孟偉慶,李洪遠(yuǎn),王秀明,李姝娟,吳璇

(1.天津師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,天津300387;2.南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,天津300071)

濕地是分布于陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間具有獨(dú)特水文、土壤、植被與生物特征的生態(tài)系統(tǒng),是自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀和人類最重要的生存環(huán)境之一[1-2]。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,濕地的破壞和喪失也在繼續(xù),濕地退化嚴(yán)重。由于盲目開墾濕地,過度耗用水資源,任意排放污染物,加上氣候的暖干化,河流天然水量減少,泥沙淤積嚴(yán)重等因素,濕地面積急劇減少,資源遭到嚴(yán)重破壞[3]。天津市濱海新區(qū)納入國(guó)家“十一五”總體發(fā)展規(guī)劃,成為國(guó)家綜合改革配套試驗(yàn)區(qū),可以預(yù)測(cè),濱海新區(qū)在今后很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),將會(huì)快速的發(fā)展,城市化程度迅速提高。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人類對(duì)該區(qū)域內(nèi)的自然生態(tài)系統(tǒng)的干擾也會(huì)大大增強(qiáng),濱海新區(qū)的自然生態(tài)系統(tǒng)以濕地生態(tài)系統(tǒng)為主,濕地資源的開發(fā)對(duì)天津的經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有舉足輕重的地位。在人口和經(jīng)濟(jì)的壓力下,在連續(xù)數(shù)年氣候干旱下,濱海新區(qū)濕地景觀變化的一個(gè)顯著特征是濕地的人工化、破碎化、鹽堿化;濕地類型空間變化過程表現(xiàn)為天然濕地向人工濕地轉(zhuǎn)換。從目前的情況看,濕地?zé)o論是從面積還是從質(zhì)量上都已經(jīng)大大受到損害。如果不加以重視,進(jìn)行保護(hù)和恢復(fù),濱海新區(qū)的濕地生態(tài)系統(tǒng)將面臨嚴(yán)重的危機(jī)。

1 濱海新區(qū)概況和發(fā)展歷程

1.1 濱海新區(qū)自然環(huán)境概況

天津?yàn)I海新區(qū)位于華北平原北部、海河流域下游,天津市中心城區(qū)的東側(cè),瀕臨渤海,北與河北省豐南縣為鄰,南與河北省黃驊市相接。地理位置為38°40′-39°00′N,117°20′-118°00′E。濱海新區(qū)陸域面積2 270 km2,海岸線153 km。濱海新區(qū)年平均氣溫12.6℃,年均溫差30.7℃,無(wú)霜期206 d;年平均降水量為604.3mm,年蒸發(fā)量為1 750～1 840 mm。地貌屬于濱海沖積平原,西北高,東南低,海拔高度1～3m,地面坡度小于1/10 000。濱海新區(qū)成陸時(shí)間較短,主要為第四紀(jì)以來的河積海積物,由于本區(qū)地勢(shì)低下水位高,故使土壤發(fā)生草甸化過程,一般特征是土壤質(zhì)地粘緊,通氣、透水不良,瘠薄,土壤含鹽量較高。

濱海新區(qū)共有濕地植物46科,135屬,232種。所分布植物中絕大多數(shù)為草本植物,木本的喬木和灌木植物極少,據(jù)調(diào)查只有檉柳、白刺兩種,檉柳主要分布在沿岸各地。植物群落特點(diǎn)是優(yōu)勢(shì)種多,覆蓋度大,生活型齊全,鹽生植物占優(yōu)勢(shì)。常出現(xiàn)的單優(yōu)建群種有鹽地堿蓬(Suaeda salsa)、堿蓬(Suaeda glauca)、獐毛(Aeluropus sinensis)、蘆葦(Phragmites austra lis)和西伯利亞白刺(Nitraria sibirica)等。

濱海新區(qū)是東亞至澳大利亞候鳥遷徙的必經(jīng)之地,豐富的灘涂以及淡水濕地為水禽提供了必要的棲息地和繁殖地,區(qū)內(nèi)有河流、湖泊、灘涂和沼澤等自然濕地類型以及鹽田、魚塘、養(yǎng)殖池等人工濕地類型,面積廣闊的濕地生態(tài)系統(tǒng)成為該區(qū)域主要的自然生態(tài)背景。

