太湖岸帶蘆葦灘涂生態(tài)恢復(fù)工程技術(shù)體系

單奇華 胡海波 張國慶

(1.宜興市林業(yè)指導(dǎo)站 宜興 214206；2. 南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院 南京 210037)

太湖古稱震澤, 是中國五大淡水湖之一。太湖地處經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的長(zhǎng)三角中心，北接無錫，南連湖州，東臨蘇州，西承宜興。太湖為地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)自身反受其累，沿湖及其上游居民的生活污水以及種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和工業(yè)廢水等都以直接或間接的形式污染著太湖，引起太湖水體富營養(yǎng)化，進(jìn)而引發(fā)藍(lán)藻水華。2007年5月，由太湖藍(lán)藻提前大面積暴發(fā)引發(fā)的太湖水危機(jī)事件引起了國內(nèi)外廣泛關(guān)注，也讓社會(huì)各界認(rèn)識(shí)到太湖水環(huán)境治理的重要性。

當(dāng)前，太湖水環(huán)境綜合治理的基本思路是減源與增匯結(jié)合，點(diǎn)源與面源控制兼顧，治理與管理并舉。在《江蘇省太湖流域水環(huán)境綜合治理實(shí)施方案修編》中，提出并實(shí)施了十一項(xiàng)具體措施，分別是:飲用水安全保障、工業(yè)點(diǎn)源污染治理、城鎮(zhèn)污水處理和垃圾處理處置、農(nóng)業(yè)面源污染治理、生態(tài)修復(fù)、資源化利用、水利工程(引排工程)、河網(wǎng)綜合整治工程、節(jié)水減排、監(jiān)測(cè)體系與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)和能力建設(shè)和科技支撐。這十一項(xiàng)措施中，生態(tài)修復(fù)作為一種近自然的修復(fù)方式，具有投入小和低維護(hù)的工程優(yōu)勢(shì)以及凈化水質(zhì)、提高生物多樣性和可持續(xù)性等生態(tài)優(yōu)勢(shì)而被廣泛研究與應(yīng)用。目前，生態(tài)修復(fù)包括濕地保護(hù)與恢復(fù)、生態(tài)清淤和生態(tài)隔離帶及防護(hù)林體系建設(shè)等內(nèi)容。常用的技術(shù)有防風(fēng)消浪技術(shù)、浮床技術(shù)、土方工程技術(shù)、植物種植技術(shù)和魚類放養(yǎng)技術(shù)等。采用的工程材料有植物、魚類和木樁等生物材料以及炭素纖維、微納米、PVC浮床和太陽能動(dòng)力裝置等人工合成材料等[1,2]。

已有的研究結(jié)果對(duì)太湖水污染的生態(tài)修復(fù)提供了有力的技術(shù)支撐，但是，對(duì)于在大江、大湖的湖區(qū)，尤其是在面臨大風(fēng)、大浪的環(huán)境脅迫下如何開展生態(tài)修復(fù)，相關(guān)技術(shù)報(bào)道較少。本文根據(jù)治太生態(tài)修復(fù)工程中積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合理論研究，提出一套適用于太湖岸帶蘆葦(phragmitescommunis)灘地生態(tài)恢復(fù)的技術(shù)體系，為太湖水環(huán)境綜合治理以及相關(guān)工作提供參考。

