退化灘涂生態(tài)修復(fù)研究進展

魏海峰　陳怡錦　夏　寧　孫　悅　田山川

（大連海洋大學(xué)近岸海洋環(huán)境科學(xué)與技術(shù)重點實驗室，大連海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部北方海水增養(yǎng)殖重點實驗室，遼寧 大連116023）

灘涂一般指沿海灘涂，海洋行政管理部門認(rèn)為灘涂是平均高潮線以下低潮線以上的海域。灘涂是由陸地生態(tài)系統(tǒng)向海洋生態(tài)系統(tǒng)的過度地帶，是十分脆弱的生態(tài)敏感區(qū)，也是重要的環(huán)境資源，具有重要的生態(tài)功能（陳洪全,2016）。我國灘涂面積217.04萬hm2，分布于南到廣西，北到遼寧的廣大沿海地區(qū)。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，各地沿海地區(qū)填海造地、興建港口、石化產(chǎn)業(yè)等對灘涂造成了嚴(yán)重的生態(tài)破壞和環(huán)境污染，使得很多灘涂喪失了原有的生態(tài)功能。通過生態(tài)技術(shù)或者工程技術(shù)的方法對退化或污染的灘涂進行修復(fù)或重建，恢復(fù)原有的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能對于灘涂保護具有十分重要的意義。

1　灘涂生態(tài)退化現(xiàn)狀和存在的問題

1.1　填海造地侵占大量灘涂

隨著我國沿海地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，沿海用地矛盾日益突出，填海造地用于碼頭、電廠、臨港工業(yè)區(qū)等海洋工程侵占了大量的灘涂面積，2000-2010年環(huán)渤海地區(qū)圍填海面積1 573 km2。與20世紀(jì)50年代相比，紅樹林面積消失了60%，珊瑚礁面積減少了80%，海草床絕大部分消失。目前我國沿海灘涂面積約為5.8萬km2，比10年前減少了約1.36萬km2，約占1/4。在灘涂上修建公路、橋梁和大壩會引起附近灘涂的水文動力發(fā)生變化，水交換不充分，污染物得不到稀釋，進一步導(dǎo)致灘涂功能退化、生物多樣性降低。例如大連莊河某地灘涂中修建了一座不通水的公路橋通往海上小島，改變了水文動力學(xué)，加速了原有灘涂的退化進程。此外，在灘涂建造海參養(yǎng)殖池塘，向灘涂排放大量水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水也是導(dǎo)致灘涂退化的原因之一。

1.2　沿海灘涂污染嚴(yán)重

2016年國家海洋環(huán)境質(zhì)量公報中指出，遼東灣、渤海灣、萊州灣、江蘇沿岸、長江口、杭州灣、浙江沿岸、珠江口為嚴(yán)重污染海區(qū)，主要污染物是氮磷和石油類。可監(jiān)測的76%以上的灘涂處于亞健康和不健康的狀態(tài)，入海排污口鄰近海域的環(huán)境質(zhì)量狀況總體較差，91%以上的排污口無法滿足所在海域海洋功能區(qū)的環(huán)境保護要求。排海污水主要有工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)污水3大類。隨著濱海地區(qū)經(jīng)濟和工業(yè)化的迅速發(fā)展，填海造地、大規(guī)模工業(yè)建設(shè)及灘涂水產(chǎn)養(yǎng)殖的快速發(fā)展帶來的工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染、生活污染、養(yǎng)殖廢水、港口船舶污染等典型污染，造成近海環(huán)境污染日趨嚴(yán)重（袁建軍,2001）。近海海水中的重金屬汞、鉛和硫化物等物質(zhì)可能來源于內(nèi)陸的石油化工、交通運輸以及燃煤發(fā)電等行業(yè)（韋朝海,2012）。海洋的主要污染物質(zhì)，如耗氧有機物質(zhì)、重金屬、無機氮、磷酸鹽等營養(yǎng)鹽類等，大多在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中形成，有的未經(jīng)處理或者部分處理后通過河流、大氣或人為傾倒等方式進入海洋，導(dǎo)致了沿海灘涂污染的進一步加?。ㄍ蹴档?2006）。Sylaios（2012）采用海洋動力學(xué)模型對由于筑壩造成的灘涂底質(zhì)的損失進行了估算，并提出了減少沉積物損失的建議。

