以达到我们保护特定物种和功能群的目的（Barnes，1999）？如何应对全球变化给海滨湿地生态系统保护带来的挑战（Finlayson，1999）？科学家如何与政策制定者和管理者合作将基础研究的成果转化为具体的保护措施和行动（Abbiati ＆Basset，2001；Roff ＆Evans，2002）？

5．受损海滨湿地生态系统的恢复

海滨湿地生态系统的受损已是一种全球化现象，为了恢复其生物多样性或生态服务功能，受损海滨湿地生态系统的修复已成为全球性的行动，并有许多修复项目付诸于实践（Calrk，1996），如美国在佛罗里达投资80亿美元试图恢复其沼泽生态系统等。尽管许多现成的生态学原理可以用来指导湿地生态系统的修复（Zedler，2000），但就目前的修复实践来看，大量的修复项目并没有实现预期的目标（Hackney，2000；Zedler，2000）。这一方面是因为恢复生态学本身还不成熟，另一方面是因为缺乏可资借鉴的长期研究和对重大科学问题的阐明。此外，这也说明生态修复并非简单地将一个失去的物种重新引进生态系统或一个简单的物理工程（Evans et al．，1998），而是必须建立在对所恢复生态系统结构和功能认识基础上的系统工程。所以，恢复生态学的基础是生态系统的物理与生物结构（如物种的组成与功能群结构）与功能、生态系统过程与功能的关系。目前生态恢复成功率低的原因与其说是该领域尚不成熟，还不如说是对生态系统的结构和功能的认识不够深。可见，要做好海滨湿地生态系统的修复工作，仍需要解决恢复生态学中的基本问题，诸如如何采用新技术深入认识海滨湿地生态系统的结构和功能、如何针对需修复的生态系统选择合适的参照湿地（reference wetland）、修复成功的标准是什么、如何预测被修复生态系统的动态（Zedler，2000）。此外，生态修复不仅是一个生态学问题，而且也是重要的社会和经济问题，因此如何将恢复生态学与其相关的人类因素综合来考虑也是恢复生态学中亟待解决的基本问题之一（Allen，2003）。

总之，尽管海滨湿地生态系统的结构与功能及其保护与修复是国际生态学界研究的前沿，而且近几十年来也取得了许多重要的进展，但就目前的研究现状和研究手段来看，我们所掌握的知识和拥有的技术体系还远远落后于海滨湿地的受损态势和需要保护与修复的紧迫性。

（二）国内研究现状和水平

与国际相比，我国的湿地研究，特别是对海滨湿地生态系统的保护和修复研究起步较晚，基础比较薄弱。但是近二三十年来，随着国家对环境保护的重视和投入的增加，我国学者也对海滨湿地生态系统开展了较系统的调查与研究。特别是20世纪80年代至90年代，在国家科委的领导下，国家海洋局等多家单位合作开展了全国海岸带与海涂资源综合调查，并出版了一系列的专著，如《中国海岸带与海涂资源综合调查专业报告》、《中国海岸带生物》、《中国海岸带地质》、《中国海岸带植被》等，对认识我国海滨湿地的生态系统类型、分布、特征和资源起到了重要的作用。90年代中期，国家林业局等部委在湖南岳阳召开了中国湿地国际会议，揭开了中国湿地新一轮研究的序幕，其直接成果——《中国湿地保护行动计划》已于2000年公布。此外，国家林业局还组织了全国湿地的大规模调查研究，积累了极为丰富的资料，其中海滨湿地是重要的调查对象。

另外，科技部、国家基金委、中国科学院、教育部、海洋局等部委分别立项一批海滨湿地生态系统的基础研究、高技术攻关与示范工程项目。特别是在河口湾湿地、海滨湿地、红树林湿地等方面取得了可喜的成绩，一系列专著先后出版（如陆健健，1990；陈宜瑜，1995；郎惠卿等，1998；杨桂山，2001；安树青，2003；陈家宽等，2003），并有一批论文在国际权威刊物上发表（如Wu et al．，2002；Chen et al．，2003；Ma et al．，2004）。

