三江平原湿地农业开发的生态环境问题与区域可持续发展，本文主要内容关键词为：湿地论文,可持续发展论文,环境问题论文,生态论文,区域论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
三江平原位于黑龙江省东北部，总面积为10.89万hm[2]，是我国湿地集中分布且面积最大、类型最齐全的地区之一。该区的湿地是非常重要的土地资源，其农业开发的历史最早可追溯到元明时期。直到清初，该区的农业开发活动还很少，早期经营农业的地区也主要在今松花江、牡丹江等河谷地带， 尚未形成连片的耕地。1763—1840年，清政府为保护其“发祥之地”，实行“封禁政策”，这在客观上起到了保护湿地的作用[1]。鸦片战争以后，清政府废除了封禁政策，大批汉人涌入东北。大批汉人的涌入给该区带来了农业生产和生活方式的改变，从而使该区的农业开发活动逐渐加强。清末，该区的农业开发活动虽逐渐加强，但强度不大。1893年三江平原的耕地面积为2.9万hm[2]，仅占该区总面积的0.27％，平原区沼泽湿地大面积分布[2]。民国时期，该区的土地垦殖势头未减，不但各市县土地开垦的数量在继续增大，而且开发历史稍晚的县市土地开垦的强度也在逐渐增加[3]。至1949年，该区已有耕地78.6万hm[2]（垦殖率为7.22％），各类湿地的面积为534万hm[2]，占本区面积的49.04％[1]。因此，集中连片的湿地仍是该区的主要自然景观。自1949年以来，随着人口的增长和国家对粮食的需求，该区先后经历了4次开荒高潮，其结果是导致了湿地面积的急剧减少和耕地面积的迅速增加（表1）。全区湿地面积已由1949年的534万hm[2]减少到2000年的90.69万hm[2]（湿地率由49.04％降至8.33％）。与此同时，耕地面积则由1949年78.6万hm[2]增加到1996年的366.8万hm[2]（垦殖率由7.22％增至33.68％）。因此，集中连片的耕地已成为该区的主要自然景观。近年来，随着农业的进一步开发和人类活动干扰强度的增大，该区的生态环境问题正日益突出。表1 三江平原湿地与耕地面积变化（1949～2000）
Tab.1 Area changes of wetland and farmland in Sanjiang Plain from 1949 to 2000
湿地 耕地
年份面积
湿地率面积垦殖率
（万 hm[2]）（％）
（万 hm[2]） （％）
194953449.04 78.60
7.22
197524422.41 204.8
18.81
1983227.57 20.90 352.1
32.33
199694.66 8.69 366.8
33.68
200090.69 8.33 — —
数据来源：参考文献[1,4—7]
1 湿地农业开发的生态环境问题
1.1 湿地生态过程改变
湿地生态过程主要是指湿地生态系统的生物过程、化学过程和物理过程及其相互关系以及这些过程与湿地功能的关系[8]。长期以来， 该区由于大面积的湿地开发已经使其湿地生态过程发生了较大的变化。
1.1.1 湿地生物过程的变化
生物过程是生态系统生态过程的基础，由湿地初级生产者所进行的有机物质生产过程既是形成生物量的基础，又是推动湿地生物地球化学过程的主要原动力。在各类生态系统中，湿地是具有较高生产力的系统之一。当湿地疏干或被开发后，其生产力将发生变化。据研究，三江平原地区的湿地开垦为农田，种植大豆和小麦，净初级生产力向减少的方向发展[1]。同时，由于湿地具有地表季节或常年积水，且一年中大部分时间地下水位都高于或接近植物根系所在基质的特点，这就对分解过程，即对净初级生产的有机质分解速度阈值有着重要的影响，大于这个阈值时，则有机质积累。可见，分解和净生产之间的平衡决定着湿地生态系统中有机质是否积累及其积累的速度。此外，有机质的积累状况又反映了在初级生产和分解平衡基础上水分和温度等环境因子的作用。一般而言，这种积累在高纬度和高海拔地区的生态系统最大，而在低纬度和水热条件较好地区，由于枯落物的分解速率很快，所以有机质的积累相应的就很小。长期以来，三江平原地区由于大面积的湿地开发，不但区域气候趋于暖干[9] 而且湿地水文条件也发生了很大的变化（表现为湿地地表积水减少和地下水位下降），这就对该区湿地的净初级生产和分解之间的平衡产生很大的影响。
