麋鹿苑濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復及景觀營造實踐

段建彬，白 冰，鐘震宇，陳 星，程志斌，張鵬騫，孟玉萍，陳 頎，張樹苗，朱明淏

(1.北京麋鹿生態(tài)實驗中心，北京 100076；2.北京生物多樣性保護研究中心，北京 100076；3.北京輕工業(yè)環(huán)境研究所，北京 100089)

1985年，中英“麋鹿重引進”項目選址于南海子中心地帶的麋鹿苑區(qū)域(占地60 hm2)，建立了北京麋鹿生態(tài)實驗中心。麋鹿苑是我國第1處以散養(yǎng)方式為主的麋鹿自然保護地，目前有麋鹿200 余頭。麋鹿苑為永定河流域的重要組成部分，由于永定河斷流和地表水污染等，水資源日漸匱乏，濕地生態(tài)系統(tǒng)功能退化，威脅著麋鹿及其它濕地物種的安全。于2007年開始，進行了麋鹿苑濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復及景觀營造，以期提高濕地景觀效果，豐富濕地物種，改善首都生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)人與自然的和諧統(tǒng)一。

1 麋鹿苑濕地概況

麋鹿苑地理坐標39°46′16″～39°46′40″N，116°26′59″～116°27′49″E，屬大陸性季風氣候區(qū)，年平均氣溫11.6 ℃，年平均降水量556 mm.麋鹿苑占地60 hm2，其中，水面積約10 hm2.

麋鹿苑位于北京市大興區(qū)境內(nèi)，緊鄰南海子公園。麋鹿苑成立時濕地的水源由小龍河直接供給，小龍河水質(zhì)受沿途居民生活用水影響，20世紀90年代至2007年間，河水污染情況越來越嚴重。同時期地下水位下降，麋鹿生存棲息地水文環(huán)境發(fā)生了極大改變，嚴重影響了麋鹿的生長和繁衍。

2 麋鹿苑濕地生態(tài)問題分析

2.1 水環(huán)境

麋鹿苑建立初期，內(nèi)有33.33 hm2水面，適宜麋鹿棲息。20世紀90年代以后，由于干旱和地下水位下降，濕地生態(tài)環(huán)境惡化，自然水面完全消失。為了保障麋鹿的生存安全，需要抽取深層地下水，以保持2 hm2的人工水面，濕地生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱。由于人工水面、水體之間不存在聯(lián)系，水體不流動，復氧能力差，自凈能力弱。隨著麋鹿種群被長期高密度放養(yǎng)，大量糞便對水質(zhì)造成二次污染，致使水質(zhì)接近劣五類地表水的水質(zhì)，危害到麋鹿的安全與健康，生物多樣性受到影響。

2.2 植被

由于干旱，20世紀90年代，麋鹿苑內(nèi)大量喬木枯死，灌木也呈減少態(tài)勢，草地植被物種組成逐漸單一。而麋鹿數(shù)量常年保持在130只以上，甚至達到200多只，相比建苑初期的20只，增長了10倍。但保護區(qū)面積沒有改變，長期高密度放養(yǎng)，給保護區(qū)內(nèi)植被造成了很大影響，逐漸形成保護區(qū)內(nèi)植被單一、覆蓋率低、麋鹿可采食率低的惡性循環(huán)，難以滿足麋鹿的生存需要。同時，濕地景觀也難以維持。

2.3 動物

由于水資源缺乏和周邊環(huán)境被污染，水體、植被等遭到破壞，魚類、兩棲類、爬行類以及水鳥等部分濕地物種消失，分布范圍和數(shù)量急劇下降。據(jù)2006年實地調(diào)查，麋鹿苑內(nèi)共記錄到魚類14種，兩棲類2種，爬行類3種，鳥類82種，獸類9種。

3 濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復技術(shù)

3.1 水環(huán)境系統(tǒng)流程設(shè)計

3.1.1 引水水源

根據(jù)北京市水務(wù)局的規(guī)劃，小紅門污水處理廠向涼鳳灌渠每天提供30×104m3灌溉用水，以供大興區(qū)灌溉和改善水質(zhì)。涼鳳灌渠流經(jīng)麋鹿苑外，取水距離6 km，經(jīng)處理后可作為景觀用水，也可用于植物澆灌。

3.1.2 引水水量

水量的確定主要考慮水面的蒸發(fā)作用、植物的蒸騰作用、滲漏及雨水的補給作用。

3.1.3 引水水質(zhì)

據(jù)調(diào)查，小紅門污水廠的出水指標中CODCr，BOD5，NH3-N，SS和TP均達到GB18918-2002中一級B的要求，見表1.

