深圳灣困難立地紅樹林修復技術(shù)與應用研究

宋雪 王輝 石建婭 王旭光 沈小雪 李瑞利,?

深圳灣困難立地紅樹林修復技術(shù)與應用研究

宋雪1王輝1石建婭1王旭光1沈小雪2李瑞利2,?

1.深圳中綠環(huán)境集團有限公司, 深圳 518116; 2.北京大學深圳研究生院, 環(huán)境與能源學院, 深圳 518055; ?通信作者, E-mail: liruili@pkusz.edu.cn

采用 3 種技術(shù)手段(空心磚、定制竹簍 I 和定制竹簍 II), 于 2016 年在深圳灣開展困難立地條件下的紅樹林修復試驗, 并于 4 年后從定植技術(shù)、經(jīng)濟成本、紅樹植物種群特征和沉積環(huán)境質(zhì)量方面評價修復效果, 得到如下結(jié)果。1)3 種技術(shù)手段均能成功地修復桐花樹種群, 修復后桐花樹的保存率超過 87%; 2)空心磚組的成本低于定制竹簍 I 組和定制竹簍 II 組; 3)紅樹林種植區(qū)沉積物有機質(zhì)(TOC)和總磷(TP)顯著高于裸灘區(qū), 說明紅樹林能夠促進對有機物和磷的截留, 降低其向近海海洋環(huán)境逸散的風險。評價結(jié)果證明, 采用空心磚、定制竹簍 I 和定制竹簍 II 等技術(shù)手段, 能夠在深圳灣困難立地成功修復紅樹林。綜合考慮修復效果和經(jīng)濟成本, 建議采用空心磚技術(shù)手段對困難立地條件下的紅樹林進行修復。

紅樹林; 生態(tài)修復; 困難立地; 評價; 深圳灣

紅樹林是生長在河口海岸潮間帶、受周期性海水浸淹的木本植物群落, 作為重要的海洋“藍碳”生態(tài)系統(tǒng)之一, 在減緩全球氣候變暖中發(fā)揮重要的作用[1–2]。紅樹林造林對加強藍碳生態(tài)系統(tǒng)保護和助力碳中和等具有積極意義。目前, 紅樹林生態(tài)保護和修復受到前所未有的關(guān)注和重視。但是, 在修復工程中, 定植技術(shù)還不夠成熟, 紅樹林幼苗保存率低, 在困難立地(包括強風浪海灘、高鹽度海灘和深水海灘等)條件下開展修復時尤其如此。為破解這個難題, 紅樹林修復工作者進行了許多嘗試。在深水裸灘采用 PVC 管種植紅樹幼苗, 管筒規(guī)格大小明顯地限制苗木的后期生長, 使得紅樹的保存率下降[3]。

在高鹽度海灘(鹽度在 30‰以上)的迎風面種植紅海欖和拉關(guān)木, 兩者的保存率分別為 35%和39%[4]。在迎風浪面把紅樹苗木植入三層養(yǎng)護沙包, 在距離低潮線前緣 3m 設置防護樁, 并利用橫桿和豎桿連接成 T 型件, 作為桐花樹幼苗的固定工具, 兩年后桐花樹的保存率達 77%, 取得較好的效果。但是, 該措施未解決風浪造成苗木損傷的問題[5]。此外, 針對紅樹林修復工程效果的評價研究有限。在深圳海上田園構(gòu)建紅樹林種植–養(yǎng)殖耦合系統(tǒng)的修復效果不理想, 該系統(tǒng)不利于紅樹植物生長和紅樹林底棲動物群落的棲居和發(fā)育, 修復后的水質(zhì)和沉積物未達到水產(chǎn)養(yǎng)殖用水標準[6]。因此, 亟需探究相關(guān)修復技術(shù), 以期提高困難立地紅樹林造林保存率, 解決困難立地條件下紅樹林修復的難題。

