扎龙湿地生态环境需水量研究

口 王教河 李青山 李兴春

　　扎龙湿地是我国1992年被最早列入国际重要湿地名录的7个湿地之一，总面积2100km²，其中湿地面积1240km²，是一个以鹤类等大型水禽为主体的珍稀鸟类和湿地生态类型的国家级自然保护区，也是世界鹤类基金会的鹤类生态研究基地之一。近几十年来，扎龙湿地的生态环境状况不断发生着变化，目前面临着入境水量减少、植被严重退化、鸟类数量减少、鱼类资源枯竭等问题，直接威胁着湿地的健康持续发展。

　　一、湿地生态环境需水量计算方法

　　1.湿地生态环境需水量

　　从广义而言，湿地生态需水量是指湿地为维持自身发展过程和保护生物多样性所需要的水量。具体包括：湿地植物需水量、湿地土壤需水量、湿地动物需水量、野生生物栖息地需水量及生态地质过程需水量等；从狭义而言，湿地生态需水量是指湿地每年用于生态消耗而需要补充的水量，即补充湿地生态系统蒸散需要的水量。

　　广义的湿地生态环境需水量就是湿地为维持自身存在和发展以及发挥湿地应有的环境效益所需要的水量，包括湿地给生态环境所应提供的功能、用途和属性所需要的水量。狭义的湿地生态环境需水量是指补充湿地生态系统每年消耗的水量。

　　2.湿地生态环境需水量计算方法

　　根据湿地生态需水量和环境需水量的含义，湿地生态环境需水量计算需要考虑各分量的计算，然后再综合得到总的需水量。

　　(1)湿地植物需水量
　　湿地植物需水量包括四部分：植物同化过程耗水和植物体内包含的水分、蒸腾耗水、湿地植株表面蒸发耗水以及土壤蒸发耗水。其中蒸腾耗水和土壤蒸发是最主要耗水项目，占植物需水量的99%，其他两项仅占1%。因而把植物需水量近似理解为植物叶面蒸腾和棵间土壤蒸发的水量之和，称为蒸散发量。从理论上可表达为：

式中，W_p为植物需水量，ET_m。为蒸散发量，t为时间，多以月为单位。

　　(2)湿地土壤需水量
　　湿地土壤需水量与植物生长及其需水量密切相关。植被密集的湿地(如沼泽、草甸)和植被稀疏或滩涂湿地计算土壤需水量的方法有差异。土壤含水量是计算土壤需水量的基础和依据，湿地土壤含水量通常用以下公式计算：

　　土壤储水量：

式中，S为土壤储水量(mm)，0.1为单位转换系数，We为土壤容积湿度，h为土层厚度。

　　(3)野生生物栖息地需水量
　　野生生物栖息地需水量是鱼类、鸟类等栖息、繁殖需要的基本水量。以湿地的不同类型为基础，找出关键保护物种，如鱼类或鸟类，根据正常年份鸟类或鱼类在该区栖息、繁殖的范围内计算其正常水量，为避免与湿地土壤需水量的重复，这里只计算地表以上低洼地的蓄水量(满足野生动物栖息、繁殖的水量)。

　　根据所提出的理想需水量和最小需水量概念，其野生生物栖息地需水量可表示为：

式中，A_b为湿地区正常年面积，A_t为洪水期湿地面积，A_m为枯水期湿地面积，T₁为洪水期水平面高度，T₂为枯水期水平面高度，B为正常年水平面高度，δ₁、δ₂分别为水平面高度订正系数。

　　二、扎龙湿地生态环境需水量计算

　　1.计算条件

　　(1)计算范围
　　湖泊水生生物除自身生长繁殖需水外，还需要保持一个重要的水生生态环境的空间一一水生生物栖息地，为许多水生生物提供必需的生息空间、产卵和越冬的场所。湖泊水位下降导致湖泊生态环境恶化，湖泊干涸将对湖泊生态系统造成毁灭性的破坏。因此，维持扎龙湿地湖泊正常水位和补充湖泊生态系统蒸发与渗漏消耗的水分应计人湿地生态需水的统计范围。

　　扎龙自然保护区湿地沼泽周围以地表水和地下水为主要补给来源的天然植被，包括湿地芦苇、盐生和中生灌丛及部分草甸草地，既是自然保护区的生态屏障，又是核心区重要动植物种类资源的栖息地，这部分天然植被维持正常生长和更新需要消耗的水分应计人湿地生态需水的统计范围。根据扎龙自然保护区湿地植被的基本特征，亦即沼泽类型以草丛沼泽为主，而草丛沼泽中以芦苇群落为主，还分布有小面积苔草群落、香蒲群落、菖蒲群落等。所以，以芦苇的基本特征计算生态需水量是合理的。

