不同立地类型红树林修复效果评价——以深圳湾为例.pdf

第 卷 第 期应 用 海 洋 学 学 报，年 月 ，不同立地类型红树林修复效果评价 以深圳湾为例宋 雪，石建娅，李瑞成，肖 鑫，王 辉 收稿日期：资助项目：深圳市科技计划项目（）作者简介：宋雪（），女，工程师；：通讯作者：王辉（），男，高级工程师；：（深圳中绿环境集团有限公司、广东省红树林工程技术研究中心，广东 深圳）摘要：为解明不同立地红树林生态修复效果，本研究以深圳湾滨海红树林修复工程为研究对象，选取植物生长状况、修复完成情况和沉积物环境参数 个标准层，以未修复区和裸滩区为对照，分析强风浪海滩、低潮带海滩和砾石质海滩立地条件下红树林修复后的植物群落结构特征和环境质量特征，并基于层次分析法（，）对其修复效果进行综合评价。结果表明：修复 年后，强风浪海滩和低潮带海滩红树植物的保存率明显高于砾石质海滩，均高于。沉积物有机质（）、总磷（）、溶解无机氮（）和硝酸盐（）含量提高，说明红树林修复对沉积物环境质量有改善作用。深圳湾红树林修复效果评分为：砾石质海滩（）低潮带海滩（）强风浪海滩（）。总体而言，深圳湾滨海红树林修复工程的修复效果为优良。关键词：海洋环境科学；红树林湿地；立地类型；修复效果；工程评价；深圳湾：中图分类号：文献标识码：文章编号：（）红树林是分布于热带和亚热带地区潮间带以红树植物为主体的植物群落，它包括专一性生长在海岸潮间带的真红树植物，也包括既能生长于潮间带也能生长在陆地的半红树植物。红树林不仅为红树林生态系统中的生物提供食物、栖息地和繁衍场所，还具有净化水质、护岸固堤等多种至关重要的生态功能。此外，红树林在减缓全球气候变暖中发挥着重要的碳汇功能，红树林固碳速率远高于泥炭沼泽和沿海滩涂盐沼。由于红树林固碳能力较强，开展红树林保护与修复成为应对气候变化中“基于自然的解决方案”的重要措施。深圳湾是一个半封闭海湾，是 多种候鸟迁徙的重要“停歇站”和“中转站”。深圳湾水体较浅，发育有宽广的淤泥滩，且咸淡水混合，伴有潮汐作用，为红树林生长繁殖提供了良好的地貌和物质环境。近 年来，受人类活动（围海造地和污染物排放）与自然演变的双重影响，深圳湾水域面积骤减，对深圳湾的纳潮能力与环境容量产生了一定的影响。深圳湾沿岸原有天然红树林由于长久大面积的开发，自然环境受到了不同程度破坏，导致沿岸植被覆盖率极低，仅在靠近海岸一侧生长着少量的红树植物。为保护生态环境，深圳市实施了深圳湾滨海红树林修复工程，可恢复海岸带潮滩红树林湿地生态景观，创建具有景观功能和生态功能的城市滨海红树林湿地。近年来，全国范围内开展了大规模的红树林生态修复工程，但对修复工程效果评价的研究较少，而且并未形成较为成熟的生态修复成效评估体系，进而无法判断工程案例修复效果如何，更无法确定该工程能否为海岸带生态修复工程提供技术支持。此外，目前涉及红树林湿地健康状况和环境污染风险评价的报道较多，但对红树林人工种植工程的评价有限。前人曾在对广西北仑河口盐沼红树林生态系统修复工程和深圳海上田园红树林种植养殖耦合系统生态修复效果的评估中选取了水体环境质量指标来评价环境质量状况，但由于水 应 用 海 洋 学 学 报 卷体流动性大或受环境影响变化较大，一次或数次监测数据难以反映水质真实情况。因此，开展红树林生态修复的成效评价，亟待形成系统性的、具有指导性的生态修复评估方法。为此，本研究以深圳湾滨海休闲带的红树林修复工程为研究对象，从植物生长状况、修复完成情况和沉积物环境质量参数 个方面进行分析，构建成效评估体系，可为我国华南沿海红树林资源的恢复和保护提供理论依据。研究区概况 年 月，深圳市实施了深圳湾滨海红树林修复工程，修复红树林总面积约 。