枯水期水位變化下菜子湖濕地生態(tài)修復(fù)

劉 芷 蘭，李 紅 清，石 義 軍，裴 看 元，柴 海 濤，江 波

(1.長(zhǎng)江水資源保護(hù)科學(xué)研究所，湖北 武漢 430051； 2.長(zhǎng)江水利委員會(huì) 湖庫(kù)水源地面源污染生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430051； 3.安徽省引江濟(jì)淮集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000； 4.安徽省引江濟(jì)淮生態(tài)發(fā)展有限公司，安徽 合肥 230000)

0 引 言

湖泊濕地具有調(diào)節(jié)河川徑流、涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)、調(diào)節(jié)氣候、維持生物多樣性等重要生態(tài)功能。然而，受自然因素和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響，中國(guó)湖泊濕地生態(tài)環(huán)境總體形勢(shì)嚴(yán)峻，湖泊生態(tài)功能退化、富營(yíng)養(yǎng)化、湖面萎縮等生態(tài)問(wèn)題普遍存在[1-3]。生態(tài)修復(fù)，是生態(tài)保護(hù)和建設(shè)中的重點(diǎn)內(nèi)容[4]，是以保護(hù)優(yōu)先，自然恢復(fù)與人工恢復(fù)相結(jié)合的生態(tài)治理過(guò)程。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，中國(guó)在全面加強(qiáng)湖泊濕地生態(tài)保護(hù)的基礎(chǔ)上，不斷加大湖泊濕地生態(tài)修復(fù)力度，開(kāi)展了大規(guī)模的退化湖泊濕地修復(fù)治理工作，開(kāi)發(fā)了大量湖泊濕地污染控制工程與技術(shù)，并且建立了一系列的示范工程，在退化湖泊濕地治理方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，取得了顯著成效。

目前，中國(guó)湖泊生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要針對(duì)湖泊水環(huán)境治理問(wèn)題[5]，針對(duì)水文影響的濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)也大多針對(duì)受損湖泊濕地[6-7]，修復(fù)措施包括物理、化學(xué)與生物技術(shù)，以生境營(yíng)造、植被恢復(fù)和生物調(diào)控技術(shù)為主[8]，基本為“事后干預(yù)”。如果只聚焦已退化生態(tài)系統(tǒng)退化過(guò)程，而忽視引起生態(tài)系統(tǒng)退化的主要驅(qū)動(dòng)因子，則將重走“末端問(wèn)題治理”的老路[9]。因此，在生態(tài)修復(fù)技術(shù)中加強(qiáng)對(duì)潛在環(huán)境影響的“提前干預(yù)”顯得十分重要且必要，對(duì)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、保障國(guó)家生態(tài)安全具有重要意義。

引江濟(jì)淮工程是一項(xiàng)跨流域、跨省的重大戰(zhàn)略性水資源配置和綜合利用工程，溝通長(zhǎng)江、淮河兩大水系，具有供水、航運(yùn)等綜合效益。工程運(yùn)行后，菜子湖作為調(diào)蓄湖泊，規(guī)劃水平年2030年和2040年枯水期水位抬升造成灘地濕地和草本沼澤濕地總面積分別減少10.2%和13.9%，對(duì)菜子湖越冬候鳥(niǎo)棲息和覓食產(chǎn)生一定不利影響[10]。

本文基于菜子湖濕地生態(tài)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，在綜合考慮菜子湖引江濟(jì)淮工程建設(shè)與運(yùn)行特點(diǎn)，以及菜子湖濕地生態(tài)特征演變的情況下，確定菜子湖濕地修復(fù)目標(biāo)，開(kāi)展菜子湖濕地試驗(yàn)性區(qū)域生態(tài)修復(fù)(微地形改造與植被修復(fù))及湖濱帶區(qū)域植被修復(fù)。本文提出在菜子湖濕地生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施后，即時(shí)開(kāi)展跟蹤監(jiān)測(cè)與生態(tài)修復(fù)實(shí)施效果動(dòng)態(tài)評(píng)估，為進(jìn)一步優(yōu)化濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)或在湖區(qū)其他區(qū)域相機(jī)實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程提供基礎(chǔ)。本研究可為引江濟(jì)淮工程濕地生態(tài)保護(hù)提供技術(shù)支撐，為長(zhǎng)江中下游濕地生態(tài)修復(fù)人工干預(yù)技術(shù)研究提供參考。

