南四湖作为南水北调东线工程主要调蓄枢纽之一,在维护区域经济发展和生态平衡方面,具有重要意义。由于自然和人为两方面的因素,南四湖湿地淤积和水体污染十分严重,过度开发利用湿地资源使得生态系统结构受损,湖泊湿地生态功能退化,湿地生态效益、经济效益和社会效益降低。本文系山东省自然科学基金项目“南四湖湿地生态环境退化及驱动机理与调控研究”(Y2008E13)和南四湖水专项子课题“南四湖流域输水水质保障综合控制方案研究”资助下完成的部分成果。本研究采用宏观遥感调查与微观控制点采样方法相结合、生态系统客观存在和人类需求相结合的方法进行南四湖湿地生态系统结构、功能和服务价值研究。主要内容如下:(1)以景观生态学理论为指导、ERDAS9.0、ArcGis9.0等为主要工作平台,利用卫星遥感数据(2006年的SPOT影像数据进行现状分析,1983年、1997年和2004年的TM影像数据进行变化分析)对南四湖湿地现状和历史时期的景观类型、景观空间结构的完整性及空间格局进行分析。结果表明,1987~2006年,南四湖自然湿地面积呈减少趋势,人工湿地面积增加,非湿地类型面积增加,景观格局趋于破碎化。自然湿地(湖泊及自然水面、河流、芦苇、荷田)面积由1987年的1176.31km2下降到2006年的693.34km2;斑块数目(PN)由1987年的2917个增加到2006年的3047个;斑块密度(PD)由1987年的1.08增大到2006年的1.21个/km2;平均斑块面积(AREA_MN)由1987年的0.94 km2减小到2006年的0.83 km2;周长-面积分维数减少;蔓延度指数减少;多样性指数增加;均匀度指数增加。(2)对南四湖湿地生态系统中的生物组分和非生物组分采用实地调查和资料分析相结合的方法进行研究。由于湖泊本身为浅碟形,降水量的年际变化和季节变化很大,加之湖泊淤积和污染严重,使其生态系统结构和功能发生一系列变化。1983~2006年南四湖湿地的年生物量整体呈下降趋势,平均每年减少36.49t。其中水生维管束植物生物量下降最快,由1983年的304.63×104t下降到2006年的178.93×104t。鱼类生物量在1983~1997年是持续减少的,2004年较之前开始回升,2006年已经超过了1983年,这主要是由于2002年大旱之后进入2003、2004进入丰水期,水位回升,当地管理部门分批次投放了大量鱼苗,人为干预使鱼类资源增加。浮游植物、浮游动物和底栖动物在1983~2004年是持续减少的,2006年较2004年有所回升,但仍低于1997、1987、1983年水平。南四湖生物量的这种变化,反映了人类的围垦、养殖等活动对湿地影响由湖泊外围向湖心弱化,对外围湿地的影响最大。生态系统结构的变化也导致其物质生产、涵养水源、调蓄洪水、净化水质、大气调节和营养循环等功能不同程度受损。(3)采用H.T.Odum建立的能值理论与方法分析南四湖湿地生态系统结构和功能的整体特征。南四湖湿地的投入(包括阳光、风及雨水)量太阳能值为1.11×1021sej,产出量太阳能值为1.73×1020sej,初级生产力为1.61×1020sej,不可再生能源或资源(包括底泥和水体)为1.03×1021sej,同时,南四湖在水生维管束植物、以及鱼类产出方面生态效益价值显著。从能值投资率0.0009、净能值产出率165.23、环境负载率14.22等指标来看,南四湖湿地能值投资率低,净能值产出率高,环境负载率高,说明南四湖湿地对经济的贡献很大,区域经济发展水平较低,对环境依赖性强。(4)在结构与功能研究的基础上,确定南四湖湿地生态系统的主要服务:基础服务和社会服务,相应价值为:基础价值(物质价值、过程价值、存在价值)和社会价值(美学价值、文化科研价值)。通过有效的价值分类,应用价值量评价方法评估南四湖湿地生态系统1983年、1987年、1997年、2004年、2006年的服务价值,包括市场价格法、费用支出法、影子工程法、生产力变化法、人力资本法、生产函数法、生态价值法等。结果表明,南四湖湿地生态系统多年平均的服务价值为1026.17×107$。总服务价值在研究时段内呈现波动变化,由1983年的1018.51×107$增加到1987年的1116.09×107$,之后下降到2004年的1001.00×107$,2006年上升到1028.91×107$,但是总服务价值整体趋向减少,平均每年减少9.43×107$。南四湖湿地生态系统服务价值整体趋向减少,说明在研究时段内该系统是不断退化的。从价值构成看,过程价值比重最大,占到总价值的71.65%;其次是物质价值,约为17.72%;存在价值和社会价值最低,仅占总服务价值的5.29%和5.34%。该构成说明南四湖湿地生态系统过程对当地社会经济贡献最大,其次是物质功能,而对其存在价值和社会价值认识尚不足。(5)针对南四湖湿地生态系统结构、功能和服务价值的变化,分析其变化的驱动力,除区域降水量变化大、水文水资源状不稳定,湖泊本身为浅碟形、调蓄能力较低,以及生物腐烂淤高之外,人类活动对南四湖湿地的负向干扰是其生态系统变化的主要原因。调水、围垦、养殖、流域水体污染是人类干扰的主要方式。其根源在于人口变化、贫困、市场失灵、经济政策与结构和发展模式及偏好等五个方面。采取合理配置水资源、污染控制、湿地生态修复等措施,制定合理的政策与制度、建立完善的市场机制等可望有效调控人类活动对南四湖生态系统的影响,使湿地生态系统状况根本好转。综合上述研究,在全球变化背景下,南四湖湿地的自然环境变化剧烈,并且随着社会经济的发展,人类活动的影响南四湖湿地的影响越来越全面、越来越深入。南四湖湿地范围萎缩,景观趋向破碎化,其生态系统的结构受损,功能相应变化,服务价值不稳定并呈现出下降趋势,表明南四湖湿地的整体生态和环境在不断退化。2003年成立自然保护区和南水北调东线工程的实施使得南四湖保护和治理力度加大,湿地生态环境开始好转。但是,由于湖泊自身反馈需要较长时间以及社会经济发展的惯性,南四湖湿地生态环境退化程度得到控制,但尚未根本好转。采取合理配置水资源、污染控制、湿地生态修复等措施,制定合理的政策与制度、建立完善的市场机制等可望恢复南四湖湿地生态系统的结构和功能,保证其生态服务的稳定和提高,从而为人类提供更多的福利。对南四湖湿地生态系统结构、功能和服务价值的研究,丰富了湿地生态系统研究的内容,为南四湖湿地生态系统的保护和恢复提供了理论依据和应用参考。