1.1.2 湿地化学过程的变化
湿地化学过程是指元素的各种化合物在湿地环境中所进行的各种迁移和转化过程，即物质从土壤（或大气）到植物，经分解再回到土壤（或大气）的过程。湿地化学过程是全球变化的一个的重要研究领域，同时也是地球系统科学的中心问题之一。在全球变化的今天，湿地化学过程的研究主要集中在对C、N、S、P等元素的研究上，而以C和N的研究较为活跃。长期以来，三江平原地区由于大面积的湿地开发，湿地C、N的化学过程特别是地气交换过程已经发生了很大的变化。
（1）CO[,2]的源／汇变化
在湿地生态系统中，碳以泥炭和草根的形式固定在土壤中。由于有机残体的类型以及堆积的历史时期不同，泥炭的积累速率是有差异的。有研究表明，三江平原全新世泥炭的积累速率为0.276mm/a[1]。可见，该区的泥炭沼泽湿地是碳的一个重要的“汇”，它在抵消CO[,2]在大气中的增长速度方面有着重要的作用。然而，泥炭沼泽湿地被疏干开发为农田后，土壤因水分减少而由嫌气环境变成好气环境。此时，土壤中微生物的活性增强，有机残体分解加快，泥炭层和草根层也迅速被氧化而丧失了碳的积累能力，从而由碳“汇”变成碳“源”。
（2）CH[,4]源的变化
CH[,4]是湿地地气交换最主要的温室气体之一。通过对三江平原沼泽湿地的研究发现，沼泽湿地是该区CH[,4]的一个重要的“源”，整个三江平原沼泽地CH[,4]的排放量全年在0.96Tg左右[10]。王德宣等[11] 在对该区沼泽湿地和稻田CH[,4] 排放的对比研究发现，该区稻田CH[,4]排放通量的范围为0.05～24.37mg/(m[2]·h)，平均值为6.67mg/(m[2]·h)；而毛果苔草沼泽湿地CH[,4]排放通量的范围为1.32～46.38mg/(m[2]·h)，平均值为17.29mg/(m[2]·h)，是稻田的2.5倍。而水分条件和因土地利用方式的改变所引起的土壤理化条件的变化则是导致二者CH[,4]排放通量产生差异的主要原因。
（3）N[,2]O源／汇的变化
N[,2]O释放是土壤氮素向大气输送的一个重要途径。目前，国内对天然湿地N[,2]O的研究还很小。刘景双等[12] 在对该区沼泽湿地N[,2]O 排放特征的研究发现，近地气层N[,2]O的平均浓度低于大气背景浓度，说明沼泽湿地可能是人类目前了解较少但很重要的N[,2]O汇。李仲根[13] 对该区沼泽湿地系统N[,2]O 通量特征的系统研究则进一步发现，沼泽湿地N[,2]O通量大小自碟形洼地向岛状林依次增大，从N[,2]O的汇转变成N[,2]O的源。而沼泽湿地的农业开发则促进了N[,2]O的排放。自1949年以来，该区每年因湿地农垦而增加的N[,2]O排放量为17078.75t。
1.1.3 湿地物理过程的变化
湿地物理过程主要指湿地系统内部的能量流动及其水文过程[4]。其中， 前者是生态系统得以存在的基础，因为一切生命活动都离不开能量的流动和转化；而后者则是联系系统各环节的纽带，没有以水分为载体的物理过程的存在，也就没有湿地生态系统的正常运转。湿地植物通过光合作用固定太阳能是生态系统能量的主要来源，而光合作用的速率又取决于植被内部影响光合器官的自然条件。一般而言，植被的局部环境在很大程度上是由分成显热和潜热两部分的太阳辐射所决定，而湿地中大量的可利用水，又使多数有效能量以潜热的方式散失，少数则通过增加表面温度的方式显示出来[4]。当湿地被开发为农田后， 湿地系统的物理过程将发生一定的变化。刘兴土[14] 对该区湿地开垦后的辐射平衡及小气候的研究表明，耕地表面在白天可吸收更多的短波辐射，辐射平衡值（B）略大于沼泽表面； 而夜间因沼泽有植被覆盖且空气湿度较大，其有效辐射（F）的支出略小于开垦后的耕地。当沼泽湿地开发后，气温和地温均有所提高，而贴地气层的日平均相对湿度则减少了5％—16％。
1.2 湿地生态功能下降
