湖濱濕地恢復(fù)方案研究綜述

張淑霞，周虹霞，陳靜

(云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明650034)

湖濱濕地恢復(fù)方案研究綜述

張淑霞，周虹霞，陳靜

(云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明650034)

在查閱國內(nèi)外湖濱濕地恢復(fù)資料的基礎(chǔ)上，以恢復(fù)濕地水質(zhì)凈化和野生動物棲息地功能為雙重目的，整理形成了適用于我國富營養(yǎng)湖泊湖濱濕地的恢復(fù)方案，從恢復(fù)濕地的設(shè)計(jì)、恢復(fù)的前期處理、恢復(fù)過程中的植物種植與管理、恢復(fù)后的維護(hù)管理和生態(tài)監(jiān)測等5個階段進(jìn)行了恢復(fù)技術(shù)的綜述與探討。

湖泊水陸生態(tài)交錯帶;濕地恢復(fù)方案;野生動物棲息地

1 湖濱帶的功能與退化原因

湖濱帶又被稱為湖泊水陸生態(tài)交錯帶，是連接湖泊水域生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)的功能過渡區(qū)，其空間范圍主要取決于周期性水位漲落時湖濱干濕交替變化的空間結(jié)構(gòu)［1］。按地形條件可劃分為河口型、堤防型、灘地型(湖濱濕地)和陡岸型(如巖岸和礫石型)等類型［2］。湖濱帶水深、底質(zhì)類型、風(fēng)浪和水位等環(huán)境因素的多樣化使多種水生植物在湖濱濕地得以生長，包括濕生喬木、濕生灌草、挺水植物、沉水植物、浮葉植物等。這些水生植物不僅增加了湖泊的生物多樣性，也為其它生物提供了賴以生存的棲息環(huán)境，因此使湖泊的生物多樣性得以大量增加［3］。除了為生物提供棲息地外，湖濱帶還具有凈化水質(zhì)、消浪護(hù)岸和供人類文化娛樂的功能［4］。湖濱生物棲息地被破壞后，會使湖濱帶食物網(wǎng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動發(fā)生改變，進(jìn)而可能改變?nèi)鷳B(tài)系統(tǒng)［5］。因此，湖濱帶濕地的恢復(fù)是整個富營養(yǎng)湖泊生態(tài)修復(fù)中必不可少的重要組成部分［6］。

對世界上的大部分湖泊來說，對湖濱帶干擾最嚴(yán)重的因素為湖泊水位的人工控制、防浪堤的修建、休閑娛樂活動、富營養(yǎng)化和淤積，這些干擾導(dǎo)致了湖濱帶植物的退化［4］。湖濱帶對于湖岸線的改變、水位、水位變化形式等人類活動因素十分敏感。當(dāng)湖泊的水位被人為控制用以發(fā)電和蓄洪后，水位頻度和幅度的非自然波動可能導(dǎo)致湖濱帶自然植被的喪失，以及隨后的湖岸侵蝕。例如，水位的人為控制已經(jīng)被認(rèn)為是最顯著的影響北美大湖(Great Lakes)湖濱植物生長的人為因素［7］;春季人工高水位控制使日本琵琶湖水生植物發(fā)芽率顯著降低，是該湖泊水生植被衰退的主要原因［8］。湖泊水位的嚴(yán)重下降則使湖岸挺水植物徹底消失，從而也減少了大型底棲無脊椎動物和魚類的棲息地，或者一些魚類的產(chǎn)卵場消失，或者產(chǎn)下的魚卵被曬干。