1998年“973”项目正式启动以来，与本项目关系密切的有“中国典型河口——近海陆海相互作用及其环境效应”（2002—2007年）和“我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治”（2002—2007年）。这两个项目着重研究海陆交汇区水文泥沙动力学和赤潮发生的海洋学机制，为本项目研究海滨湿地与海、陆生态系统的物质交换及相互关系提供了一批有价值的科学资料，奠定了一个良好基础。

尽管如此，对人类活动下海滨湿地生态系统保护与修复的关键科学问题缺少深入系统的研究，特别是食物网结构与营养动力学、海滨湿地生态系统受损机制与生态后果、生境修复与生态系统调控、动态预测模型方面缺乏专门研究，因此，我国海滨湿地生态系统的研究不但与国际上存在较大差距，而且与我国的海滨湿地生态系统的保护和修复实际相脱节。

（三）在相关研究领域取得突破的机遇

（1）国际学术界对过度收获、机械性干扰、污染等5种人为干扰方式在海滨湿地生态系统崩溃中起何种作用存在重大分歧，本项目的实施有可能为得出科学结论提供强有力的依据。

（2）我国一批海滨湿地生态系统保护和修复项目正在实施，将基础研究与其相结合，可望使中国科学家在保护生物学与恢复生态学领域取得突破。

（3）“973”项目的立项可集中我国湿地和相关领域的科研资源，促进交叉和综合研究，针对我国海滨湿地生态系统重大科学问题展开攻关。

三、拟解决的关键科学问题和主要研究内容

（一）关键科学问题

（1）不同人类干扰方式下海滨湿地生态系统的功能群动态、生态系统过程及其相互关系。

（2）保护与修复中人类主动干预方式的选择及其生态效应。

（二）主要研究内容

该项目针对我国河口沙洲湿地和潮间带滩涂湿地广泛发育和快速演替的特点，选择既受到过度收获、围垦和养殖污染3种典型人类干扰的严重威胁，又分布有国际重要湿地和自然保护区的黄河三角洲海滨湿地、苏北平原海滨湿地和长江河口海滨湿地为主要研究对象，围绕着两大关键科学问题，重点研究：

（1）海滨湿地生态系统的健康特征与诊断参数；

（2）3种人类干扰不同的强度与频度对海滨湿地生态系统的功能群、食物物理过程和生源要素循环的影响及其生态后果；

（3）海滨湿地生态系统保护与修复的途径和生态效应。

本项目选择黄河三角洲海滨湿地、苏北平原海滨湿地以及长江河口海滨湿地作为研究地点（生态系统模式见图2，研究区域位置见图3），原因如下：

图2　所选择海滨湿地生态系统模式图

图3　研究区域分布图

（1）研究区域分布有3个国际重要湿地和3个国家级自然保护区，便于研究海滨湿地的健康特征；

（2）该区域收获过度、围垦强度大、养殖污染严重，是我国受人类干扰严重的区域；

（3）该区域的经济发展对海滨湿地的依赖性强；

（4）该区域有50多年的科学资料积累，研究基础相对较好。

●黄河三角洲海滨湿地

①黄河断流——季节性断流使水环境条件失衡，土壤次生盐渍化加重，大片芦苇地退化、消失。泥沙量减少带来了海岸线的蚀退，蚀退率之高为世界罕见。②湿地环境的不稳定性——黄河改道造成大环境的不稳定局面，随着流路的改变不断形成新的湿地，而故道的湿地则迅速蚀退。③人为干扰——滩涂上乱采滥挖使贝类产量急剧下降，也对植被造成巨大的损害；胜利石油勘探开发使滩涂面积大量减少。

