太湖三山島濕地生態(tài)修復(fù)工程

李 欣 吳燕飛 馮育青*

（1 蘇州市濕地保護(hù)管理站，江蘇 蘇州 215008；2 江蘇太湖濕地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站，江蘇 蘇州 215000）

太湖是我國(guó)第三大淡水湖泊，面積2 338 km2，平均水深2 m，屬于特大淺水型湖泊。太湖流域人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，城市化程度高（周嵐, 2020）。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，用地、防洪壓力不斷加大，太湖濱岸帶水質(zhì)惡化，灘地逐步消失，植被銳減，有害藻類滋生，濕地生態(tài)系統(tǒng)功能不斷退化（湯浩等, 2012; 秦伯強(qiáng) 等, 2017）。修復(fù)太湖退化濕地，重啟濱岸帶生態(tài)功能，是近年來(lái)研究的一個(gè)重大課題（李婧慧等, 2018）。

淺型湖泊多穩(wěn)態(tài)理論將淺型湖泊的穩(wěn)定狀態(tài)分為兩種：以水生植物為主的清水穩(wěn)態(tài)（草型湖泊）和以浮游植物為主的濁水穩(wěn)態(tài)（藻型湖泊）（Chung et al., 2009;濮培民等, 2012）。修復(fù)太湖退化濕地的思路是把藻型湖泊恢復(fù)到草型湖泊。太湖修復(fù)的難點(diǎn)是大型淺水型湖泊受風(fēng)浪擾動(dòng)底泥易再懸浮，導(dǎo)致水體透明度低、光照差，水生植被難以自然恢復(fù)（高光 等, 2021; 李春華等, 2023）。由于富營(yíng)養(yǎng)化時(shí)間較長(zhǎng)，厭氧的沉積物很難再適合水生植物生長(zhǎng)（范瑜, 2020）；環(huán)境中的本地水生植物種子庫(kù)已經(jīng)大量衰減甚至消失，嚴(yán)重影響本地水生物種種群分布，導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)的功能退化（章銘等, 2012; 劉喆等, 2016）。

太湖濕地生態(tài)修復(fù)現(xiàn)有研究多集中在生態(tài)圍隔的單獨(dú)使用或者濱岸帶水生植物的種植（徐新洲等，2013; 殷雪妍等，2021）。以生態(tài)圍隔結(jié)合水生植物恢復(fù)設(shè)施快速提高水體透明度，恢復(fù)沉水植物的研究鮮有報(bào)道。本文以江蘇蘇州太湖三山島國(guó)家濕地公園為研究對(duì)象，針對(duì)濕地退化的成因，開展多層生態(tài)圍隔修復(fù)及水生植被恢復(fù)設(shè)施研究，為太湖濕地的保護(hù)和管理提供借鑒與參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇蘇州太湖三山島國(guó)家濕地公園（120°15′02.0″—120°18′03.0″E， 31°00′52.0″—31°02′23.0″N）位于蘇州市吳中區(qū)東山鎮(zhèn)，濕地公園以澤山島、厥山島、蠡墅島和三山島本島沿島岸線外擴(kuò)200 m 為四至邊界，呈不規(guī)則的馬蹄形。濕地公園占地756.63 hm2，其中，濕地面積516.55 hm2，是太湖流域唯一的淡水島嶼型濕地，受風(fēng)向變化和人類活動(dòng)干擾等影響，夏季藍(lán)藻水華嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅濕地生態(tài)健康。

1.2 研究方法

1.2.1 風(fēng)浪要素計(jì)算 通過(guò)監(jiān)測(cè)水深、風(fēng)速和吹程等指標(biāo)，針對(duì)太湖水體環(huán)境擾動(dòng)大的特點(diǎn)，利用莆田公式計(jì)算出不同風(fēng)速下的風(fēng)浪要素，按照削減浪高不小于90%設(shè)計(jì)多層圍隔的最小間距及所需筑堰最少層數(shù)。

式中：g 為重力加速度(9.81 m/s2)；thx 為雙曲正切函數(shù)F為風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度(m)；V為設(shè)計(jì)風(fēng)速(m/s)；d為計(jì)算深度(m)；H為平均波高(m)；T為平均波周期(s)；L為平均波長(zhǎng)(m)。