表1 小紅門污水廠出水設(shè)計指標 mg/L

3.1.4 引水入苑水質(zhì)處理工藝及景觀設(shè)置

涼鳳灌渠自涼水河至麋鹿苑水處理設(shè)施的取水口距離約為6 km.根據(jù)麋鹿苑的實際情況，從減小工程的投資及運行成本出發(fā)，同時考慮水處理工程與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一，最終采用人工濕地技術(shù)處理污水。有效利用苑內(nèi)現(xiàn)有土地，將其進行人工濕地改造，在完成水處理工作的同時，提高苑內(nèi)自然生態(tài)景觀。

對于冬天氣溫較低的北京地區(qū)，為了確保人工濕地的處理效率，同時避免產(chǎn)生臭味、滋生蚊蠅，麋鹿苑采用潛流式人工濕地系統(tǒng)。這類型人工濕地，污水在濕地床內(nèi)部流動，水位較深。它是利用填料表面生長的生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料的截留作用來凈化污水。由于水流在地表以下流動，具有保溫性能好、受氣候影響小，衛(wèi)生條件較好的特點。與其它人工濕地相比，潛流濕地的水力負荷大、污染負荷大，對BOD，COD，SS，重金屬等污染指標的去除效果好，出水水質(zhì)穩(wěn)定，不需要適應(yīng)期。

3.1.5 景觀表流濕地水質(zhì)保持

3.1.5.1 表流濕地循環(huán)凈化系統(tǒng)工藝

綜合考慮麋鹿活動、飲水、繁殖、飼草種植以及苑內(nèi)實際情況，最終確定擬擴建水系面積100 050 m2.苑內(nèi)湖底略呈西高東低勢態(tài)，除西端地勢較高外，其余部分高差在0.3 m以內(nèi)。根據(jù)自然地形，水系流向設(shè)計為：西—北—東—南—西。在湖底西南部設(shè)置人工回流泵站，使水體循環(huán)流動，具體方案見圖1.

圖1 麋鹿苑濕地循環(huán)系統(tǒng)平面圖

為促進麋鹿苑濕地系統(tǒng)中水體的流動，在表流濕地系統(tǒng)末端設(shè)置揚水循環(huán)系統(tǒng)，抽上來的水再經(jīng)潛流濕地凈化，最終流入濕地上游，從而實現(xiàn)麋鹿苑濕地水體周期式循環(huán)凈化，起到改善水質(zhì)、提升景觀和防治富營養(yǎng)化的綜合效果。揚水循環(huán)系統(tǒng)的揚水能力為32 m3/h，在5月至8月高溫期間連續(xù)運行，核算提水總量約768 m3/d.按麋鹿苑表流濕地系統(tǒng)水面面積90 000 m2，平均水深0.7 m計，在現(xiàn)運行方式下，濕地內(nèi)水系循環(huán)周期為82 d，相當于每年將麋鹿苑表流濕地的水循環(huán)凈化4.5次。

3.1.5.2 水體置換

麋鹿苑的濕地與外界不連通，只有進水沒有排水，由于坩鍋效應(yīng)，水的養(yǎng)分、含鹽量逐漸提高。為此，對鹽分累積情況進行了模擬計算，在不考慮植物吸收的情況下，運行2 190 d(6 a)后，系統(tǒng)內(nèi)鹽分濃度將達到7 500 mg/L.因此，麋鹿苑表流濕地的水必須定期外排。經(jīng)計算，當補水含鹽量為200 mg/L，外排水量為補水量的一半時，可維持系統(tǒng)鹽分濃度為400 mg/L.