深圳灣(113°53′—114°05′E, 22°30′—22°39′N)毗鄰深圳和香港, 是深圳市珠江河口東側(cè)中部的一個外窄內(nèi)寬的半封閉海灣, 也是候鳥遷徙的重要中轉(zhuǎn)站, 在全球生態(tài)系統(tǒng)中有重要地位[7–8]。深圳灣原本有天然紅樹林, 但由于大規(guī)模填海工程的實施, 紅樹林面積逐漸減少, 主要分布于深圳福田和香港米埔及附近[7]。深圳灣其他區(qū)域(如大沙河以西區(qū)域)灘涂僅存少量紅樹林, 大沙河以東區(qū)域紅樹林消失[9]。高速城市化進程使得深圳灣受到嚴重的生態(tài)威脅, 如風浪大[10]、水環(huán)境惡劣[11]、表層沉積物存在一定的富營養(yǎng)化風險[12]以及生物多樣性降低等, 導致紅樹林難以生長, 需要展開生態(tài)修復工程進行紅樹林恢復。

為了篩選出困難立地條件下更有效的紅樹林精準修復技術(shù), 修復深圳灣脆弱的紅樹林生態(tài)系統(tǒng), 緩解深圳灣生態(tài)環(huán)境承載力的壓力, 本研究于 2016年在深圳灣大沙河以東區(qū)域困難立地環(huán)境中開展紅樹林修復試驗, 并于 2020 年 8 月從定植技術(shù)、經(jīng)濟成本、紅樹種群特征和沉積物質(zhì)量4個方面對深圳灣紅樹林修復效果進行評估, 以期為海岸帶困難立地紅樹林生態(tài)修復工程, 尤其是強風浪條件下紅樹林的生態(tài)修復提供可借鑒的技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于深圳灣大沙河以東(113°57′17"E, 22°31′20"N), 緊鄰深圳福田紅樹林自然保護區(qū), 與香港米埔紅樹林保護區(qū)僅一灣之隔。地勢總體向外海傾斜, 較平坦。研究區(qū)地面由塊石、碎石及沙礫組成。紅樹林修復工作者曾在研究區(qū)迎風浪面開展紅樹植物種植試驗(圖 1), 在種植床靠海一側(cè)壘砌充砂袋, 并打入兩排連續(xù)的木樁, 回填海泥, 鋪設種植床, 在種植床上種植紅樹植物幼苗, 包括桐花樹()、秋茄()、白骨壤()和木欖()。由于風浪的沖擊, 木樁難以固定, 海泥嚴重流失, 紅樹幼苗成活率很低。因此, 該方法不能成功營造紅樹林, 需探索其他紅樹林修復技術(shù)來解決目前的難題。

1.2 困難立地紅樹林的修復方法

1.2.1準備試驗場地

通過拋石壓腳, 回填海泥, 按設計整理地形, 使地形與周圍排水趨向一致。試驗材料主要包括桐花樹幼苗、空心磚、定制竹簍 I、定制竹簍 II、松木樁、土工布充砂袋和麻繩網(wǎng)等。桐花樹為紫金?？仆┗鋵俚拿邴}植物, 主要分布于中、低潮帶, 有較強的抗風浪、耐海水淹浸及耐鹽能力[13], 是深圳灣最主要的紅樹鄉(xiāng)土種。該區(qū)域的高程范圍為0.8～1.0m (低潮帶), 適合桐花樹生長。并且, 根據(jù)景觀視線的高度控制要求, 種植矮小的紅樹植物以便人們觀賞海鳥, 桐花樹相對較矮且景觀效果較好。綜合上述原因, 我們選擇桐花樹作為本研究的試驗樹種。

圖1 研究區(qū)前期紅樹植物種植試驗的概況

1.2.2試驗樣地設置

本研究于 2016 年將試驗區(qū)分為 3 組, 分別為空心磚組(NB)、定制竹簍 I 組(BB)和定制竹簍 II 組(BS), 每組面積約為 200m2。2020 年 8 月, 設置 4個評價研究樣地: NB 組、BB 組、BS 組和附近無植物覆蓋的裸灘區(qū)(IZ)。所有樣地基本上處于相同的潮位。

1.2.3修復方法

紅樹林修復區(qū)的剖面如圖 2 所示?？招拇u組修復流程為打設松木樁→堆砌土工布充砂袋→鋪設空心磚→設置麻繩網(wǎng)和填充海泥→種植紅樹, 定制竹簍 I 組修復流程為打設松木樁→堆砌土工布充砂袋→鋪設定制竹簍 I →設置麻繩網(wǎng)和填充海泥→種植紅樹, 定制竹簍 II 組修復流程為打設松木樁→堆砌土工布充砂袋→鋪設定制竹簍 II→設置麻繩網(wǎng)和填充海泥→種植紅樹。