●苏北平原海滨湿地

①滩涂平缓广阔——滩涂面积大，占全国总面积的1/4。滩涂平坦，高程不足5米。芦苇、互花米草、碱蓬、盐地碱蓬、獐毛分布广。②泥沙来源特殊——主要来源于海底沙洲、废黄河口以及长江。③人为干扰——大面积围垦，改变了海滨湿地生态系统之间的物质和能量交换；过度收获使贝类、蟹类等海滨湿地动物资源锐减；大规模采挖沙蚕等使植被和土壤水盐动态发生改变。

●长江河口海滨湿地

①咸淡水相互作用——由于长江水流和潮汐相互作用，海滨湿地生态系统受规律性的咸淡水相互作用的影响；植被以大面积的海三棱藨草和芦苇群落为特点，并有大面积互花米草群落分布。②风暴潮的影响——风暴潮的频度和强度较大，往往对该区域海滨湿地生态过程产生重要影响。③人为干扰——大面积围垦、强度捕捞、严重氮与磷污染是最主要的人类干扰方式。

四、总体目标、五年预期目标

（一）总体目标

通过生态学、环境科学、地学等多学科的交叉与综合，揭示海滨湿地生态系统的健康特征，阐明人类干扰下海滨湿地生态系统的受损过程与机制，为其保护和修复提供科学依据；建立符合我国自然地理特征和国情的海滨湿地保护与修复的理论与技术体系，为我国海滨湿地资源可持续利用和区域生态安全提供决策依据；同时加速发展我国湿地科学。

（二）五年预期目标

5年内将达到以下目标：

（1）从时间序列和空间序列两方面建立海滨湿地生态系统的健康参数与评价体系。

（2）比较研究过度收获、围垦和养殖污染3种人类干扰方式对海滨湿地生态系统的主要功能群和生态过程的影响，揭示其受损机理，提出合理利用我国海滨湿地资源的科学方案。

（3）通过对典型受损海滨湿地生态系统修复模式的研究，建立主要功能群保育、生境修复和生物修复的理论与技术体系。

（4）在人类活动下海滨湿地食物网结构与营养动力学变化规律与自然调节等理论问题上有所突破；将涡度相关技术应用于海滨湿地研究，并结合稳定同位素技术研究生态系统的物质循环与食物网结构，建立湿地研究的新方法体系。

（5）形成一支在湿地科学领域能解决重大问题、满足国家重大需求的优秀科研群体，包括若干位杰出的学术带头人和优秀的学术骨干；培养博士后15～20名，博士生60名以上。

（6）在国内外刊物上发表一批有影响力的科学论文，其中被SCI收录的不少于100篇，并力争在国际权威刊物上发表若干篇论文。

五、总体研究方案

（一）学术思路

围绕拟解决的两个关键科学问题，选择人类活动较少的新生海滨湿地和自然保护区为研究对象，比较研究处于不同演替阶段和区域的海滨湿地生态系统内部的结构与功能，以及与相邻生态系统的相互关系，提出适合于我国海滨湿地的健康特征和诊断参数；从国际上公认的威胁海滨湿地的5种人类活动中，选择收获、围垦和养殖污染这3种我国最典型、危害最大的人类干扰，研究海滨湿地的受损过程与机制；同时按照海滨湿地从自然到严重受损的不同状况，采用保育、调控、修复和重建4种人类主动干预方式，着重研究干预方式的选择与效应。在此基础上，为我国海滨湿地生态系统的可持续利用和保障区域生态安全提供科学依据，同时争取在湿地生态学上有重要的理论和方法上的突破（见图4）。

图4　学术思路图

（二）技术途径

（1）选择典型的健康与受损生态系统。健康的海滨湿地生态系统选择人类活动较少的、保存良好的新生海滨湿地和自然保护区。受损的海滨湿地包括轻度受损和严重受损两类。前者有利于研究健康特征，后者有利于研究不同的人类干扰与海滨湿地受损的关系。