2 湖濱濕地恢復(fù)的進(jìn)展情況

濕地恢復(fù)是指通過生態(tài)技術(shù)或生態(tài)工程對退化或消失的濕地進(jìn)行修復(fù)和重建，再現(xiàn)干擾前的結(jié)構(gòu)和功能，以及相應(yīng)的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性，使其發(fā)揮應(yīng)有的作用;包括低位沼澤、湖泊、河緣、河流和紅樹林等濕地類型的恢復(fù)［9］。自20世紀(jì)90年代以來，世界上的湖濱濕地恢復(fù)研究集中在美國、歐洲、日本、中國等國家和地區(qū)開展，鑒于湖濱濕地恢復(fù)的重要意義，在全球淡水富營養(yǎng)湖泊中濕地恢復(fù)工程實(shí)施的數(shù)量也逐年增加。中國近年來也實(shí)施了廣泛的濕地恢復(fù)工程，在太湖、巢湖、滇池、武漢東湖、洱海等湖泊進(jìn)行了大量湖濱濕地恢復(fù)的實(shí)踐［10～18］，形成了較為系統(tǒng)的湖濱濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系［2，19］。但是我國已開展的湖濱濕地恢復(fù)研究，多以凈化污水為主要目的，并沒有強(qiáng)調(diào)湖濱濕地生物棲息地的功能;而僅僅關(guān)注單一目的的生態(tài)恢復(fù)可能與生物多樣性保護(hù)發(fā)生沖突［20］。美國環(huán)境保護(hù)署(Environmental Protection Agency，U.S.)、魚類與野生動物服務(wù)組織(U.S.Fish and Wildlife Service)等多部門在2000年發(fā)布了以水質(zhì)凈化和野生動物棲息地恢復(fù)為雙重目的的濕地恢復(fù)導(dǎo)則［21］，目前國內(nèi)尚未見有相關(guān)的恢復(fù)導(dǎo)則發(fā)布，也未見有相關(guān)的綜述報(bào)道。

成功恢復(fù)湖濱濕地水生植物群落非常困難。由于濕地植物的恢復(fù)受到風(fēng)浪、水位、水質(zhì)、繁殖潛力、種植時間等多種因素的共同影響，導(dǎo)致濕地植物的恢復(fù)在富營養(yǎng)湖泊中較難進(jìn)行，多數(shù)湖濱濕地植被恢復(fù)工程并不能最終建立起能夠持續(xù)穩(wěn)定生長的群落［22］。例如Vanderbosch＆Galatowitsch(2010)［23］對美國明尼蘇達(dá)州的Minneapolis市已恢復(fù)1～6a的5個湖泊湖濱濕地植被恢復(fù)情況進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)湖濱種植的挺水植物中有80%是沒有恢復(fù)成功的。在我國太湖開展的湖濱濕地的恢復(fù)研究中，發(fā)現(xiàn)由于沉水植物受到水體透明度的影響，直接在重污染水體中栽種很難成活，往往要在示范工程區(qū)內(nèi)改善水質(zhì)后才能成活［11，24］。

鑒于濕地植被恢復(fù)的重要性和困難性，本文在查閱國內(nèi)外湖濱濕地恢復(fù)資料的基礎(chǔ)上，以恢復(fù)濕地水質(zhì)凈化和野生動物棲息地為雙重目的，整理形成了適用于我國富營養(yǎng)湖泊湖濱濕地的恢復(fù)方案，從恢復(fù)濕地的設(shè)計(jì)、恢復(fù)的前期處理、恢復(fù)過程中的植物種植與管理、恢復(fù)后的維護(hù)管理和生態(tài)監(jiān)測等5個階段進(jìn)行了恢復(fù)技術(shù)的綜述和探討，以期為我國富營養(yǎng)湖泊開展湖濱濕地恢復(fù)提供基礎(chǔ)資料。

3 湖濱濕地恢復(fù)方案

3.1 湖濱帶恢復(fù)濕地的設(shè)計(jì)原則

3.1.1 濕地邊緣最大化原則

濕地邊緣應(yīng)為蜿蜒狀，避免使用直線的邊緣，因?yàn)楦嗟倪吘壊糠謱⒂欣诨謴?fù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定［25～26］。

