任 葳 王安東 馮光海 趙亞杰 冉越男 劉曉玲 王光美 劉玉虹

（1 內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，呼和浩特 010021；2 中國科學(xué)院海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，煙臺(tái)264003；3 黃河三角洲國家級自然保護(hù)區(qū)，東營 257500；4 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 101409；5 河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210098）

基于水位控制的黃河三角洲退化濱海濕地恢復(fù)及其短期效應(yīng)

任 葳1，2 王安東3 馮光海3 趙亞杰3 冉越男2，4 劉曉玲2，4 王光美2 劉玉虹1，5

（1 內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，呼和浩特 010021；2 中國科學(xué)院海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，煙臺(tái)264003；3 黃河三角洲國家級自然保護(hù)區(qū)，東營 257500；4 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 101409；5 河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210098）

黃河三角洲濱海濕地是中國最年輕、最廣闊、最完整的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)，同時(shí)又是東北亞內(nèi)陸和環(huán)太平洋鳥類遷徙的重要“中轉(zhuǎn)站”、越冬地和繁殖地，區(qū)域內(nèi)豐富的動(dòng)植物資源和特有物種對維持生物多樣性具有重要意義，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能巨大，生態(tài)價(jià)值彌足珍貴（張曉龍等,2009)。然而，作為新生濕地生態(tài)系統(tǒng)，黃河三角洲濱海濕地發(fā)育、演變并不成熟。受自然因素和人為活動(dòng)雙重影響，自1991年以來，黃河三角洲自然濕地逐漸萎縮，次生鹽漬化嚴(yán)重，其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能面臨嚴(yán)重威脅（曹建榮, 2014)。

目前黃河三角洲退化濱海濕地的修復(fù)工作，多注重植被覆蓋的恢復(fù)效果，且多簡單采取圍封和補(bǔ)充淡水相結(jié)合的方式，過分依靠自然恢復(fù)，人工重建發(fā)揮作用不足(Cui et al, 2009 )。這樣的修復(fù)方式，不僅耗水量巨大，且導(dǎo)致恢復(fù)后的植被群落結(jié)構(gòu)簡單，生物多樣性喪失，其作為鳥類棲息地的重要生態(tài)服務(wù)功能嚴(yán)重削弱，影響了濕地功能的正常發(fā)揮。

針對此問題，于2015年在黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)，選擇植被覆蓋度低的嚴(yán)重退化鹽堿化區(qū)域，根據(jù)生態(tài)位理論和生態(tài)工程原理（張姚等, 2014)，通過微地形改造營造3個(gè)鳥類棲息島，人工復(fù)水營造不同水位梯度，為魚類和鳥類創(chuàng)造多樣化的生境。在人工復(fù)水3個(gè)月后，對該區(qū)域土地覆蓋情況及底棲生物進(jìn)行調(diào)查，并在2015年9月至2016年3月鳥類遷徙期進(jìn)行鳥類動(dòng)態(tài)監(jiān)測，對生態(tài)恢復(fù)的短期效應(yīng)進(jìn)行評估，以期建立人工重建和自然恢復(fù)有機(jī)結(jié)合的嚴(yán)重退化濕地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，為黃河三角洲退化濱海濕地生態(tài)修復(fù)提供科技支撐和實(shí)踐借鑒。

圖1 恢復(fù)區(qū)2015年6月29日和9月25日土地覆蓋狀況

1 恢復(fù)區(qū)概況及生態(tài)工程實(shí)施

生態(tài)恢復(fù)區(qū)位于黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)試驗(yàn)區(qū)。該區(qū)域土壤含鹽量較高，地勢低且較為平坦，枯水期鹽漬化嚴(yán)重，植被覆蓋度極低，僅有少量鹽地堿蓬和零星蘆葦群落存在，雨季豐水期則全為水面，鳥類無棲息落腳場所?；謴?fù)區(qū)附近有閘門一座，并設(shè)有引排水渠。2015年5月，在該區(qū)域，結(jié)合地形地貌狀況進(jìn)行微地形營造，選取地勢較高區(qū)域進(jìn)行挖湖筑島，營造出地勢自然起伏，相對高程差1.5～1.8 m的鳥類棲息島。結(jié)合筑島形成的深溝，在離鳥類棲息島周邊6～10 m距離，開挖深度為2 m、寬度約為10 m的深水區(qū)，并使之與現(xiàn)狀引排水渠相連。6-7月，結(jié)合降雨情況，通過地表徑流匯水結(jié)合引流黃河水進(jìn)行人工復(fù)水。