為促進麋鹿苑濕地系統(tǒng)中水體的置換，減少水中的富營養(yǎng)物質(zhì)，在表流濕地系統(tǒng)末端設(shè)置了提水噴灌系統(tǒng)，提水能力為200 m3/h.根據(jù)提水噴灌系統(tǒng)設(shè)置提升水泵能力和運行方式，系統(tǒng)在每年4月至11月水華現(xiàn)象頻發(fā)期間運行，每天連續(xù)運行8 h.在該運行方式下，系統(tǒng)可實現(xiàn)每年125 000 m3的水量置換。按照濕地蓄水量63 000 m3計算，相當于每年將麋鹿苑表流濕地的水置換2次。

3.1.5.3 定期清淤

麋鹿苑景觀濕地改造完成后，其水面積達到10.1×104m2(包括表流濕地9×104m2，潛流濕地1.1×104m2)，平均水深0.7 m.隨著使用時間的增長，麋鹿殘食、糞便、死亡藻細胞、枯落植物等物質(zhì)沉積于水底，勢必會形成內(nèi)源污染。麋鹿涉水活動等會對水體和底泥進行擾動，導致污染物質(zhì)釋放，對水系造成污染。為此，需定期對水系進行清淤工作，清除內(nèi)源，降低水體污染風險。

基于對麋鹿棲息條件、生態(tài)系統(tǒng)、水系底部防滲層的保護，不宜采用停水清淤方法，主要對表層易釋放污染的沉積物進行清除。

3.1.6 表流濕地水土保持工藝

3.1.6.1 濕地防滲工程

傳統(tǒng)的河道防滲工程采用土工布或者防水毯鋪設(shè)，施工成本低、速度快。考慮河道長期有成群的麋鹿行走，會破壞防水層，造成濕地滲漏。因此，選擇紅黏土作為防滲漏材質(zhì)。紅黏土已在大壩及道路建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，但在河道防滲中的應(yīng)用非常少，通過試驗研究紅黏土的滲透、吸附、擴散等特性，表明紅黏土對重金屬具有較好的吸附性。紅黏土的干密度在最大干密度值附近時，滲透系數(shù)達到10-8～10-9.紅黏土的含水量在24%～28%時，其滲透系數(shù)K<1.0×10-7cm/s.所以，控制好紅黏土的含水率，施工過程中對其進行機械壓實，作為表流濕地防滲襯墊材料是可行的。此外，紅黏土對重金屬的吸附作用，有利于襯層對水體水質(zhì)的凈化。

3.1.6.2 濕地護坡工程

麋鹿苑表流濕地河岸長度共計6 000 m，受麋鹿踩踏和水流沖刷影響，必然會受到不同程度的損壞。特別是北方地區(qū)，受冬季結(jié)冰影響，河道自然邊坡?lián)p壞、坍塌的速度更快。邊坡侵蝕會導致景觀破壞、濕地滲漏、水體污染等一系列問題發(fā)生。

受麋鹿苑濕地內(nèi)生態(tài)環(huán)境及野生動物影響，護坡工程不宜采用砌體護坡方案，故選擇自然拋石(宜為鵝卵石)護坡方案，拋石形成防護坡體。護坡頂部標高為原河岸路面高程，底部標高為現(xiàn)狀河底高程，由岸邊直接進行拋石填筑，形成邊坡坡度為1.0∶1.5.

3.2 植被配置

保護區(qū)內(nèi)濕地是麋鹿賴以生息繁衍的地方，因此，保護和恢復濕地植被生態(tài)是麋鹿苑植物配植的目的和特點之一，也是麋鹿苑濕地改造的最終目的之一。濕地植被應(yīng)在滿足麋鹿生存的同時，達到科普教育、豐富景觀等功能，符合“陸生—濕生—水生”生態(tài)系統(tǒng)的漸變特點。通過對不同植物生態(tài)型“陸生喬灌草—濕地植物或挺水植物—浮葉沉水植物”的選擇，為麋鹿營造一個舒適的生活環(huán)境。

根據(jù)北京地區(qū)原生濕地植物種類，一方面在麋鹿苑內(nèi)擴大已有濕地植物的種植面積，一方面采取引入本地區(qū)原生濕地植物，豐富濕地植物種類，營造多樣的濕地植被群落，以滿足不同種類濕地動物的生存需求，吸引更多的野生濕地動物。