3.1.2 恢復(fù)濕地的生境異質(zhì)性原則

濕地恢復(fù)應(yīng)盡可能多地在不同的水深和坡度下恢復(fù)多種本地水生植物，為野生動物提供棲息的小島，因?yàn)榭臻g異質(zhì)性高的生態(tài)系統(tǒng)通常具有豐富的生物多樣性，食物鏈更加豐富，從而生態(tài)系統(tǒng)也更加穩(wěn)定［5］。例如在退魚塘過程中，保留部分土埂作為水鳥的棲息地，在拆除防浪堤過程中保留部分碎石供底棲動物附著。

3.1.3 鄰近已有濕地原則

恢復(fù)濕地最好與天然殘留濕地相鄰，這樣可以為水生動物提供更廣闊的棲息地;在陸向輻射帶通常需要設(shè)置緩沖帶，可以在緩沖帶內(nèi)種植耐濕喬木［21］。

3.1.4 便于管理原則

使用多個間隔區(qū)，在小范圍內(nèi)及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，可以控制問題的擴(kuò)大化，例如可以防止外來種在濕地內(nèi)的擴(kuò)散，同時也方便維護(hù)管理人員進(jìn)出濕地［21］。

3.2 湖濱帶恢復(fù)的前期處理

3.2.1 水質(zhì)恢復(fù)

水質(zhì)恢復(fù)是湖濱帶恢復(fù)的難點(diǎn)，應(yīng)在控制外源污染物流入的前提下，在具體實(shí)施區(qū)域根據(jù)具體情況配套相應(yīng)的水質(zhì)原位凈化技術(shù)，如人工增氧技術(shù)、微生物強(qiáng)化技術(shù)、浮床植物技術(shù)［27］等。在水質(zhì)較差的湖泊中直接恢復(fù)沉水植物風(fēng)險較大，種植的水生植物夏季生長旺季時容易受到大量藍(lán)藻生物的負(fù)面影響，因此需要設(shè)立必要的圍隔設(shè)施進(jìn)行擋藻，改善水底光照條件，圍隔還可以有效阻攔草食性魚類和人類進(jìn)入對恢復(fù)濕地造成的干擾［11，24，28］。

3.2.2 基底恢復(fù)

基底修復(fù)應(yīng)盡可能使原來陡峭易侵蝕的湖岸區(qū)平緩化，可以使用水下圍埝和清潔底泥吹填造灘技術(shù)［10，12］，以適合水生植物的生長。日本琵琶湖湖濱帶濕地成功恢復(fù)的經(jīng)驗(yàn)表明，在條件允許的情況下，可以將包含種子庫的恢復(fù)湖泊底泥均勻平鋪于人造基底之上;另外，采取必要的消浪措施，例如柴籠或抵擋風(fēng)浪的阻隔等，保護(hù)恢復(fù)植物免受風(fēng)浪的物理損傷也至關(guān)重要［29～30］。

3.2.3 水文條件恢復(fù)

恢復(fù)地的微地形條件通過水位條件對恢復(fù)濕地中的植物群落組成具有顯著的選擇作用［29］。多數(shù)湖濱帶濕地水文條件的恢復(fù)只能依賴于全湖水位的調(diào)控進(jìn)行，因此在同一湖泊的多個地點(diǎn)同時實(shí)施湖濱濕地恢復(fù)工程時，應(yīng)預(yù)先通過數(shù)值模擬確定全湖水位的調(diào)節(jié)可能對不同恢復(fù)地點(diǎn)濕地植物生長產(chǎn)生的不同影響，為不同位點(diǎn)的恢復(fù)植物的選取提供依據(jù)。

3.3 湖濱帶恢復(fù)過程中的植物種植與管理

3.3.1 植物的選擇

湖濱帶濕地恢復(fù)過程強(qiáng)烈推薦使用本地物種，應(yīng)限制使用外來物種。雖然有研究人員認(rèn)為可以使用外來物種，因?yàn)椴糠滞鈦砦锓N具有本地物種所不具有的優(yōu)勢，例如可以忍受高濕度土壤和周期性的洪水［31］。但是，基于外來入侵物種的易擴(kuò)散性及其擴(kuò)散后會對本地生態(tài)系統(tǒng)造成的結(jié)構(gòu)及功能上的負(fù)面影響，控制外來物種的傳播，消除外來物種對本地物種的威脅是至關(guān)重要的［32］。因此，在湖濱帶濕地恢復(fù)中，應(yīng)盡量使用本地植物進(jìn)行植被恢復(fù)。

