巖溶地區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特征

1濕地的定義與特征濕地和森林是世界上最具價(jià)值的生態(tài)系統(tǒng)。與森林、牧場、農(nóng)業(yè)和海洋生態(tài)系統(tǒng)一起，它是一個(gè)功能不可替代的自然綜合體。它被稱為“地球之腎”，它對保護(hù)水源、凈化水質(zhì)（恢復(fù)受污染水體）、調(diào)節(jié)和儲(chǔ)存洪水、控制土壤侵蝕、補(bǔ)充地下水、美化環(huán)境以及調(diào)節(jié)氣候和改善呼吸、保護(hù)生物多樣性等非常重要的生態(tài)功能非常重要。因此,濕地具有巨大的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益,是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。聯(lián)合國環(huán)境署2002年的權(quán)威研究數(shù)據(jù)表明,1ha濕地生態(tài)系統(tǒng)每年創(chuàng)造的價(jià)值高達(dá)1.4萬美元,是熱帶雨林的7倍,是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的160倍。目前對濕地尚無統(tǒng)一定義。對濕地定義的差異主要源自于研究或保護(hù)的目的或著重點(diǎn)不同。最具有代表性的濕地定義是1979年美國魚類和野生動(dòng)物保護(hù)協(xié)會(huì)在《美國的濕地和深水生境分類》研究報(bào)告中給出的:“濕地是處于陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換區(qū),通常其地下水位達(dá)到或接近地表,或者處于淺水淹覆狀態(tài)…,通常具有以下三個(gè)特征:①地表長期受水淹或水侵;②適應(yīng)多水環(huán)境的水生植物;③基質(zhì)以排水不良的水成土為主”。該定義對濕地的內(nèi)涵作了比較科學(xué)的表述,但對濕地的邊界(外延)定義較模糊,實(shí)際調(diào)查、操作難度較大。濕地的另一個(gè)具有代表性的、目前在國際上較為公認(rèn)的定義是在1971年發(fā)表的《濕地公約》中給出的,即:“濕地系指天然或人工、長久或暫時(shí)性沼澤地、濕原、泥炭地或水域地帶,帶有或靜止或流動(dòng)、或?yàn)榈胂趟⑾趟w者,包括低潮時(shí)水深不超過6m的海域”。該定義對濕地的外延進(jìn)行了詳細(xì)的描述,但缺乏對濕地的科學(xué)表述,通過枚舉或人為地界定濕地的外延也是不完善的和不科學(xué)的。因此,我們認(rèn)為,對濕地的科學(xué)定義可將上述兩者有機(jī)結(jié)合,概括為:“濕地是指介于水生和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間過渡的地理綜合體,通常位于多年平均最高洪水位以下,因常年或周期性受水淹或水侵而水分潴積或過度濕潤,土層因長期或季節(jié)性水淹或水侵(排水不良)嚴(yán)重潛育化或飽水狀態(tài)(包括形成嫌氣性水成土壤或地下巖石中的飽水帶)、正常情況下生長有高等水生或喜濕植物群落的地帶,包括天然或人工、長久或暫時(shí)性沼澤地、濕原、泥炭地或水域地帶”。其中,水域濕地的水深范圍主要根據(jù)高等沉水和挺水植物的分布范圍(與水下光照條件有關(guān))來確定,不必機(jī)械地圈定一個(gè)具體的水深指標(biāo)。我國濕地類型復(fù)雜多樣,分布廣泛。不同地區(qū)濕地的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和生態(tài)特征、生態(tài)功能上有較大的差異。巖溶濕地是廣泛分布在巖溶地區(qū)的一種特殊的濕地類型,包括巖溶湖泊、河流水系和沼澤地等。