本研究在修复 年后选取深圳湾滨海红树林修复工程具有代表性的 个红树林修复区域（强风浪海滩、低潮带海滩和砾石质海滩），分别进行红树林生态修复效果评价（图）。强风浪海滩是位于平直海岸线上受风浪直接影响的开阔海滩；低潮带海滩是滩面高程低于红树林生长所需高程 以内的海滩；砾石质海滩是砾石、沙质含量较高，泥质的含量极少的海滩立地。在强风浪海滩，考虑到桐花树（）有较强的抗风浪能力，比其它红树植物种类忍耐海水淹浸的能力强，树体的 连续浸入水中达 年仍可正常生长，因此选择桐花树作为本区域的造林树种。在低潮带海滩，鉴于深圳湾原生乡土红树种类包括秋茄（）、木榄（）、老鼠簕（）、桐花树、白骨壤（）等，同时考虑到秋茄宜林滩涂的潮汐基面高程应大于 ，桐花树宜林滩涂的潮汐基面高程应大于 ，木榄宜林滩涂的潮汐基面高程应大于 ，因此选择秋茄、桐花树和木榄作为本区域的造林树种。在砾石质海滩，考虑到桐花树根系具有较浅分布、细根须根较多，移栽成活率较高，因此，选择桐花树作为本区域的造林树种。图 深圳湾滨海红树林修复工程研究样地分布位置 研究方法 指标的筛选综合考虑人工重建红树林常见的退化问题和红树林修复工程的基本目标，从沉积物环境质量、植物生长状况和修复完成情况 个方面筛选出具有代表性、普适性和可操作性等特点的指标，开展深圳湾滨海红树林修复效果的评价。沉积物环境质量清理沉积物表层植物碎屑和石块等杂物后，随机采集红树林修复区和未修复区表层（）沉积物，每个样点做 个重复。当天把土样运回实验室，一周内完成沉积物理化性质指标的测定。沉积物、盐度是称取 干土，加入 去离子水，振荡 后取上清液测定。沉积物有机质（）的含量采用马弗炉灼烧法测定。沉积物氨盐（）、亚硝酸盐（）和硝酸盐（）、总磷（）均由紫外分光光度计（日立 比例光束分光光度计）测定。、和 采用分光光度法，沉积物 采用钼锑分光光度法。沉积物溶解无机氮（）以、和 计。期宋 雪，等：不同立地类型红树林修复效果评价 以深圳湾为例 植物生长状况在红树林修复区、未修复区和裸滩区中随机设置 个 的样方，调查样地内植物的生长势和病虫害面积。病虫害面积按照病虫危害面积与修复面积的占比统计。修复完成情况在研究样地内调查样地内植物的株数和盖度，并计算各树种的保存率和修复比率。保存率的确定是按工程设计植株的存活率统计。修复比率计算公式如下：（）（）式（）中：表示修复比率（），表示修复之前红树植物盖度（），表示修复之后红树植物盖度（）。指标权重的确定本研 究 依 照 层 次 分 析 法（，）的步骤，在专家咨询的基础上对构建的评估体系的各标准层及指标层相对于上一层的重要性打分，按照 比例标度法进行重要性赋值，构造判断矩阵。计算判断矩阵的特征向量和最大特征根，确定标准层和指标层的单排序权重，最后计算出指标层相对于目标层的总排序权重并进行一致性检验。根据权重计算结果，得到各层次指标归一化后的权重（表）。表 红树林修复工程效果评价指标权重 目标层标准层指标层归一化权重红树林修复工程效果沉积物环境质量 （）盐度 （）（）（）（）植物生长状况 （）生长势 （）病虫害面积 （）修复完成情况 （）保存率 （）修复比率 （）注：括号内的数值表示为权重值。评价标准及评分 沉积物环境质量评价标准及评分环境质量能反映出红树林修复工程对修复后的红树林生态系统的影响，可以用来反映环境质量的指标较多，如水质、沉积物等，考虑到水的移动性，不易反映水体环境实际情况，因此，选择沉积物质量作为本研究的评价指标。影响红树植物生长的因素有土壤养分和土壤盐度，本研究选取、和土壤盐度作为评价指标。本研究根据土壤养分等级分级表，选择 评价土壤环境质量（表），并对其进行赋分（表）。