黄河三角洲湿地生态退化修复的应用研究进展.pdf

山 东 科 学 第 卷 第 期 年 月出版.:./.【环境与生态】收稿日期:基金项目:山东省民盟省委 年重点调研项目(盟鲁 号)作者简介:蔡馨燕()女副研究员研究方向为科技战略规划与科技情报研究:.黄河三角洲湿地生态退化修复的应用研究进展蔡馨燕王毅陈英凯(.山东省科学技术情报研究院山东 济南.鲁东大学 资源与环境工程学院山东 烟台.山东省农业科学院山东 济南)摘要:系统综述了黄河三角洲湿地生态退化现状及退化原因并对其生态修复技术进行概括归纳 发现黄河三角洲湿地退化严重总体面积逐年缩减同时组成结构发生改变自然湿地不断减少而人工湿地逐渐增加景观格局呈现破碎化趋势生态系统服务功能严重退化 造成黄河三角洲湿地生态退化的原因主要包括黄河水沙通量减少、海陆交互作用增强、土壤盐渍化加剧、气候暖干化、外来物种入侵和人类活动 目前采用的生态修复技术包括生物组分修复、水体修复、土壤改良和综合生境修复 最后针对性地提出黄河三角洲湿地修复建议对实践黄河流域生态保护和高质量发展的国家重大战略具有重要意义关键词:黄河三角洲退化湿地湿地环境生物多样性生态修复环境污染海岸景观中图分类号:文献标志码:文章编号:()开放科学(资源服务)标志码():(.)().第 期蔡馨燕等:黄河三角洲湿地生态退化修复的应用研究进展 .黄河三角洲湿地是黄河流域保存最为完整、面积最大的一片湿地以浅海、滩涂、沼泽等为主要内容具有保护生物多样性、控制污染、蓄水调洪、调节气候等多种生态功能 黄河三角洲拥有丰富的自然资源是实现海洋、渔业、盐业、石化工业可持续发展的先决条件是整个黄河三角洲地区经济健康发展的重要保障黄河三角洲作为黄河流域生态保护与治理的四大重点区域之一维护黄河三角洲地区生态平衡对实现黄河流域生态保护和高质量发展的国家重大战略目标具有重要意义由于人类活动干扰和自然因素的综合影响黄河三角洲湿地面积大幅降低 在人为方面开垦湿地、修建水利工程等活动改变了黄河三角洲水文过程导致区域内湿地水体营养不足以及高度盐渍化在人为活动干扰严重的地方湿地植被类型单一植被群落的各种指标均较低 在自然方面黄河流域连年干旱少雨枯水期增长湿地水资源短缺导致湿地生态系统不断退化 这一系列人为与自然因素导致黄河三角洲湿地环境、生态、灾害和资源 大问题凸显 因此黄河三角洲湿地亟待生态环境保护与修复长久以来我国一直在实施许多湿地生态恢复项目主要是通过自然恢复和工程修复相结合进行退耕还湿、退耕还滩从而恢复其退化的生态系统但这些修复措施耗时长、成本高、成效低不符合当前绿色低碳发展需求 国内外研究人员针对湿地生态保护与修复创新了一系列的技术和产品比如生物组分修复、水体修复、土壤改良和生态修复等技术以及土壤改良剂和污染物吸附消纳材料等 但黄河三角洲正在遭受剧烈变化的人类发展活动与自然环境演变的影响部分修复手段和产品起到的作用并不明显因此本文分析黄河三角洲湿地生态退化现状及原因以目前的生态修复手段为研究重点系统地探究我国黄河三角洲湿地生态退化修复领域的总体研究进展与热点明确现状问题为黄河三角洲湿地以及其他河口滨海湿地的生态退化修复提供有效建议 黄河三角洲湿地生态退化现状黄河三角洲湿地不断退化和萎缩导致湿地生态健康和可持续发展受到严重影响 遥感影像数据分析表明 年黄河三角洲湿地面积呈现先减少后增加的趋势从 年的 .