上海濱海濕地退化原因及生態(tài)修復(fù)措施研究

蘇令侃

（上海鴻穆環(huán)境科技有限公司，上海 200072）

濱海濕地是具有著豐富的自然資源的生態(tài)系統(tǒng)，其退化和喪失是一場全球性的生態(tài)危機。土地復(fù)墾、水污染、沉積物匱乏、物種入侵和海平面上升等對濕地產(chǎn)生了巨大的壓力，全球濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)已嚴重退化。自1970年代以來，許多國家和國際組織頒布了拉姆薩爾公約、“無凈損失”（no-net-loss）政策和生物多樣性公約等多個戰(zhàn)略用于保護受威脅的生態(tài)系統(tǒng)[1-2]。目前，濱海濕地的保護已成為全球迫切性、實現(xiàn)性意義的問題。

位于長江口的上海是中國重要的灘涂和鹽沼分布區(qū)，具有大量的濱海濕地資源。灘涂和鹽沼是兩個密切相關(guān)的濕地生態(tài)系統(tǒng)，為人類提供了不可替代的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。灘涂通常出現(xiàn)在鹽沼前面，鹽沼是在適宜條件下從灘涂演化而來的，而在泥沙虧缺環(huán)境下，不穩(wěn)定的鹽沼生態(tài)系統(tǒng)會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闉┩縖3]。候鳥多以灘涂為食，并在沼澤筑巢，而沼澤的波浪衰減和固碳作用比灘涂更有效。濱海濕地對于維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和提高生物多樣性保護具有重大意義。

近幾年來，盡管通過停止填海工程、海岸線保護行動、生態(tài)海堤等多種手段來增強海岸對自然災(zāi)害的抵御能力，然而據(jù)統(tǒng)計從1950年到2018年，上海失去了大約58%的濱海濕地[4-5]，濱海濕地的保護面臨著巨大的機遇和挑戰(zhàn)。此外，一項全國范圍的研究表明，即使所有濕地的總面積在過去幾十年中有所增加，但有價值的天然濕地仍在繼續(xù)減少，尤其是鹽沼，而且濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況評估還存在問題，一些重要的影響因素還未納入濕地生態(tài)系統(tǒng)的評估中，例如生物入侵[6]。為解決上海濱海濕地退化問題，濕地近自然恢復(fù)迫在眉睫。

本文概述長江口上海濱海濕地的情況，科學(xué)分析其生態(tài)退化原因，討論生物和生境的近自然生態(tài)修復(fù)進展，在此基礎(chǔ)上，為上海濱海濕地生態(tài)修復(fù)提出一些建議。

1 上海濱海濕地退化現(xiàn)狀

上海是典型的濱海濕地城市，擁有濕地資源豐富，灘涂面積遼闊，比全國平均濕地率高出接近9倍，其中濱海濕地面積占上海市全市濕地面積總量的78.72%[7]，擁有豐富的底棲動物和植物資源，具有極高的生物多樣性價值。然而，由于城市工業(yè)化發(fā)展和經(jīng)濟社會發(fā)展過程中不合理、過度的人為活動，隨之而來的濕地生態(tài)與環(huán)境問題十分嚴峻。如圖1所示，上海灘涂濕地面積在2008年開始大幅下降，相比1990年的數(shù)據(jù)，2018年灘涂/潮灘面積比下降了52%以上以及潮灘濕地的面積凈損失達18.1%[8]。作為上海水源地的核心區(qū)域，大蓮湖的面積在逐漸萎縮，已由最早的3.03 km2面積縮小至如今的0.99 km2，減少了原面積的67.3%[9]。上海濱海濕地的生態(tài)與環(huán)境面臨巨大的壓力，需通過人為干預(yù)和自然調(diào)節(jié)進行有效的生態(tài)修復(fù)。

圖1 1990～2018年上海濱海地區(qū)土地利用/覆蓋變化類型的空間分布Fig.1 Spatial distribution of different LULC types in Shanghai coastal region between 1990 and 2018