（2）生态系统健康特征应从时间和空间两个角度去揭示。前者从处于形成、发展与演替不同阶段的新生海滨湿地入手，揭示相对应的时间序列的健康特征，即不同演替阶段的海滨湿地应有不同的健康特征。后者研究处于不同地理位置的自然保护区，揭示相应的空间序列的健康特征，即不同区域应有不同的健康特征。

（3）比较研究在不同强度与频度的收获、围垦和养殖污染下，海滨湿地如何受损及受损后的生态后果。

（4）按照海滨湿地从自然到严重受损的不同状况，采用保育、调控、修复和重建4种人类主动干预方式，着重研究其干预方式的选择与效应（详见图5）。

图5　技术路线图

（三）创新点与特色

与国际上同类研究相比，本项目具有以下特色：

（1）从时间序列和空间序列两方面建立海滨湿地生态系统的健康参数与评价体系。

（2）比较研究对我国海滨湿地威胁最严重的3种人类干扰方式的不同作用机理和生态后果。

（3）多尺度、多界面地研究人类干扰下海滨湿地生态系统结构的动态与生态系统过程的关系；并在海滨湿地研究中，在国际上首先使用涡度相关技术，并结合稳定同位素等技术研究海滨湿地生态系统的物质循环与食物网结构。

（4）在保护与修复中建立适合于我国国情的生态与经济效益优化的可操作性模式。

（四）取得重大突破的可行性分析

（1）所选择的重大问题清晰、聚焦，课题之间的逻辑性强；

（2）过度收获、围垦、养殖污染是对我国海滨湿地造成严重生态后果的3种典型人类干扰，建议承担单位对海滨湿地的受损机制、修复途径和生态效应已有多年的研究基础；

（3）建议承担单位对3个研究区域和相应的生态系统已有长期研究的积累，对深层次的科学问题能较为准确地把握；

（4）课题组成员已熟练掌握本项目中涉及的涡度相关、稳定同位素、遥感、数值模拟等关键技术，对生境修复和生物修复已做了许多理论和技术探索；

（5）研究队伍以优秀的中青年学术骨干为主体，建议的首席科学家学术水平较高，有组织重大课题的丰富经验；

（6）建议承担单位拥有一批相关领域的国家重点学科和国家级与部级重点实验室，研究条件良好。

六、课题设置

（一）课题设置的思路

为实现本项目的总体目标，紧紧围绕着两个关键科学问题，设置了3个板块的课题。第一板块着重研究海滨湿地生态系统的健康特征与诊断参数，分别设置第一、二、三3个课题，第一课题以新生湿地为研究对象，从形成、演替角度研究其健康特征的时间序列；第二、三课题以不同区域内的自然保护区为研究对象，分别从内部的结构与功能以及与相邻生态系统的相互关系来揭示其健康特征的空间规律。第二板块着重研究海滨湿地的受损过程与机制，分别设置第四、五、六课题，研究不同强度和频度的收获、围垦和养殖污染等人类干扰对海滨湿地生态系统的影响和生态后果，揭示其受损机制。第三板块进行生境修复和生物修复的基础和应用基础研究，分别设置第七、八课题，为我国海滨湿地生态系统的保护与修复提出科学的、可操作性的方案。

（二）各课题间的有机联系及与项目总体目标的关系

各课题间的有机联系如图6所示。与项目总目标的关系：第一板块的课题是为海滨湿地保护与修复要达到的指标体系提供依据；第二板块的课题是揭示海滨湿地受损机制，为处理人类活动和海滨湿地的相互关系提供科学基础；第三板块的课题是为修复受损海滨湿地生态系统提供理论与技术体系。

图6　课题间联系示意图

（三）各课题的名称、主要研究目标和内容、经费比例

课题1：新生海滨湿地生态系统的形成、演替及其模拟

研究目标：

选择快速演替的新生海滨湿地生态系统为研究对象，用海图资料和遥感数据等研究其历史变迁，用沉积学、环境磁学、同位素技术等方法研究生态系统演替中泥沙沉积的过程及其与生物（尤其是植被）相互作用的机制，揭示新生海滨湿地快速发育的特殊规律及其对区域环境的作用，从时间序列上提出海滨湿地生态系统的健康特征及诊断参数。