2 動(dòng)態(tài)監(jiān)測

2015年6月29日，在黃河調(diào)水調(diào)沙及雨季來臨之前，利用固定翼XY1800無人機(jī)，攜帶索尼全畫幅RX1相機(jī)（2430萬像素)，對示范區(qū)進(jìn)行1∶500正攝影像圖航拍。復(fù)水后，于9月25日再次進(jìn)行航拍，利用兩次航拍影像對植被恢復(fù)情況進(jìn)行評測。同時(shí)，在9月底進(jìn)行底棲動(dòng)物調(diào)查，并從2015年9月開始，每月1次進(jìn)行（9月19日、10月14日、11月2日、12月16日、1月27日、2月19日、3月2日）鳥類動(dòng)態(tài)監(jiān)測，以評估鳥類棲息地功能發(fā)揮情況。底棲動(dòng)物調(diào)查、樣品的處理和保存均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》（2007）進(jìn)行，鳥類動(dòng)態(tài)監(jiān)測按照《生物多樣性觀測技術(shù)導(dǎo)則》（2014）進(jìn)行。

表1 恢復(fù)區(qū)底棲動(dòng)物站位水深與植被生長情況

圖2 恢復(fù)區(qū)土地覆蓋變化

3 生態(tài)恢復(fù)效果評估

3.1 土地覆蓋狀況變化

利用GPS在恢復(fù)區(qū)域建立控制點(diǎn)，將2015年6月29日和9月25日兩期航拍影像導(dǎo)入到ArcGIS，利用Georeferencing工具，采用UTM_WGS84_50N坐標(biāo)系統(tǒng)，通過控制點(diǎn)將兩幅航片配準(zhǔn)。建立研究區(qū)掩膜，依據(jù)掩膜提取研究區(qū)，并根據(jù)前期實(shí)地調(diào)查的記錄，結(jié)合航片，構(gòu)建分類訓(xùn)練區(qū)。采用最大似然分類法對航片進(jìn)行監(jiān)督分類，結(jié)合實(shí)地調(diào)查的記錄情況，對分類結(jié)果進(jìn)行分類后處理，保證分類結(jié)果準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上，滿足分類精度要求，然后調(diào)整圖幅大小，將分類結(jié)果出圖（圖1)。利用ArcGIS對圖像進(jìn)行解譯，得到示范區(qū)土地的覆蓋變化情況（圖2)。

由圖2可以看出，生態(tài)工程完工后，6-9月自然降雨和人工復(fù)水使水域占恢復(fù)區(qū)總面積的比例從7.4%增加到53.2%；蘆葦群落面積增加了31.9%，堿蓬群落面積增加了4.5倍，蘆葦堿蓬群落占恢復(fù)區(qū)總面積比例從18.8%增加到30.5%。低植被覆蓋區(qū)（植被覆蓋度20%以下區(qū)域，可近似認(rèn)為裸地）的面積減少了78%，占示范區(qū)總面積的比例從73.8%降低到16.3%，減少的面積有79.8%轉(zhuǎn)化為水面，其余20.1%則是由于蘆葦堿蓬群落的擴(kuò)張。植被∶水面∶裸地的比例從1∶0.4∶4變化為1∶1.75∶0.3。從土地覆蓋狀況變化可以看出，經(jīng)過生態(tài)工程進(jìn)行微地形改造，在雨季降雨后，土地覆蓋比例改善，水域和植被比例提高，供鳥類覓食、活動(dòng)場所增加；裸地比例由于雨季補(bǔ)水大幅下降，但相對于未改造前在雨季全部消失的情況相比，仍維持在近1/5的比例，可為鳥類提供活動(dòng)棲息場所。

3.2 底棲動(dòng)物

2015年9月20日，對恢復(fù)區(qū)按照水深梯度和有無植被（主要為蘆葦）情況，設(shè)點(diǎn)取樣，進(jìn)行底棲動(dòng)物群落調(diào)查，共采集樣點(diǎn)23個(gè)（表1)。用直徑為10 cm的柱狀采泥器，每次各樣點(diǎn)取樣15～20 cm，取樣3次，合為1個(gè)樣品。樣品通過0.05 mm網(wǎng)篩進(jìn)行過濾，保存于95%的酒精中，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分選、鑒定和稱量。