参照全国第二次土壤普查的养分分级标准，选择 和 来评价土壤养分含量等级（表），并对其进行赋分（表）。根据红树林湿地健康评价技术规程对土壤盐度进行赋分（表）。表 沉积物环境质量评价标准 指标养分等级 含量（）含量 含量（）植物生长状况评价标准及评分考虑到修复后红树植物健康状况的改善，在评价过程中，植物生长势和病虫害可作为综合评价植物群落生长状况的指标。根据红树林湿地 应 用 海 洋 学 学 报 卷健康评价技术规程和红树林造林技术规程对植物生长势和病虫害指标进行评价。本研究将植物生长势和病虫害面积分为 个等级，并对其进行赋分（表）。修复完成情况评价标准及评分参考红树林湿地健康评价技术规程中的评价方法，对红树林保存率和修复比率进行赋分（表）。表 红树林修复工程效果评价体系 目标层标准层指标层赋分红树林修复工程效果沉积物环境质量盐度 或 或 或 含量 含量（）含量（）植物生长状况生长势植株健壮，生长势极好植株状态一般，生长势较好植株瘦小，生长势较差植株萎蔫，生长势差植株干枯，生长势极差病虫害面积 修复完成情况保存率 修复比率 生态修复效果评价等级划分通过计算生态修复效果评分（，）评价红树林生态修复效果。获得所有指标的修复效果评分之后，将每个对象层中所有指标的修复效果评分乘以对应的权重值，求和得到最终评分。具体计算公式如下：（）式（）中：为红树林种植工程最终修复效果评分；为评价指标项数，为正整数；为第 要素第 指标赋值；为第 要素第 指标的归一化权重。采用等间距法，按最大可能总得分（分）的、和 将 划分为 个等级（表）。表 红树林修复工程效果等级划分 修复评价等级修复效果描述优修复效果显著，植物生长状况好，修复完成情况好，沉积物环境质量好良修复效果较为显著，植物生长状况较好，修复完成情况较好，沉积物环境质量较好中修复效果一般，植物生长状况一般，修复完成情况一般，沉积物环境质量一般差修复效果较差，植物生长状况较差，修复完成情况较差，沉积物环境质量较差劣修复效果极差，植物生长状况极差，修复完成情况极差，沉积物环境质量极差 数据分析本研究测得的数据采用平均数和标准差表示。采用 整理所测数据，并把所测得的数据导入 统计软件进行统计，使用单因素方差分析法（）进行显著性分析（）。结果与分析 修复效果 植物生长状况如图 所示，在强风浪海滩，修复前地势总体向外海倾斜，较平坦，该区域内有大量的块石、碎石及 期宋 雪，等：不同立地类型红树林修复效果评价 以深圳湾为例 砂砾，几乎无植被；修复后桐花树长势健壮，无病虫害。在低潮带海滩，修复前植被杂乱，薇甘菊（）、五爪金龙（）、银合欢（）等外来入侵植物分布面积大，乡土红树植物覆盖面积小；修复后乡土红树植物桐花树、秋茄、木榄、卤蕨（）、老鼠簕等长势健壮，无病虫害。在砾石质海滩，修复前岸边基本无植被，有大量抛石；修复后桐花树比强风浪海滩矮小些，长势一般，无病虫害。图 红树林修复前后对比效果 修复完成情况修复 年后，各修复区的修复比率为 ，强风浪海滩和低潮带海滩的修复比率明显高于砾石质海滩（表）。个修复区的红树植物的保存率均高于。其中，在强风浪海滩，桐花树的保存率为，显著高于砾石质海滩。在低潮带海滩，秋茄的保存率为，与砾石质海滩无显著差异。沉积物环境质量变化如表 所示，各样点的 范围在 之间，均表现为中性或微酸性，强风浪海滩和砾石质海滩的 显著低于未修复区和裸滩区（）。强风浪海滩和砾石质海滩的盐度和 含量均高于低潮带海滩、未修复区和裸滩区。各修复区的 应 用 海 洋 学 学 报 卷含量处于 级水平，而未修复区和裸滩区的 含量分别处于 级和 级，表明红树林修复区 极高。沉积物 含量结果显示，强风浪海滩砾石质海滩裸滩区低潮带海滩未修复区，强风浪海滩和砾石质海滩的 含量处于 级水平，而低潮带海滩、未修复区和裸滩区的 含量处于 级水平，表明红树林修复区中的强风浪海滩和砾石质海滩的 含量水平极高或高。