研究内容：

●新生海滨湿地的历史变迁与演替趋势模拟；

●生态系统演替中泥沙沉积的过程及其与生物相互作用的机制；

●演替过程中主要功能群的组合规律；

●不同演替阶段海滨湿地的生态效应。

经费比例：10%。

课题2：海滨湿地生态系统的食物网结构与营养动力学

研究目标：

从剖析3个研究区域内的海滨湿地生态系统的物种组成与关键功能群着手，研究基于碎屑的营养系统、基于植物的营养系统和其复合体，阐明海滨湿地生态系统复杂的食物网结构及其动态，揭示其营养动力学机制，从空间序列上提出海滨湿地生态系统的健康特征及诊断参数。

研究内容：

●海滨湿地生态系统的物种组成与关键功能群；

●基于碎屑的营养系统：食物链长度与营养级、有机质循环与营养效率；

●基于植物的营养系统：能流控制、季节动态与营养转移；

●基于植物和碎屑的食物网复合体及其动态。

经费比例：12%。

课题3：海滨湿地生态系统与相邻生态系统的物质交换过程与机理

研究目标：

研究有机颗粒物和水溶性物质在生态系统间的运移和交换，阐明其动力学机制；分析生物迁移在生态系统间物质交换中的作用，揭示海滨湿地生态系统与相邻生态系统的物质交换过程与机理，从与其他生态系统的相互关系中提出海滨湿地生态系统的健康特征及诊断参数。

研究内容：

●有机颗粒物在生态系统间的运移及其动力；

●水溶性物质在生态系统间的交换及其动力；

●生物迁移在生态系统间物质交换中的作用。

经费比例：12%。

课题4：收获强度与经济动物种群动态和食物链结构变化的关系

研究目标：

通过研究经济动物收获的强度和频度与种群动态的关系，以及过度收获引起的食物链结构的变化，确定经济动物种群和生态系统所允许的最大持续收获量，为合理收获提供科学依据。

研究内容：

●收获强度和频度与经济动物种群动态的关系；

●过度收获与食物链结构变化的关系；

●重要经济动物和生态系统所允许的最大持续收获量。

经费比例：17%。

课题5：围垦对海滨湿地生态系统物理过程及主要功能群的影响

研究目标：

揭示围垦对海滨湿地生态系统物理过程以及植物群落、大型底栖动物和鸟类等主要功能群结构的影响机制，阐明其对植被生产力、底栖动物取食行为和生态系统物质循环及其功能的影响，提出我国海滨湿地土地利用（围垦的方式与强度）的科学原则。

研究内容：

●对海滨湿地生态系统物理过程的影响；

●对植物群落演替及其生产力的影响；

●对大型底栖动物取食行为的影响；

●对鸟类多样性及功能群结构的影响。

经费比例：14%。

课题6：养殖污染对重要生源要素循环过程的影响机理与生态后果

研究目标：

通过对养殖中高浓度氮、磷输入和迁移过程的研究和数值模拟，揭示优势种的种群动态及敏感物种种群崩溃的机制，阐明氮、磷污染对海滨湿地生态系统重要生源要素循环过程的影响，为富营养化海滨湿地生态系统的修复和养殖模式的优化奠定基础。

研究内容：

●高浓度氮、磷的输入、迁移过程与数值模拟；

●优势种的种群动态及敏感物种的种群崩溃；

●氮、磷污染对海滨湿地生态系统重要生源要素循环过程的影响。

经费比例：12%。

课题7：围垦后的生境修复与主要功能群的保育

研究目标：

通过水文过程和盐分平衡的调控、土壤修复和植被恢复等3种途径，对围垦后的受损生境进行有效的定向修复，阐明不同修复阶段的生境对主要功能群的保育作用，提出围垦后的海滨湿地生境修复的模式。