1)打設松木樁。松木樁設于潮間帶靠近大海的外側(cè), 共 4 排。靠海方向的第 1 排松木樁直徑約為 125mm, 長 6m, 采用小型打樁機使之垂直向下嵌入底泥3m左右, 地面留出 3m, 起到穩(wěn)定土工布充砂袋的作用。其余 3 排松木樁直徑約為 125mm, 長 8m, 打設后插入淤泥3m, 用連接件緊密相連并互相錯位, 起到防止風浪沖擊的作用。

2)堆砌土工布充砂袋。采用連續(xù)的土工布充砂袋, 在松木樁與種植床之間壘堆成護泥帶狀堰體, 堰坡>1: 5, 充砂袋高度略高于種植床。

3)鋪設空心磚和竹簍。在空心磚組的種植床內(nèi)鋪設空心磚(760mm × 380mm × 190mm), 在定制竹簍 I 組的種植床內(nèi)鋪設定制竹簍 I (400mm×285mm×400mm), 在定制竹簍 II 組的種植床內(nèi)鋪設定制竹簍 II (500mm×330mm×400mm)。其中, 空心磚組是標準預制 C30 混凝土空心磚塊粘接而成, 定制竹簍 I 的四周用寬 3cm 的竹篾加固, 定制竹簍 II 的四周和底部用寬 3 cm 竹篾“井”字形加固。

4)設置麻繩網(wǎng)和填充海泥。采用鋼筋錨桿固定麻繩網(wǎng), 并在種植區(qū)域填充海泥。

5)種植紅樹。如圖 3 所示, 在空心磚、定制竹簍 I 和定制竹簍 II 里種植規(guī)格基本上一致的紅樹植物桐花樹幼苗(高度為 30～50cm, 冠幅為 25～35cm), 種植密度約為 18 株/m2, 種植面積為 600m2。種植時, 無需去除無紡布種植袋, 使桐花樹根系完全適應種植袋的生境。種植后, 在空心磚與竹簍的空隙間填滿海泥。

1.3 修復效果評價

對深圳灣困難立地紅樹林修復工程進行評價, 包括定植技術(shù)、經(jīng)濟成本、紅樹植物種群特征以及沉積物環(huán)境質(zhì)量。

圖2 紅樹林修復區(qū)豎向示意圖

圖3 空心磚、定制竹簍I和定制竹簍II示意圖

1.3.1紅樹植物桐花樹種群特征調(diào)查

在紅樹林種植區(qū) NB, BB 和 BS 組的相同潮位上, 每隔 50m 設置 2m×2m 的樣方, 每個試驗區(qū)設置 3 個重復, 記錄樣方內(nèi)紅樹植物桐花樹的數(shù)量、高度、基徑和冠幅, 并計算覆蓋率和保存率(表 1)。保存率按試驗設計的全部植株的存活情況進行統(tǒng)計[14]。

表1 深圳灣困難立地紅樹林修復效果的評價指標

說明: TOC 為有機質(zhì)(total organic); DIN 為無機氮(inorganic nitrogen), 是NH4+-N, NO2?-N和NO3?-N三者含量之和; TN為總氮(total nitrogen); TP為總磷(total phosphorus)。

1.3.2沉積物環(huán)境質(zhì)量評價

在 NB, BB, BS 和 IZ 組的相同潮位上采集 0～10 cm 的表層沉積物, 每個采樣點隨機做 3 個重復。采樣時先去除地面凋落物, 采集沉積物樣品后立即運回實驗室, 放 4oC 冰箱保存, 一周內(nèi)測完沉積物相關(guān)理化性質(zhì)指標(表 1)。pH 值和鹽度使用 pH 計和鹽度計測定。TOC 含量采用馬弗爐灼燒法測定。沉積物中 DIN 按 HJ-634-2012 分光光度法測定, 其中 NH4+-N 采用靛酚藍法, NO2?-N 采用重氮–偶氮比色法, NO3?-N 采用銅–鎘還原法。土壤 TP 按照 HJ-634—2011 堿熔–鉬銻分光光度法測定。