1.2 濱海新區(qū)發(fā)展歷程

濱海新區(qū)是依托天津中心市區(qū)、因港而興的。為了突破海河航運(yùn)條件的限制,適應(yīng)現(xiàn)代水運(yùn)對(duì)水深的要求,天津市跳躍式的在臨渤海的塘沽地區(qū)開發(fā)了新港,這成為了濱海新區(qū)發(fā)展起來的最大契機(jī)。濱海新區(qū)的現(xiàn)狀格局是海港城市發(fā)展和地區(qū)資源開發(fā)共同作用的結(jié)果。20世紀(jì)50年代初至70年代初,由于海河上游來水減少,水咸化加劇,加上航道上建設(shè)低孔橋等原因,海河航道不能再通航,市內(nèi)港區(qū)逐漸廢置,這為塘沽新港的發(fā)展提供了機(jī)遇。這一期間,塘沽港口工業(yè)也得到了很快發(fā)展,建立起了以制鹽、造船、海洋化工和機(jī)械制造為主體的工業(yè)體系。港口和港口工業(yè)的發(fā)展,帶動(dòng)了城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大,塘沽城區(qū)的生活、服務(wù)功能得到不斷充實(shí),逐步形成一港、一區(qū)兩個(gè)大的功能區(qū),開始向綜合的城市功能發(fā)展。從20世紀(jì)70年代初開始,塘沽新港開始了新一期大規(guī)模的擴(kuò)建,港口規(guī)模較以前有了很大增長(zhǎng),塘沽城市規(guī)模因此不斷擴(kuò)大,成為擁有30余萬(wàn)人口的中等城市規(guī)模的城區(qū),對(duì)周邊地區(qū)的輻射功能進(jìn)一步增強(qiáng)。自20世紀(jì)80年代中期以來,由于改革開放力度的不斷加大,隨著天津市打造“全方位開放的現(xiàn)代化國(guó)際港口大都市”發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施,濱海新區(qū)開始體現(xiàn)出自身的區(qū)位優(yōu)勢(shì),獲得空前發(fā)展。1984年底,國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)天津建立了面積為33.78 km2的開發(fā)區(qū),1991年,規(guī)劃面積7 km2的保稅區(qū)成立。在認(rèn)真總結(jié)開發(fā)區(qū)、保稅區(qū)改革開放取得成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,天津市提出“用十年左右的時(shí)間基本建成濱海新區(qū)”的階段性目標(biāo)。2006年,國(guó)家“十一五”規(guī)劃,明確指出要推進(jìn)天津?yàn)I海新區(qū)的開發(fā)開放,將濱海新區(qū)納入全國(guó)總體發(fā)展戰(zhàn)略布局。至此,濱海新區(qū)進(jìn)入了全面快速的發(fā)展階段。

1.3 濱海新區(qū)濕地概況

由于濱海新區(qū)特殊的地理位置和地貌特征,區(qū)域內(nèi)形成大量的濕地,根據(jù)遙感數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù),2008年濱海新區(qū)共擁有濕地206 600 hm2,占濱海新區(qū)總面積的59.8%(總面積為3455.5 km2)。在參考國(guó)際《濕地公約》和國(guó)內(nèi)學(xué)者相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)濕地的定義和自然屬性,依據(jù)地貌、水文、土壤、氣候等指標(biāo),將濱海新區(qū)濕地分為河流、湖泊、沼澤、近海和海岸5種類型。

表1 天津?yàn)I海新區(qū)1979年和2008年濕地類型和面積

2 濱海新區(qū)濕地退化現(xiàn)狀及其原因

濕地退化,是指在自然干擾和人為干擾或二者的共同作用下,導(dǎo)致濕地生態(tài)要素和生態(tài)系統(tǒng)整體發(fā)生不利于生物和人類生存的量變和質(zhì)變,使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化和障礙,形成破壞性波動(dòng)或惡性循環(huán),具體表現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和固有功能的破壞或喪失,生物多樣性下降,穩(wěn)定性和抗逆能力減弱,系統(tǒng)生產(chǎn)力下降等一系列濕地生態(tài)調(diào)控功能不斷降低的逆行演替過程。