在大規(guī)模高密度灘涂貝類養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中，貝類排出的代謝廢物，如氨氮和磷酸鹽顯著提高了養(yǎng)殖區(qū)的營養(yǎng)鹽濃度，加大了水體的富營養(yǎng)化程度。袁秀堂（2011）研究發(fā)現(xiàn)生物活動過程中產(chǎn)生的糞便及假糞等生物沉積導(dǎo)致灘涂淤積速度明顯加快，底質(zhì)中有機物的含量急劇增加，耗氧有機物的增加使底質(zhì)呈厭氧狀態(tài)，病原微生物大量繁殖，進而增加了貝類死亡的風(fēng)險。宗虎民等（2017）指出海水養(yǎng)殖污染貢獻率雖然總體上仍小于陸源排污，但其氮、磷產(chǎn)出量已占有較大比例。在我國海水養(yǎng)殖規(guī)模及產(chǎn)量持續(xù)維持在較高水平的情況下，海水養(yǎng)殖已成為近岸海域重要的污染源之一。沿海灘涂底質(zhì)是氮、磷的主要蓄積庫，其對上覆水環(huán)境具有凈化功能，但灘涂中耗氧有機物、氮和磷遇到大的風(fēng)浪條件下，通過風(fēng)力擾動、生物擾動作用將氮、磷等內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)重新釋放到水體中，造成水體富營養(yǎng)化，針對TN、TP、TOC也應(yīng)進行相應(yīng)的去除及修復(fù)。

1.3　部分沿海地區(qū)灘涂植物生物入侵嚴(yán)重

目前我國出現(xiàn)灘涂生物入侵的區(qū)域主要包括廣西北海、浙江樂清灣、福建寧德三沙灣（周在明等,2017）、江蘇鹽城、山東東營等多個沿海灘涂。入侵的物種主要包括互花米草Spartina alterniflora（侯棟梁，2015）、大米草Spartina anglica等。這些外來植物侵占了原有灘涂貝類、底棲動物的生存空間，使原來的灘涂喪失了原有的生態(tài)功能。

2　灘涂生態(tài)修復(fù)策略與方法

沿海灘涂退化，導(dǎo)致生物多樣性銳減，灘涂貝類養(yǎng)殖產(chǎn)量的降低，灘涂養(yǎng)殖區(qū)域的面積減少（夏培艷等,2011）。為了減少灘涂養(yǎng)殖資源的破壞和避免生態(tài)的進一步惡化，利用人工措施對已受到破壞和退化的灘涂進行生態(tài)恢復(fù)是改善灘涂養(yǎng)殖現(xiàn)狀的重要途徑之一。在廣泛開展污染灘涂調(diào)查的基礎(chǔ)上，搞清楚灘涂中主要污染物的種類和數(shù)量，有針對性地采用物理方法、化學(xué)方法和生物學(xué)相結(jié)合的方法，提出灘涂生態(tài)修復(fù)的解決方案（薛超波,2004）。灘涂生態(tài)修復(fù)主要有以下3種方法。

2.1　物理修復(fù)

物理修復(fù)是最簡單易行的灘涂環(huán)境修復(fù)方法，通過利用機械翻耕的方法改善灘涂底質(zhì)的通氣性，創(chuàng)造耗氧有機物被氧化的環(huán)境，達(dá)到降低污染物含量的目的。通過機械翻耕可以使底質(zhì)深處的耗氧有機物與氧氣的接觸機會，促進污染物分解，可使底質(zhì)的化學(xué)需氧量(COD)減少。同時，翻耕可增加底質(zhì)的透氣性和透水性，增強其綜合生產(chǎn)能力，但翻耕會造成底質(zhì)中大量的營養(yǎng)鹽類發(fā)育，促進物質(zhì)的溶出，造成赤潮的發(fā)生。常見的物理修復(fù)方法還有壓沙（馬紹賽,2005），即取清潔無污染的沙子在污染區(qū)域覆蓋，可以有效解決有毒污染物，如硫化物、氨氮對貝類的毒性作用，但這種方法不能從根本上解決底質(zhì)中耗氧有機物含量高的問題，同時修復(fù)成本較高，因此在實踐修復(fù)過程中不建議采用這種修復(fù)方法。灘涂物理修復(fù)過程中的難點在于灘涂每天都會潮漲潮落，自然條件具有不可控性，因此翻耕后對底質(zhì)修復(fù)效果還有待進一步評估。當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于灘涂現(xiàn)場的生態(tài)修復(fù)研究較少，具體的機械翻耕修復(fù)方式、方法、評估的參數(shù)等還有待進一步的研究。Huang（2014）在臺灣北門海灘采用竹片固化退化灘涂的方法，實現(xiàn)了當(dāng)?shù)厣郴癁┩康纳鷳B(tài)修復(fù)。Liu（2016）提出退養(yǎng)還灘，即將灘涂上建造的養(yǎng)殖池塘恢復(fù)為原有的灘涂形態(tài)也是生態(tài)修復(fù)的一種重要方法，這種修復(fù)方法在我國盤錦灘涂濕地已開始大面積推進。