采用以下公式計(jì)算優(yōu)勢度指數(shù)（陳亞瞿等, 1995）：

式中：N為所有站位采集的大型底棲動(dòng)物總個(gè)體數(shù)；ni為第i種底棲動(dòng)物的總個(gè)體數(shù)；fi為物種i在各站位出現(xiàn)的頻率，當(dāng)物種優(yōu)勢度Y＞0.02時(shí)，該種即為優(yōu)勢種。

調(diào)查共發(fā)現(xiàn)和鑒定大型底棲動(dòng)物14種（表2)，包括節(jié)肢動(dòng)物8種（6種搖蚊，2種蝦類)，占總物種數(shù)的57.1%；軟體動(dòng)物4種（4種螺類)，占總物種數(shù)的28.6%；環(huán)節(jié)動(dòng)物1種（蘇氏尾鰓蚓）和脊索動(dòng)物1種（彈涂魚)，各占總物種數(shù)的7.1%。優(yōu)勢種為3種搖蚊，分別為蘇氏寡角搖蚊Diamesa tsukuba、中國長足搖蚊Tanypus chinensis和黃色羽搖蚊Chironomus flaviplumus，其中蘇氏寡角搖蚊的優(yōu)勢明顯，在23個(gè)采樣點(diǎn)中有22個(gè)樣點(diǎn)分布。

調(diào)查區(qū)域的大型底棲動(dòng)物總平均豐度為454.17 ind/m2，其中節(jié)肢動(dòng)物為396.94 ind/m2，占總物種數(shù)的87.4%；軟體動(dòng)物為46.16 ind/m2(10.2%）；環(huán)節(jié)動(dòng)物為9.23 ind/m2（2.0%）；脊索動(dòng)物為1.85 ind/m2（0.4%)。通過SPSS對同一深度不同植被狀況的采樣點(diǎn)進(jìn)行成對均值比較，分析不同植被狀況大型底棲動(dòng)物豐度和物種數(shù)的差異。結(jié)果表明：大型底棲動(dòng)物的物種數(shù)在有植被區(qū)與無植被區(qū)差異顯著（t=2.478, P＜0.05)，有植被區(qū)顯著高于無植被區(qū)域；有無植被區(qū)的大型底棲動(dòng)物的豐度有差異，但并不顯著（t=2.059, P＞0.05)。對相同植被區(qū)和采樣點(diǎn)的不同水深的采樣點(diǎn)進(jìn)行非參數(shù)配對樣本分析表明，不同深度下大型底棲動(dòng)物的豐度無顯著性差異（P= 0.204)。從居留型看，候鳥、旅鳥和留鳥各有20、9和6種，分別占鳥類種類總數(shù)的57.%、25.7%和17.1%。

表2 恢復(fù)區(qū)底棲動(dòng)物名錄

表3 恢復(fù)區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測鳥類名錄

2015年9月，恢復(fù)區(qū)記錄鳥類23種352只，其中斑嘴鴨為優(yōu)勢種群，數(shù)量為137只，觀察到7種山東省重點(diǎn)保護(hù)的鳥類，分別為草鷺、蒼鷺、大白鷺、夜鷺、普通鸕鶿、鷗嘴噪鷗和紅嘴巨鷗，除蒼鷺外，其他種類數(shù)量較少，數(shù)量范圍在1～10只。10月進(jìn)入鳥類遷徙期，鳥類數(shù)量明顯增加（圖3)。10月的鳥類種類為13種，總數(shù)達(dá)到3 482只，其中仍以留鳥斑嘴鴨的數(shù)量最多，大約2 300只左右；另外包括50只國