1.2.2 生態(tài)圍隔系統(tǒng)構(gòu)建方法 多層生態(tài)圍隔系統(tǒng)主體采用太湖清淤底泥，填出水面后夯實(shí)，在圍隔緩坡處采用拋石加固，坡頂種植濕地植物，利用其自然生長(zhǎng)的根系加固圍隔體，防止風(fēng)浪、水流沖刷而造成圍隔水土流失，并在合適位置開口保持圍隔內(nèi)外水文聯(lián)通，達(dá)到防風(fēng)減浪、抵御藍(lán)藻、提升水體透明度的效果。

1.2.3 濕地水質(zhì)測(cè)定方法 在圍隔內(nèi)、圍隔核心區(qū)（水生植物恢復(fù)設(shè)施區(qū)）、圍隔外設(shè)置采樣點(diǎn)，從2020 年1 月起，對(duì)濕地水質(zhì)進(jìn)行逐月監(jiān)測(cè)，每個(gè)采樣點(diǎn)采表層水樣（0 ～0.5 m）、中層水樣（0.5 ～1.0 m）和深層水樣（1.0 ～2.0 m），采集后立即用保溫箱保存，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。透明度現(xiàn)場(chǎng)采用塞氏盤法測(cè)定，總氮、總磷、顆粒物采用國(guó)標(biāo)法測(cè)定。

2 太湖濱岸帶濕地修復(fù)布局與技術(shù)措施

2.1 太湖濱岸帶濕地修復(fù)布局

項(xiàng)目區(qū)位于三山島國(guó)家濕地公園規(guī)劃范圍內(nèi)的太湖水域（圖1），整個(gè)區(qū)域設(shè)計(jì)構(gòu)建了4 層生態(tài)圍隔，用于改變?nèi)綅u岸線的水流方向，達(dá)到削減風(fēng)浪的作用。同時(shí)，減浪后，最內(nèi)層圍隔設(shè)置水生植物恢復(fù)設(shè)施，提高設(shè)施的穩(wěn)定性，沉水植物、挺水植物正常生長(zhǎng)后，提高水體的自凈能力，也給本地水生植物種子庫(kù)的生長(zhǎng)提供時(shí)間。

2.2 太湖濱岸帶濕地修復(fù)技術(shù)措施

太湖三山島濕地生態(tài)修復(fù)工程采用系統(tǒng)生態(tài)學(xué)研究方法，通過(guò)減少濕地?cái)_動(dòng)，完善湖濱帶的生態(tài)結(jié)構(gòu)，建立水體穩(wěn)定、生物多樣性豐富的濕地系統(tǒng)。

2.2.1 多層生態(tài)圍隔系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù) 太湖三山島濱岸帶濕地水深范圍在1.5 ～3.5 m，風(fēng)浪較大（極端浪高超過(guò)1.5 m）（表1）。根據(jù)莆田公式，多層生態(tài)圍隔系統(tǒng)設(shè)置4 層，層間距為150 m，頂部高于常水位以上1.5 ～2.0 m，頂部寬3 m，圍隔外邊坡為1:2 ～1:3，內(nèi)邊坡為1:1 ～1.5，坡腳與基坑邊緣距離1.5 m，在緩坡處采用拋石進(jìn)行加固（圖2）。

表1 莆田公式計(jì)算的不同風(fēng)力等級(jí)下的太湖風(fēng)浪要素Table1 Wind and wave elements of Taihu Lake underdifferent wind levels calculated by Putian formula

圖2 多層生態(tài)圍隔系統(tǒng)剖面圖Fig.2 The typical section of the mesocosm system in Sanshandao National Wetland Park

在圍隔頂部種植當(dāng)?shù)爻Ｒ姸嗄晟退蛦棠鞠倭⊿alix chaenomeloides），緩坡石縫種植蘆葦（Phragmites australis）。選用的植物具有以下特征：本地多年生適生草本或木本植物；莖稈或枝條堅(jiān)韌不易折斷；耐水淹；扦插繁殖，生長(zhǎng)迅速，短期內(nèi)可形成較大覆蓋或冠層；根系發(fā)達(dá)。在圍隔側(cè)方開口，與風(fēng)浪方向垂直，保障圍隔內(nèi)外水體交換。

