張 華,袁興中,賈恩睿,陳 松,賈 偉,方奕襲,董 凱
(1.天澤(北京)濕地保護(hù)技術(shù)研究院,北京 100080;2.國(guó)家濕地保護(hù)與修復(fù)技術(shù)中心,北京 100080;3.重慶大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院,重慶 400030;4.??谑袧竦乇Wo(hù)管理中心,海口 570312)
河流是最重要的水生態(tài)系統(tǒng)之一,也是人類生存發(fā)展之基[1]。河岸帶作為河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成單元,有水土保持、水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化、提供棲息地等眾多生態(tài)服務(wù)功能,是河流生態(tài)修復(fù)的重要因子[2-4]。近年來(lái),為了滿足防洪、灌溉、生產(chǎn)等要求,人類忽視了河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,導(dǎo)致眾多河流面臨著沿河灘涂消失、水污染加劇、水資源短缺、河岸植被破壞等問(wèn)題[5-9]。
目前,針對(duì)河流生態(tài)修復(fù)開(kāi)展了大量的理論研究與實(shí)踐工作,特別是隨著人們生態(tài)環(huán)保意識(shí)逐漸加強(qiáng),關(guān)于河流生態(tài)系統(tǒng)的研究也從工程水利轉(zhuǎn)向生態(tài)修復(fù),但往往集中在單一元素上,缺乏河流生態(tài)系統(tǒng)的整體考慮[10-11]。本文在歸納總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究者的案例與實(shí)踐基礎(chǔ)上[7,12-16],結(jié)合南渡江生態(tài)修復(fù)的實(shí)際需求,進(jìn)行了南渡江河岸帶生態(tài)修復(fù)策略和路徑研究,研究結(jié)果可為國(guó)內(nèi)河岸帶生態(tài)修復(fù)提供借鑒。
南渡江古稱黎母水,發(fā)源于海南島中部黎母山山脈,是海南島最大河流,流經(jīng)白沙、儋州、??诘仁锌h,匯入瓊州海峽(圖1)。南渡江干流全長(zhǎng)334 km,??诙伍L(zhǎng)75 km,河寬為150~1 000 m,地貌多為丘陵臺(tái)地及濱海平原三角洲,南高北低,河道寬闊,坡降平緩,兩岸是平坦的臺(tái)地,大部分為農(nóng)田,穿越??谥鞒菂^(qū)后入海。南渡江多年平均流量為191.37 m3/s。
圖1 南渡江流域水系圖Fig.1 Water system of Nandu River basin
南渡江是海南省重要的生態(tài)資源和生物廊道,是海口市建設(shè)國(guó)際化濱江濱?;▓@城市與國(guó)際濕地城市的重要生態(tài)依托。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,南渡江沿岸部分區(qū)段的自然環(huán)境受到了較為強(qiáng)烈的人為活動(dòng)干擾,河岸生態(tài)系統(tǒng)受損,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能降低,河床及河岸遭受侵蝕,嚴(yán)重威脅著人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前,針對(duì)南渡江流域的研究重點(diǎn)集中在水環(huán)境[7-20]、水資源[21-24]、地貌演變[25]、動(dòng)植物資源[26-27]、景觀營(yíng)造[28]等方面。2019年5月,《國(guó)家生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)(海南)實(shí)施方案》明確提出:實(shí)施南渡江流域綜合治理和生態(tài)修復(fù)。因此,開(kāi)展南渡江(??诙危┌稁鷳B(tài)修復(fù),對(duì)提升南渡江河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,實(shí)現(xiàn)“水清、岸綠、景美、民樂(lè)”,促進(jìn)南渡江“一江兩岸”生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要作用。
南渡江河岸帶寬度在幾米至幾百米之間,受自然演變和人類活動(dòng)影響,岸帶用地類型主要有林地、農(nóng)田、草地、裸地、魚(yú)塘、硬質(zhì)岸帶、采砂廢棄地、河口等類型,其中,林地岸帶類型占岸帶總長(zhǎng)的26.24%,采砂廢棄地岸段占13.43%。南渡江河岸帶存在的水土環(huán)境問(wèn)題如下:
(1)河流生態(tài)系統(tǒng)受損
