第1章绪论
1.1湿地定义与生态特征
1.1.1湿地定义
湿地是重要的国土资源和自然资源，它不仅为许多动植物提供了独*的生境，也是人类*重要的生存环境之一，与人类的生存、繁衍、发展息息相关。根据1971年在伊朗签订的《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》首次发表的《全球湿地展望》，全球内陆和滨海湿地面积超过1210万km2，虽然仅占地球陆地表面面积的8%左右，却为全球约40%的物种提供栖息和繁殖生境，在保障全球生物多样性和维持人类生存发展等方面发挥着重要作用。地球上的生态系统按基质、成因或区域划分，湿地生态系统都是其中极其重要的组成部分（何池全，2003）。由于湿地分布的广泛性，面积和区域的差异性，淹水条件的易变性，以及湿地边界的不确定性，再加上湿地是多学科研究对象，不同国家、不同地区、不同学科对湿地研究的侧重点不同，国际上没有形成统一的湿地概念（吕宪国和李红玉，2004；何池全，2003）。在世界各国先后出现的100余种湿地的定义中，被普遍接受的是《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》中给出的湿地的定义（陈克林，1995）：湿地是指不论其为天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地或水域地带，带有静止或流动的淡水、半咸水、咸水水体者，包括低潮时水深不超过6米的水域。湿地生态系统则是指在特定的湿地环境中，湿地的各种动态组分（包括湿地动物、植物及微生物群落）之间及这些动态组分与其无机环境之间，通过能量流动和物质循环而相互作用的统一整体。
1.1.2湿地生态特征
1.湿地生态系统结构
同其他生态系统一样，湿地生态系统的成分一般可以概括为生产者、消费者、分解者和非生物环境四种。湿地生态系统结构是指构成湿地生态系统的生产者（包括湿生植物、中生植物和水生植物）、消费者（湿地动物）、分解者（微生物）在时间和空间上的分布与配置，以及各组分间能量、物质、信息流的传递途径及传递关系（陆健健等，2006；吕宪国和李红玉，2004）。湿地生态系统结构主要包括群落结构、营养结构、景观结构三个重要方面（吕宪国和李红玉，2004）。
2.湿地生态系统过程
湿地生态系统过程是指生态系统物质循环和能量流动的动态过程（Lovett et al.，2005；Chapin et al.，2002）。其中：物质循环过程主要包括水循环、碳循环、氮循环、磷循环和硫循环等过程，主要指生物地球化学及营养物质次生代谢过程；能量流动过程主要包括物理过程和生物过程，具体包括初级生产、次级生产和分解过程。探明湿地的发生、发展机制有利于更好地认识生态系统的功能（吕宪国和李红玉，2004）。
3.湿地生态系统功能
湿地生态系统功能是湿地生态系统结构、过程相互作用的结果（Chapin et al.，2002；Turner et al.，2000）。它不仅取决于湿地内部的生物组分和非生物组分，也取决于湿地内部影响物质循环和能量流动过程的物理（水过滤，输沙）、化学（氧化、还原）及生物（光合）组分之间的相互作用。它本身可以是发生在湿地内部的各种过程，又可以是湿地内部各种过程的表现形式，可以提供满足和维持人类生存和发展的条件和过程（吕宪国和李红玉，2004），也是生态系统提供产品和服务的能力的体现。
4.湿地生态系统服务