1 菜子湖濕地概況

菜子湖是典型的長(zhǎng)江中下游淺水通江湖泊濕地，是白頭鶴(Grusmonacha)、東方白鸛(Ciconiaboyciana)、豆雁(Anserfabalis)和小天鵝(Cygnuscolumbianus)等候鳥(niǎo)在東亞遷徙路線上的重要越冬地和停歇地[10]。

2004年前，菜子湖濕地水生植被種類(lèi)組成復(fù)雜，蓋度80%以上[11-13]；2004年以后由于圍網(wǎng)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，菜子湖植被有所減少；2007年以后，菜子湖逐漸進(jìn)入強(qiáng)圍網(wǎng)養(yǎng)殖階段，水生植被蓋度50%左右[12-13]。受近20 a圍網(wǎng)養(yǎng)殖影響，特別是草食性魚(yú)類(lèi)和蟹類(lèi)大量投放，菜子湖植物種類(lèi)組成趨向于單一化：苦草(Vallisnerianatans)、輪葉黑藻(Hydrillaverticillata)、馬來(lái)眼子菜(Potamogetonwrightii)等沉水植物逐漸被浮葉植物和挺水植物群落取代，整個(gè)湖區(qū)水生植被覆蓋度不足3%[13-14]。2017年年底前，菜子湖濕地內(nèi)所有圍網(wǎng)基本全部拆除，為水生植物恢復(fù)創(chuàng)造了有利契機(jī)。根據(jù)柏晶晶等[12]調(diào)查結(jié)果，菜子湖濕地水生植被尚未完全恢復(fù)。菜子湖濕地生態(tài)植被演替情況見(jiàn)表1。

表1 1960年代至2010年代菜子湖濕地植被演替情況

自1959年建成樅陽(yáng)閘后，水位人為調(diào)控調(diào)度過(guò)程維持了菜子湖豐水期水位上漲，枯水期(候鳥(niǎo)越冬期)灘涂出露的濕地變化節(jié)律[16]。引江濟(jì)淮工程運(yùn)行后，菜子湖豐水期水位與工程實(shí)施前保持一致[10]，豐水期除菜子湖航道帶狀范圍內(nèi)水深超過(guò)4 m外，湖區(qū)平均水深為2.50 m，基本上滿(mǎn)足金魚(yú)藻、苦草、狐尾藻等沉水植物的適宜生長(zhǎng)要求。然而，菜子湖候鳥(niǎo)越冬期(11月至次年3月)水位抬升，會(huì)造成泥灘濕地和草本沼澤濕地出露面積減少，致使沉水植物在休眠期難以完成曬灘和露灘過(guò)程，影響物質(zhì)循環(huán)過(guò)程。此外，菜子湖候鳥(niǎo)越冬期水位抬升會(huì)直接加劇以底棲動(dòng)物和沉水植物塊根、塊莖為食物的越冬水鳥(niǎo)的取食難度，對(duì)候鳥(niǎo)越冬期水鳥(niǎo)的棲息和覓食產(chǎn)生不利影響。因此，綜合考慮菜子湖濕地植被退化、植被恢復(fù)及水位抬升影響等情況，有必要在菜子湖開(kāi)展?jié)竦厣鷳B(tài)修復(fù)，促使水生植被得到有效恢復(fù)。