三江平原的淡水沼泽因其草根层和泥炭层具有很强的持水能力（饱和持水量达830％—1030％[2]）而发挥着蓄洪、削减洪峰、均化洪水过程的重要作用。该区的天然湿地特别是江河、湖泊和河漫滩沼泽蓄积了大量的淡水资源，大面积的湿地开发，不仅导致了湿地持水、蓄水和均化洪水过程功能的丧失以及洪涝灾害发生频率和危害的增大，而且湿地开发过程中的挖沟排水，又使湿地不断疏干，从而导致了湿地水文的变化，并对地下水的补给产生重要的影响。据统计，1949—1969年的21年间，该区旱灾和涝灾的发生频率分别为23.8％和33.3％；而大规模开荒之后的1970—1990年间，旱灾和涝灾的发生频率分别增至33.2％和47.9％。1960年和1981年同为大涝年且1960年的松花江洪水比1981年还大，但是1981年受灾面积却比1960年多106.7万hm[2][2]。此外，由于大面积分布的湿地对区域气候，特别是对湿地分布区域的大气温度、太阳辐射、降水以及湿度等均有着十分显著的调节作用，所以长期、大面积的湿地开垦，在一定程度上削弱了其对局地气候的调节作用。闫敏华等[5] 对大面积开荒扰动下的三江平原近45年的气候变化的研究表明，近45年来，该区年平均气温的变化呈上升趋势，而年降水量和年平均日照时数则有减少的趋势。而引发该区气候变化产生的原因，除直接影响气候的主要外部因子太阳常数、平流层火山灰的含量和大气中不断增加的二氧化碳外，更主要的是该区下垫面的变化，即大面积湿地的开发。
1.3 湿地生物多样性降低
湿地作为特殊的自然综合体，是自然界最富生物多样性的生态景观。三江平原地区因地形较复杂，并受大陆和海洋的影响而形成明显的季风气候，这就为生物的生存提供了良好的生境，使得该区有着丰富的生物多样性[1]。 但长期以来的大面积湿地开发已使该区的生物多样性面临着严重的威胁。
1.3.1 生境的破坏和破碎
生境的破坏和破碎是威胁生物多样性的主要因素之一。前者是指人类活动的负面效应作用于生境而引起的生境破坏或严重退化，其结果是许多生物因部分或完全丧失栖息地而使得某些种群规模缩小甚至灭绝；后者则是指人类活动使得一个大面积连续的生境变成面积较小的斑块，而斑块内的物种因不能适应周围的生境而不能扩散，进而形成“生境岛屿”。长期以来，该区由于湿地的大面积开发已经导致了湿地生境的破坏和破碎，使得越来越多的物种，特别是珍稀物种因失去生存空间而濒危甚至灭绝，进而弱化了生物多样性。此外，由于湿地生态系统内因食物链、网的中断或破损以及能流和物流的淤塞不畅，已经使系统的自我调节能力得到削弱，并降低了系统的稳定性和有序性。据统计，由于栖息地的破坏，该区的水禽数量相对于60年代减少了90％以上；大天鹅（Cygnus cygnus）的数量由1984年的212只下降到100多只，丹顶鹤（Grus japonensis）则由1984年的309只，下降到1995年的65只，而东方白鹳（Ciconia boyciana）的种群数量则不足50只[1,2,15]。目前，由于该区人类活动的日益频繁以及环境污染的加剧，许多珍稀动物已不再出现。
1.3.2 生物资源衰退
三江平原湿地系统有许多生物资源对人类有着直接的经济价值。就植物资源而言，按用途可将其分为药用植物、纤维植物和饲料植物等16类[15]。其中，药用植物有黄耆（Astragalus membranaceus）、泽泻（Alisma orientalis）和东北龙胆（Gentiana manshurica）等；纤维植物有芦苇（Phragmites）、小叶樟（Calamagrostis angustifolia）和各种苔草；饲料植物主要以小叶樟牧草为主。长期以来，由于湿地的开发以及人类活动的加强，该区生物资源的开发已处于过度状态。生物资源的过度开发，超过了生物的自我更新能力，不仅会导致该种生物资源的枯竭，而且还会对整个生态系统造成破坏。目前，该区湿地的绶草（Spiranthes amoena）、大花马先蒿（Pedicularis grandiflara）等已是濒危和稀有植物[15]。而多见于该区林缘、灌丛和草甸中的东北龙胆，由于连年的采挖和湿地的大面积开发，已使其资源日趋衰竭[15]。此外，由于湿地的开发，湿地中人类活动频繁，特别是捕鱼和拾卵捕雏现象随处可见，这不仅导致了鱼类资源的衰退，而且也对水禽的生存和繁殖产生极大的影响。目前，该区的鱼类资源特别是名、贵、特产鱼类资源衰退严重，表现在其种群结构发生显著变化，低龄鱼在增加，而高龄鱼在减少。据统计，该区一些中小河流的鱼类资源较20世纪70年代减少了80％以上[1,2]。