生态系统服务概念自提出以来，经历了萌芽及快速发展阶段。随着生态系统服务研究的不断深入，生态系统中间服务（intermediate services）和*终服务（final services）的概念区分受到广泛关注，从理论上避免了生态系统服务价值重复计算，为生态系统服务权衡关系和生态系统服务供需耦合机制研究提供了重要的理论基础。湿地生态系统服务是指湿地生态系统对人类福祉效益的直接或间接贡献（Kumar，2011）。这个定义的两个关键要素是：①湿地生态系统服务必须是从湿地生态系统中获得，是一种生态现象；②并非所有的湿地生态系统服务都必须被直接利用（Fisher et al.，2009）。根据千年生态系统评估（millennium ecosystem assessment，MEA）：湿地为人类提供了食物、淡水、纤维、燃料、木材及基因物质等产品服务；气候调节、空气质量改善、洪水调蓄和水质净化等调节服务；休闲娱乐、科研教育、生物多样性保护等文化服务；营养物质循环、水循环、土壤有机质形成、初级生产等支持服务。供给服务和文化服务通常是直接影响人类福祉的*终服务。调节服务既可以是中间服务，又可以是*终服务，取决于生态系统服务的受益者。例如：水质净化服务对于维持人类基本生活的饮用水而言是中间服务；洪水调蓄和风暴防护因直接影响人类的福祉而成为*终服务。而支持服务与其他三种服务的区别在于，它对人类的贡献是通过其他三种服务间接表达的。
1.2水利工程建设对湿地生态的影响
1.2.1水利工程建设情况
截至2019年底，我国已基本建成较为完善的水利工程体系，规模和数量跃居世界前列。各类水库从新中国成立前的1200多座增加到近10万座，总库容从200多亿m3增加到近9000亿，5级以上江河堤防达30多万km，是新中国成立之初的7倍多（马晓媛，2019）。截至2019年底，全国共有水库98112座，总库容8983亿。其中：大型水库744座，库容7150亿；中型水库3978座，库容1127亿；小型水库93390座，库容706亿。全国共有水电站46000多座，装机容量35804万kW，其中农村水电站（装机容量在5万kW以下的水电站）45445座，装机容量8144.2万kW。全国已建成5级及以上江河堤防（即保护对象防洪标准≥10年）32.0万km，保护人口6.4亿人，保护耕地4190.3万hm2。全国已建成流量5m3/s及以上水闸103575座，其中大型水闸892座。按照水闸类型分，分洪闸8293座，退（排）水闸18449座，挡潮闸5172座，引水闸13830座，节制闸57831座（中华人民共和国水利部，2020）。
1.2.2对湿地生态的影响
水利工程是国民经济基础设施的重要组成部分，在防洪安全、水资源合理利用、生态环境保护和推动国民经济发展等方面具有不可替代的作用。为了满足社会防洪、发电、灌溉、航运等需求，人类大量建造大型水坝和小水电站（Chenetal.，2016；Nilssonetal.，2005），导致产生和维持湿地生态系统生物多样性的水文情势、水环境、地貌形态、沉积态均发生显著改变（Wuetal.，2013；.u.eketal.，2012；Donohue and Molinos，2009；Poffetal.，2007）。例如，水库的削峰补枯作用弱化了洪水的脉冲作用，减少了河道与湿地间的水量交互，致使河流对湿地的补给水量逐渐减少，湿地面积逐渐下降，湿地生态逐渐退化（郑越馨，2020）。此外，在水库防洪泄水期，水库的调蓄对大坝下游自然状态下的水文过程产生了显著干扰，使下游湿地动植物生境因上游来水量和频率不稳定而遭到毁坏，进而导致湿地生态系统结构改变、生物多样性下降、生态服务价值降低等一系列生态环境问题（Grumbine and Pandit，2013；V.r.smartyetal.，2010）。因此水利工程造成的通道阻隔及水文情势的变化对湿地生态的影响*为深远及广泛。
1.通道阻隔
通道阻隔主要通过截流、拦沙、阻物三大方式来对湿地生态系统造成深远的影响。
截流即为截断水流，即通过修建水库和堤防，拦截水源使得湿地与周围的水力联系减少甚至中断，湿地变干、萎缩。如在河口区域，水利工程的截流效应会使地表盐分难以向下游排泄而加剧湿地盐碱化（吕金福等，2000）。拦海大堤的修筑，导致入海淡水减少，淹没深度及淹没时间过长，致使适宜翅碱蓬生长的湿地范围逐渐缩小（李波，2006），从而导致辽河河口红海滩退化。此外，在气候干旱的年份，辽河口拦河大闸关闸断水，由于河口没有足够淡水补充，河口海水盐度升高，致使翅碱蓬生长区吸附和渗透了大量潮汐海水。土壤水分蒸发使地表积盐，造成湿地盐渍化，超出了翅碱蓬生长的耐盐极限，从而引起翅碱蓬群落退化死亡（李忠波，2002）。