减少到 年的.再增加到 年的 .滩地湿地显著减少约.养殖池塘显著增加约.近年来黄河三角洲湿地环境、生态、灾害和资源 大问题凸显严重影响湿地生态服务功能 工农业污染、围海造地导致湿地环境受到污染湿地面积锐减湿地水土质量也受到严重影响生物多样性降低、景观多样化受损导致湿地生态平衡受到负面影响赤潮、海岸侵蚀、海水入侵和油田开发等自然和人为导致的灾害严重影响湿地资源的可持续发展渔业资源的短缺和人为养殖的增加导致湿地环境压力增大湿地生态不断退化 此外外来物种的入侵也严重影响湿地功能例如互花米草的外来侵入导致黄河口湿地的芦苇、盐碱蓬等原生植物物种的分布面积减小减少速率分别为./与./芦苇斑块数目、斑块密度均有明显的降低 这些问题相互交织对黄河三角洲湿地的生态服务功能和景观功能造成严重影响 黄河三角洲湿地生态退化原因黄河三角洲湿地生态环境的恶化是人类活动与自然过程相互作用的结果 黄河三角洲内油田开发、围山 东 科 学 年垦、养殖、堤坝、公路等大规模的人类活动侵占了沿海地区的大片土地直接导致海岸湿地的结构和功能遭受了严重的损害工业和农业活动所产生的废水、生活污水以及油污等排放长期以来未受到有效控制造成了滩涂水体、盐沼以及土壤环境的严重污染还对周边海洋生态系统造成了不可逆转的影响 除了人为干扰自然因素也在加剧湿地生态恶化 黄河入海水量的减少以及泥沙供应的不足直接影响了三角洲湿地的自然补给造成湿地面临淡水资源短缺的困境 同时海洋动力的加强也进一步削弱了湿地的稳定性加速了湿地的退化进程.黄河水沙通量减少黄河三角洲湿地的形成与发展以黄河水、沙资源为基础 上世纪 年代开始黄河入海流量和泥沙淤积量显著下降并有越来越严重的趋势 虽然黄河自 年调水调沙后没有出现过断流现象但泥沙流量很低 年利津水文站的年径流量为.亿吨是近 年来平均径流量的 年泥沙输送能力只有.亿吨 黄河水沙通量缩小造成三角洲湿地生态系统中淡水资源量大幅降低土壤含盐量增加不仅引起植被多样性减少更加重湿地生态系统的破坏与退化 同时黄河来水量减少也会造成河道对氮磷营养盐的消纳持留能力下降河口湿地氮磷污染加重提高了近海赤潮发生几率危及湿地环境治理与生态系统服务功能.海陆交互作用增强黄河近岸和河口的沉积动态变化十分显著 首先黄河流域每年调沙活动不仅使河口潮汐动力变化还会对泥沙沉积进程造成一定影响 其次黄河三角洲潮间带海岸线发生演变随着新淤泥的生成潮间带海岸线正在逐渐变浅导致原有的潮汐作用减弱甚至消失 由于黄河三角洲海岸湿地淡水补充和潮汐效应的削弱导致盐碱化问题日益突出 再次黄河河道变化频繁也是一个重要的问题每当改道入海时河口就会出现一个巨大的沙嘴而废弃水道也会受到海力的侵蚀导致黄河流线经常性处于“淤积抬高漫流摇摆改道”的周期性变化中 这种剧烈变化的海陆交互作用加剧了黄河三角洲海岸湿地生态环境的恶化.气候暖干化受全球变暖影响黄河三角洲呈现暖干化趋势区域降水量下降明显 黄河三角洲平均降雨量 多年平均蒸发量 且年内降水分配极其不均 月占全年降水的.