我國最著名的巖溶濕地有貴州威寧草海、云南納泊海、貴州紅楓湖、織金八步湖等,以及黔西、黔西南的數(shù)量眾多而單個(gè)面積較小的湖泊與沼澤濕地和廣西桂林附近的湖泊與沼澤等。受巖溶地區(qū)特殊水土結(jié)構(gòu)的影響,巖溶地區(qū)濕地具有以下明顯不同于非巖溶地區(qū)濕地的主要特征:①規(guī)模小,多零星散布于巖溶峰叢洼(谷)地、峰林平原(盆地)中,以黔、桂和滇等省(區(qū))最為發(fā)育,以巖溶湖泊最為常見,其排列無一定方向,形狀或圓形或橢圓形,有時(shí)也可呈長條形,單個(gè)巖溶湖泊面積不大(一般在2km2以下),水深也較淺。我國最大的天然巖溶湖泊為貴州威寧草海,其水域面積也僅約45km2。②數(shù)量少且穩(wěn)定性較差。受巖溶地區(qū)特殊水土結(jié)構(gòu)的影響,巖溶地區(qū)濕地主要分布于具備特定貯(蓄)水機(jī)制或水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)(條件)的地段,因此,濕地的數(shù)量少且大多數(shù)濕地處于一個(gè)暫時(shí)穩(wěn)定的巖溶發(fā)育階段;一旦巖溶水文地質(zhì)情況發(fā)生改變,原有的濕地即不復(fù)存在,尤其是處于河流裂點(diǎn)上游、地下水位之上的積水洼地、壅塞湖泊等。③相對隱蔽性。指巖溶地區(qū)特有的,分布在地表以下的,通常難以發(fā)現(xiàn)的巖溶地下湖泊、河流或其他水文洞穴系統(tǒng)。通常情況下,巖溶地區(qū)河流多表現(xiàn)為地表河、地下河(或集中徑流帶)交替出現(xiàn)或地表、地下巖溶湖泊共存的形式。④濕地土壤植被的特殊性:巖溶地區(qū)的濕地通常存留的時(shí)間較短、物質(zhì)來源匱乏,形成的濕地土壤通常較薄、貧瘠,水、土壤與植被群落具有典型的富鈣偏堿性巖溶地球化學(xué)背景;濕地土壤結(jié)構(gòu)以下部紅壤、上部為有機(jī)質(zhì)和砂質(zhì)碎硝物質(zhì)含量較低而粘性較大的薄層沼澤土或湖泊沉積物。當(dāng)沼澤土長期出露于水面以上時(shí),易形成硬度較大的硬塑土。⑤濕地水文特征受巖溶水系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的影響明顯,具有特殊的水土循環(huán)機(jī)制。鑒于巖溶地區(qū)濕地的特殊性,以及其與非巖溶地區(qū)濕地在水文特征、水質(zhì)、土壤和生物生態(tài)方面存在的本質(zhì)差異,很有必要定義一種新的濕地類型以將其區(qū)別于其他濕地。2004年田昆等對云南納帕海、2006年吳應(yīng)科等對廣西會(huì)仙濕地考察后曾先后使用“巖溶濕地”的概念,但沒有給出巖溶濕地的具體定義;2006年澳大利亞環(huán)境保護(hù)署提出“巖溶濕地屬于地下水濕地系統(tǒng)(undergroundwetlandsystem)的一種,與地表水存在與否無關(guān),其內(nèi)通常發(fā)育有溶洞或地下河”,將巖溶濕地限制在地下水文系統(tǒng)內(nèi),但也沒有給出具體的內(nèi)涵;拉姆薩濕地公約在分類系統(tǒng)中只列出了“喀斯特和其他地下水文系統(tǒng)”;因此,目前對巖溶濕地的認(rèn)識局限在地下巖溶洞穴與水文系統(tǒng)的層面上。本次研究認(rèn)為巖溶地區(qū)的濕地作為一個(gè)特殊的濕地類型應(yīng)單獨(dú)列出,首次提出“巖溶濕地(karstwetland)”的概念,并給出其定義,即:巖溶濕地定義:是指主要分布在巖溶地區(qū)(包括地表、地下),或以巖溶水為主要補(bǔ)給水源,具有巖溶地區(qū)特有的富鈣偏堿性水土特征和典型巖溶水土循環(huán)演化機(jī)制,以喜鈣耐堿的濕地生物群落為主或與喜鈣耐堿的生物群落相互依存為特征的內(nèi)陸濕地,包括巖溶地區(qū)地表或地下的湖泊、沼澤、河流或其他地下巖溶地下水文系統(tǒng)。2溶解濕地的分類體系2.1國外相關(guān)濕地分類方法介紹濕地的分類是濕地研究的基礎(chǔ)。