3.3 鳥類棲息狀況

2015年9月至2016年3月，恢復(fù)區(qū)共記錄到棲息覓食鳥類35種，隸屬于15科25屬（表3)。其中鷺科5種、鴨科8種、鷗科6種、燕鷗科3種、鶴科2種，其余10種鳥類分屬鸊鷉科、翠鳥科、戴勝科、鸕鶿科、百靈科、鹮科、鸻科、鷸科、鸛科以及鹀科。35種鳥類中，包括3種國家Ⅰ級保護(hù)鳥類（白鶴、丹頂鶴和東方白鶴)，3種國家Ⅱ級鳥類（疣鼻天鵝、大天鵝和白琵鷺）以及7種山東省重點(diǎn)保護(hù)鳥類（草鷺、蒼鷺、大白鷺、夜鷺、普通鸕鶿、鷗嘴噪鷗和紅嘴巨鷗)，重點(diǎn)保護(hù)鳥類比例占到在此活動(dòng)棲息鳥類種類的37.1%。從生活習(xí)性上看，游禽有20種，占所有鳥類比例的57.1%；涉禽有草鷺、環(huán)頸鸻和丹頂鶴等11種；攀禽有3種，分別為普通翠鳥、戴勝和葦鵐；鳴禽只有百靈1種。家Ⅰ級保護(hù)鳥類東方白鸛以及5種山東省重點(diǎn)保護(hù)鳥類（蒼鷺和夜鷺等)。11月記錄鳥類10種，數(shù)量約為2 148只，豆雁為主要優(yōu)勢鳥類，約有1 300只，并發(fā)現(xiàn)9只白鶴（國家Ⅰ級, CITESⅠ級）在淺水區(qū)覓食活動(dòng)，這也是有觀測記錄以來白鶴首次在該區(qū)出現(xiàn)。另外包括2種國家Ⅱ級保護(hù)鳥類（白琵鷺和大天鵝）和3種山東省重點(diǎn)保護(hù)鳥類（蒼鷺、大白鷺和普通鸕鶿）在該區(qū)活動(dòng)覓食。進(jìn)入12月，部分旅鳥或冬候鳥會(huì)繼續(xù)南遷，數(shù)量有所減少，鳥類數(shù)量約為1 126只，其中豆雁相比11月減少，數(shù)量為800只左右，但仍為主要鳥類種群，所占比例高達(dá)71.0%。西伯利亞銀鷗和普通秋沙鴨數(shù)量相差不大，僅次于豆雁，并在鳥島周邊灘涂濕地和濕地水面發(fā)現(xiàn)13只丹頂鶴棲息活動(dòng)。進(jìn)入2016年1月和2月，由于天氣寒冷，水面凍結(jié)，基本上不存在鳥類活動(dòng)。自3月氣溫回暖，水面解凍，鳥類食物增多，鳥類數(shù)量逐漸增多，調(diào)查發(fā)現(xiàn)9種鳥類955只在該區(qū)活動(dòng)，其中仍以豆雁所占比例最高（83.8%)，東方白鸛（31只）和丹頂鶴（17只）仍在該區(qū)活動(dòng)較多，且數(shù)量有所增加。

圖3 2015年9月-2016年3月恢復(fù)區(qū)鳥類種類數(shù)量變化

4 討論

植被覆蓋、裸地和水面的組成比例以及地形變異等因素在一定程度上均會(huì)影響水鳥棲息的種類及數(shù)量（金欣等, 2013)。從濕地恢復(fù)工程實(shí)施近半年以來的短期效應(yīng)可知，通過微地形營造進(jìn)行水位控制，可顯著改善植被、裸地和水面的組成比例，從而為大量鳥類，包括眾多重點(diǎn)保護(hù)鳥類提供了適宜的覓食棲息場所。微地形營造在復(fù)水后形成的水位梯度，可為不同鳥類提供多樣化的生境。鳥島周邊的淺水位區(qū)域?yàn)樯媲萏峁┮捠硤鏊?，周圍環(huán)溝深水區(qū)則適宜于游禽活動(dòng)，同時(shí)也是枯水期魚類理想的避難所。在淡水補(bǔ)入以后，蘆葦面積顯著增加，不僅為鳥類提供了棲息避難場所，也適宜于底棲生物的拓殖，從而也為魚類提供了豐富的食源。鳥島與周邊水域的高程差異，使得雨季降水起到了淋洗降鹽的作用，土壤鹽度降低，蘆葦和堿蓬群落逐步恢復(fù)，從而為戴勝等攀禽也提供了棲息休憩場地。因此，相比于以往單純圍封補(bǔ)充淡水的恢復(fù)策略，微地形營造結(jié)合水位控制的恢復(fù)方式具有更好的效果，兼顧景觀效果、植被覆蓋效果和鳥類棲息地生態(tài)功能的恢復(fù)，在目前黃河三角洲退化濕地的恢復(fù)中具有更好的實(shí)用價(jià)值。然而，目前觀測的結(jié)果僅為短期效應(yīng)的初步評估，后續(xù)需持續(xù)深入地進(jìn)行植被、底棲、魚類和鳥類的動(dòng)態(tài)觀測，根據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行針對性的生境優(yōu)化，以促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)效果的更好發(fā)揮。