根據(jù)《土壤養(yǎng)分等級分級表》[15], DIN 采用Ⅲ類標準((DIN)=40.00 mg/kg), 以NH4+-N, NO2?-N和 NO3?-N 計。參照全國第二次土壤普查的養(yǎng)分分級標準[16], 采用 TOC, TN 和 TP 評價深圳灣困難立地條件下紅樹林種植區(qū)的沉積物養(yǎng)分含量等級。其中, TN 濃度=DIN濃度/0.05[17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

測得的數(shù)據(jù)用平均數(shù)和標準誤差表示。采用Excel 2016 整理所測數(shù)據(jù), 并導入 SPSS 19.0 軟件進行統(tǒng)計, 使用單因素方差分析法(One-way ANOVA), 對各樣點的植物種群參數(shù)和沉積物參數(shù)進行顯著性分析(<0.05), 并使用 GraphPad Prism 5 軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 困難立地紅樹林的定植技術(shù)及經(jīng)濟成本

本研究采用空心磚、定制竹簍 I 及定制竹簍 II作為固土裝置, 并采取防護結(jié)構(gòu)(松木樁、土工布充砂袋和麻繩網(wǎng))措施固定紅樹, 有效地保障紅樹的?；盥? 取得較好的修復效果(圖 4)。修復前, 岸邊幾乎無植被, 基本上為拋石; 修復后, 桐花樹長勢良好, 無病蟲害。該工程把硬化的石質(zhì)駁岸改造成具有景觀效果的紅樹林生境, 保持紅樹灘涂景觀和陸域景觀的完整性, 避免海陸之間景觀的相互矛盾和過度分割。該技術(shù)已成功地應用于深圳桂灣公園紅樹林修復工程中。

經(jīng)濟成本主要為材料成本費。在困難立地紅樹林修復試驗中, 材料成本費主要包括紅樹植物(桐花樹)、防護結(jié)構(gòu)(松木樁、土工布充砂袋和麻繩網(wǎng)) 和固土裝置(空心磚、定制竹簍 I 及定制竹簍 II)。如表 2 所示, 3 種定植技術(shù)的成本區(qū)別在于固土裝置的成本不相同, 空心磚的成本(40.5 元/m2)低于定制竹簍 II (187.5 元/m2)和定制竹簍 II (180 元/m2)。總之, 空心磚組的總成本(414.6 元/m2)低于定制竹簍 I組(561.6元/m2)和定制竹簍 II 組(554.1 元/m2)。

圖4 困難立地紅樹林的修復效果

2.2 紅樹林修復后的桐花樹種群特征

如表 3 所示, 紅樹林種植區(qū)桐花樹生長良好, 覆蓋率達到 100%。在種植區(qū)內(nèi), 每平方米種植 17± 2.0～18±2.3 株桐花樹。修復開始時, 桐花樹的苗高為 30～50cm, 冠幅為 25～35cm, 經(jīng)過 4 年的生長, 其高度和冠幅分別達到 138.6±1.4～149.1±5.7cm 和68.8±3.1～81.7±3.5cm。修復后各組的紅樹高度無顯著差異。桐花樹冠幅表現(xiàn)為 NB ≈ BB > BS (<0.05), 基徑則表現(xiàn)為 NB 顯著大于 BS, 在 BB 與 BS 之間無明顯區(qū)別(<0.05)。修復 4 年后, 3 組桐花樹的保存率都達到 87%以上。

2.3 紅樹林修復后的沉積物環(huán)境質(zhì)量特征

如圖 5 所示, 紅樹林種植區(qū) NB, BB, BS 和裸灘區(qū) IZ 的 0～10cm 沉積物 pH 值分別為 6.72±0.02, 6.60±0.12, 6.44±0.10 和 7.03±0.07, 表現(xiàn)為中性或微酸性, 其中種植區(qū) pH 值顯著低于裸灘區(qū)(<0.05)。沉積物中有機質(zhì) TOC 的含量表現(xiàn)為 BS>NB≈ BB >IZ, 即種植區(qū)的有機質(zhì)含量顯著高于裸灘區(qū), 且定制竹簍 II 組中的有機質(zhì)最高(<0.05)。NO3?-N 是各樣點中 DIN 的主要形式, 占無機氮的 90%。NB 和BB 組的 NO3?-N 含量顯著高于 IZ, BS 的NO3?-N 含量與 IZ 無顯著差異。與 NO3?-N 相比, NH4+-N 在沉積物 DIN 中占比較低, 各樣點 NH4+-N含量無顯著差別。沉積物 TP 含量為(1135.80±25.65)～(1493.20± 45.71)mg/kg, 紅樹林種植區(qū)的 TP 含量顯著高于裸灘區(qū)。由此可見, 修復后沉積物的營養(yǎng)狀況改善了, 更有利于紅樹生長。