2 菜子湖濕地生態(tài)修復(fù)框架

引江濟(jì)淮工程運(yùn)行前，菜子湖現(xiàn)狀水文節(jié)律基本滿(mǎn)足苦草、黑藻、金魚(yú)藻(Ceratophyllumdemersum)和大茨藻(Najasmarina)等沉水植物對(duì)水位波動(dòng)和水深變化的需求。工程運(yùn)行后菜子湖豐水期水位基本不受影響，因此只需考慮工程枯水期水位變化影響下沉水植物修復(fù)對(duì)水深等的要求。

菜子湖濕地修復(fù)框架見(jiàn)圖1，生態(tài)修復(fù)的具體實(shí)施內(nèi)容包括濕地修復(fù)目標(biāo)確定、試驗(yàn)性區(qū)域生態(tài)修復(fù)及湖濱帶植被修復(fù)?；诖耍M(jìn)一步提出在菜子湖開(kāi)展生態(tài)修復(fù)動(dòng)態(tài)實(shí)施效果評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果優(yōu)化菜子湖濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)方案或在湖區(qū)其他區(qū)域相機(jī)實(shí)施生態(tài)修復(fù)。

圖1 技術(shù)框架

3 菜子湖濕地生態(tài)修復(fù)

3.1 濕地生態(tài)修復(fù)目標(biāo)

菜子湖濕地生態(tài)修復(fù)目標(biāo)主要是通過(guò)適當(dāng)抬高局部區(qū)域高程，對(duì)菜子湖濕地進(jìn)行生境改造和修復(fù)，穩(wěn)定枯水期灘地和草本沼澤面積；同時(shí)，通過(guò)菜子湖濕地水生植物物種和群落修復(fù)，改善地形，改造區(qū)域、湖濱帶區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能。

3.2 試驗(yàn)性修復(fù)區(qū)域濕地生態(tài)修復(fù)

3.2.1試驗(yàn)性修復(fù)區(qū)域確定

引江濟(jì)淮工程運(yùn)行前，菜子湖候鳥(niǎo)越冬期多年平均水位為7.19 m。引江濟(jì)淮工程運(yùn)行后，規(guī)劃水平年2030年，菜子湖候鳥(niǎo)越冬期水位按不超過(guò)7.5 m控制；規(guī)劃水平年2040年，菜子湖候鳥(niǎo)越冬期水位按不超過(guò)8.1 m控制。菜子湖候鳥(niǎo)越冬期水位上升至7.5 m或8.1 m時(shí)，會(huì)造成部分區(qū)域無(wú)法曬灘、露灘。一方面，這不利于濕生植物完成其生活史以及沉水植物進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)，影響候鳥(niǎo)越冬期水鳥(niǎo)覓食條件；另一方面，會(huì)影響候鳥(niǎo)越冬期水鳥(niǎo)適宜生境范圍，降低其棲息生境面積。故本文首先根據(jù)引江濟(jì)淮工程運(yùn)行對(duì)菜子湖濕地水文節(jié)律、濕地植物生長(zhǎng)節(jié)律及濕地生境出露范圍的影響，確定菜子湖微地形改造區(qū)域總體布局。

菜子湖分布有嬉子湖、白兔湖和菜子湖等3個(gè)子湖，劃定有安慶沿江濕地省級(jí)自然保護(hù)區(qū)(菜子湖片區(qū))、菜子湖國(guó)家濕地公園和嬉子湖國(guó)家濕地公園3個(gè)生態(tài)敏感區(qū)。其中安慶沿江濕地省級(jí)自然保護(hù)區(qū)(菜子湖片區(qū))主要分布在白兔湖，菜子湖國(guó)家濕地公園主要分布在菜子湖，嬉子湖國(guó)家濕地公園主要分布在嬉子湖。根據(jù)菜子湖微地形改造區(qū)域總體布局，其修復(fù)區(qū)域具體分布在菜子湖和白兔湖2個(gè)子湖，涉及菜子湖國(guó)家濕地公園和安慶沿江濕地省級(jí)自然保護(hù)區(qū)。考慮到輸水線路先經(jīng)過(guò)菜子湖再經(jīng)過(guò)白兔湖以及2個(gè)生態(tài)敏感區(qū)的具體管理要求，本研究將試驗(yàn)性修復(fù)區(qū)域確定在菜子湖國(guó)家濕地公園，具體選擇公元村南側(cè)西片區(qū)、公元村南側(cè)東片區(qū)和獅嶺村北側(cè)3個(gè)修復(fù)區(qū)域開(kāi)展試驗(yàn)性生態(tài)修復(fù)，涉及總面積44.6 hm2(見(jiàn)表2和圖2)。下文將以公元村南側(cè)西片區(qū)修復(fù)區(qū)域?yàn)槔M(jìn)行具體闡述。