研究内容：

●水文过程和盐分平衡的调控；

●植物工具种的培育与植被恢复；

●植被土壤微生物土壤动物复合修复的机理；

●生境修复对主要功能群的保育作用。

经费比例：12%。

课题8：富营养化海滨湿地生态系统的生物修复与营养物质的利用

研究目标：

通过种植大型经济海藻、养殖滤食性海洋动物和构建人工湿地等生物修复手段，利用富营养化海滨湿地生态系统中的营养物质，达到消减过量氮、磷营养物质的目的，从而建立富营养化海滨湿地生态系统生物修复的范例和技术体系。

研究内容：

●大型经济海藻的种植与可溶性营养物质的利用；

●滤食性海洋动物养殖与颗粒营养物的消减效应；

●人工湿地的构建与富营养化的控制。

经费比例：11%。

七、科学数据汇交计划

原始观测数据：涡度相关数据（160Mb/d）每月提交一次；自然地理、物理环境的理化数据、物质交换与生源要素循环数据，每年提交一次。

实验数据：同位素测定数据、受控生态实验数据、生境与生物修复数据、模拟模型输出数据，每年提交一次。

考察数据：生态系统、主要功能群、种群、生境的考察数据，每年提交一次。

统计数据：涡度相关数据的汇总数据（半年提交一次），遥感数据（结题时汇总提交），社会经济数据（每年提交一次）。

此外，项目组将建立专用网站和数据共享平台，定期汇总与更新，在科技部允许的情况下，向国内相关研究机构、课题组和专家无偿提供。

八、现有工作基础和条件

（一）主要优势单位的相关研究工作基础

1．新生湿地的形成与演替

以长江河口九段沙新生海滨湿地为研究对象，将遥感的空间观察与地面踏勘相结合，分别从生物学和地学角度探讨了九段沙湿地50年来形成、发育和演替的历史，具体成果参见陈家宽主编的《上海九段沙湿地自然保护区科学考察集》和陈吉余、杨世伦等在国内外发表的一系列论文。

2．海滨湿地生态系统与相邻生态系统的相互关系

研究了全球气候变化等多种因素引起的环境变化对海岸带的影响，得出了近几十年来这种变化的基本趋势以及初步研究了海岸带与陆地、海洋的相互关系。这些科学资料给研究海滨湿地生态系统与相邻生态系统物质交换奠定了相应的基础。

3．过度收获、围垦、养殖污染三种人类干扰方式对海滨湿地生态系统的影响及其生态后果

在2003年将南麂列岛贝藻类区系和优势种种群数量同1992年同一样带上的结果进行对比，发现区系组成并没有发生改变，而主要优势种的多度变化明显，有重要经济价值的贝藻类种群数量急剧下降，非经济物种种群数量则呈爆发趋势。研究表明，崇明东滩不同围垦历史时期，其土壤线虫群落结构发生了剧烈的变化，将改变生态系统的生物地球化学循环。研究表明，江苏盐城岸段，养殖污染占入海污染物总量的81%。对海岸带和近海海域的养殖污染及养殖容量进行过详细的调查与研究，研究表明赤潮频频发生与养殖和陆地污染物排放、河流污染物的迁移有密切关系，这将影响海滨湿地生态系统的物质交换，初步探讨了生态养殖的优化模式。

4．保育、调控、修复和重建的研究

提出米草生态工程与海滨盐土农业生态工程原创理论与技术，为互花米草生态控制与利用以及海滨盐土的改造利用做出有益贡献；运用能值理论开展对我国海滨湿地保护区生态功能以及保护与利用平衡机制的研究，取得了一系列成果。在崇明东滩进行了围垦堤内植被恢复与重建的前期研究，在人工湿地的构建上做了长达10年的研究，发现中生植物可作人工湿地的材料，人工湿地有多种功能。国家海洋局第一海洋研究所在贝类养殖控制富营养化水体方面做了相应的研究。研究发现人工湿地虽不能完全替代自然湿地，但对湿地鸟类的栖息具有重要的补偿作用。