參考《土壤養(yǎng)分等級分級表》[15], 土壤養(yǎng)分第III 類標準的 DIN 含量為 40.00mg/kg, 土壤試驗區(qū)NB, BB, BS 和裸灘區(qū) IZ 的土壤 DIN 均值分別為48.80±8.15, 45.59±6.62, 32.79±7.17 和 13.56±0.22mg /kg。由此可見, NB 和 BB 的 DIN 達到土壤養(yǎng)分等級Ⅲ類標準, BS 和 IZ 的 DIN 均未達標。根據(jù)全國第二次土壤普查的養(yǎng)分分級標準[16], 可得種植區(qū)和裸灘區(qū)沉積物養(yǎng)分分級(表 4)。沉積物養(yǎng)分等級越高, 沉積物越貧瘠。種植區(qū) NB, BB 和 BS 的有機質(zhì)均處于 1 級水平, 表明紅樹林種植區(qū)的有機質(zhì)極其豐富。種植區(qū) NB 和 BB 的 TN 處于中水平(4 級), BS和 IZ 的 TN 分別處于 5 級和 6 級, 表明定制竹簍II組和裸灘區(qū)的 TN 處于低或極低水平。所有樣點的 TP 在 1 級水平, 且紅樹林種植區(qū)的 TP 高于裸灘區(qū)。修復后, 沉積物氮、磷營養(yǎng)成分均明顯增加。

表3 紅樹林修復區(qū)桐花樹群落特征

說明: 不同字母表示各樣點間差異顯著(<0.05), 下同。

圖5 紅樹林修復區(qū)與裸灘的沉積物pH, TOC, DIN和TP的含量特征

3 討論

3.1 困難立地的紅樹林修復技術(shù)

困難立地條件下, 由于風浪沖擊強烈、灘面高程太低、易受外界生物危害和土壤不適等原因, 不能滿足紅樹林的生長要求, 通常需要采用工程措施來滿足紅樹林造林所需的灘涂要求[18], 但工程措施所需成本較高。研究結(jié)果表明, 在漲退潮風浪大的流動沙質(zhì)土壤條件下不適宜種植紅樹林, 在漲退潮海浪較小和沙土流動較緩慢的沙質(zhì)灘涂可以成功造林; 種植白骨壤和桐花樹后, 白骨壤的保存率僅為31%, 桐花樹的保存率為 18%[19]。由此可見, 風浪沖擊是限制紅樹林植被恢復與重建的重要因素之一。在強風浪的非宜林地條件下, 紅樹林修復工作者在研究區(qū)采用木樁和充砂袋作為紅樹幼苗的防護結(jié)構(gòu)(圖 1), 該結(jié)構(gòu)不能阻止栽培基質(zhì)流失, 不能有效地保障紅樹幼苗定植成功。本研究采用空心磚、定制竹簍 I 及定制竹簍 II 種植桐花樹, 并使用木樁、土工布充砂袋和麻繩網(wǎng)作為防護結(jié)構(gòu), 修復4 年后桐花樹的保存率高達 87%以上, 有效地解決了風浪對海岸修復紅樹林造成泥沙流動和苗木不穩(wěn)定的問題。本研究采用的定植技術(shù)取得較好修復效果的原因是, 空心磚、定制竹簍 I 及定制竹簍 II 能增加土體的整體性, 且打入淤泥層的木樁的深度較大, 增強了桐花樹的抗風浪能力。比較 3 種修復技術(shù)的經(jīng)濟成本, 空心磚組的成本低于定制竹簍 I 組和定制竹簍 II 組。隨著紅樹林修復技術(shù)成熟和規(guī)模化, 有望進一步降低成本。此外, 修復后從植物種群特征和沉積物質(zhì)量提升效果方面對修復效果進行系統(tǒng)評價, 有助于進一步篩選更優(yōu)的修復技術(shù)。