2.2.2 水生植物恢復(fù)設(shè)施 太湖受風(fēng)浪擾動(dòng)底泥易再懸浮，導(dǎo)致水體透明度低，水生植被難以自然恢復(fù)。濱岸帶僅存有少量蘆葦、香蒲（Typha orientalis）群落分布，群落結(jié)構(gòu)單一，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)功能下降，生物多樣性降低。多層生態(tài)圍隔系統(tǒng)中，采用沉水植物修復(fù)設(shè)施與濕地植物立體群落設(shè)施，在短期內(nèi)對(duì)多層生態(tài)圍隔系統(tǒng)內(nèi)水生植被進(jìn)行恢復(fù)。

1）沉水植物修復(fù)設(shè)施。沉水植物恢復(fù)設(shè)施，適用于水深大于2 m 的水域，由浮力件與植被件組成，浮力件可分為PE 浮筒材料。植被件主體由長(zhǎng)寬各為2.4 m 的單元連接而成，浮力件與植被件通過(guò)鋼纜連接，將植被件“懸掛”在恢復(fù)水體中，固定方式為錨定或鋼索連接，“懸掛”深度設(shè)置在0.8 ～1.0 m，有利于植物迅速生長(zhǎng)，后期亦可調(diào)節(jié)深度。沉水植物選擇苦草等寬葉型品種，以減少附著生物對(duì)植物的影響（圖3）。

圖3 沉水植物修復(fù)設(shè)施剖面圖Fig.3 The profile of Submerged Phytoremediation Facilities

2）濕地植物立體群落修復(fù)設(shè)施。濕地植物立體群落修復(fù)設(shè)施，以環(huán)保粗纖維為支撐，浮島由長(zhǎng)寬各為2.4 m 的單元連接而成，每個(gè)單元又由4 個(gè)獨(dú)立的浮力件和1 個(gè)植物栽植件組成，能夠模擬適合植物生長(zhǎng)的土壤孔隙，疏松適度，在單元框架內(nèi)綁扎蘆竹（Arundo donax）、千屈菜（Lythrum salicaria）、鳶尾（Iris tectorum）等水生植物的桿、根、莖等，挺水植物可在水中自行生根發(fā)芽，無(wú)需添加基質(zhì)，從而形成以自然植被為主的湖面立體植物群落（圖4）。

圖4 濕地植物立體群落修復(fù)設(shè)施剖面圖Fig. 4 The profile of wetland plant three-dimensional community restoration facilities

太湖三山島濕地濱岸帶多層生態(tài)圍隔系統(tǒng)與水生植物恢復(fù)設(shè)施的投入，將藍(lán)藻隔離在濕地外圍，有效恢復(fù)了太湖三山島濕地的水質(zhì)。項(xiàng)目實(shí)施后，圍隔內(nèi)較圍隔外，水體透明度提升了240%，懸浮顆粒物濃度降低了45.2%，水體總氮降低了37.9%，水體總磷降低了10.3%；圍隔核心區(qū)（水生植物恢復(fù)設(shè)施區(qū)）較圍隔外，水體透明度提升了300%，懸浮顆粒物濃度降低了75.40%，水體總氮降低了49.86%，水體總磷降低了11.1%。

3 結(jié)論

1）太湖濕地具有從草型湖泊向藻型湖泊轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，修復(fù)的過(guò)程需要從藻型湖泊向草型湖泊逆轉(zhuǎn)。

2）太湖濕地受風(fēng)浪擾動(dòng)底泥易再懸浮，導(dǎo)致水體透明度低，修復(fù)的關(guān)鍵在于減小風(fēng)浪，提高水體透明度，恢復(fù)水生植被。

3）沉水植物修復(fù)設(shè)施與濕地植物立體群落修復(fù)設(shè)施，可在短期內(nèi)對(duì)多層生態(tài)圍隔系統(tǒng)內(nèi)水生植被進(jìn)行恢復(fù)，為本地水生植物種子庫(kù)修復(fù)提供時(shí)間。

4）采用穩(wěn)定水體、恢復(fù)植被的思路對(duì)濕地進(jìn)行修復(fù)，在后續(xù)的研究中可加入生物多樣性要素，對(duì)多層生態(tài)圍隔的作用進(jìn)行深入分析，探究太湖水體修復(fù)與生物多樣性的聯(lián)系。