表2 菜子湖區(qū)試驗(yàn)性修復(fù)區(qū)域統(tǒng)計(jì)

注：1公元村南側(cè)西片區(qū)；2公元村南側(cè)東片區(qū)；3獅嶺村北側(cè)。

3.2.2微地形改造

2020年8月，對(duì)典型區(qū)域公元村南側(cè)西片區(qū)修復(fù)區(qū)域進(jìn)行1∶1 000地形實(shí)測(cè)(見(jiàn)圖3)。其東北側(cè)區(qū)域整體地形基本在7.9 m以上，近期水平年菜子湖水位按不小于7.5 m動(dòng)態(tài)調(diào)控和遠(yuǎn)期水平年按不小于8.1 m動(dòng)態(tài)調(diào)控時(shí)，基本不影響該區(qū)域曬灘、露灘，無(wú)須進(jìn)行地形改造。公元村南側(cè)西片區(qū)西南側(cè)區(qū)域整體地形基本在7.4～7.9 m之間，面積約6 hm2，能滿(mǎn)足近期水平年水位按不小于7.5 m動(dòng)態(tài)調(diào)控時(shí)露灘或維持淺水水域的需求(水深<0.50 m)；但當(dāng)遠(yuǎn)期水平年菜子湖水位按不小于8.1 m動(dòng)態(tài)調(diào)控時(shí)，部分區(qū)域?qū)o(wú)法完成曬灘、露灘過(guò)程。因此，需對(duì)公元村南側(cè)(西片區(qū))修復(fù)區(qū)域的西南側(cè)約6 hm2的區(qū)域進(jìn)行微地形改造。

圖3 公元村南側(cè)西片區(qū)等高線實(shí)測(cè)地形

為盡量營(yíng)造多樣化的緩坡地形，采用階梯式抬高的方法對(duì)西南側(cè)的局部區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)墊高(不超過(guò)60 cm)，使得西南側(cè)區(qū)約6 hm2的區(qū)域微地形改造后最大高程不超過(guò)8.5 m，西南側(cè)區(qū)域微地形改造后高程整體維持在7.4～8.5 m之間，有利于在候鳥(niǎo)越冬期水位抬升至7.5 m或8.1 m時(shí)營(yíng)造適宜多種越冬水鳥(niǎo)的棲息生境。地形改造時(shí)，地形改造區(qū)域應(yīng)不改變整體地形的結(jié)構(gòu)，同時(shí)需考慮改造后的地形與周邊地形的融合度，避免出現(xiàn)陡坡、溝塹和孤立臺(tái)地，具體效果見(jiàn)圖4。

3.2.3植被修復(fù)

在微地形改造的基礎(chǔ)上進(jìn)行植被配置，見(jiàn)圖4。綜合考慮菜子湖濕地植物優(yōu)勢(shì)種、濕地植物適宜水深需求及越冬水鳥(niǎo)棲息特性和食性偏好，確定試驗(yàn)性修復(fù)區(qū)域主要濕地植物種類(lèi)及配置方式。菜子湖候鳥(niǎo)越冬期水鳥(niǎo)一般以陌上菅、肉根毛茛、朝天委陵菜、狗牙根等濕生植物的嫩葉和苦草等沉水植物的冬芽、塊根、塊莖等為食。植被配置中，沉水植物選擇苦草、黑藻、竹葉眼子菜(Potamogetonwrightii)和穗狀狐尾藻(Myriophyllumspicatum)等4種；根生浮葉植物選擇菱(Trapabispinosa)進(jìn)行景觀點(diǎn)綴；濕生植物選擇陌上菅(Carexthunbergii)、肉根毛茛(Ranunculuspolii)、朝天委陵菜(Potentillasupina)、狗牙根(Cynodondactylon)等4種。公元村南側(cè)西片區(qū)修復(fù)苦草面積1.2 hm2，修復(fù)黑藻1.2 hm2，修復(fù)竹葉眼子菜1.0 hm2，修復(fù)穗狀狐尾藻0.9 hm2，修復(fù)菱0.1 hm2，通過(guò)濕地植物種子庫(kù)修復(fù)濕生植物面積4.4 hm2。