由于學(xué)科領(lǐng)域和目標(biāo)的不同,導(dǎo)致濕地分類標(biāo)準(zhǔn)不一,形成了許多不同的濕地分類系統(tǒng),不同濕地分類系統(tǒng)缺乏可比性?？傮w上濕地的分類可歸納為綜合分類和專業(yè)分類兩類。在濕地綜合分類中,目前普遍接受的是拉姆薩濕地公約的分類系統(tǒng),即根據(jù)人類是否參與濕地的生態(tài)過程將濕地分為2大類群(自然濕地和人工濕地)3個(gè)大類(人工濕地、濱海濕地、內(nèi)陸濕地)41個(gè)小類,中國的濕地分類也屬于此類。對某一特有濕地類型的分類系統(tǒng)屬于專業(yè)分類體系,目前有歐洲的泥炭地分類(MooreandBellamy1974),中國的泥炭沼澤分類(柴岫1990;郎惠卿1983),美國魚類和野生生物署“濕地和深水棲息地分類”,美國東北部冰川遺跡區(qū)的淡水濕地分類(GoletandLarson1974),美國冰川高原草原地區(qū)的天然池塘與湖泊分類(ShawandFredine1956),佛羅里達(dá)森林濕地分類(Wharton1976)等。目前濕地分類采用的分類標(biāo)準(zhǔn)常見的有成因分類法和特征分類法兩大類:①特征分類法主要根據(jù)濕地的表觀特征和內(nèi)在的動(dòng)力活動(dòng)特征(具較多定量化成分)的不同來區(qū)別濕地。典型代表是Brinson(1993)提出的水文動(dòng)力地貌學(xué)分類法,即把濕地的地貌、水文和水動(dòng)力特征看成是濕地的3個(gè)同等重要的基本屬性,將濕地依次按地貌位置屬性分為河流地貌、凹地貌、海岸地貌和泥炭濕地四大濕地系統(tǒng)→根據(jù)濕地的水文特征(補(bǔ)給水源)分成降水補(bǔ)給、地表漫流補(bǔ)給和地下水補(bǔ)給四大類型→按水動(dòng)力特征分成垂直起伏流、無定向的水平流和雙向水平流類。②成因分類法根據(jù)濕地成因來區(qū)別濕地。最具影響的是Cowardin(1979)提出的,即按成因分成海洋、河口、河流、湖泊和沼澤五大系統(tǒng)→按水文特征分成亞系統(tǒng)→根據(jù)占優(yōu)勢的植被生命形態(tài)和基底組成等濕地外貌特征把亞系統(tǒng)分成濕地類→按照植被的不同把濕地類細(xì)分成濕地亞類;國際上廣泛使用的Ramsar濕地分類體系沿用了Cowardin分類體系的分類思想,也屬于成因分類法。對這兩種分類方法的評述:前者(特征分類法)屬于平行指標(biāo)分類法,偏向定量分析,存在嚴(yán)謹(jǐn)性不足(如將泥炭濕地作為一種地貌屬性顯然不合適)、實(shí)用性較差(如垂直起伏流、無定向的水平流等無實(shí)際用途)和分類指標(biāo)簡單化(不能涵蓋復(fù)雜多樣的地貌、水動(dòng)力形式)的缺點(diǎn);后者屬于分級分類方法,趨向成因定性描述,具有分類全面、易操作的優(yōu)點(diǎn),是目前被廣泛接受的濕地分類方法,但對反映不同濕地間的相似性方面有一定欠缺。2.2建立巖溶濕地分類體系巖溶濕地分類屬于專業(yè)濕地分類。由于巖溶濕地生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性(濕地生態(tài)條件區(qū)域差異性、空間分布的廣泛性和生態(tài)過程多變性等)和對其研究的不足,目前還沒有建立巖溶濕地的專業(yè)分類系統(tǒng)。巖溶濕地分布于從地表到地下,從峰叢洼地、谷地到峰林平原的不同地貌單元,從連續(xù)水體(湖泊)到聯(lián)系微弱的地下水文系統(tǒng)(包括承壓水和深循環(huán)等復(fù)雜水文特征),各種濕地的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如土壤、植被群落類型等)、功能各不相同,因此,區(qū)分不同成因、不同層次上的那些具有均質(zhì)性特征的巖溶濕地類型,建立一個(gè)完善、科學(xué)的巖溶濕地分類體系是十分必要的。