表4 紅樹林修復區(qū)與裸灘的沉積物養(yǎng)分等級分級

說明: 根據(jù)全國第二次土壤普查的養(yǎng)分分級標準[16], TOC>4%, 養(yǎng)分等級為 1 級; TOC =3%～4%, 養(yǎng)分等級為 2 級; TOC=2%～3%, 養(yǎng)分等級為 3 級。TN = 750～1000 mg/kg, 養(yǎng)分等級為 4 級; TN = 500～750 mg/kg, 養(yǎng)分等級為 5 級; TN<500 mg/kg, 養(yǎng)分等級為 6級。TP>1000 mg/kg, 養(yǎng)分等級為 1 級; TP = 800～1000 mg/kg, 養(yǎng)分等級為2級。

3.2 紅樹林修復區(qū)的桐花樹種群特征

在風浪大的立地條件下, 本研究采用空心磚、定制竹簍 I 及定制竹簍 II 種植桐花樹。修復 4 年后, 試驗區(qū)的桐花樹覆蓋率達到 100%, 株高、冠幅和基徑都顯著增加, 其中株高增加至 138.6±1.4～149.1 ±5.7cm, 與楊瓊等[20]研究的紅樹林人工濕地種植桐花樹株高(120.0±0.4cm)相近。種植區(qū)空心磚組桐花樹的冠幅和基徑明顯大于定制竹簍 II 組, 可能是因為空心磚的底部與外部沉積物貫通, 根系可深扎入土壤, 吸收更多的養(yǎng)分, 而竹簍底部封閉, 小部分桐花樹根系從縫隙中與外界接觸, 大部分桐花樹的根纏繞著竹簍, 不利于桐花樹吸收更多的營養(yǎng)物質(zhì)。

3.3 紅樹林修復區(qū)的沉積物環(huán)境質(zhì)量特征

紅樹種植區(qū)的沉積物 pH 值較低, 呈中性或微酸性, 與水體 pH 值接近, 與邱明紅[21]在廢棄蝦塘種植紅樹植物后沉積物 pH 值總體下降的結(jié)果一致。原因可能是紅樹植物中富含微酸性的多酚, 凋落物在土壤中分解產(chǎn)生酸性物質(zhì), 而裸灘區(qū)基本上無植物覆蓋, 沉積物表層沒有凋落物[15,22]。本研究中, 紅樹林種植區(qū)的有機質(zhì)明顯高于裸灘區(qū)。紅樹林種植區(qū)沉積物以黏土為主, 大部分有機質(zhì)來自沉積物表層覆蓋的植物凋落物、動物殘體以及根組織死亡后分解產(chǎn)生的有機質(zhì), 有機質(zhì)含量偏高, 且該區(qū)域的沉積物長期處于海水淹沒的狀態(tài), 通氣性弱, 導致有機質(zhì)分解較慢, 有機質(zhì)容易積累[23]。裸灘區(qū)沉積物以砂礫為主, 通氣透水能力較強, 大部分有機質(zhì)來源于海水中的營養(yǎng)物質(zhì)以及各種微生物和藻類的殘體, 這些有機質(zhì)受海水運動情況的影響較大, 使得有機質(zhì)停留能力差[24]。另外, 定制竹簍 II 組的有機質(zhì)顯著高于其余兩個試驗組, 原因可能是定制竹簍 II 四周和底部采用 3cm 寬的竹篾“井”字形加固, 使得本區(qū)域排水能力弱, 導致含水率較高, 進而沉積物氧化分解能力更弱, 有機質(zhì)礦化分解更慢, 有機質(zhì)沉降累積更多。研究表明, 沉積物是氮和磷等營養(yǎng)元素的重要儲存庫, 沉積物粒徑越小, 對營養(yǎng)鹽的吸附能力越強[25]。本研究中, 紅樹林修復區(qū)的 DIN 和 TP 含量高于裸灘區(qū), 可能的原因是修復區(qū)的沉積物以黏土為主, 顆粒物間隙小, 促進黏土沉積, 富集 N 元素和 P 元素能力強, 并且紅樹發(fā)達的根系可吸附更多的營養(yǎng)物質(zhì), 增加沉積物中 N 和P 含量。該結(jié)果與閩東濱海紅樹林濕地氮、磷含量最高, 而裸灘區(qū)域含量最低的結(jié)果[26]一致。由此可見, 種植紅樹植物可以顯著地改善沉積物養(yǎng)分狀況, 顯示出紅樹林種植區(qū)的修復效果。與裸灘區(qū)相比, 紅樹林修復區(qū)的桐花樹根系對沉積物氮和磷等污染物具有較強的截留作用。