恢復(fù)植物的選擇標(biāo)準(zhǔn)是:

(1)針對特定的生境(如土壤類型、洪水頻率及持續(xù)時間、淹水深度等)選擇適宜的本地物種:可以先通過栽種實(shí)驗(yàn)，選擇出適宜的物種，然后再進(jìn)行大規(guī)模種植。

(2)容易存活，并且可以快速繁殖形成較大的覆蓋度以發(fā)揮濕地凈化作用，并適當(dāng)?shù)种破渌s草入侵和魚類、水禽的一般強(qiáng)度取食。

一般情況下具體恢復(fù)植物物種的選擇應(yīng)分湖而異，需根據(jù)恢復(fù)湖泊的原有水生植物及其現(xiàn)存情況，湖泊的水文、氣候和土壤條件來配置恢復(fù)物種，這里只提一些我國南方湖濱濕地恢復(fù)工程中常用的本地物種供參考(表1)。

表1 我國南方湖濱濕地恢復(fù)工程中常用的本地物種

3.3.2 植物的種植過程

在恢復(fù)濕地植被的過程中，應(yīng)注意以下事項(xiàng):

(1)控制雜草和害蟲。在植物恢復(fù)的初期，應(yīng)避免把有害植物的種子或者殘?bào)w隨著植物繁殖體一起帶入濕地。要盡量讓恢復(fù)植物在短時間內(nèi)快速建立種群，在種植之前和種植過程中及時控制雜草和害蟲。

(2)優(yōu)化種植時間和生長條件。植物種植時間和水深是影響恢復(fù)植物存活率的重要因素［22］。濕地植物恢復(fù)最好在春季或初夏，這樣可以保證植物有較長的生長期，而較長的生長期增加植物存活的幾率。使用的表層土應(yīng)該不含原有的植物繁殖殘?bào)w，不含過多的粘土或砂子，能夠滿足種植要求［36］。

(3)恢復(fù)濕地植物的種植?；謴?fù)植物的繁殖體應(yīng)提前預(yù)定好，并且在接近種植期時運(yùn)達(dá)。繁殖體應(yīng)該按照繁殖體提供方的建議進(jìn)行小心保存。水位線在種植期應(yīng)該接近土壤層。種植密度亦應(yīng)根據(jù)具體植物種類的不同進(jìn)行設(shè)置。種植過程中要避免干燥對植物造成的損傷?？梢允紫仍谛》秶?m×5m的范圍內(nèi)準(zhǔn)確標(biāo)識植株種植點(diǎn)位，作為樣板為剩余的區(qū)域提供參考?；謴?fù)植物的成功存活取決于恢復(fù)使用的土壤類型、種植者的技術(shù)，因此建議進(jìn)行初試后，再大規(guī)模種植。植株應(yīng)該種植在土壤較深的位置，而且應(yīng)該適當(dāng)固定以防止水位上漲時被連根拔起。