水利工程通道阻隔导致上游来沙减少，即产生拦沙效应，致使河道泥沙淤积速度放缓，从而造成工程下游湿地组成和湿地植被演替过程发生改变，进而影响通江湖泊湿地演替的趋势和方向。例如三峡工程蓄水后，2003～2012年入库沙量与1990年前均值相重大水利工程湿地生态保护与修复技术比减少58%，坝下宜昌站年均输沙量较三峡工程蓄水前平均值减少90%；三峡工程建设前，其他流域众多大坝的修建和水土保持等工程引起的入海泥沙通量下降已经将长江口水下三角洲推到淤—蚀转变的临界状态，而三峡工程在一定程度上加速了这种淤—蚀转变（中国水电工程顾问集团有限公司，2014）。因此长江上游来沙减少可能导致河口湿地淤涨减缓甚至侵蚀，河口湿地功能减弱或丧失。同样，在三峡工程建设后，洞庭湖淤积速度减缓，湖区植物群落逐渐由快速演替转化为慢速演替，即群落演替的主要模式由淤积较快的“水生植物—鸡婆柳—芦苇—木本植物”演替模式转化为淤积较慢的“水生植物—虉草或薹草—芦苇—木本植物”演替模式（黄维和王为东，2016）。
通道阻隔的阻物效应为大坝、水库、堤防等水工建筑物通过阻断不同能级水生生物的迁徙、洄游、产卵路径及物理化学营养物质的输送通道，致使水生栖息地破碎化，进而产生鱼类种群种类与数量下降、等位基因持续丢失、遗传结构变化等负面影响（Kitanishi et al.，2012）。基于此，间接对与其相关生态系统服务的提供产生不利影响，引发河流水生生态系统退化（Lin and Qi，2017；Dugan et al.，2010）。
2.水文情势变化
水是湿地生态系统中*重要的物质迁移媒介，是决定及维持典型湿地类型、湿地生物组成和湿地过程的重要因素（崔丽娟等，2011a）。湿地水文是控制湿地发展、类型分异和维持湿地存在的*基本因子（张明祥，2008），是湿地*重要的生态过程（王兴菊等，2006）。湿地水文过程能够影响湿地的物质和能量交换，控制湿地的形成、发育与演化，改变湿地的生物、物理和化学特征（崔丽娟等，2011a；王兴菊等，2006）、湿地生物的区系类型、湿地生系统的结构和功能。湿地的水文功能是指与湿地的水文过程相关的支撑和保护自然生态系统结构、过程、功能和服务的能力，主要包括提供水源、补充地下水、调蓄洪水、净化水质、调节气候、保护河湖岸带等功能，其独*的水文功能对维持流域生态系统的健康和改善区域生态环境具有十分重要的意义（张明祥，2008）。
湿地水文情势是指湿地内降水、蒸散发、径流、出流量及其地表和地下水位等随时间的变化情况（冯夏清和章光新，2010）。湿地水文情势在湿地生态系统的演替过程中处于支配地位，水文情势主导着冲刷、沉积、淹没等物理过程，并影响着营养盐、pH、固体悬浮物等水质要素的变化，在很大程度上决定着湿地生境的时空分布，塑造生物群落及其生态过程（Naimanetal.，2002）。目前，伴随着全球气候变化和人类活动的双重影响，湿地水文循环过程越来越复杂（章光新等，2008），湿地水文情势变化对生态系统功能的复合影响越来越严重，湿地生态系统结构和功能随之表现出脆弱化和退化的特点（董李勤和章光新，2011）。高水位的淹没过程可阻止植被扩张，避免湿地生态系统过快地向陆地生态系统演化。但水位过高则会水漫堤岸，威胁生态安全；反之，水位过低则会出现湖泊干涸化，水生植被演替为旱生植被，甚至造成土地裸露进而发生湿地退化。同时，水利工程的建设及运行等人类活动直接或间接影响水文过程，造成湿地水文要素的变化。水文情势改变会伴随着沉积物和泥沙含量的变化，直接导致湿地土层和形态甚至结构的改变，从而引起水土流失、湿地生态环境恶化等生态环境问题，进而对原有生物生存
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