2 退化原因分析

由于自然和人為驅(qū)動因素，上海濱海濕地的喪失速度顯著增加，且影響了生物多樣性、生物生產(chǎn)力、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力等，出現(xiàn)了濕地退化和喪失的現(xiàn)象。

2.1 自然因素對濕地退化的影響

（1）海平面上升

海平面上升是濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)面臨的嚴重環(huán)境脅迫因子，沿海地區(qū)由于地勢較低，對海平面上升十分敏感。在過去30年里，長江三角洲經(jīng)歷了54±12 km2/年的凈面積增長，海平面呈上升趨勢[10]。海平面上升將延長濱海濕地生境的潮水浸淹時間和增加其淹水頻率，直接影響植物的存活和生長，改變?yōu)I海濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致生境退化甚至喪失。上海市作為沿海城市社會經(jīng)濟發(fā)展中心，其周邊海域相對海平面上升情況尤為重要。20世紀60年代，上海市周圍海域海平面上升速率為0.9 mm/a，20世紀90年代海平面上升速率高達2.0 mm/a，根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告，預(yù)測出2030年長江河口海平面約上升10～16 cm。上海市周邊海域海平面上升速率高于全球海平面上升速率，其主要原因是上海地面沉降顯著導(dǎo)致其周邊海域海平面上升速率加快。海平面上升會直接造成海岸線侵蝕，進一步導(dǎo)致海水向濕地入侵，進而加劇了濕地土壤鹽堿化等問題，使?jié)竦販p緩鹽水入侵、補充地下水的功能退化甚至喪失。目前，海平面上升對濕地的直接影響還不明顯，在未來這極可能對上海濱海濕地產(chǎn)生重大影響。

（2）全球氣候變化

氣候變遷主要影響土壤和水體的地球化學(xué)過程，但因為濕地生態(tài)系統(tǒng)對全球氣候變化比其他生態(tài)系統(tǒng)更加敏感、脆弱，也使上海濕地生態(tài)系統(tǒng)逐漸變成流域內(nèi)生態(tài)安全威脅系數(shù)最大的區(qū)域。近百年來，海洋氣溫和海表水溫都呈現(xiàn)了明顯增加的態(tài)勢。統(tǒng)計資料表明，相比于1990年，2021年平均氣溫升高了1.09℃[11]。由于蒸發(fā)量增加和人為用水需求增加，氣候變化可能會加劇對濕地的壓力。預(yù)計更高的蒸發(fā)量，可能會增加濕地干旱的嚴重程度，或影響植物物種分布、群落結(jié)構(gòu)和濕地水文形態(tài)動力學(xué)。

（3）外來物種入侵

上海濱海濕地遭到了外來物種互花米草的大幅度入侵，其擴散速度是虎耳草、蘆葦、海三棱藨草等本土植物的4～6倍。自1997年引入上海九段沙，截至2021年互花米草主要分布在崇明島的東北部、九段沙和南匯邊灘，據(jù)統(tǒng)計其面積達 101.09 km2，占中國沿海地區(qū)總面積的16.4%（圖2）[12]?；セ撞輳妱萑肭謱?dǎo)致上海濱海濕地原來的土著物種慢慢死亡直至部分消失，植物結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進來導(dǎo)致鳥類的食物來源也減少。其中，海三棱藨草是上海濱海濕地的重要本土植物，既可以作為雁鴨類的食源，也可以作為 鷸類的棲息地。然而近幾年海三棱藨草基本消失，隨之而來也產(chǎn)生了鳥類數(shù)量急劇下降的問題。

圖2 互花米草在中國沿海地區(qū)分布Fig.2 Distribution of spartina alterniflora in coastal areas of China