2.1 自然濕地大量喪失

1979年,濱海新區(qū)的人工濕地面積為44 919.27 hm2,占濕地總面積的21.71%,到2008年,人工濕地面積增加到76 089.60 hm2,在濕地總面積變化不大的情況下,人工濕地增加近一倍,在自然濕地類型中,湖泊濕地減少最多,河流濕地和近海及海岸濕地略有減少。近海及海岸濕地減少的主要原因是由于天津港的擴(kuò)建以及濱海新區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的圍海造地。除了面積的減少,在濕地生態(tài)水量上,也大幅度減少,根據(jù)2006年統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù),2006年濱海新區(qū)水庫(kù)設(shè)計(jì)庫(kù)容6.911億m3,實(shí)際蓄水量?jī)H為1.065億m3,將入境水量、境內(nèi)入河水量、排海水量及湖庫(kù)占有水量做出平衡,可推測(cè)出濱海新區(qū)現(xiàn)狀濕地占有水量為3.1億m3,其中水庫(kù)蓄存水量為1.065億m3,河道、養(yǎng)殖水量及自然濕地蓄存量為2.041 1億m3。按蒸發(fā)滲漏量1 m計(jì),濕地生態(tài)年缺水約2.08億m3。由于生態(tài)用水缺乏,導(dǎo)致河道長(zhǎng)期處于污染狀態(tài),濕地干枯和缺乏置換水量,水生態(tài)系統(tǒng)受損,生態(tài)功能降低。

2.2 濕地被蠶食

據(jù)統(tǒng)計(jì),濱海新區(qū)的非農(nóng)業(yè)人口從1994年的69.57萬(wàn)人增加到2007年的112.5萬(wàn)人[4]。城市建設(shè)用地從2000年的27 881 hm2增加到2008年42 915 hm2,拓展方向主要為海河沿岸及入?？?土地主要來源于鹽田、灘涂等,而新崛起的臨港工業(yè)區(qū)土地則來源于圍海填造的陸地,這些建設(shè)都占用了大量濕地,濱海新區(qū)的耕地資源較少,逐年開墾河漫灘并改變天然濕地面貌使原有濕地面積逐年減少。近20年來,農(nóng)村用地的日益緊張、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的崛起及村辦小型經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)也占用大量濕地。水稻田變?yōu)楹堤锏孛媾R著前所未有的威脅,人類對(duì)濕地資源不合理的開發(fā)利用是天然濕地環(huán)境變遷的主要因素。濱海新區(qū)濕地景觀變化的顯著特征是濕地的人工化、破碎化,濕地類型空間變化過程表現(xiàn)為天然濕地向人工濕地轉(zhuǎn)換,人工濕地向城鎮(zhèn)和工業(yè)用地轉(zhuǎn)換。

2.3 濕地水質(zhì)污染嚴(yán)重

水質(zhì)污染對(duì)天津濕地的水環(huán)境質(zhì)量構(gòu)成嚴(yán)重威脅。工業(yè)廢水排放絕對(duì)量增加,水功能區(qū)污染嚴(yán)重,造成濱海新區(qū)許多濕地變成了不能發(fā)揮濕地功能的“退化濕地”。隨著天津市工業(yè)企業(yè)向?yàn)I海新區(qū)的轉(zhuǎn)移,濱海新區(qū)工業(yè)廢水排放量呈上升趨勢(shì)。淡水資源短缺,地下水超采嚴(yán)重,超采率達(dá)39.4%;上游來水量少,水資源嚴(yán)重不足,導(dǎo)致馬場(chǎng)減河全年干涸斷流,馬棚口、北排水河、青靜黃排水河入海斷面無(wú)水,水環(huán)境容量降低。濱海新區(qū)區(qū)域內(nèi)11條主要河流以劣Ⅴ類水質(zhì)為主。2005年馬廠減河干涸,除薊運(yùn)河為Ⅴ類水質(zhì)外,其余9條河流均為劣Ⅴ類水質(zhì);2006年薊運(yùn)河水質(zhì)由Ⅴ類下降到劣Ⅴ類,其余河流仍維持在劣Ⅴ類,水質(zhì)狀況無(wú)任何改善。2001-2005年,濱海新區(qū)景觀水體的總體水質(zhì)狀況有一定改善。2004年開始出現(xiàn)Ⅳ類水質(zhì)斷面,2005年Ⅳ類水質(zhì)斷面比例由2004年的28.5%增加到50.0%(圖1)。

圖1 濱海新區(qū)主要河流、水質(zhì)斷面類別(24項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià))