1.3.3 水分与植物群落演替
三江平原的湿地植物群落一般有对列式和同心圆式的分布特点。前者多见于河流两侧，自河流中心向河岸因积水深浅和流动状况的不同依次分布有漂筏苔草和毛果苔草群落。再向外逐渐为小叶章和苔草沼泽化草甸所取代；后者多见于各种洼地中，随着积水由深变浅，植物群落呈同心圆式向外更替。洼地中部为漂筏苔草群落，向外为毛果苔草群落，而洼地边缘则分布有小叶章、苔草沼泽化草甸。尽管二者的形式不同，但却体现了该区植物群落演替的一个共同规律，即植物群落的演替是以沼泽植被为中心，以水分为主导因子而进行的。它源于草甸沼泽化和水生植被沼泽化两个过程，即水分的增加导致了草甸沼泽化的演替过程，而水分减少则产生了水生植被沼泽化的演替过程。长期以来，由于大规模的湿地开发，三江平原近45年来年平均气温上升了1.2—2.3℃，年降水量有减少的趋势[9]。由于气候趋于暖干，地表由常年过湿转为季节性过湿，沼泽有向沼泽化草甸演化的趋势。同时，由于湿地开发过程中的挖沟排水，又使湿地不断疏干，从而导致湿地水文的变化；湿地周边地区农业开发所建设的引水工程有时也会将流入湿地的河流阻断，造成湿地的水源断流，从而导致湿地水位的下降。因此，湿地水分条件的变化对于植物群落的演替有着深刻的影响，一些水分生态幅度较窄的植物因为不能适应变化的生境而被一些水分生态幅度较宽的植物所取代。
1.4 农业生态环境脆弱化
脆弱生态环境的产生是自然因素和人为因素共同作用的结果。其中自然因素又包括基质和动能两方面，前者是生态环境构成的物质基础；而后者则是其演替的能量基础。在全球变化的今天，人为因素已成为脆弱生态环境产生的重要驱动力。当人类活动与环境承载力不协调时，生态环境处于逆向演替，形成脆弱生态环境。而沙化、水土流失、土壤肥力下降、灾害频度及强度增加等则是其重要特征。长期以来，三江平原在大面积开发过程中，由于岛状林、草甸和沼泽等自然植被的破坏，改变了原有的生境，农田失去了天然屏障，致使土壤风蚀、水蚀和沙化等生态问题日益严重。据三江平原290农场统计，沙暴日数50年代仅发生1次，60年代和70年代均发生14次，1971年该农场受风灾的面积达3.7×10[4]hm[2]。目前，三江平原地区严重风蚀面积已达34×10[4]hm[2]；另据黑龙江省水土保持研究所的调查，该区目前存在不同程度的水土流失面积达230×10[4]hm[2][1，2]； 土壤沙化区现主要分布在松花江以北的萝北和绥滨一带，该区主要由黑龙江冲积形成，一些微突起的自然堤等正地貌单元，由于表土逐年被剥蚀，露出了冲积沙质体，出现流沙，而且流沙面积有逐年扩大的趋势。此外，该区在农业开发过程中，由于重用轻养以及部分耕地受风蚀和沙化的影响，土壤肥力明显下降。据宝清示范区科技攻关课题组的研究，该县东升乡草甸沼泽土有机质含量开垦前为70—80g/kg，随着开垦年限的增加，有机质逐年减少，平均每年下降0.13％。同时，土壤中的主要营养元素N、P、K的含量也有所降低。开垦30年后，N、P、K含量的年下降速率分别为0.008％、0.002％和0.012％①。
1.5 农业环境污染突出
三江平原经过50多年的开发虽然已成为我国重要的商品粮基地，但长期以来的大规模农业活动也给该区的环境带来许多负面影响。农药和化肥是该区农业活动中大量使用的物资。尽管农药对于该区粮食的增产有着重要贡献，但由于农药的大量长期使用也对农业土壤环境带来了许多不利影响。土壤是农药在环境中的“贮藏库”与“集散地”，施入农田的农药大部分残留于土壤环境介质中，是土壤中的主要污染物之一。据统计，该区1990年的农药用量为1.55kg/hm[2]，而1994年增至2.08kg/hm[2]，平均每年增加0.13kg/hm[2]。虽然该区使用的农药多是高效低毒、低残留的农药，但是其中有些农药所含杂质或代谢物成分的毒性却很强②。因此，长期大量的使用仍会对该区的农业土壤环境和生态系统的健康构成威胁。