　　由此可见，在扎龙自然保护区湿地需计人生态需水的主要类型是自然保护区的全部湿地湖泡、明水沼泽和依赖地表水或地下水补给的天然植被、芦苇沼泽和湿地土壤等。

　　(2)湿地面积
　　湿地面积变化是湿地状态的重要指标，受到自然和人类的复合干扰。根据全国土地资源分类系统标准，对扎龙湿地不同时期(1986-2002年)的土地利用状况进行遥感解译，得出扎龙湿地不同土地类型的面积。

　　(3)降雨量、蒸发量和蒸腾量的确定
　　降雨量和蒸发量是计算湖泊(水库)、明水沼泽生态环境需水量的基础；蒸腾量是计算芦苇沼泽生态环境需水量的基础。扎龙湿地降雨量引自乌裕尔河下游进入扎龙湿地龙安桥水文站和扎龙湿地出水烟筒屯站的资料；水面蒸发量引自乌裕尔河下游进入扎龙湿地龙安桥水文站的资料；芦苇蒸腾量引自齐齐哈尔气象站的资料。

　　2.需水量计算

　　(1)适宜生态环境需水量
　　维持现状并逐步改善生态环境是确定扎龙湿地适宜生态环境需水量的基础。

　　根据扎龙湿地12张卫片的解译成果和2002年土地利用结构下扎龙自然保护区管理局的意见，确定扎龙湿地湖泡、明水沼泽和芦苇沼泽的适宜面积分别为93km²、343km²、965km²。统计计算此范围内所有湖泡、植被均处于良好的生长和更新状态所需蒸发、蒸腾消耗的水量。水分供应满足在这个水平时，就可维持现状湿地湖泡、植被不再萎缩与退化，珍稀濒危动植物及其栖息地得以保护。所以将93km²、343km²和965km²作为维持良好生态环境所需适宜面积。

　　由于5-9月多年平均降雨量为367.5mm，全年多年平均降雨为418.8mm，其他月份需扣除的水量为51.3mm。对应的芦苇湿地面积应扣除的水量为0.50亿m³，因此扎龙湿地的适宜生态环境需水总量为5.05亿m³。

　　(2)最小生态环境需水量
　　最小生态环境需水量是系统维持自身发展所需的最低水量，低于这一水量，对应的生态系统就会逐渐萎缩、退化甚至消失。自然保护区核心区是划定自然保护区需保护珍稀、濒危动植物的核心区域，如果核心区遭到破坏，保护区也就失去了存在的价值。因此维持核心区的功能不发生变化的根本条件，就是维持核心区适宜面积下各生态系统所需的生态耗水量。此生态耗水量即认为是扎龙自然保护区湿地的最小生态环境需水量。

　　同适宜生态环境需水量计算，核心区的需水量也应扣除重复计算的水量，对应的扣除量为03.4亿m³，因此核心区对应的最小生态环境需水量为224亿m³。

　　(3)不同保证率下的最小生态环境需水量
　　根据适宜需水量的确定的原则，核心区适宜面积对应的生态环境需水量即为整个湿地的最小生态环境需水量。由于适宜生态环境需水量为维持现状的多年平均结果，而最小生态环境需水量则在考虑多年平均的基础上必须考虑降雨的频率概念，并增加此部分的水量，否则计算的最小生态环境需水量将不能满足需要。

　　由降雨的频率分析结果，75%频率对应的全年降雨量为349.7mm，多年平均年降雨为418.8mm，因此需增加的降水量为69.1mm，对应面积需增加的水量为0.32亿m³，故75%频率对应的最小生态环境需水量为2.56亿m³。95%频率对应的降雨量为277.7mm，因此需增加的降水量为141.1mm，对应面积需增加的水量为0.65亿m³，故95%频率对应的最小生态环境需水量2.89亿m³。

　　三、初步结论

　　计算结果表明，扎龙湿地自然保护区的生态环境需水量为5.21亿m³～5.92亿m³；核心区生态环境需水量为2.08亿m³～2.35亿m³。其中扎龙湿地自然保护区的适宜生态环境需水量为5.05亿m³、最小生态环境需水量为2.56亿m³～2.89亿m³。

　　在本研究的过程中，采用了分类计算相叠加的方法。该方法经过西北、黄河等地区的应用改进已经趋于成熟，是在我国自然条件下形成的一个非常成功的方法。在扎龙湿地生态环境需水研究中，结合东北寒冷地区的特点又对该方法进行了一些改进，特别是这个地区的区域划分、蒸散发量的定量等方面，因此得出的结果是相对合理的。

　　湿地生态环境保护的目标是生态环境需水量计算的重要指标。本研究通过统计分析历史上土地利用的资料，得出土地利用演变的过程，从而确定不同水平年的土地利用规划目标，也就是湿地的保护目标，然后计算相应的生态环境需水量。这个工作是一个综合的过程，既包括了自然条件的演变，又考虑了人类的干扰过程，具有综合性和客观性。　■

(作者单位：王教河为水利部松辽水利委员会，李青山、李兴春为松辽流域水资源保护局)
责任编辑 李计初