2.2 人為因素對濕地退化的影響

（1）人工圍灘造地加劇

圍灘造田活動是中國沿海地區(qū)為解決土地資源緊張、促進人民經(jīng)濟健康增長的最有效措施。但由于由于大量的圍墾活動，也直接導(dǎo)致了濕地大規(guī)模的萎縮。圍灘造田是危害中國周邊沿海濕地的最主要原因，是濕地面積不斷減少的最主要因素。20世紀90年代，上海崇明東灘經(jīng)歷了兩次大規(guī)模的圍灘造地活動，新建堤壩甚至筑到了海三棱蕉草保護區(qū)的核心位置[13]。上海最終減少的濕地面積超過全市總濕地面積的10%，大多是在南匯邊灘、崇明北沿、橫沙東灘等區(qū)域。過度的圍墾對上海濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)造成的干擾和破壞是嚴重的，造成了生境破碎化，環(huán)境污染增加，濕地退化。

（2）濱海濕地資源過度發(fā)展

水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植是上海濱海濕地的主要利用方式。在潮間帶，沿海藻類、貝類以及生態(tài)旅游主要得到促進，而農(nóng)業(yè)主要在潮下帶。上海濕地養(yǎng)育著許多重要的魚類和水產(chǎn)經(jīng)濟動物，如中華鱘、中華絨鰲蟹、鰣魚、鰻魚等。因為生態(tài)變化存在著周期性，所以合理捕魚就可以推動生物資源的更新生長，但如果捕魚不當就可能破壞生態(tài)的更新與生長循環(huán)，從而造成了濕地生態(tài)失去平衡。20世紀90年代初，崇明東灘濕地的鰻苗遭到了多個省市肆意捕撈，成千上百條漁船堵塞在長江口區(qū)域，導(dǎo)致機油污染上海的水面，同時嚴重干擾了雁鴨類越冬[13]。上海濱海濕地資源尚未形成良好的統(tǒng)一管理，濕地生態(tài)環(huán)境被大肆破壞，河口及近海漁業(yè)的特殊資源有趨于枯竭的危險。

（3）工業(yè)活動

工業(yè)活動，特別是陸上第二產(chǎn)業(yè)，已成為上海市濱海濕地的主要威脅。大量案例研究表明，濕地附近有集聚的工業(yè)活動會導(dǎo)致生化需氧量、磷和氨氮等污染物顯著增加，土壤因重金屬污染而惡化，石油烴類污染嚴重。這些高度持久性和難以生物降解的污染物通過食物鏈中的生物積累對生物體的生長和行為產(chǎn)生負面影響。根據(jù)工業(yè)活動對中國長江沿海區(qū)域濱海濕地影響的相關(guān)研究[14]，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集聚對濱海濕地產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境污染。在上海市長興島有一些船舶制造工業(yè)發(fā)展和港口的存在這可能是導(dǎo)致長興島濕地、橫沙島周邊受到石油烴和重金屬污染偏高的原因。此外，船舶生活垃圾、溢油事故等也會導(dǎo)致周邊濕地附近石油類污染物含量較高。

圖3 長江沿海區(qū)域工業(yè)活動研究Fig.3 Study on industrial activities in coastal areas of the Yangtze River

2.3 主要因素

根據(jù)上海市的地理條件、濕地現(xiàn)狀及其利用的基本特點，海平面上升、全球氣候變化、外來物種入侵三個自然因素是導(dǎo)致上海濱海濕地退化的最主要原因。其中，外來物種入侵是自2000年之后對濕地產(chǎn)生最大危害的因素，互花米草的“霸道”入侵就是導(dǎo)致上海九段沙濕地退化的主要因素。相比于外來物種入侵，海平面上升和全球氣候變化目前對濕地產(chǎn)生的危害還并不嚴重，但可能是導(dǎo)致上海濕地未來水土環(huán)境變化重要的潛在因素。

相比于自然因素，圍灘造地、資源過度開發(fā)和工業(yè)活動三個人為因素對上海濕地的影響更大。基于上海的發(fā)展歷史，圍灘造地是導(dǎo)致上海濱海濕地喪失的主要人為驅(qū)動力。除了九段沙濕地，崇明島上的大量濕地都受到了圍灘造地的人為影響。1960年，上海大力推動圍灘造地來保障上海的糧食安全問題，進而導(dǎo)致了大量的濕地被破壞。為了濕地的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)，上海在逐漸開展退耕還濕項目。