圖4 公園村南側(cè)西片區(qū)整體修復(fù)設(shè)計(jì)示意

3.3 湖濱帶區(qū)域植物配置

湖濱帶修復(fù)植物配置主要考慮菜子湖歷年水位變化過(guò)程及引江濟(jì)淮工程運(yùn)行對(duì)菜子湖水位的影響。

引江濟(jì)淮工程運(yùn)行后，菜子湖水位從3月份開(kāi)始逐步上升。對(duì)于高程8.1 m以上的區(qū)域，其初期水位對(duì)應(yīng)的水深比較適宜沉水植物生長(zhǎng)。根據(jù)水位條件，適時(shí)(水深在50 cm內(nèi)時(shí))在高程8.1～9.4 m的適宜區(qū)域進(jìn)行沉水植物播種、移栽、分株、扦插。同時(shí)，沿湖濱帶在高程7.0 m以上的區(qū)域構(gòu)建沉水植物、浮水植物、挺水植物、濕生植物組成的植物群落帶，其中挺水植物主要種植在距離水岸線一定距離且高程在8.1 m以上的原有圩堤處，一方面為越冬水鳥(niǎo)營(yíng)造隱蔽的棲息生境，另一方面可減緩航道內(nèi)船行波可能對(duì)覆水淺灘產(chǎn)生的影響。

在高程7.0～8.1 m的范圍內(nèi)適時(shí)種植沉水植物大茨藻、根生浮葉植物四角菱；在高程8.1～8.5 m的范圍內(nèi)適時(shí)種植沉水植物黑藻、菹草、穗狀狐尾藻、金魚(yú)藻和竹葉眼子菜及根生浮葉植物莕菜和四角菱；在高程8.5～9.4 m的范圍內(nèi)種植沉水植物苦草、根生浮葉植物芡實(shí)；在高程9.4 m以上的區(qū)域沿高程梯度構(gòu)建挺水植物蘆葦、菰、紅蓼、酸模葉蓼及濕生植物陌上菅、朝天委陵菜、肉根毛茛等組成的植物群落帶。湖濱帶區(qū)域植物配置剖面示意見(jiàn)圖5。

圖5 湖濱帶區(qū)域植物配置剖面示意

3.4 濕地生態(tài)修復(fù)目標(biāo)可達(dá)性分析

試驗(yàn)性區(qū)域修復(fù)選擇的植物種多為鄉(xiāng)土種而且為菜子湖濕地歷史時(shí)期的優(yōu)勢(shì)種。除部分植物主要起景觀點(diǎn)綴功能外，大部分植物為喜食植物塊根塊莖的水鳥(niǎo)的重要食物源。

對(duì)于大部分沉水植物(苦草、黑藻、竹葉眼子菜和穗狀狐尾藻等)而言，其生長(zhǎng)初期(4～5月)對(duì)水位(適宜水深)要求相對(duì)較高。從修復(fù)區(qū)域地形改造后的高程和菜子湖長(zhǎng)時(shí)間序列水位數(shù)據(jù)來(lái)看，部分年份的水位可能無(wú)法滿(mǎn)足沉水植物生長(zhǎng)初期(4～5月)對(duì)水位(適宜水深)的要求。但規(guī)劃水平年2040年候鳥(niǎo)越冬期菜子湖水位按不超過(guò)8.1 m運(yùn)行時(shí)，菜子湖3月平均水位較現(xiàn)狀有一定程度的抬升，因此其生長(zhǎng)初期(4～5月)的水位也基本維持在8.1 m以上，從總體上能滿(mǎn)足苦草、黑藻、竹葉眼子菜和穗狀狐尾藻等沉水植物對(duì)水位(適宜水深)的要求。