巖溶濕地分類標(biāo)準(zhǔn)的建立:以簡明、適用和易于操作為原則,綜合成因分類法和特征分類法的優(yōu)點(diǎn)(如濕地水的補(bǔ)給源),采用分級分類方法。不同級別的分類依據(jù)(指標(biāo))既要考慮對濕地結(jié)構(gòu)與功能的影響程度,又要突出反映巖溶濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的本質(zhì)特征差異(特殊性):①以濕地的地貌(地表、地下)劃分亞類;②以濕地成因(生境與形成機(jī)制)作為第一級分類依據(jù);③根據(jù)對濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的分析、研究,水是濕地形成、演化(生態(tài)過程)的主導(dǎo)因素,而排水不良的水成土壤和濕生或水生植被是其水文生態(tài)過程的必然結(jié)果,因此,按照水文特征(濕地水的補(bǔ)給源)→植物群落類型或基底底質(zhì)的順序分層次確定巖溶濕地的二三級分類依據(jù),最終建立巖溶濕地分類體系,以期為在不同的空間尺度上進(jìn)行濕地編目與制圖,以及開展巖溶濕地的科學(xué)研究、管理和開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)以上分類原則,將巖溶濕地劃分為2個(gè)亞類、7個(gè)一級分類、17個(gè)二級分類(表1)。2.3地下水水文分布及分類地表巖溶濕地和地下巖溶濕地(亞類)是基于巖溶地區(qū)具有典型的地表、地下“雙層”水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、并且兩者在地貌、生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上差異明顯的特點(diǎn)劃分的;而7個(gè)一級分類(分別屬于地表和地下巖溶濕地)主要依據(jù)濕地成因。而二、三級分類綜合考慮了濕地的成因、水文特征(包括水的來源)和地貌因素。濕地的成因與水文特征緊密相關(guān)。不同類型濕地的成因、地形地貌在不同程度上決定或影響著濕地的水文特征。而水文特征不僅是巖溶濕地區(qū)別于其他濕地的重要指標(biāo),也是巖溶濕地有別于其他類型生態(tài)系統(tǒng)的突出標(biāo)志(水分的盈余)。而水的成因或來源是濕地起源和發(fā)生類型的重要指示因子,水的賦存方式和水文過程是主宰濕地生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制的最重要的因子,其動(dòng)力條件決定著濕地的基質(zhì)或沉積物類型及其空間分布規(guī)律,其深度和水質(zhì)決定著濕地的植被類型和群落結(jié)構(gòu),甚至濕地生態(tài)功能?？梢哉f濕地生態(tài)性質(zhì)的所有體現(xiàn)皆與其水文特征密切相關(guān)。據(jù)此對地表、地下巖溶濕地進(jìn)行二、三級或更進(jìn)一步分類。2.3.1地表巖溶濕地類①溶蝕洼地型巖溶湖是指石灰?guī)r溶蝕、侵蝕形成的巖溶洼地中積水形成的湖泊,有天然型、堰塞型和混合型巖溶湖泊等幾種成因形式。堰塞型巖溶洼地型巖溶湖是由于洼(谷)地排泄口被巖溶崩塌、泥砂堵塞和滑坡等原因堵塞后積水成湖,以巖溶地表、地下河流轉(zhuǎn)換處——伏流入口被堵塞后在上游形成湖泊最為常見,此類湖泊通常面積較小,以圓形、橢圓形或長條形為主。我國最有代表性的低緯度地區(qū)高原巖溶湖泊為貴州威寧草海,屬于溶蝕、堰塞綜合成因。②構(gòu)造巖溶湖是由于地殼變動(dòng),包括地殼斷裂和褶皺后形成的由碳酸鹽巖和非碳酸鹽巖、斷層帶等共同組成的斷陷盆地或褶皺構(gòu)造(如向斜盆地)的低洼凹陷處匯集地表、地下水形成的湖泊,有斷陷型、褶皺型(包括向斜、構(gòu)造盆地、背斜和構(gòu)造穹隆等)和上述混合型的構(gòu)造巖溶湖。廣西桂林會(huì)仙睦洞湖、四川廣安華鎣天池湖即為典型的構(gòu)造巖溶湖。③巖溶河流濕地中的泛洪峰林平原濕地系巖溶河水、地下水洪水泛濫淹沒的河流兩岸地勢平坦地區(qū),包括河灘、泛濫的河谷、季節(jié)性泛濫的草地。