3 濱海濕地生態(tài)修復(fù)措施及建議

制定修復(fù)計劃，通過人工干預(yù)與自然調(diào)節(jié)相結(jié)合，對退化濱海濕地植物、動物、微生物等進行近自然生態(tài)修復(fù)，從而改善濕地水環(huán)境質(zhì)量、維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，是濱海濕地修復(fù)的重要內(nèi)容。

3.1 濕地生物修復(fù)技術(shù)

（1）植物修復(fù)

植物是濕地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，濕地植物修復(fù)常用的植物包括挺水植物、漂浮植物和沉水植物[15-17]，如表1所示。本土植物更適合以接近自然的方式修復(fù)濕地。挺水植物的恢復(fù)是其他活植物的基礎(chǔ)。沉水植物對于促進水下生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和平衡具有重要意義。植物在濕地修復(fù)中除了為水生動物和微生物提供更多的棲息地和藏身之地外，最重要的功能是凈化水質(zhì)，包括吸收和代謝養(yǎng)分、分解和轉(zhuǎn)化有機物、吸收和富集重金屬等污染物。吸附的雜質(zhì)可能成為底棲生物的食物和植物的養(yǎng)分。此外，水生植物吸收水中的氮、磷等微量元素進行生長，具有很強的凈水能力，對有害藻類水華有顯著抑制作用。

表1 常見水生植物的種類和功能Table1 Species and functions of common aquatic plants

根據(jù)相關(guān)研究[18]，海韭菜在河口濱海濕地生態(tài)修復(fù)中具有很好的作用，海韭菜可以吸收水體中的氮磷等營養(yǎng)物，還可以有效改善底質(zhì)環(huán)境。通過種植濕地植被鹽地堿蓬和海韭菜對秦皇島北戴河溢油引發(fā)的受損濱海鹽沼進行了修復(fù)，結(jié)果顯示，沉積物中多環(huán)芳烴和石油烴的含量在修復(fù)后明顯下降[19]。高生產(chǎn)力的優(yōu)勢物種對濕地生態(tài)修復(fù)更有效[20]。此外，植物群落受濕地地貌的影響，在濕地的退化過程中往往會出現(xiàn)地貌的變化和消失，所以地貌改造也應(yīng)納入濕地植物修復(fù)的重要措施之一。

（2）動物修復(fù)

除了植物，動物也是濕地生態(tài)的重要部分之一，包括底棲生物、兩棲動物、魚類和鳥類等。濕地動物可以提供多種生態(tài)系統(tǒng)功能，例如，底棲生物通過過濾水中的懸浮顆粒和代謝污染物，富集沉積物中的重金屬，具有凈化水體的能力。兩棲動物、魚類和水鳥通過捕食底棲生物并形成食物鏈進入能量循環(huán)，以維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

底棲生物具有生命周期長、遷徙困難、對環(huán)境變化敏感等特點，特別是對人類活動和環(huán)境壓力的反應(yīng)迅速。低棲生物在濕地食物鏈中發(fā)揮了重要作為，其食物為有機碎屑和植物為主，而自身又被被水鳥、魚類等高等動物捕食。底棲生物參與了濕地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞等環(huán)節(jié)，可起到維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定的作用。根據(jù)現(xiàn)有的研究，底棲動物可對沉積物有很好的修復(fù)作用[21-22]，基于底棲動物活動與土壤因子相互作用，通過增加或減少底棲動物的擾動作用，應(yīng)可在一定程度改變土壤條件，調(diào)節(jié)濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能，通過底棲動物干擾手段來進行濱海濕地生態(tài)修復(fù)。此外，大型底棲動物已被用作長江口濱海濕地生態(tài)修復(fù)的指標[23-25]（表2）。

表2 底棲生物的種類和功能Table 2 Species and functions of benthics

（3）微生物修復(fù)

