【科學網】創(chuàng)新修復技術 建立標準規(guī)程
綜合恢復技術體系讓東北濕地重現生機
沼澤是最主要的濕地類型，被看成是生態(tài)安全的重要基石。東北平原是我國三大天然沼澤集中分布區(qū)之一，現有沼澤面積占全國的10.91%。以往東北平原濕地面積更大，但“不到40年，東北平原沼澤面積減少近六成，其中三江平原和松嫩平原分別減少八成和五成；現有沼澤也存在不同程度的退化。”中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所（以下簡稱東北地理所）研究員武海濤告訴《中國科學報》，自2004年國家加強濕地保護管理，要求建立退化濕地修復制度、實施濕地保護修復工程以來，武海濤及其團隊進一步意識到沼澤退化的嚴重性和濕地恢復的迫切性。
作為中國科學院扎根在東北、以濕地科學研究見長的研究機構，東北地理所身上的擔子顯然更重了。尋找原因，研發(fā)技術，建立標準……武海濤及其所在的團隊迅速投入沼澤恢復工作，希冀使這塊“東北區(qū)域生態(tài)安全的重要基石”發(fā)揮應有作用。
功夫不負有心人。歷經十年攻關，這支研究團隊開展了內陸沼澤退化特征和關鍵恢復技術研究，推動了沼澤恢復由單一要素向結構完整和功能穩(wěn)定發(fā)展，創(chuàng)建了多要素綜合恢復技術體系，使東北平原沼澤重現生機。在日前公布的2020年度吉林省科學技術獲獎項目名單中，東北地理所牽頭完成的相關項目獲得科學技術進步獎一等獎，武海濤是第一完成人。
研究人員開展恢復濕地生態(tài)監(jiān)測。 中科院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所供圖
人類活動貢獻率超六成
人們對沼澤的認識是從開發(fā)利用其泥炭資源開始的，由于其土壤發(fā)育泥炭層或潛育層等特征，表現出與河流、湖泊等濕地不同的生態(tài)價值和經濟利用價值。到了1971年《濕地公約》簽署實施，沼澤保護修復成為研究熱點。隨著氣候變暖成為共識，其研究熱度不減。
在我國，對沼澤濕地的研究也是沿著這樣的趨勢進行的。
武海濤所在的學科團隊長期從事濕地科學研究，我國著名濕地學專家、東北地理所研究員呂憲國是該團隊學術帶頭人。團隊研究發(fā)現，人類活動對東北平原內陸沼澤退化的貢獻率為66.9%，其中墾殖侵占、道路阻隔、溝渠排水是主導因素，占該貢獻的79%。
武海濤告訴《中國科學報》，人為干擾主要通過改變沼澤水文連通和生物連通，驅動沼澤生態(tài)系統(tǒng)退化。
然而，東北平原沼澤具有明顯的地理區(qū)域差異，松嫩平原是典型的內陸蘇打鹽堿化沼澤，三江平原為淡水沼澤。因此，恢復前研究團隊要先厘清不同類型沼澤的主要限制因子。
“我們確證了局域尺度水文地貌條件是沼澤演替的決定因素。而水文地貌條件改變驅動生境格局變化，引發(fā)生物群落演替。”武海濤表示，修復和維持自然水文情勢和環(huán)境梯度是退化沼澤恢復的關鍵。
事實上，對于退化沼澤恢復，自然恢復無疑是首選方法，“但不適合東北沼澤恢復歷時長、自然演替慢的基本特征；以往人工恢復多依賴筑壩蓄水、大水漫灌等粗放措施，亟須針對性強和自然屬性高的恢復技術。”東北地理所研究員佟守正介紹說。
于是，武海濤團隊提出近自然綜合恢復。所謂“近自然”，主要指恢復措施的近自然，減少大規(guī)模擾動；同時也指恢復后濕地生態(tài)系統(tǒng)結構和組成的近自然，是恢復效果的標準。
基于這樣的思路，武海濤及其團隊成員集中開展了內陸沼澤退化特征和關鍵恢復技術研究。
從單一技術到技術體系
在研發(fā)相關技術前，首先要判定沼澤的退化程度。
東北地理所副研究員安雨介紹，沼澤化草甸和退耕還濕地等非常年淹水沼澤的退化判定，以土壤種子庫為核心指標。退化沼澤土壤種子庫物種數占自然沼澤的70％以上，且種子庫密度為自然沼澤的60％以上，判定為輕度退化，否則為重度退化。