4 結(jié)論

本研究以深圳灣困難立地條件下的紅樹林修復為研究對象, 從定植技術(shù)、經(jīng)濟成本、紅樹種群特征以及沉積物理化性質(zhì)方面, 分析 3 種技術(shù)(空心磚、定制竹簍 I 和定制竹簍 II )的修復效果, 并評價困難立地修復紅樹林的生態(tài)環(huán)境效果, 得到如下主要結(jié)論。

1)在深圳灣困難立地條件下, 采用空心磚、定制竹簍 I 和定制竹簍 II 技術(shù)均能獲得較好的紅樹林修復效果, 且空心磚技術(shù)的成本低于定制竹簍 I 和定制竹簍 II 技術(shù)。

2)修復 4 年后, 桐花樹保存率均超過 87%, 且空心磚組的桐花樹冠幅和基徑明顯大于定制竹簍II 組。

3)基于 3 種技術(shù)修復的紅樹林均能有效地改善深圳灣困難立地沉積物的營養(yǎng)環(huán)境, 對沉積物有機物、氮和磷等污染物具有較強的截留作用, 對改善近海海洋環(huán)境具有重要生態(tài)效益。

4)綜合考慮修復效果和經(jīng)濟成本, 空心磚技術(shù)優(yōu)于定制竹簍 I 技術(shù)和定制竹簍 II 技術(shù), 更適用于困難立地條件下的紅樹林修復, 該技術(shù)手段具有良好的應用和推廣前景。

本文研究成果對困難立地的生態(tài)修復和提升具有積極的示范意義。

[1]Duarte C M, Middelburg J J, Caraco N . Major role of marine vegetation on the oceanic carbon cycle. Bio-geosciences, 2005, 2(1): 1–8

[2]Benzeev R, Hutchinson N, Friess D A. Quantifying fisheries ecosystem services of mangroves and tropi-cal artificial urban shorelines. Hydrobiologia, 2017, 803(1): 225–237

[3]成家隆. 水東灣深水裸灘紅樹林造林技術(shù)研究[D]. 重慶: 西南大學, 2016: 61

[4]陳玉軍, 廖寶文, 李玫, 等. 高鹽度海灘紅樹林造林試驗. 華南農(nóng)業(yè)大學學報, 2014, 35(2): 78–85

[5]徐桂紅, 王鵬亭, 張鋒. 一種在濱海潮間帶迎風浪面種植紅樹林的方法及固定裝置: ZL201410206062. 8 [P]. 2015–09–30

[6]馮建祥, 朱小山, 寧存鑫, 等. 紅樹林種植–養(yǎng)殖耦合濕地生態(tài)修復效果評價. 中國環(huán)境科學, 2017, 37(7): 2662–2673

[7]王月如. 基于多源遙感數(shù)據(jù)的深圳灣紅樹林生物量估算[D]. 重慶: 西南大學, 2018

[8]肖海燕, 曾輝, 昝啟杰, 等. 基于高光譜數(shù)據(jù)和 專家決策法提取紅樹林群落類型信息. 遙感學報, 2007, 11(4): 531–537

[9]李躍林, 寧天竹, 徐華林, 等. 深圳灣福田保護區(qū)紅樹林生態(tài)系功能價值評估統(tǒng)服務. 中南林業(yè)科技大學學報, 2011, 31(2): 42–43

[10]郭婷婷. 深圳灣濱海休閑帶海洋工程對海洋環(huán)境影響的研究[D]. 青島: 中國海洋大學, 2011: 95

[11]張靜, 張瑜斌, 周凱, 等. 深圳灣海域營養(yǎng)鹽的時空分布及潛在性富營養(yǎng)化程度評價. 生態(tài)環(huán)境學報, 2010, 19(2): 253–261

[12]許春玲, 李緒錄, 林梵. 深圳灣及鄰近沿岸沉積物中碳、氮和磷的分布. 中國環(huán)境科學, 2017, 37(7): 2691–2698

[13]羅美娟. 紅樹植物桐花樹幼苗對潮汐淹水脅迫的響應研究[D]. 北京: 中國林業(yè)科學研究院, 2012: 114

[14]農(nóng)友, 鄭路, 賈宏炎, 等. 廣西大青山次生林的群落特征及主要喬木種群的空間分布格局. 生物多樣性, 2015, 23(3): 321–331