化肥的大量使用也会对该区的环境产生许多不利影响。据研究，施入农田的氮肥仅有30％—50％被植物利用，磷肥仅有7％—15％，大部分随农田排水而进入附近的水体中[16]。 大量营养物质排入水体将会使水体环境发生很大的变化，进而导致富营养化的产生。而富营养化的直接后果就是导致水生生物的大量死亡，并使水禽的食物来源受到极大的影响。据统计，该区1990年的化肥用量平均为64.8kg/hm[2]，而1994年增至120.6kg/hm[2]，其使用量正逐年增加①。因此，该区因化肥的大量使用而产生的水体环境问题将会愈加突出。此外，地膜的大量使用也会对土壤环境产生很大的影响。据研究，残留地膜与土壤水分含量、孔隙度呈负相关，而与土壤容重呈正相关，且地膜含毒物质能够影响植物的生长。目前，该区地膜的用量正逐年增大。1990—1994年间，地膜用量的年增长率为10.5％，而其残留率则高达46.2％①。因此，残留地膜的污染已成为该区不可忽视的土壤环境问题。
2 区域可持续发展对策
2.1 正确处理湿地开发的代际公平问题
湿地的开发是为了满足当代人的需要，而保护则是为后代留下环境资产。该区早期的开发是自由、粗放的开发，到后期逐渐发展为垦建结合、全面规划和综合的开发。而该区的生态环境却并未因开发方式的改变而有所好转，相反却因湿地的大面积开发而愈加突出。可见，正确处理湿地开发的问题就显得尤为重要。但在现有的湿地中，还能开发多少，保护的比例应该多大，尚存在着不确定性。为此，在未弄清这些不确定性问题之前，应对该区的湿地给以机会成本的保留，并本着代际公平的原则，给后代人以公平利用湿地的权利。就当前的农业发展而言，其任务不再是继续湿地开发，而是走以改造中低产田为主的内涵发展之路。
2.2 保护和恢复现有湿地资源，发挥湿地生态功能
三江平原湿地在蓄水、补给地下水与维持区域水平衡、均化洪水过程和保护生物多样性等方面均有着十分重要的作用。因此，为了充分发挥湿地的生态功能，维护区域的生态平衡，该区应重视加强对现有未扰动湿地的保护工作，逐渐恢复已经退化的湿地，并使其生态功能逐渐得以恢复。此外，对于现有的湿地自然保护区应注意加强对其的有效管理，并通过增设省级或国家级自然保护区的方式，把目前及将来存在价值特别大的重要湿地保护起来。
2.3 制定并完善湿地保护和管理的政策和法规，实现公众参与
完善的政策和法规是有效保护湿地和实现湿地资源可持续利用的关键。建立行之有效的湿地管理政策对于该区湿地资源的保护和合理利用有着十分重要的意义。为此，要评估现行政策和现有法规在该区湿地保护中的作用，及时建立和完善与湿地有关的政策和法规，并在国土资源利用的整体经济运行机制下，逐步建立和完善鼓励并引导人们保护与合理利用湿地、限制破坏湿地的经济政策体系。要以法律法规的形式，明确各湿地管理机构的权限和管理分工，并规范其管理程序。此外，该区还应重视发挥媒体、群众团体和研究机构等的舆论宣传和监督作用，在不断提高公众生态环境意识的基础上，实现公众参与。
2.4 加强区域综合整治，实现生态环境的健康发展
三江平原经过50多年的大规模开发，其生态环境已趋脆弱化。因此，要实现该区生态环境的持续、健康发展，必须有计划、有步骤的加强区域综合整治工作。要根据该区湿地资源的现状，采取多方面的有效措施，尽可能地降低人类活动对湿地的负面影响。而对于风蚀、水蚀和局部沙化的治理，要采取生物与工程相结合的措施，在不断完善现有防护林体系的基础上，加大退耕还林、还草和还沼的力度。此外，该区还应合理规划与利用土地资源，逐步形成合理的农林牧业结构。同时，要十分重视对现有耕地的保育，在不断加强区域环境污染综合治理的基础上，实现区域生态环境的健康发展。
基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（KZCX3—SW—332）和中国科学院知识创新工程重大项目专题（KZCX1—SW—01）； 国家自然科学基金项目（90211003）资助。
注释：
① 宝清示范区科技攻关课题组．三江平原沼泽地合理开发利用．1990。
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