1 區(qū)域生態(tài)因子分析

1.1 太湖地理概況

太湖位于長(zhǎng)三角的南部(30°55'～31°32'N，119°52'～120°36'E)，連接江浙兩省，總面積2 427.8 km2(水域面積2 338.1 km2)，湖岸線全長(zhǎng)393.2 km。區(qū)域地貌西南以丘陵山地為主，是太湖的集水區(qū)，東部和北部以平原及水網(wǎng)為主，是太湖的泄水區(qū)。黃棕壤和紅壤為太湖流域的地帶性土壤，太湖湖區(qū)以湖成白土和夜潮土為主。太湖屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，日照時(shí)數(shù)累年平均值為2 000～2 200 h，年均太陽總輻射量為460～502 KJ·cm-2，年均氣溫15～17 ℃，年平均風(fēng)速2.5～3.0 m·s-1，多年平均無霜期239 d。太湖流域植被丘陵山區(qū)以天然混交林為主，主要鄉(xiāng)土樹種有馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、青剛櫟(Cyclobalanopsisglauca)、金錢松(Pseudolarixamabilis)、銀縷梅(Parrotiasubaequalis)、毛竹(Phyllostachysheterocycla(Carr.)Mitfordcv.Pubescens)等；湖區(qū)以人工混交林和草本植物為主，喬木主要有墨西哥落羽杉(Taxodiummucronatum)、中山杉(Taxodiumhybrid'zhongshanshan')、垂柳(Salixbabylonica)、楓楊(Pterocaryastenoptera)和楊樹(Populus)等，草本主要有蘆葦(Phragmitesaustralis)、茭草(Zizaniacaduciflora)和菖蒲(Acoruscalamus)等。

1.2 太湖水文特點(diǎn)

水文是影響蘆葦灘涂生態(tài)恢復(fù)的重要生態(tài)因子，是決定工程位置、施工時(shí)間、堆土高度、擋浪木樁規(guī)格、植物材料和植物種植技術(shù)的關(guān)鍵因子。

太湖為淺水湖，湖底呈碟狀，水深1.5～2.5 m平均水深1.95 m，常水位蓄水量44.3億m3。與太湖相連的主要河流約有50條。太湖地區(qū)多年平均降水量1 177 mm。降雨受季風(fēng)影響明顯，表現(xiàn)為年際和年內(nèi)降水量都不均勻，其中，年際最大降水量為1987年的1 662.8 mm，最小降水量為1978年的669.3 mm[3]；年內(nèi)6～8月降雨最多(占全年的35%～40%)，12～2月降雨最少(占11%～14%)，3～5月降雨占26%～30%，9～11月降雨占18%～23%。多年平均蒸發(fā)量為821.7 mm·a-1，干旱指數(shù)為0.71。

太湖年水位變幅較大，一般5月起漲，7月份達(dá)到最高，10月以后水位下降，至12月底達(dá)到最低值。據(jù)觀測(cè)，太湖最高水位(大浦口站)為3.84 m，出現(xiàn)在7月22日；最低為2.66 m，出現(xiàn)在12月30日。高水位通常由汛期(5～9月)的梅雨和夏、秋臺(tái)風(fēng)暴雨所致。洪澇年份如1999年，太湖水位最高達(dá)5.08 m。太湖上游宜興西氿站最高水位為4.00 m，出現(xiàn)在7月16日；最低2.86 m，出現(xiàn)在12月31日。滆湖歷年最高水位為5.45 m，出現(xiàn)在7月7日，最低水位為2.44 m，出現(xiàn)在1月30日。

1.3 太湖季風(fēng)特點(diǎn)

季風(fēng)不僅影響太湖流域的降雨分布和太湖水位，季風(fēng)引發(fā)的風(fēng)浪是阻礙太湖岸帶蘆葦灘涂生態(tài)恢復(fù)的重要因素。研究太湖地區(qū)季風(fēng)發(fā)生的特點(diǎn)對(duì)蘆葦灘涂生態(tài)恢復(fù)工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用具有重要意義。