3.4 湖濱帶恢復(fù)后的維護(hù)與管理

3.4.1 水位的管理

種植植物后，應(yīng)盡快將濕地水位適當(dāng)升高，這樣可以優(yōu)化濕地植物的生長條件從而抑制陸生雜草的生長，但應(yīng)該注意水面不能淹沒植物的嫩芽，水位可以隨著植物的生長適當(dāng)抬升。如果沒有足夠的水來供應(yīng)植物生長，可以每隔5至10d進(jìn)行漫灌以保持土壤濕潤。如果植物生長穩(wěn)定，經(jīng)過一個完整的生長季節(jié)后，可以將水位進(jìn)一步抬升。一般經(jīng)過兩個生長季節(jié)后，濕地土壤中的水分可以使植物在短期干旱的情況下存活。即使嚴(yán)重的干旱也只能使其地上部分死亡，一旦條件恢復(fù)，植物可以再次生長。恢復(fù)后，在每年春季水生植物發(fā)芽期間應(yīng)該避免高水位淹沒植物的嫩芽，以保證恢復(fù)植物順利萌發(fā)［37］，也可以使用盆栽植物(容器苗)，便于與水位變化保持一致［30］。水位波動對于形成并維持湖濱水生植物群落來說尤其重要［38］。因此，如果條件允許，最好恢復(fù)湖泊的自然水位漲落體系。盡管對于特定的水體來說水位波動幅度具有特異性，Hill等［39］認(rèn)為對湖岸線植被來說最理想的年度水位波動幅度應(yīng)該是1～2m。

3.4.2 雜草和蟲害的管理

最好及時發(fā)現(xiàn)雜草，并盡早清除，而不是等到它們長成很大種群再清除。在恢復(fù)的前4～6個月內(nèi)，應(yīng)該每15d進(jìn)行1次檢查，第二年生長季節(jié)時可以每3個月進(jìn)行1次清除，隨后每年進(jìn)行2～3次檢查。

水生植物在生長過程中容易受到真菌入侵或者蚜蟲、蛾蟲等害蟲的危害［40～41］，表現(xiàn)出腐爛、花葉畸形、葉斑等癥狀，將嚴(yán)重影響水生植物的正常生長。防治方法包括:①避免引入帶病植株;②種植不要過于擁擠，保證良好的通風(fēng)光照條件;③密切監(jiān)測植株生長情況，及時清除病株，消除病原，一旦預(yù)防蟲害失敗后，應(yīng)根據(jù)不同致病昆蟲的生理特性，及時采用藥劑噴殺、物理清除蟲卵或黑光燈誘捕的方法控制蟲害。

3.4.3 水禽和牲畜的管理

如果大量的草食性水禽存在或被吸引到恢復(fù)濕地中，將會對新種植的植物造成嚴(yán)重的損傷。這些水禽一般會將植物連根拔起，選擇嫩芽或者根上的芽苞食用。如果水禽的數(shù)量很大，而且沒有及時阻止，它們會在幾天內(nèi)將所有的水草拔光。盡管不能保證將它們?nèi)框?qū)除干凈，但在最初恢復(fù)的敏感期應(yīng)盡量控制濕地內(nèi)的水禽數(shù)量，等敏感期過后，濕地植物的生長對水禽的取食活動將不太敏感。可以根據(jù)鳥種的不同選擇相應(yīng)的裝置以防止它們進(jìn)入濕地。在濕地邊緣種植硬葉植物例如亞麻，或者安裝柵欄或籬笆，可以防止人或牲畜進(jìn)入。

3.4.4 恢復(fù)濕地的維護(hù)管理

在濕地恢復(fù)初期應(yīng)該每14d進(jìn)行1次檢查，以及時發(fā)現(xiàn)雜草、動物取食破壞、淤泥淤積等問題。也應(yīng)該注意長勢不好的植株，及時采取相應(yīng)措施補(bǔ)救，在每年春季進(jìn)行1次檢查，并及時補(bǔ)種空白區(qū)域。每年秋季在不嚴(yán)重影響水生動物棲息地的前提下，對水生植物進(jìn)行適當(dāng)收割。如果在緩沖區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)雜草，應(yīng)該及時清除以防止它們向濕地內(nèi)擴(kuò)散。還應(yīng)該對損毀的柵欄進(jìn)行及時修補(bǔ)來防止牲畜進(jìn)入。對于有圍隔的恢復(fù)濕地，還應(yīng)該及時檢查圍隔破損情況，及時修復(fù)或更換破損圍隔。