2.4 濕地結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致生態(tài)功能喪失

出于防汛的需要,天津市大部分河流采取了順直河道、加大河寬、疏挖河床、修建護(hù)岸工程等措施,提高防洪的安全度。但在達(dá)到防洪的同時(shí),也使得自然河流變成了人工水渠,導(dǎo)致河流區(qū)域內(nèi)水生植物消失、深潭及淺灘消失或規(guī)?？s小、河寬增加導(dǎo)致水深減少、斷面形狀單一化導(dǎo)致流速單一化、河床材料大多采用混凝土或漿砌石護(hù)岸,滯流區(qū)減少、灘地的平整和自然裸地減少等等。與此同時(shí),河床坡降的改變使泥沙的輸送量、輸送形態(tài)都發(fā)生變化,從而影響到上下游的棲息地,生物生存條件被破壞。這種情況也發(fā)生在濱海新區(qū)內(nèi)大多數(shù)的湖泊水庫(kù)濕地。

漫灘與河(湖)岸帶是河流(湖泊)的主要結(jié)構(gòu),但由于人類開發(fā)、河流湖泊改造等,這兩類有機(jī)結(jié)構(gòu)已被嚴(yán)重破壞,取而代之的是筆直的河道(湖泊護(hù)岸)、零星的人工植被。河(湖)岸帶改變和漫灘消失而造成水質(zhì)惡化和生物多樣性減少等問題,已經(jīng)證明了漫灘、河(湖)岸帶恢復(fù)的重要性。河流截彎取直、襯砌河道等措施,雖然提高了防洪安全度,但結(jié)果使得河流多重有機(jī)結(jié)構(gòu)(如濕地、深潭及淺灘等)規(guī)?？s小或消失,河流自身的防洪功能得不到發(fā)揮。

總體上,濱海新區(qū)目前完整意義上的自然濕地已經(jīng)很少,或多或少都有人類干擾的痕跡,受用途所限,這些濕地生態(tài)功能嚴(yán)重受損,水生生物多樣性下降,種群減少,生物生產(chǎn)力降低。尤其近年來水質(zhì)污染和水量減少,許多河流用閘封死,水體不再流動(dòng),成為了名副其實(shí)的臭水溝。可以說,擁有大面積濕地的濱海新區(qū)已經(jīng)成為“功能喪失”的濕地缺乏區(qū)。

3 濱海新區(qū)濕地恢復(fù)對(duì)策和模式

3.1 對(duì)策

關(guān)于濕地保護(hù),有很多學(xué)者提出了很好的對(duì)策建議,包括嚴(yán)格控制環(huán)境污染,加強(qiáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與研究[5],提高群眾濕地保護(hù)意識(shí),加強(qiáng)濕地立法,完善濕地保護(hù)政策和法律法規(guī)體系,加大資金投入[6]等。這些措施對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)的濕地保護(hù)同樣適用,從科學(xué)研究角度出發(fā),在管理到位和資金投入充足的前提下,采用何種經(jīng)濟(jì)可行技術(shù)簡(jiǎn)便的濕地恢復(fù)方法卻是急需解決的問題。

由于濱海新區(qū)緊靠渤海灣,海拔低,地下水位高,進(jìn)行單純的濕地恢復(fù)面臨很多困難,包括(1)氣候干燥,蒸發(fā)量約為降雨量的三倍,水資源短缺;(2)現(xiàn)有濕地水體污染嚴(yán)重,需較大成本的水質(zhì)處理投入;(3)土壤鹽堿化嚴(yán)重,植物生長(zhǎng)受到限制,栽植成本高;(4)植被以草本為主,生態(tài)特征單一且脆弱,生物多樣性低;(5)流域末端積聚上游大量污染,難以調(diào)控;(6)快速土地開發(fā)對(duì)濕地生態(tài)環(huán)境造成很大的壓力。在這樣的條件下如何進(jìn)行濕地的生態(tài)恢復(fù)需要綜合考慮。目前的情況下,對(duì)建成區(qū)內(nèi)已經(jīng)成為人工水渠的河流進(jìn)行自然化恢復(fù)是不可能的。但在非建成區(qū)人類干擾小的濕地區(qū)域進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)還是具有較好條件的。