尽管上述研究为本项目奠定了重要的基础，发现了更深层次的科学问题，一些重要成果已经在国际重要刊物上发表，有的被审稿者高度评价，并被重要刊物引用。但与国际上尚有不小的差距，特别在理论创新和技术集成上更为明显。

（二）近五年内各单位承担国家级重大、重点项目情况（略）

（三）主要优势单位简介（略）

（四）项目实施具备的工作条件

1．实验平台和大型仪器设备

上述优势单位拥有该项目实施过程中所需要的各种大型实验设备，包括遥感信息处理的硬件与软件（华东师范大学、国家海洋局第一海洋研究所、中科院南京地理与湖泊研究所、中科院地理科学与资源研究所）、移动式涡度相关通量观测塔3套（复旦大学）、水化学与海滨湿地生态系统地球化学循环研究设备（复旦大学、南京大学、国家海洋局第一、二海洋研究所）、泥沙沉积和水环境整套设备（华东师范大学、中科院南京地理与湖泊研究所）、植物生理生态研究设备包括多套便携式光合仪（复旦大学、南京大学、浙江大学）、主要功能群底栖动物、鸟类、鱼类、土壤动物、线虫、藻类的野外和实验室装备（复旦大学、南京大学、华东师范大学、浙江大学、国家海洋局第一、二研究所）、野外考察交通工具（各单位都具备）、海滨湿地野外实验基地（上海市崇明东滩鸟类自然保护区、上海市九段沙湿地自然保护区、江苏盐城国家级自然保护区、江苏大丰麋鹿国家级自然保护区、山东黄河三角洲国家级自然保护区和浙江钱塘湾滩涂野外基地）。

2．依托的国家、部委重点实验室与工程研究中心以及国家重点学科清单

国家级重点实验室与工程研究中心：

（1）河口海岸动力沉积和动力地貌综合国家重点实验室（华东师范大学）；

（2）污染控制与资源化利用国家重点实验室（南京大学与同济大学共建）；

（3）资源与环境信息系统国家重点实验室（中科院地理科学与资源研究所）。

部级重点实验室：

（1）生物多样性与生态工程教育部重点实验室（复旦大学与北京师范大学共建）；

（2）地理信息科学教育部重点实验室（华东师范大学）；

（3）海岸与海岛教育部重点实验室（南京大学）；

（4）中国科学院湖泊沉积与环境重点实验室（中国科学院南京地理与湖泊研究所）；

（5）国家海洋局海洋环境科学与数值模拟重点实验室（国家海洋局第一海洋研究所）；

（6）国家海洋局海洋生态环境科学与工程重点实验室（国家海洋局第一海洋研究所）；

（7）国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室（国家海洋局第二海洋研究所）；

（8）国家海洋局海洋动力过程与卫星海洋学重点实验室（国家海洋局第二海洋研究所）。

国家重点学科：

（1）生态学（复旦大学、华东师范大学、浙江大学）；

（2）植物学（南京大学）；

（3）自然地理（华东师范大学，南京大学）；

（4）环境科学（南京大学）。

九、研究队伍（略）

作者后记

这是一份由复旦大学组织撰写的2004年度“资源与环境领域”的“973”项目建议书，国家海洋局第一海洋研究所（青岛）、国家海洋局第二研究所（杭州）、中国科学院南京地理与湖泊研究所、南京大学、浙江大学和华东师范大学等单位对该建议书都有重要贡献。各位专家日日夜夜的研讨与撰写过程以及在北京两次答辩的场景令我们终生难忘。李博、安树青、朱明远、陈尚、杨桂山、胡锡钢、杨士瑛、常杰、葛滢、郑向民和赵云龙等教授对建议书都做出重要贡献。我个人从中学到了海滨湿地方向上的许许多多知识。这份建议书有较高参考价值，特此收录。