太湖流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，冬季受極地大陸冷氣團(tuán)影響，盛行偏北風(fēng)，氣候寒冷干燥；夏季受熱帶海洋氣團(tuán)影響，盛行東南風(fēng)，氣候炎熱濕潤。據(jù)無錫站1961～2000年風(fēng)速、風(fēng)向資料，太湖地區(qū)全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾E，多年平均風(fēng)速為3.0 m·s-1，頻率10次·年-1。3～8月，植物繁育、生長(zhǎng)季的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾E，平均風(fēng)速為3.9 m·s-1；10月-次年2月的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹NW，平均風(fēng)速為4.0 m·s-1。太湖地區(qū)平均每年發(fā)生臺(tái)風(fēng)1～2次，時(shí)間通常在夏末秋初。太湖很少正面遭受臺(tái)風(fēng)侵襲，多數(shù)是受臺(tái)風(fēng)倒槽影響。風(fēng)是引發(fā)太湖波浪的主要原因，微風(fēng)情況下，太湖湖心波浪高度均值為0.523 m[4]。春夏季太湖波高明顯大于秋冬季，太湖湖西風(fēng)浪大于東部，南部風(fēng)浪大于北部?？古_(tái)風(fēng)、消波浪是太湖地區(qū)蘆葦灘涂生態(tài)恢復(fù)的重要技術(shù)難關(guān)。

2 灘涂生態(tài)恢復(fù)工程技術(shù)體系

2.1 圍堰消浪技術(shù)

用木樁梯形狀圍堰消浪，其中，向水迎風(fēng)面為梯形狀圍堰的短邊，短邊排樁長(zhǎng)度為250 m；兩側(cè)腰排樁延伸至湖岸，腰與短邊的夾角不固定，以有利于現(xiàn)場(chǎng)施工為準(zhǔn)；湖岸為梯形狀圍堰的長(zhǎng)邊，長(zhǎng)邊不釘木樁。木樁入泥深度2 m，水面以上留1 m。木樁采用杉木枝或桿的原木，木樁長(zhǎng)度=入泥深度2 m+水面以上1 m+實(shí)際水深，木樁大頭胸徑10～15cm。木樁密度為7～10根·米-1。釘樁圍堰時(shí)間為太湖水位下降期(11～12月)。

2.2 堆土工程技術(shù)

在圍堰外側(cè)6 m外的湖體挖取湖底心土層土壤，將挖取的實(shí)心土緊靠排樁內(nèi)側(cè)堆土，由近及遠(yuǎn)，堆土高度應(yīng)高出水面20 cm，采用15 m長(zhǎng)臂抓式挖泥船抓挖、短撥與堆土。挖泥堆土?xí)r間為太湖低水位期(12月～來年2月)

2.3 護(hù)泥技術(shù)

用竹片擋土和彩條布包土相結(jié)合護(hù)泥。竹片擋土技術(shù)，在木樁圍堰內(nèi)側(cè)放置竹片，竹片寬1 m，高為實(shí)際水深的1.5倍，直立緊靠木樁放置，鐵絲固定。木樁內(nèi)側(cè)放置竹片即可護(hù)土又可以消浪。彩條布包土護(hù)泥技術(shù)，圍堰竹片內(nèi)側(cè)鋪設(shè)彩條布，彩條布一側(cè)入水沉湖底，彩條布上堆泥，待堆土高出水面20 cm，彩條布另一側(cè)包住堆土，壓實(shí)。護(hù)泥時(shí)間為太湖低水位期，與堆土同步進(jìn)行。

2.4 蘆葦種植技術(shù)

采用分根繁殖和播種繁殖相結(jié)合的方法種植蘆葦：①分根繁殖。因本技術(shù)采用了護(hù)泥技術(shù)，所以，蘆葦種叢種植需要在彩條布上開口種植。根據(jù)蘆葦種叢大小，在堆灘上挖好種植穴備用，種植穴株行距為1.5 m×1.5 m。2月下旬至4月上旬，在蘆葦萌芽期間，用鐵鍬在蘆根處挖出種叢，種叢土球直徑大于50 cm，高20 cm，每叢不少于60個(gè)芽。將種叢放入種植穴內(nèi)，踏實(shí)種叢土球和種植穴接縫四周，保持土壤濕潤。②播種繁殖。11月中下旬，采集蘆葦種子，用水洗法選種，用低溫層積沙藏法保藏蘆葦種子。具體為將浸泡1 h后沉于水底的成熟種子選出，與河沙以1∶3的比例混合，堆放于0～5 ℃的環(huán)境中，河沙濕度保持在60%。第二年3月初播種，將河沙與蘆葦種子的混合物在堆灘上一起均勻撒播。