濕地環(huán)境中富含豐富的微生物，它們生長在根際、沉積物中，或在植物根和莖的周圍形成生物膜。微生物與許多濕地植物形成共生關(guān)系，植物為微生物提供了很好的自然生存環(huán)境。在濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)中，沉積物在微生物（氨氧化菌、硝化菌和反硝化菌等）驅(qū)動下常作為氮循環(huán)的重要反應(yīng)場所，其中涉及到的氮轉(zhuǎn)化過程主要包括固氮（N2-fixation）、再礦化（Remineralization）、硝化（Nitrification ）、反硝化（Denitrification）、厭氧氨氧化（Anammox）和硝酸鹽異化還原成銨（DNRA）等，如圖4所示[8]。

圖4 氮循環(huán)示意圖Fig.4 Schematic diagram of the nitrogen cycle

微生物對濕地中的氮、磷等富營養(yǎng)化元素具有很強的修復(fù)能力。有機氮被微生物分解轉(zhuǎn)化為銨，而銨可進一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，無機氮和磷可以被植物直接吸收或被微生物轉(zhuǎn)化。有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)對于濱海濕地石油烴污染問題，微生物群落可以起到很好的修復(fù)作用，但是如果污染物的濃度過高會破壞微生物的結(jié)構(gòu)，而通過植物和微生物共同作用可以在一定程度上提升修復(fù)作用，比如在種植翅堿蓬的土壤性質(zhì)有所改善，可以改善土壤鹽分和總孔隙度、增加微生物數(shù)量[26]。

3.2 濕地生境修復(fù)技術(shù)

（1）濕地基底修復(fù)技術(shù)

根據(jù)濕地基底的污染程度，采取合理的修復(fù)技術(shù)。污染較輕的濕地基底可以通過自然恢復(fù)或近自然恢復(fù)的方式，而重金屬污染等重度污染或有毒污染的濕地基礎(chǔ)則應(yīng)通過疏浚、基底修復(fù)改造、基底提升等人工方式干預(yù)與自然恢復(fù)結(jié)合的方式來進行修復(fù)。濕地底泥淤積是上海大多濱海濕地中存在的問題，而生態(tài)清淤是最為常用的濕地基底修復(fù)技術(shù)。通過對表層沉積物進行疏浚，進一步合理處置沉積物，從而比較徹底地去除濕地沉積物中的污染物，防止污染物從受污染的沉積物中釋放到水環(huán)境中。

此外，基底修復(fù)通常與生物修復(fù)相結(jié)合，基底的改善可能為生物的生長提供更好的條件。根據(jù)生物修復(fù)和基底修復(fù)的需求，需要新鮮底泥改良技術(shù)恢復(fù)水生生物棲息地，在底泥上鋪設(shè)透氣性好的沙土，不僅可以有效改善水力特性，還可以為微生物和底棲生物提供更大的附著表面積，從而全面改善濕地生態(tài)系統(tǒng)。

（2）濕地水土環(huán)境修復(fù)技術(shù)

濕地的土壤是生物的重要生存環(huán)境，其質(zhì)量狀況直接影響了濕地的生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。濕地受損土壤的修復(fù)方法以污染防控和土壤肥力恢復(fù)兩種重要的方式為主，以此增加土壤能量流動和維持物質(zhì)循環(huán)。例如，通過土壤改良劑來修復(fù)肥力下降、鹽漬化程度高的濕地土壤，或增加耐受微生物群落來提高土壤品質(zhì)。

水體是濕地極為重要的一部分，可以通過對濕地水資源的儲存和調(diào)節(jié)來維持城市水資源穩(wěn)定，當水量超過生態(tài)需水量時，儲存的水資源可以通過改善水系連通性進一步補充其他河流。而退化的濕地其水文連通性很差，使?jié)竦氐乃臈l件功能缺失。修復(fù)受損的水文連通功能是濕地水體修復(fù)的核心環(huán)節(jié)，修復(fù)技術(shù)包括重塑河道形態(tài)、重建河流水文連通性、重建濕地生境、維持水流、平衡泥沙和改善水質(zhì)等。