2.2　化學(xué)修復(fù)

在底質(zhì)中加入化學(xué)底質(zhì)改良劑，使底質(zhì)中的有害物質(zhì)和化學(xué)試劑反應(yīng)，使其毒性降低甚至完全消失。受污染的灘涂通常由于底質(zhì)中耗氧有機物大量積累，導(dǎo)致底質(zhì)缺氧，氨氮、硫化氫濃度升高，進而威脅貝類的生存（馬紹賽,1997），因此可以采用投加化學(xué)改良劑，氧化耗氧有機物、降低底質(zhì)中有毒的氨氮及硫化氫的含量。灘涂改良劑的主要成分包括過硫酸氫鉀、生石灰、過氧化鈣以及螯合劑等，通過底質(zhì)改良劑的強氧化性實現(xiàn)底質(zhì)耗氧有機物、氨氮及硫化氫的氧化作用。底質(zhì)改良劑的方法通常使用在池塘養(yǎng)殖過程中，為養(yǎng)殖生物提供良好的生活環(huán)境，但在灘涂的底質(zhì)修復(fù)中還未見報道。

2.3　生物修復(fù)

2.3.1動物修復(fù) 灘涂底質(zhì)生態(tài)修復(fù)所用的修復(fù)生物一般為多毛類，如沙蠶等。沙蠶、單環(huán)刺螠等生物適宜生活在北方灘涂區(qū)域，通過雙齒沙蠶Perinereis aibuhitensis、單環(huán)刺螠Urechis unicinctus等生物的攝食、活動改善底質(zhì)的通氣狀況，降低底質(zhì)中耗氧有機物的量。陳惠彬（2005）在大沽河口灘涂開展了生態(tài)修復(fù)研究，使用了毛蚶Scapharca subcrenata、青蛤Cyclina sinensis、沙蠶和雜色蛤Ruditapes variegata作為修復(fù)生物，結(jié)果表明：沙蠶修復(fù)區(qū)域有機物、總氮總磷和汞等污染物出現(xiàn)了顯著下降，沙蠶活動降低了底質(zhì)的異質(zhì)性。?？∠椋?014）等研究表明，投放雙齒圍沙蠶對底質(zhì)修復(fù)效果明顯，0.28 kg/m2密度組對TN、TP的去除效果及0.14 kg/m2、0.21kg/m2密度組對TN、TP及TOC的去除效果較對照組均達(dá)到了顯著水平（P＜0.05），其中0.21 kg/m2密度組對TN、TP及TOC的修復(fù)效果最佳。根據(jù)灘涂貝類養(yǎng)殖區(qū)底質(zhì)環(huán)境修復(fù)實驗研究(?？∠?2014)，發(fā)現(xiàn)物理方法和生物方法是灘涂修復(fù)的有效方法，在實際應(yīng)用中成效顯著。2015年葫蘆島興城市對污染的灘涂開展了生態(tài)修復(fù)，投入了沙蠶1.275萬kg，累積修復(fù)灘涂面積110 hm2，取得了顯著的生態(tài)修復(fù)效果。

2.3.2微生物修復(fù) 微生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理中的應(yīng)用較為普遍，其原理是通過微生物的活動將難降解的有機物，如石油類、農(nóng)藥類等持久性有機物，通過接種特異性的微生物種群，輔以相應(yīng)的管理措施，實現(xiàn)對受到石油污染土壤的修復(fù)。呂棟（2013）從海洋中篩選了三株以石油烴作為唯一碳源類的高效降解菌，在石油污染區(qū)域進行了應(yīng)用，取得了較好的修復(fù)效果。王騰（2015）在實驗室模擬了灘涂溢油污染，研究了三株石油降解菌對石油污染物的去除效果，利用微生物法可有效降解沉積物中的油類污染物，同時對環(huán)境影響較小。馬艷玲等（2004）在對脫硫細(xì)菌的篩選及其對硫化氫降解性能的研究發(fā)現(xiàn)，一株脫硫活性較高的菌株——無機化能自養(yǎng)型的脫氮硫桿菌Thiobacillus denitrificans，其脫硫產(chǎn)物主要是硫酸根離子。硫氧化細(xì)菌菌株DS-7能夠高效快速去除廢水中的硫化物,該菌4 h的硫化物去除率達(dá)到95%以上,相應(yīng)的硫轉(zhuǎn)化率最高達(dá)45.08%（趙鵬,2016）。