3 討論

蘆葦是太湖岸帶的天然優(yōu)勢(shì)植物，在太湖大堤未修筑前，太湖西岸宜興瀆邊有寬約1 km的天然蘆葦灘涂。近年來，在水污染、風(fēng)浪侵蝕和人為破壞等因素的脅迫下，太湖水生植物群落顯著衰退，但蘆葦仍然是近岸優(yōu)勢(shì)物種[5，6]。研究表明，蘆葦具有較強(qiáng)的抗環(huán)境脅迫能力，能夠吸收沉積物中的氮、磷等元素[7]，是抑制藍(lán)藻、凈化水質(zhì)的最佳生態(tài)修復(fù)植物材料。因此，選擇蘆葦作為太湖岸帶灘涂生態(tài)恢復(fù)的植被材料有科學(xué)和實(shí)踐依據(jù)。

蘆葦繁殖方式分為無性繁殖和有性繁殖。通常人們常用分根、根狀莖、分株和壓青等無性繁殖方式來擴(kuò)繁蘆葦種苗。但太湖湖區(qū)風(fēng)浪大，無性繁殖方式種植蘆葦密度偏低，且扎根不穩(wěn)，僅用無性繁殖方式種植蘆葦成功率低。為促進(jìn)蘆葦群落的快速形成，必須提高蘆葦種植密度，而種子播種正好具有高密度播種的優(yōu)勢(shì)，且與無性繁殖相比，種子播種具有易操作、省工省力的優(yōu)勢(shì)，因此，本技術(shù)提出用分根繁殖和播種繁殖相結(jié)合的方法種植蘆葦，能夠顯著提高蘆葦種植的成功率。

蘆葦是多年水生或濕生植物，廣泛分布于江、河、湖、塘沿岸等淺水或低濕環(huán)境中，但是蘆葦種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)受水淹脅迫影響嚴(yán)重。研究表明，蘆葦種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)需要在光照、好氧和低水位環(huán)境中[8-10]。因此，在消浪、堆土和護(hù)泥等生境營造工程中，應(yīng)當(dāng)為蘆葦種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)提供一個(gè)光照、低水位的生境。依據(jù)這一理論，本技術(shù)土方工程嚴(yán)格要求堆土高度應(yīng)高出水面20 cm。沙藏和淺播有利于蘆葦種子的萌發(fā)[8, 11]，因此，本技術(shù)采用沙種混合物撒播的播種方式。

緊密設(shè)置杉木排樁用于消浪固土是一種有效的辦法，在條件允許的情況下，建議設(shè)置兩道平行木樁，一道專用于消浪，一道用于消浪兼固土。木樁內(nèi)側(cè)放置竹片起到消浪和護(hù)土的雙重作用。彩條布包土技術(shù)雖然簡(jiǎn)易，但作用顯著。在蘆葦生長(zhǎng)初期，根系還未成片連網(wǎng)，固土能力偏弱的情況下，采用彩條布包土措施能夠有效減小風(fēng)浪對(duì)堆土的侵蝕，有利于蘆葦?shù)纳L(zhǎng)，進(jìn)而提高工程的成功率。秋冬太湖低水位時(shí)必須搶抓工期，圍堰工程、土方工程和種植工程環(huán)環(huán)相扣、一氣呵成。

4 結(jié)論

根據(jù)太湖湖區(qū)氣候和水文的特征，結(jié)合蘆葦?shù)纳砩鷳B(tài)特征，理論聯(lián)系實(shí)際，提出太湖岸帶蘆葦灘涂生態(tài)恢復(fù)工程技術(shù)體系。該技術(shù)體系在太湖水環(huán)境治理中進(jìn)行了試驗(yàn)，成功修復(fù)太湖西岸沙塘港至歐瀆港段蘆葦灘涂20 hm2。