沉积物营养盐结果显示，土壤 和 的含量大小顺序为：强风浪海滩砾石质海滩低潮带海滩裸滩区未修复区，强风浪海滩和砾石质海滩的 含量达土壤养分等级 级标准，低潮带海滩的 含量达土壤养分等级 级标准，而未修复区和裸滩区的 含量未达土壤养分等级 级标准。表 红树林修复目标完成情况 样点修复比率 保存率 强风浪海滩 低潮带海滩 砾石质海滩 注：数值表示为“平均数标准差”；不同字母表示相同指标各样点之间差异显著，显著水平为，；下同。表 红树林修复区、未修复区及裸滩区的沉积物质量特征 ，样点盐度 含量 含量（）含量（）含量（）含量（）含量（）强风浪海滩 低潮带海滩 砾石质海滩 未修复区 裸滩区 评估结果如表 所示，深圳湾滨海红树林生态修复效果评分表现为强风浪海滩（）低潮带海滩（）砾石质海滩（）。强风浪海滩和低潮带海滩的修复效果综合得分差距不大，均处于“优”的等级，表明这两种立地条件下的红树林生态修复效果显著，红树植物生长状况好，修复完成情况好，沉积物环境质量好。砾石质海滩的修复效果等级处于“良”的等级，该立地条件下的修复效果较为显著，表现为沉积物环境质量较好，植物生长状况较好，修复完成情况较好。表 深圳湾滨海红树林修复工程效果评分 修复区域沉积物环境质量植物生长状况修复完成情况修复评价等级强风浪海滩优低潮带海滩优砾石质海滩良 讨论 评价方法的适用性红树林生态修复工程目标完成度可以通过修复效果呈现出来，开展修复效果评价则可以判断出红树林修复工程是否成功。王树功等基于压力状态响应模型对珠海淇澳岛红树林湿地生态系统健康状况进行评价；吴庭天等以红树林生态系统的结构和功能作为切入点对海南东寨港红树林生态系统的健康状况进行实验性评估；等选取结构完整性指数和较高的丰度指数来评价植被结构恢复情况；等则选择除了植被指标，土壤质量特征也被纳入评估体系中；吴一凡等在评价厦门 个红树林湿地修复工程成效时选取红树林群落 期宋 雪，等：不同立地类型红树林修复效果评价 以深圳湾为例 结构、土壤环境质量和病虫害情况等指标。这些评价方法是主要针对红树林湿地健康状况的评价，没有将红树林修复工程指标纳入其中。本研究针对工程设置的预期目标开展生态修复效果评价，不仅选择植被指标和土壤质量特征指标，还引入能充分代表修复工程目标完成情况的指标（保存率和修复比率）。由此可见，本研究的评价方法适用于人工重建的红树林修复工程。修复效果 红树林修复区植物生长状况考虑到修复后的红树林湿地生态系统稳定发展，本研究将植物生长势和病虫害作为评价因子。研究结果表明，各修复区的红树植物生长状况处于较好及以上水平，表现为植物生长势好，无病虫害，可能的原因是红树林修复工程管护措施到位，科学防控红树林主要病虫害，如广翅蜡蝉（）、海榄雌瘤斑螟（）、蚜虫、炭疽病等，使红树林健康生长。红树林修复区修复完成情况在红树林恢复过程中，植物保存率低一直是困扰红树林修复工作者的一个难题，也是制约红树林湿地恢复的主要因素。考虑到红树林修复工程完成情况，选择保存率作为评价指标。深圳湾红树林修复效果表明，强风浪海滩的保存率明显高于砾石质海滩，可能是因为虽然强风浪海滩风浪冲击大，但是采取了松木桩、土工布充砂袋和麻绳网等防护措施，有效地保障了桐花树的保存率，而砾石质海滩只是对原有的砾石材料重新整合，填补泥质土壤，但没有采取防风浪措施，致使沉积物流失较为严重，不利于桐花树生长。低潮带海滩的红树植物的保存率比强风浪海滩略低，但两者无明显差异，原因是在低潮带海滩保留了靠近大海外侧原有的无瓣海桑（）用于防风固浪和促淤造陆，形成较为稳定的“生态防护墙”，在其内侧种植乡土树种。