冬春季的蒸降比高于 甚至超过 降水量减少导致湿地水源的匮乏难以维持正常的生态功能尤其是冬春季节性干旱期 冬春季节性干旱期会导致冬春土壤返盐严重 气候暖干化趋势造成的年降水量减少和季节性干旱频率增加将使土壤盐碱化程度进一步加剧一些盐分耐受能力不强的本土植物产生胁迫影响可能导致植被的改变和生态系统的不稳定从而引起湿地盐生植物群落演替和湿地生态环境恶化.人类经济活动加剧导致黄河三角洲湿地退化的人类活动主要包括油田开采、围海养殖、农业发展、城镇化活动等 这些活动导致了大量的土地开发和围垦这直接引起了湿地面积的减少破坏了湿地的完整性和生态功能 黄河三角洲天然湿地面积在 年间呈逐年递减趋势耕地面积不断扩大 到 年黄河三角洲自然湿地的碎裂化程度和斑块形态的复杂性都明显提高而滩涂面积则显著减少 以农业活动为例一方面农田频繁的引黄灌溉与湿地竞争淡水资源水资源的匮乏使得湿地难以维持正常的水生态系统另一方面农业施用的大量化肥与退水排盐造成下游受纳湿地盐、氮、磷、农药、抗生素输入量增加加重了湿地生态净化功能负担并危及湿地生态系统的健康.互花米草入侵威胁湿地生物多样性互花米草()原产于北美地区具有生长迅速、耐盐碱、强大的生殖能力等特点在引入中国后迅速扩张成为入侵物种 自 年起互花米草在黄河三角洲的分布面积和规模不断扩大截至第 期蔡馨燕等:黄河三角洲湿地生态退化修复的应用研究进展 年互花米草覆盖面积超过 互花米草入侵导致黄河三角洲湿地生态系统趋向简化系统内能流和物流中断或不畅系统自我调控能力减弱生态系统稳定性和功能有序性降低 研究表明互花米草的生长会消耗大量水分导致湿地水源减少加剧湿地退化 互花米草生长也会改变湿地微地形和水流状况影响湿地的水动力学过程 互花米草的竞争性生长还会使得本土植物难以存活威胁本土湿地植物的多样性 由于互花米草的侵入黄河口湿地内芦苇和盐碱蓬的分布范围逐渐减少湿地景观斑块呈现破碎化景观类型趋于多样化与均匀化景观异质性降低对湿地植被多样性、底栖动物与鸟类的生存环境产生负面影响 黄河三角洲湿地生态修复技术湿地生态修复是指根据自然、可行性等原则选择合理的生态修复策略以恢复退化湿地原有的结构和功能并尽量保持其稳定 生态修复包括自然恢复与人工修复 自然修复指在消除了外部环境的压力和干扰后经过一段时间的自然恢复形成了一个比较理想的生态系统 人工修复指在排除了外部的压力和干扰后仅靠自然过程是很难或无法恢复到预期的需要借助人为干预手段来进行修复通常是对破坏超过一定阈值、不能恢复的湿地生态系统进行修复 根据上文所提到的黄河三角洲湿地退化原因本文将黄河三角洲退化湿地生态修复技术归纳为生物组分修复、水体修复、土壤改良和综合生境修复 个部分.生物组分修复.植物群落重建技术在滨海盐沼和淡水湿地的基础上通过引入种植碱蓬、盐碱蓬、芦苇等本土湿地植物增加生物多样性、提高湿地生产力 或者通过优化和提升土壤种子库如盐地碱蓬种子库的强化与促发技术柽柳和芦苇群落的种子库的改造技术促进湿地植被物种更新和植被演替 植物群落重建可以结合生态工程方法如建立湿地过滤系统、植物滨岸带和人工湿地缓解湿地盐渍胁迫、减轻水土污染 例如辽河河口正在实施的修复工程采用了本土先锋植物碱蓬修复效果明显但工程对时间和人力需求比较大对气象和气候条件要求严格且后期监管和维护也需额外的资源.