地下水的水文特征對巖溶泛洪峰林平原的淹沒時(shí)間、周期和生態(tài)特征影響巨大。④巖溶沼澤濕地分布局限于大型巖溶低洼地或峰林平原地區(qū),多分布于巖溶湖泊周邊、河間低洼地、巖溶地下水出口。巖溶沼澤中水的成因、來源是沼澤濕地起源和發(fā)生類型的重要指示因子,也是巖溶沼澤濕地進(jìn)一步劃分的標(biāo)準(zhǔn)。云南中甸的納帕海是我國最典型的巖溶低洼地潴水沼澤(或沼澤化草甸)。2.3.2地下巖溶濕地類依據(jù)地下水空間賦存方式(形態(tài))或水動(dòng)力特征,依次將地下巖溶儲(chǔ)水盆地劃分為地下巖溶湖和地下巖溶儲(chǔ)水構(gòu)造;將巖溶地下河劃分為單管道型巖溶地下河、多管道地下河和密集裂隙型巖溶地下水徑流帶;將其他巖溶地下水文系統(tǒng)分為承壓巖溶地下水文系統(tǒng)和其他巖溶巖溶水文系統(tǒng);對地下巖溶濕地進(jìn)一步分類可依據(jù)地下水的來源(如外源水補(bǔ)給、流域內(nèi)大氣降水補(bǔ)給等)。2.3.3巖溶濕地的進(jìn)一步分類(四級及以上),原則上以水生植被群落+濕地基底類型,尤其是高等水(濕)生植物群落類型(包括沉水型、浮水型、挺水型草本植物)為依據(jù)進(jìn)行分類命名。3關(guān)于問題的討論3.1巖溶濕地是我國植生態(tài)系統(tǒng)的組成部分在《濕地公約》分類體系中,沒有專門的巖溶濕地類型,只將與巖溶有關(guān)的濕地劃歸為內(nèi)陸濕地中的內(nèi)陸的喀斯特和其他地下水文系統(tǒng)(ZK(b))和人工濕地中的人工的喀斯特和其他地下水文系統(tǒng)(ZK(c))兩類;在《中國濕地調(diào)查與監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》的4大類26種濕地類型1中沒有與巖溶有關(guān)的濕地類型。首先這與該規(guī)程中提及的“根據(jù)中國的實(shí)際情況”不符:我國是世界上第一巖溶大國,巖溶分布區(qū)面積占國土總面積約1/4,巖溶濕地分布廣泛;其次,巖溶濕地與非巖溶地區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)在成因、演化、空間形態(tài)(地表、地下)和水文特征(水文過程、物質(zhì)能量轉(zhuǎn)換)及生態(tài)功能有著本質(zhì)區(qū)別,因此將兩者區(qū)分是十分必要的;此外,巖溶濕地也是巖溶生態(tài)系統(tǒng)特殊而重要的組成部分,研究其形成、演化機(jī)制和分類體系對在地表水滲漏嚴(yán)重、石漠化問題突出的我國巖溶地區(qū)一些重大的巖溶生態(tài)與工程問題(如巖溶生態(tài)重建、巖溶地區(qū)蓄水工程建設(shè)等)尤其重要和具有指導(dǎo)意義。巖溶濕地研究也是現(xiàn)代巖溶生態(tài)學(xué)、巖溶學(xué)新理論的基石。因此,其在濕地分類系統(tǒng)中理應(yīng)具有更特殊的地位。巖溶濕地就其空間分布而言,除少數(shù)巖溶水文系統(tǒng)及其排泄區(qū)位于島嶼和濱海海平面以下外,其余均分布于內(nèi)陸地區(qū),因此,巖溶濕地在濕地分類體系中應(yīng)歸屬到內(nèi)陸濕地中。考慮到其與非巖溶地區(qū)濕地在水文特征、水質(zhì)、土壤和生物生態(tài)方面存在的本質(zhì)上的差異,建議將內(nèi)陸濕地劃分為巖溶濕地和非巖溶濕地兩大類型,以便開展兩種性質(zhì)各異的濕地生態(tài)系統(tǒng)的對比、保護(hù)和修復(fù)研究。3.2人為和氣候條件巖溶生態(tài)系統(tǒng)極度脆弱,這主要是由于巖溶地區(qū)水、土(雙層結(jié)構(gòu))配置的不協(xié)調(diào)造成的。巖溶濕地生態(tài)系統(tǒng)也不例外,表現(xiàn)為濕地儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。除了