除了土壤種子庫作為判定方法外，研究人員采用生物完整性理論和方法，引入了沼澤無脊椎動物完整性指數判定方法，應用于常年淹水型的退化沼澤。以參照自然沼澤完整性指數值的25%分位數作為健康基準值，≥25%分位數值認定為無退化，對＜25%分位數的值進行等分，判定輕度和重度退化。
不同退化程度的沼澤，采用的方法有所不同。東北地理所副研究員劉波介紹，輕度退化沼澤具有自然恢復潛力，采用自然恢復模式。重度退化沼澤則采用自然人工干預近自然恢復模式。
遵循這一規(guī)律，武海濤團隊研發(fā)了一系列技術，如基于水土精準調控的生物群落定向快速恢復技術、以微地形地貌修飾為核心的復合生境近自然構建技術、以核心節(jié)點和關鍵廊道恢復為支撐的生態(tài)網絡構建技術等。
以生態(tài)網絡構建技術為例。研究團隊集成創(chuàng)新“阻塞疏通、局部擴挖、節(jié)點深化、區(qū)域滯水”生態(tài)廊道技術，實現水源地與退化沼澤之間以及沼澤內部的水文聯系、物質交換和生物連通。生態(tài)廊道在松嫩平原洮兒河、烏裕爾河流域和三江平原濃江河、撓力河流域沼澤區(qū)進行了研發(fā)應用。沼澤生態(tài)網絡技術在松遼平原白鶴等珍稀水禽遷徙停歇地和三江平原東方白鸛繁殖地得到應用示范。
三江平原退耕還濕地恢復效果。 中科院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所供圖
為沼澤“負責到底”
自2010年開始，武海濤團隊研發(fā)了系列關鍵創(chuàng)新技術，經過逐步完善和試驗示范后，在東北平原內陸沼澤分布區(qū)的多處國際重要濕地、國家級濕地自然保護區(qū)和國家濕地公園得到大規(guī)模推廣與應用。例如，在松嫩平原和三江平原建立了核心示范區(qū)，作為主流恢復技術在東北平原內陸退化沼澤得到了大面積推廣。
據武海濤介紹，如果根據國際重要沼澤濕地生態(tài)服務價值標準5.1萬元/公頃來計算，恢復后沼澤總效益達上百億元。
在系列創(chuàng)新成果試驗示范期間，該團隊依據退化沼澤恢復的技術流程和優(yōu)先序，界定相關關鍵技術參數，形成了沼澤濕地恢復技術規(guī)程，優(yōu)化了近自然綜合恢復技術方案，并形成了吉林省、黑龍江省相關地方標準6項。
針對沼澤恢復后監(jiān)測與管理不足，缺少集信息收集、效果評估和信息反饋為一體的管理平臺，東北地理所副研究員薛振山介紹，他們利用“互聯網+”、GIS 技術、數據挖掘技術、面向對象的編程技術，創(chuàng)建了退化沼澤恢復管理信息系統(tǒng)，實現多源數據的集成分析、快速評估、恢復沼澤連續(xù)跟蹤監(jiān)測和恢復成果定量對比等功能；并開發(fā)基于 Android 智能移動系統(tǒng)的恢復沼澤管理平臺，實現了恢復評估指標快速采集、實時監(jiān)測、高效調控和有序管理。
更為關鍵的是，“基于東北地理所濕地學科優(yōu)勢地位和沼澤恢復的系列創(chuàng)新成果，一批國家和地方科技創(chuàng)新平臺相繼在東北地理所設立，如中國科學院與國家林業(yè)和草原局共建的‘濕地研究中心’、長白山濕地與生態(tài)吉林省聯合重點實驗室和吉林省寒區(qū)人工濕地構建與美麗鄉(xiāng)村建設工程研究中心等。”東北地理所所長姜明研究員說。
據悉，相關研究成果在國家重點研發(fā)計劃“東北典型退化濕地恢復與重建技術及示范”等國家和地方項目共同資助下完成，是東北地理所在東北典型退化濕地恢復關鍵技術與功能提升方面取得一項重要創(chuàng)新成果，將為推動東北平原濕地生態(tài)系統(tǒng)保護和修復工程的實施提供科技支撐，滿足服務區(qū)域生態(tài)文明建設重大需求。
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