生物入侵防治技术采取工程、物理、化学等多种方法对外来植物进行杀死和清理防止其再次侵入 工程措施包括围堰、淹水、晒地、引水物理措施包括刈割、铲除、火烧等防止其在当地建立繁殖种群或者修建屏障、围栏等限制入侵物种的移动和传播化学防治方法以滩涂米草除控剂为主 在采取防治技术后常移栽本地植物加速受损生态系统的修复和恢复提高湿地生态系统对抗入侵物种的抵抗力但此技术除成本高以外其在黄河三角洲湿地实施的工程复杂性和风险也比较高.增殖和释放技术在黄河三角洲湿地和海洋资源逐渐减少的情况下根据水生动物种类构成释放各种鱼类、虾、蟹、螺、贝等水生动物使水生生态系统结构得到合理优化恢复鱼类的种群与数量 尤其在黄河三角洲地区利用这种技术可以提高鱼类的数量和多样性保持水生生态系统的完整性维护渔业水体的生态平衡 在实施增殖和释放技术时需要考虑水生动物生存率、遗传多样性、生态位竞争等问题同时也需要系统追踪和评估实施过程对黄河三角洲湿地生态系统的影响生物组分修复技术主要针对黄河水沙通量减少、影响湿地景观结构与功能稳定、生物多样性等问题对黄河三角洲的水土进行固持提升生态系统的稳定性及生态服务功能有较好作用.水体修复.生态补水技术生态补水技术主要靠水库、堤坝等蓄水方式实现淡水资源的季节均匀分配缓解湿地盐碱化程度为湿地山 东 科 学 年中各类生物提供所需的生存和繁衍场所 黄河三角洲湿地淡水资源短缺可以通过历史径流量和生态水文过程分析优化湿地的生态补水方式、数量和补水时间并建立起一种长效补水机制维持湿地咸淡水体系平衡 但也需考虑水量不足当地生产生活对水资源争夺等社会问题.水系连接技术水系连接技术主要通过疏通潮沟、涵洞改造、堤防拆除等措施强化水体直接的连续和水文交换 比如有研究表明潮水可以保证翅碱蓬不会因为盐结晶而导致死亡从而避免翅碱蓬群落退化但海堤会使地形抬高并造成潮汐作用减弱造成翅碱蓬群落的退化 通过拆除堤坝恢复潮汐作用增加湿地的水流动性可以促进翅碱蓬群落恢复但是相关技术实施时的水质变化、病害传播、维护和管理成本等问题也需考虑水体修复技术主要针对黄河三角洲黄河来水来沙持续减少流路固化河床下切黄河与湿地、滩涂的水文联通性降低淡水补给减少等问题有利于调控区域内的海陆交汇总作用.土壤改良.微生物修复技术黄河三角洲的胜利油田开采对湿地土壤环境造成巨大负面影响 虽然传统物理和化学修复方法能够有效减少土壤中的石油碳氢化合物但成本过高可能造成二次污染对退化土壤生态功能的修复不足 有研究表明芽孢杆菌属(.)和假单胞菌(.)等特定微生物能较好地降解碳氢化合物常常与生物表面活性剂一起用于土壤修复领域 生物炭等富碳材料能够促进盐沼土壤中一些有利于植物生长的细菌(如根瘤菌和芽孢杆菌)繁殖抑制一些有害真菌的生长从而重塑微生物群落结构及其碳代谢功能也能从微生物层面实现改善退化盐沼的生态系统服务功能 对于黄河三角洲湿地需考虑微生物修复技术是否适用于治理当地的污染物技术实行是否符合当地的法律法规.