2.3.3植物修復(fù) 大型藻類能夠快速、大量吸收水體中的營養(yǎng)鹽，降低富營養(yǎng)化海水中的溶解態(tài)氮和磷的含量。利用大型海藻、海草對淺海富營養(yǎng)化嚴(yán)重的海區(qū)進行修復(fù)，成為一種十分流行的生態(tài)修復(fù)方法（林貞賢,2006）。在富營養(yǎng)化嚴(yán)重的海區(qū)人工栽培大型海藻易形成規(guī)模，且易于收獲，海藻生長迅速，能從環(huán)境中吸收大量的氮、磷，同時能夠?qū)崿F(xiàn)海洋的固碳作用。江志兵（2006）指出利用大型海藻具有經(jīng)濟性、再利用性、無二次污染和快速性的優(yōu)點。雖然大型藻類生態(tài)修復(fù)效果顯著，但對于北方污染的灘涂來說，由于灘涂具有潮漲潮落、定期干露等特點，使得傳統(tǒng)用于淺海的海藻生物修復(fù)技術(shù)沒有用武之地，因此灘涂區(qū)域如何開展植物修復(fù)成為未來灘涂修復(fù)的研究重點之一。

生物入侵灘涂主要采用鹽堿地特有的植物進行生態(tài)修復(fù)。成海等（2017）利用鹽城當(dāng)?shù)佧}地堿蓬Suaeda salsa作為修復(fù)的植物物種，對互花米草入侵的灘涂成功進行了修復(fù)。陳志明（2016）在浙江樂清灣通過種植紅樹林，有效實現(xiàn)了灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和可持續(xù)發(fā)展。

3　研究展望

灘涂是不可替代的自然環(huán)境，保護灘涂與保護海洋環(huán)境同樣重要。目前灘涂生態(tài)修復(fù)的研究還遠(yuǎn)不能滿足工作的需要，由于管理部門缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，不能對灘涂生態(tài)修復(fù)的效果作出科學(xué)、準(zhǔn)確的評估，因此需要在以下3個方面開展灘涂生態(tài)修復(fù)研究。

3.1　灘涂退化機制問題的研究

近30年來，我國灘涂受到多方面因素的影響，出現(xiàn)了嚴(yán)重的生態(tài)退化問題，南北方灘涂退化呈現(xiàn)出不一樣的退化方式，不同類型的灘涂退化機制、灘涂的生態(tài)演化過程及灘涂的生源要素地球化學(xué)循環(huán)過程是未來灘涂研究的方向之一。

3.2　灘涂生態(tài)修復(fù)方法的優(yōu)化

盡管國內(nèi)一些研究機構(gòu)開展了一些灘涂的生態(tài)修復(fù)研究，但目前修復(fù)方法尚不成熟，不能夠滿足當(dāng)前社會、企業(yè)和政府對灘涂修復(fù)技術(shù)的需求，開發(fā)多種見效快、成本低，適合不同灘涂退化類型的生態(tài)修復(fù)技術(shù)是未來灘涂修復(fù)的重要研究方向。

3.3　灘涂生態(tài)修復(fù)效果標(biāo)準(zhǔn)的制定

目前，我國貝類養(yǎng)殖退化灘涂的修復(fù)還處于初級階段，僅在山東威海及上海幾個地區(qū)開展了灘涂現(xiàn)場生態(tài)修復(fù)研究。隨著我國對濱海濕地環(huán)境保護工作的重視，越來越多的地方政府在嚴(yán)重退化的濱海濕地開展了生態(tài)修復(fù)研究及大面積推廣示范，但缺乏灘涂生態(tài)修復(fù)效果的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，亟待開展灘涂污染發(fā)生機理、灘涂貝類養(yǎng)殖環(huán)境容量、灘涂貝類養(yǎng)殖清潔生產(chǎn)技術(shù)研究和研發(fā)，制定灘涂生態(tài)修復(fù)技術(shù)和生態(tài)修復(fù)效果標(biāo)準(zhǔn)，以滿足社會、企業(yè)和政府對灘涂生態(tài)修復(fù)的要求。