3.3 麋鹿群輪牧

對麋鹿現(xiàn)有種群結(jié)構(gòu)進行等比例取樣，在麋鹿苑現(xiàn)有保護區(qū)單位面積、單位時間內(nèi)飼養(yǎng)，計算出單位時間內(nèi)麋鹿對野生牧草的食用量，然后對保護區(qū)牧草的生長周期進行科學計算，從而形成麋鹿苑保護區(qū)麋鹿輪牧計劃圖，并在項目中得以實施，通過反復修正，有效實現(xiàn)保護區(qū)的輪牧計劃。日常管理中，根據(jù)植被的生長，開展麋鹿種群分區(qū)輪牧，放牧過后及時對草地進行澆灌，促進植物生長。每天給麋鹿群適度投喂新鮮牧草，避免麋鹿對植被過度采食和踩踏，延長植物的生長期，提高植被覆蓋率，從而達到景觀恢復，見圖2.

圖2 保護區(qū)分區(qū)輪牧平面圖

3.4 濕地動物配置

為進一步提升麋鹿苑濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，提升景觀靈動體驗，需要增加濕地動物的種類和數(shù)量。北京地處東亞—澳大利西亞候鳥遷徙通道，野鳥資源豐富，水鳥的增加能快速提升濕地景觀的觀賞效果。麋鹿苑一方面引入少量水鳥，一方面通過增加食物招引野鳥。每年往表流河道和湖中投入約10萬尾鰱魚、鳙魚魚苗，種植許多漿果樹種，在封閉區(qū)域種植蓮(荷)花、蘆葦，定期投放少量雜糧，吸引野鳥覓食，從而提升鳥類多樣性。通過實地監(jiān)測，目前麋鹿苑鳥類記錄已經(jīng)達到260種，而2006年麋鹿苑鳥類記錄只有133種，效果顯著。

4 恢復效果

2006年至今，經(jīng)過14 a的生態(tài)系統(tǒng)恢復及景觀營造實踐，麋鹿苑水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境逐步得到改善。

4.1 水環(huán)境得到優(yōu)化

經(jīng)檢測，麋鹿苑潛流濕地水質(zhì)已在原有基礎(chǔ)上得到了一定的改善。但由于麋鹿種群長期維持高密度放養(yǎng)，大量尿和糞便排入水體中，水體為封閉式，不能更換，大量磷和氮長期蓄積，總磷、總氮以及溶氧量指標沒有得到改善，反而增高。麋鹿苑人工湖水質(zhì)量對比見表2.

表2 麋鹿苑人工湖水質(zhì)量對比

4.2 生態(tài)環(huán)境得到改善

經(jīng)長期監(jiān)測，現(xiàn)有植物物種連年增加，由2006年的229種增加到240余種。動物物種和數(shù)量也呈增加趨勢，新監(jiān)測到哺乳動物12種，麋鹿數(shù)量穩(wěn)定增長(圖3)，野生(含遷徙)鳥類記錄已達260多種，兩棲爬行動物8種，野生魚20種。營造了自然景觀優(yōu)美，動植物資源豐富的生態(tài)環(huán)境。

圖3 麋鹿苑麋鹿種群數(shù)量動態(tài)

5 結(jié)論與討論

通過對麋鹿苑表流濕地幾個點位的水質(zhì)進行檢測，對麋鹿苑生態(tài)環(huán)境的物種情況進行調(diào)查，對生態(tài)系統(tǒng)恢復及景觀營造措施與生態(tài)環(huán)境改善效果的關(guān)系進行分析，表明水環(huán)境改善、科學的植被配置、有計劃的飼養(yǎng)野生動物是影響濕地生態(tài)環(huán)境的重要因素。為改善水質(zhì)，應(yīng)該定期對水體進行更換，將污染的水用于灌溉，將水抽干后補充新水。

筆者在觀測過程中還發(fā)現(xiàn)，人工濕地建設(shè)對生態(tài)環(huán)境改善有明顯的促進作用，在科學的人工管理下，這種促進作用越明顯。因此，關(guān)于人工濕地建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的促進作用是一個值得被關(guān)注的問題，今后有待開展更為系統(tǒng)的調(diào)查研究，從而為生態(tài)環(huán)境的改善提供科學依據(jù)。