盐碱地改良技术盐碱地改良技术主要采用水利、生物、物理、化学等方法通过对土壤特性进行优化建立适合于盐沼湿地生态修复的土壤环境 主要途径有:()水利改造 以排水方式将多余盐分排出农田以减少土壤含盐量常用的有暗管、明沟、竖井排水等()生物改良 通过种植耐盐植物能有效降低土壤水分蒸发和避免表面盐渍化同时还能减少地下水含盐量改善土壤生态环境()物理改造 通过改变土壤和土体物理构造来调节水盐运移过程以降低土壤水分蒸发和减少深层土壤盐上行输运()化学改造 利用化学改良剂改变土壤中的吸附离子以达到降低土壤、碱化度以及改善土壤结构的目的 常用的化学改良剂包括石膏、脱硫石膏、硫磺、腐殖酸、糠醛渣等盐碱地改良技术可以较好地修复黄河三角洲湿地的盐碱状况但此技术的可持续性也是需考虑和解决的问题.综合生境修复.鸟类生境仿真技术黄河三角洲湿地是鸟类主要栖息地由于湿地退化造成的鸟类栖息地环境破坏要根据鸟类生存习性采取人工方法建立栖息环境吸引鸟来栖息从而使湿地鸟类的多样性得到恢复和提高 常用措施包括生境岛的隔绝、微细地貌改造、生态补充、围堰矮化、人工鸟窝、设置鸟食区、干扰隔离等但是此技术对气候、食物和栖息地要求较高人工管理依赖程度也较高.人工礁石技术人工礁石是一种人造的结构它可以模仿自然礁石的某些特征为湿地水生动物提供安乐窝可为湿地第 期蔡馨燕等:黄河三角洲湿地生态退化修复的应用研究进展鱼类的生长创造良好的生态环境对保护渔业资源、保持海洋多样性、促进渔业资源的稳定和增殖有重要作用但其对黄河三角洲湿地水流和沉积也会产生影响 常见的人工礁石技术主要是在水体中放置混凝土构件、废旧船体、塑料和竹制建筑等综合生境修复技术整体技术要求高且经济成本高具体效果还有待进一步证实 结论与展望黄河三角洲湿地退化严重生态系统服务功能严重退化 造成黄河三角洲湿地生态退化的原因主要包括黄河水沙通量减少、海陆交互作用增强、土壤盐渍化加剧、气候暖干化、外来物种入侵和人类活动的影响 尽管学界已经初步认识黄河三角洲海岸生态系统退化的一般成因但对退化因子的互作机理及其调节机制还缺乏足够认识 因此需要加强对湿地生态系统结构、过程、功能及调控的系统深入研究并依托黄河三角洲典型的盐沼、滩涂等湿地建立生态修复技术示范区创新和示范植被恢复、地表径流控制、海陆水文调节、滩涂微地形改良、土壤改良、水盐调节、水环境净化、土壤修复、生境重建、生物多样性恢复等综合修复技术为黄河三角洲湿地生态恢复工程设计与建设提供技术支撑 结合已有研究进展从以下方面提出未来研究建议:()在充分考虑黄河三角洲地区的自然和社会环境问题下开展湿地生态修复技术的大规模筛选、中试与示范应用对黄河三角洲湿地生态修复非常重要()需进一步优化与升级湿地生态修复技术 一方面降低技术的生态风险提升修复效果另一方面降低技术实施成本提高实施效果的可持续性()在使用土壤添加剂进行土壤改良时应着重注意材料本身的环境安全性以防对原生生态系统造成二次污染参考文献:邵鹏帅 韩红艳 孙景宽.黄河三角洲湿地退化和恢复对柽柳土壤有机碳含量及红外碳组分的影响.生态学杂志():.:./.王岩 陈永金 刘加珍.黄河三角洲湿地植被空间分布对土壤环境的响应.东北林业大学学报 ():.:./.王永丽 于君宝 董洪芳 等.黄河三角洲滨海湿地的景观格局空间演变分析.地理科学 ():.:./.路广 韩美 王敏 等.近代黄河三角洲植被覆盖度时空变化分析.生态环境学报 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