曹建榮， 徐興永， 于洪軍， 等． 2014．黃河三角洲土壤鹽漬化原因分析與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[J]． 海洋科學(xué)進(jìn)展，32(4)：508-516

陳亞瞿， 徐兆禮， 王云龍， 等． 1995．長江口河口鋒區(qū)浮游動(dòng)物生態(tài)研究Ⅰ生物量及優(yōu)勢種的平面分布[J]．中國水產(chǎn)科學(xué)， 2(1)：49-58

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Restoration of Degraded Coastal Wetlands Based on Water Level Regulation in Yellow River Delta and its Short-term Effects

REN Wei1,2WANG An-Dong3FENG Guang-Hai3ZHAO Ya-Jie3RAN Yue-Nan2,4LIU Xiao-Ling2,4WANG Guang-Mei2LIU Yu-Hong1,5
(1 College of Environment and Resources, Inner Mongolia University, Hohhot 010021; 2 Key Laboratory of Environmental Processes and Ecological Remediation, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003; 3 Yellow River Delta National Nature Reserve Administration, Dongying 257500; 4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101409; 5 Key Laboratory of Integrated Regulation and Resource Development on Shallow Lake of Ministry of Education, Nanjing 210098)

針對黃河三角洲濱海濕地嚴(yán)重退化鹽堿化問題，于2015年5月設(shè)計(jì)實(shí)施了微地形改造營造和水位控制相結(jié)合的生態(tài)恢復(fù)方案，并評估了恢復(fù)工程的初步效果。結(jié)果表明：生態(tài)工程實(shí)施3個(gè)月后，恢復(fù)區(qū)植被、水域和裸地面積發(fā)生顯著變化，植被比例從18.8%上升到30.5%，水域比例從7.4%上升到53.2%，裸地面積從73.8%降低到16.3%，濕地的改善為鳥類提供了多樣化的生境。底棲動(dòng)物從無到有開始拓殖，至2015年9月已發(fā)現(xiàn)大型底棲動(dòng)物14種。自2015年9月至2016年3月，共有35種鳥類，包括13種重點(diǎn)保護(hù)鳥類在該區(qū)域棲息覓食。相對于簡單圍封補(bǔ)充淡水的傳統(tǒng)恢復(fù)方式，本研究設(shè)計(jì)的生態(tài)恢復(fù)方案效果更為顯著，在該區(qū)的生態(tài)恢復(fù)和重建中具有一定的推廣價(jià)值。

黃河三角洲；濱海濕地；生態(tài)工程；水位控制；鳥類棲息島

To restore the severely salinization-degraded coastal wetland in the Yellow River Delta, an ecological restoration project combined with micro-topography modification and water-level regulation was designed and implemented in May, 2015. Meanwhile, the preliminary restoration effects in short term were assessed. Results showed that the area of vegetation, open-water and bare land changed significantly after three months. The proportions in area of vegetation and open-water increased from 18.8%, 7.4% to 30.5%, 53.2%, respectively, while bareland proportion decreased from 73.8% to 16.3%, which could provide more diverse habitats thus attract more birds. Benthonic animal began to colonize in this area, with 14 species being discovered in September, 2015. There were 35 bird species, including 13 key protected species, were recorded in the restoration area from September, 2015 to March, 2016. Compared with traditional restoration measures of simple enclosure with freshwater supplement, the designed ecological restoration project is more feasible and could be applied to ecological restoration in the Yellow River Delta.

Yellow River Delta; Coastal wetland; Ecological Engineering; Water level Regulation; Bird Habitats

10.3969/j.issn.1673-3290.2016.04.01

2016-09-22

中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃（STS計(jì)劃）項(xiàng)目（KFJ-EW-STS -127）

任葳，女，碩士研究生，從事濕地生態(tài)學(xué)研究。E-mail：rwei 322@163.com

王光美。E-mail：gmwang @yic.ac.cn