[15]寧存鑫. 深圳紅樹林濕地環(huán)境調(diào)查及其修復效果研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學, 2014: 89

[16]次瑞敏, 王莉, 可宇娜. 修復后臨汾濕地公園土壤養(yǎng)分狀況及沉積物污染特征. 水土保持學報, 2020, 34(1): 371–379

[17]王妍, 王書錦, 劉云根, 等. 洱海流域入湖河口濕地沉積物氮、磷、有機質(zhì)分布及污染風險評價. 湖泊科學, 2017, 29(1): 69–77

[18]范航清, 王欣, 何斌源. 人工生境創(chuàng)立與紅樹林重建. 北京: 中國林業(yè)出版社, 2014: 10–11

[19]林文歡, 詹潮安, 鄭道序, 等. 粵東沙質(zhì)灘涂 6 種紅樹林樹種造林試驗研究. 廣東林業(yè)科技, 2014, 30(2): 69–71

[20]楊瓊, 藍崇鈺, 譚鳳儀, 等. 紅樹林人工濕地對生活污水的凈化效果. 生態(tài)學雜志, 2014, 33(9): 2510–2517

[21]邱明紅. 紅樹林水產(chǎn)養(yǎng)殖與生態(tài)恢復對其環(huán)境的影響研究[D]. ?？? 海南師范大學, 2014: 80

[22]張文艷. 基于BIOLOG-ECO技術(shù)研究紅樹植物葉片凋落物對微生物多樣性的影響[D]. 深圳: 深圳大學, 2017

[23]王丹, 錢佳歡, 石澤敏, 等. 洱海表層沉積物氮、磷、有機質(zhì)的空間分布及變化. 環(huán)境工程, 2019, 37: 379–382

[24]王紅麗, 肖春玲, 李朝君, 等. 崇明東灘濕地土壤有機碳空間分異特征及影響因素. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2009, 28(7): 1522–1528

[25]牛安逸, 馬姣嬌, 楊文槐, 等. 土壤理化性質(zhì)對珠江口紅樹林濕地土壤氮磷質(zhì)量分數(shù)的影響. 華南師范大學學報(自然科學版), 2019, 51(2): 86–94

[26]廖小娟. 閩東濱海濕地土壤養(yǎng)分異質(zhì)性及重金屬污染評價研究[D]. 福州: 福建農(nóng)林大學, 2013: 76

Mangrove Restoration Technology and Application in Difficult Site in Shenzhen Bay

SONG Xue1, WANG Hui1, SHI Jianya1, WANG Xuguang1, SHEN Xiaoxue2, LI Ruili2,?

1. Shenzhen Zhonglv Environment Group Co., Ltd., Shenzhen 518116; 2. School of Environment and Energy, Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055; ? Corresponding author, E-mail: liruili@pkusz.edu.cn

This research used three technical means of hollow bricks, customized bamboo basket I and customized bamboo basket II to carry out the mangrove restoration test under difficult site condition in Shenzhen Bay in 2016. The effect of plantation was evaluated in terms of colonization technology, economic cost, mangrove population characteristics and sediment environmental quality after 4 years. The results showed that 1) three technical methods in the mangrove plantation area could create anrestoration. The preservation rate ofgained over 87%. 2) The cost of the hollow brick technology was lower than those of the groups of customized bamboo basket I and customized bamboo basket II. 3) The total organic (TOC) and total phosphorus (TP) of the sediments in the mangrove planting area were significantly higher than those in the intertidal zone, which indicated that mangroves could promote the retention of organic matter and phosphorus and reduce the risk of their escape to the offshore marine environment. The conclusion is that the technical means of hollow bricks, customized bamboo basket I and customized bamboo basket II can successfully restore mangroves under the difficult site condition of Shenzhen Bay. Considering the restoration effect and economic cost, it is recommended to use hollow brick technology to restore mangrove under difficult site conditions.

mangrove; ecological restoration; difficult site; evaluation; Shenzhen Bay

10.13209/j.0479-8023.2022.077

2021-11-06;

2022-08-10

深圳市自然科學基金重點項目(JCYJ20200109140605948)和廣東省海洋經(jīng)濟發(fā)展專項資金(粵自然資合[2020]059號)資助