低潮带海滩和强风浪海滩采用的红树林修复技术方法均有效解决了海浪对沉积物的冲刷和苗木不稳定的问题，由此可以看出，风浪冲击是限制红树林植被恢复与重建的重要因素，采用防风固浪措施能有效提高红树植物的存活率。在福建泉州湾红树林湿地开展的红树林生态恢复试验发现在深滩地种植 年的秋茄的保存率为，该结果与本研究结果基本一致，低潮带海滩立地条件下种植 年的秋茄的保存率为，表明低潮带海滩红树林修复效果好，适宜乡土红树植物生长。红树林修复区沉积物环境质量变化深圳湾红树林修复区中的 含量高于未修复区，这是由于林下植被自然更新，凋落物增加，使得沉积物中的 含量快速增加。修复区中强风浪海滩和砾石质海滩的 含量明显高于低潮带海滩，这是由于强风浪海滩和砾石质海滩的土壤质地为淤泥质，低潮带海滩的土壤质地偏砂质，强风浪海滩和砾石质海滩的土壤孔隙度较小，微生物对 分解的速率降低，从而导致 含量的增加。土壤质地不同，其养分含量是有差异性的，沉积物粒径越小，对营养盐的吸附能力越强。强风浪海滩和砾石质海滩的 和 含量明显高于低潮带海滩，这种差异可能是由于强风浪海滩和砾石质海滩的沉积物以粘土为主，颗粒物间隙小，粘土沉积、富集 和 元素能力强，而且红树发达的根系可吸附更多的营养物质，增加了沉积物中 和 的含量。该结果与闽东滨海红树林湿地、含量较高的结果一致。因此，强风浪海滩和砾石质海滩的沉积物环境质量得分稍优于低潮带海滩。整体而言，本研究区的红树林目前生长的土壤环境比较理想，有利于现阶段的红树林生长恢复。修复效果评价本研究的红树林生态修复效果评价对象为人工种植的红树林，围绕修复工程本身，以工程指标保存率和修复比率作为主要的修复指标，结合沉积物环境质量进行评估，采用等间距法划分出“优”、“良”、“中”、“差”和“劣”。该评价方法与冯建祥等的研究较为吻合，他们选取环境质量、生物群落结构和植物健康状况等 个层次，筛选出水体营养盐、沉积物重金属、植物群落、光合特征等指标，对深圳海上田园的红树林种植养殖耦合湿地生态修复效果进行评价，结果表明，基于红树林种植养殖耦合系统的红树林修复工程未达到良好的修复效果，评价得分仅处于“中”的等级。而本研究结果表明，深圳湾强风浪海滩和低潮带海滩的修复效果为“优”，砾石质海滩的修复效果为“良”，红树林修复效果较好。表明只有明确了不同修复方式的修复效果存在的差异，才有可能选择出最优的修复方式。结论本研究以深圳湾滨海红树林修复工程为研究对象，对不同立地类型红树林修复效果进行评价，获得了如下结论：（）修复 年后，强风浪海滩、低潮带海滩和砾石质海滩红树植物的保存率均高于，其中强风 应 用 海 洋 学 学 报 卷浪海滩和低潮带海滩的红树植物的保存率高达和，表明 个区域的红树林修复效果较好。（）修复区与未修复区相比，沉积物、和 含量均有提高，表明修复后的红树林改善了深圳湾沉积物的营养环境，有利于现阶段的红树林生长恢复。（）通过计算生态修复效果评分并对结果进行分析，表明深圳湾滨海红树林修复工程的修复效果为优良。其修复效果评分为强风浪海滩（）低潮带海滩（）砾石质海滩（）。参考文献：王伯荪，张炜银，昝启杰，等 红树植物之诠释 中山大学学报（自然科学版），（）：，（）：，（）：，：，：李林锋，吴小凤，刘素青 湛江 种红树林树种光合作用特性及光合固碳能力研究 广西植物，（）：，（）：段晓男，王效科，逯非，等 中国湿地生态系统固碳现状和潜力 生态学报，（）：，（）：，：陈顺洋，安文硕，陈彬，等 红树林生态修复固碳效果的主要影响因素分析 应用海洋学学报，（）：，（）：陈桂珠，王勇军，黄乔兰 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