濕地生態(tài)修復(fù)效果存在較大不確定性，加之本文綜合考慮水位抬升和濕地修復(fù)復(fù)合影響，故具體修復(fù)效果需結(jié)合濕地生態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)和修復(fù)實(shí)施效果評(píng)估進(jìn)一步深入分析和論證。

3.5 濕地生態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)與實(shí)施效果評(píng)估

菜子湖濕地生態(tài)修復(fù)目的是通過(guò)對(duì)引起菜子湖濕地生態(tài)系統(tǒng)退化的主要驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行 “提前干預(yù)”，改善濕地生態(tài)系統(tǒng)退化趨勢(shì)、降低工程運(yùn)行引起的水文節(jié)律變化對(duì)湖泊濕地生態(tài)的不利影響。然而，菜子湖濕地生態(tài)修復(fù)實(shí)施后，能否達(dá)到預(yù)期的生態(tài)修復(fù)目標(biāo)，試驗(yàn)性修復(fù)是否能在菜子湖其他區(qū)域進(jìn)行推廣，菜子湖濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)能否在更大尺度進(jìn)行推廣應(yīng)用，這些不確定性問(wèn)題均需要開(kāi)展湖泊濕地生態(tài)修復(fù)實(shí)施效果評(píng)估來(lái)研究和解決。

因此，在菜子湖濕地生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施后，結(jié)合擬定的濕地生態(tài)修復(fù)目標(biāo)及生態(tài)修復(fù)區(qū)域濕地生境出露情況、植被情況、底棲生物、魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)等動(dòng)物資源監(jiān)測(cè)和調(diào)查情況，及時(shí)對(duì)濕地生境修復(fù)區(qū)、湖濱帶和淺水區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)域生態(tài)特征、生態(tài)過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化(包括植物存活狀況、高度、蓋度等)，科學(xué)評(píng)估濕地生態(tài)修復(fù)效果。根據(jù)實(shí)施效果評(píng)估結(jié)果，判斷是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。如達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，則可在菜子湖其他區(qū)域甚至更大尺度進(jìn)行推廣應(yīng)用。如未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，則需進(jìn)一步優(yōu)化生態(tài)修復(fù)技術(shù)，保障濕地生態(tài)修復(fù)的可持續(xù)性。

4 結(jié) 語(yǔ)

水位變化影響下湖泊濕地生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究十分必要、迫切，也是一個(gè)比較復(fù)雜的課題。本文結(jié)合工程調(diào)度運(yùn)行對(duì)菜子湖濕地生態(tài)水文過(guò)程及主要濕地類(lèi)型和冬候鳥(niǎo)生境的影響，確定了菜子湖生態(tài)修復(fù)區(qū)域的總體布局，并從微地形改造和植被修復(fù)等改善菜子湖濕地生態(tài)退化趨勢(shì)及降低引江濟(jì)淮工程不利影響的角度出發(fā)，對(duì)菜子湖濕地生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了分析?？菟谒挥绊懴虏俗雍竦厣鷳B(tài)修復(fù)技術(shù)研究對(duì)菜子湖候鳥(niǎo)越冬期水鳥(niǎo)種群數(shù)量和生物多樣性保護(hù)具有重要意義，不僅可為菜子湖其他區(qū)域生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)，也可為長(zhǎng)江中下游濕地生態(tài)修復(fù)提供借鑒。

致 謝

感謝安徽大學(xué)周立志和周忠澤教授對(duì)本濕地修復(fù)研究項(xiàng)目給予的指導(dǎo)和幫助。