3.3 濕地生態(tài)修復(fù)建議

（1）外來物種管控措施及建議

目前對于上海市濱海濕地而言，對如何防治互花米草入侵開展了很多工作。建議在原生植被和入侵物種交界的地方，用物理方式進行阻斷，或者可以在政策允許下合理利用互花米草，增加濕地泥沙的淤積能力，減緩侵蝕速度，但要控制入侵物種的過度擴張。也可種植其他本土植物，提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，或在互花米草侵蝕岸段開挖小型溝渠用于引水，修筑小型堤壩，防止岸線侵蝕，改善土壤環(huán)境，為其他本土植物提供更加適宜的生長環(huán)境。

（2）減緩濕地退化措施

濕地生態(tài)修復(fù)既是技術(shù)，也是理論，其中蘊含著“人與自然和諧”的理念。與人工濕地技術(shù)相比，近自然生態(tài)修復(fù)技術(shù)采用的人工措施較少，而且這些人工措施通常是暫時的。通過濕地植物、動物和微生物共同作用，改善濕地環(huán)境質(zhì)量，維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。在碳中和的背景下，濕地碳循環(huán)與生態(tài)建設(shè)相結(jié)合具有重要意義。濕地生態(tài)系統(tǒng)的自我維持、濕地成分對碳減排的貢獻以及濕地碳減排功能的提升是未來濕地恢復(fù)的另一個潛在研究方向。

（3）建設(shè)相關(guān)法制和管理體系

上海濕地相關(guān)法律最早在1987年開始以灘涂管理暫行規(guī)定的形式制定，但是到如今關(guān)于濕地保護與管理的法制體系仍是缺失的。對于威脅濕地生態(tài)系統(tǒng)的活動，要加以限制，避免出現(xiàn)濕地資源濫用的問題，進一步拓展保護濕地資源的手段[27-28]。對于濕地開發(fā)活動，需協(xié)調(diào)各部門明確職責(zé)，依法審核批準，實現(xiàn)濕地管理的高效率和高水平。對于濕地生態(tài)修復(fù)，當?shù)卣约岸嗖块T的管理發(fā)揮著重要作用。退耕還田養(yǎng)殖、控制濕地排水、鹽堿地復(fù)濕等措施，需各地區(qū)有關(guān)部門要各司其職做好濕地保護工作，對濕地進行合理的開發(fā)利用，可以有效地發(fā)揮其生態(tài)綜合效益。公眾參與和政府管理是未來濕地恢復(fù)的潛在研究方向之一。

4 結(jié)論

（1）濱海濕地是上海重要的生態(tài)系統(tǒng)，但是隨著城市快速發(fā)展，濱海濕地面臨著面積縮小、生境被破壞、生物多樣性減少等生態(tài)問題。從上海的地理條件以及城市發(fā)展歷史來看，上海濱海濕地退化主要是外來物種入侵和人工圍灘造地兩個因素造成的。

（2）濕地生態(tài)修復(fù)既是技術(shù)，也是理論，其中蘊含著“人與自然和諧”的理念。本文從生物修復(fù)技術(shù)和生境修復(fù)技術(shù)出發(fā)，建議通過濕地植物、動物和微生物共同作用，同時改善濕地生境質(zhì)量，從而逐步恢復(fù)濕地生態(tài)系統(tǒng)。

（3）本文從生態(tài)修復(fù)方法、管理方法及相關(guān)法律法規(guī)對濕地生態(tài)修復(fù)提出了合理建議，通過人工干預(yù)與自然調(diào)節(jié)相結(jié)合，調(diào)節(jié)好自然、社會、經(jīng)濟過程，促進上海生態(tài)系統(tǒng)的各方面協(xié)同高效可持續(xù)發(fā)展，提升上海市濱海濕地的復(fù)合生態(tài)價值對于這座城市及其居民來說意義更加深遠。