3.2 基于生境改造的林草地+濕地恢復(fù)模式

根據(jù)對(duì)濱海新區(qū)濕地詳細(xì)的調(diào)查和多年的經(jīng)驗(yàn),提出將目前具有條件的濕地進(jìn)行生境改造,構(gòu)建林草地+濕地生態(tài)景觀恢復(fù)模式。提出該種模式主要有以下考慮:(1)目前濱海新區(qū)的綠化采取的基本上是人工換土的方式,從異地取土0.8～1.2m搬運(yùn)到綠化區(qū)域后進(jìn)行綠化植物的栽植。栽植成本很高,同時(shí)管理維護(hù)成本高,屬于奢侈的不可持續(xù)綠化模式。(2)注重美觀的人工綠化引入了很多外來植物,鄉(xiāng)土植物保護(hù)力度不夠,造成本地植物生物多樣性下降。大量的本地野生草本植物被視作景觀不美觀而破壞掉。(3)濕地水質(zhì)污染嚴(yán)重,導(dǎo)致水生植物和動(dòng)物數(shù)量大量減少,短時(shí)間內(nèi)改善濕地水質(zhì)需要很大投入。

采用林草地+濕地恢復(fù)模式的生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益:(1)投入低,管理維護(hù)成本低,幾乎不用人工維護(hù),只要做到盡可能少的人類干擾即可,能夠節(jié)省大量的經(jīng)費(fèi)。(2)保護(hù)鄉(xiāng)土植物和生物多樣性。這種恢復(fù)模式完全依靠本地鄉(xiāng)土植物在人工引導(dǎo)下的自然演替,不采用外來植物,能夠很好地保護(hù)鄉(xiāng)土植物和生物多樣性,在城市快速發(fā)展的同時(shí),保留一定的城市“綠寶石”。(3)良好的景觀效果。由于濱海新區(qū)植被以草本為主,因此景觀視覺比較差。在該模式中,濕地水面、漫灘草本群落和木本植物群落同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)景觀中,將會(huì)大大提升景觀視覺效果。(4)為濕地動(dòng)物提供良好生境。濱海新區(qū)是東亞至澳大利亞候鳥遷徙的驛站,但由于城市建設(shè)和人類干擾,很多鳥群已經(jīng)不再光臨這里了。對(duì)于湖泊型濕地,采用該模式可以在周圍可以形成一圈森林圈層,寬度越寬,廊道效益越大,對(duì)于中間的濕地生境來說形成了一個(gè)保護(hù)圈,如果控制好人類進(jìn)入,這里將會(huì)成為鳥類和其他濕地生物良好的生境。這些區(qū)域?qū)?huì)成為濱海新區(qū)生物多樣性最高和最自然的區(qū)域。(5)濕地與林草地生態(tài)系統(tǒng)的相互促進(jìn)協(xié)同演替。林草地生態(tài)系統(tǒng)的自然演替需要較長(zhǎng)時(shí)間,開始需要人工輔助,之后,濕地在干旱時(shí)為林草地系統(tǒng)提供水源,林草地為濕地生境提供庇護(hù),并逐漸凈化改善濕地水質(zhì),兩個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同演替最終會(huì)實(shí)現(xiàn)良好的生態(tài)效益。

該模式的技術(shù)操作要點(diǎn):(1)選擇優(yōu)先恢復(fù)區(qū)。選擇合適的恢復(fù)區(qū)是該模式實(shí)施的基礎(chǔ),將湖泊型或者較自然的河漫灘區(qū)域作為優(yōu)先恢復(fù)區(qū),同時(shí)這些區(qū)域應(yīng)較少地受到人類的干擾。(2)具有一定的地形條件。由于濱海新區(qū)地勢(shì)平坦、地下水位高且土壤鹽堿化嚴(yán)重,因此恢復(fù)區(qū)應(yīng)該具有一定的高程,以滿足木本植物的生長(zhǎng)要求,可在前期適當(dāng)采取一定工程措施,將濕地區(qū)域部分的土壤挖出,將四周墊高,使得中心區(qū)更低,可以形成水深更深的湖泊,同時(shí)四周滿足木本植物的生長(zhǎng)要求。(3)人工輔助措施。由于木本植物的生長(zhǎng)相對(duì)較慢,要達(dá)到其自然演替需要很多年。因此開始時(shí)可以采取人工輔助進(jìn)行喬木種植,使木本植被群落在較快的時(shí)間內(nèi)達(dá)到演替頂級(jí)狀態(tài)。(4)后期管理。后期管理最重要的是減少人類的干擾和對(duì)濕地區(qū)域的占用。

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