3.5 恢復(fù)濕地的生態(tài)監(jiān)測

對恢復(fù)濕地進(jìn)行恢復(fù)前后的生態(tài)監(jiān)測，能夠使管理者知道何時生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)轉(zhuǎn)換成自我維持狀態(tài)或者已達(dá)到什么程度，恢復(fù)的趨勢過程是否有效。如果通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)恢復(fù)后的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)與希望中的狀態(tài)不相吻合或不能達(dá)到生態(tài)恢復(fù)的目的，就需要及時予以診斷并采取相應(yīng)措施［21］。

3.5.1 對照濕地的選擇

通過對對照濕地的同步監(jiān)測，可以如實(shí)反映恢復(fù)濕地本身所發(fā)生的變化，評估恢復(fù)濕地的成效。對照濕地最好為附近的自然或已恢復(fù)濕地，但是在濕地類型、等級、大小、植被覆蓋、水環(huán)境等方面都與恢復(fù)濕地較為相似，如果可能的話，應(yīng)該選擇多塊對照濕地。

3.5.2 監(jiān)測方案

根據(jù)具體的濕地恢復(fù)目的，可以定點(diǎn)長期監(jiān)測恢復(fù)濕地的化學(xué)、物理和生物要素的狀況。監(jiān)測的內(nèi)容包括:水質(zhì)，底泥性質(zhì)，溫度，水文，浮游生物、水生植物生長趨勢，大型底棲無脊椎動物、魚群、野生動物對恢復(fù)濕地的利用情況。同時也應(yīng)對有害昆蟲進(jìn)行監(jiān)測，必要時使用殺蟲劑，防止其過度破壞水生植物。應(yīng)在植物種植之前就對恢復(fù)濕地和對照濕地進(jìn)行1次本底監(jiān)測，在恢復(fù)過程中及恢復(fù)后都應(yīng)進(jìn)行持續(xù)不間斷的監(jiān)測，必須準(zhǔn)確和高頻進(jìn)行恢復(fù)后前2～3a的監(jiān)測，在后續(xù)的5～10a或更長的時期里，繼續(xù)低頻監(jiān)測，直到系統(tǒng)進(jìn)入自然循環(huán)狀態(tài)［9］。

4 結(jié)語

本文僅為我國富營養(yǎng)湖泊湖濱帶濕地的恢復(fù)提出通用性方案，由于每個湖泊所處地的氣候、海拔等生境條件均不同，因此，具體恢復(fù)方案應(yīng)根據(jù)每個項(xiàng)目的具體情況來具體制定。此外，在湖濱帶高度退化的富營養(yǎng)湖泊實(shí)現(xiàn)湖濱濕地的完全恢復(fù)概率較低，只有配套開展不同層次的湖泊修復(fù)工作，大幅削減湖中營養(yǎng)鹽含量才能獲得湖濱恢復(fù)濕地的最大生態(tài)效益［26］。很多湖濱修復(fù)工作的科研基礎(chǔ)也較弱，難以對相應(yīng)湖濱修復(fù)工程的實(shí)施起到支撐的作用，因此急需開展湖濱恢復(fù)植物生長動態(tài)與水位變化的定量關(guān)系、水生植被的空間結(jié)構(gòu)及時間更替的優(yōu)化設(shè)計(jì)、適宜濕地恢復(fù)地點(diǎn)的系統(tǒng)選擇與擇優(yōu)、恢復(fù)濕地的水動力數(shù)值模擬等研究。

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A Review on Restoration of the Littoral Wetlands

ZHANG Shu－xia，ZHOU Hong－xia，CHEN Jing
(Yunnan Institute of Environmental Sciences，Kunming Yunnan 650034 China)

Based on the literature review of the littoral wetland restoration，for the dual purposes of water purification of the wetland and the rehabilitation of the wildlife habitat，an applicable scheme is formed for the littoral wetland restoration of the eutrophic lakes in China.A summary and discussion of the restoration technique is given，illustrating the five different stages，such as design，pre－treatment，planting and management of the plants，maintenance after restoration，as well as the ecological monitoring.

lake aquatic－terrestrial ecotone;wetland restoration scheme;wildlife habitat

X52

A

1673－9655(2012)02－0046－06

2011－11－25