自20世紀(jì)90年代初,南渡江下游開(kāi)始較大規(guī)模的采砂工程[29]。隨著建筑用砂市場(chǎng)需求量不斷增加,非法采砂更為猖獗。由于過(guò)度、無(wú)序挖沙采石,造成大量水土流失,導(dǎo)致河床坑洼不平,河漫灘、沙洲等河流自然結(jié)構(gòu)破壞,河床逐年抬高,河道淤積斷航,嚴(yán)重阻礙河道行洪,并嚴(yán)重影響南渡江水生態(tài)安全及城市安全。
(2)河流兩岸部分岸段硬化
南渡江生態(tài)環(huán)境狀況總體較好,但因防洪需要,兩岸開(kāi)展了硬質(zhì)化工程。左岸防洪堤建設(shè)較完備(硬質(zhì)堤壩長(zhǎng)15.17 km,設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年),整體呈現(xiàn)“臨水不親水”的狀態(tài),加之親水性節(jié)點(diǎn)較少,河岸景觀品質(zhì)較低;右岸整體地形較高(硬質(zhì)堤壩長(zhǎng)18.44 km,設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年),呈現(xiàn)“生態(tài)無(wú)景觀”的狀態(tài),大多為原生態(tài)的自然護(hù)坡,但部分岸線被周邊村民自建的水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)田等占用,影響濱水景觀的整體風(fēng)貌。
(3)河岸帶植被結(jié)構(gòu)及連續(xù)性缺損
長(zhǎng)期的人為活動(dòng)對(duì)河岸生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)的不利影響,部分岸段被農(nóng)田、建筑設(shè)施、垃圾(農(nóng)家樂(lè)、停車場(chǎng)、游泳池的垃圾及生活垃圾等)、養(yǎng)殖(魚(yú)塘養(yǎng)殖有4處面積在15 hm2以上)、放牧等侵占,導(dǎo)致自然河岸林遭到破壞,岸帶植被完全缺失。另外,以人工植被經(jīng)濟(jì)林及少部分次生林為主的森林生態(tài)系統(tǒng),物種類型單一,生態(tài)穩(wěn)定性較差,抵抗外界干擾能力較弱。因此,以上原因?qū)е潞影渡鷳B(tài)系統(tǒng)水土保持、污染降解、生物多樣性保育、防洪與抵御侵蝕等生態(tài)功能降低。
(4)農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題嚴(yán)峻
南渡江(??诙危┥隙渭爸卸螢橹饕r(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū),部分河道緊鄰農(nóng)田,化肥、農(nóng)藥及其殘留物隨地表徑流及地下水側(cè)滲匯入南渡江,造成局部水質(zhì)較差[10-11,13]。另外,部分河段防洪堤內(nèi)存在畜禽養(yǎng)殖(鵝鴨魚(yú)),養(yǎng)殖排泄物會(huì)直接造成局部河道水環(huán)境質(zhì)量下降。
(5)外來(lái)物種入侵
南渡江多處河岸有外來(lái)入侵物種分布,主要為白花鬼針草(Bidensalba)、飛機(jī)草(Eupatoriumodoratum)、水葫蘆(Eichhorniacrassipes)、大薸(Pistiastratiotes)、南美蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)、福壽螺(Pomaceacanaliculata)等。若不加以控制,外來(lái)入侵物種會(huì)迅速形成優(yōu)勢(shì)物種并大量繁殖,擠占本地物種的生存空間,破壞區(qū)域生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。
河岸帶是一個(gè)沿著河流連續(xù)的生態(tài)系統(tǒng),具有連續(xù)的生態(tài)過(guò)程與空間分布。將河流上下游方向作為縱軸方向,河床至洪泛平原方向作為橫軸方向,徑流至地下水方向作為豎軸方向,構(gòu)成完整的河岸生態(tài)空間。本文基于河岸帶生態(tài)空間及功能的整體性和連續(xù)性,提出了如下生態(tài)修復(fù)策略。
(1)縱向連續(xù)性修復(fù)策略
根據(jù)南渡江兩岸現(xiàn)有可利用的修復(fù)寬度,合理配置鄉(xiāng)土植物,恢復(fù)缺損岸帶植被。對(duì)河岸進(jìn)行柔性化改造,構(gòu)造水塘、洼地、樹(shù)池等多樣的河岸結(jié)構(gòu),營(yíng)造自然蜿蜒的岸線形態(tài)與多樣的生境,為水生昆蟲(chóng)、魚(yú)類等提供棲息環(huán)境和庇護(hù)場(chǎng)所,提高生物多樣性及河流生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,并達(dá)到景觀美化效果。
(2)橫向梯度性修復(fù)策略
根據(jù)水分梯度和植被分布格局,進(jìn)行橫向梯度修復(fù)。通過(guò)破除硬質(zhì)化地面,進(jìn)行地形塑造,恢復(fù)河岸與河道的水文相關(guān)性,為植被恢復(fù)提供重要水資源。從河床到河岸高地,運(yùn)用鄉(xiāng)土植物對(duì)河岸帶進(jìn)行層次豐富的河岸植被緩沖帶修復(fù),合理配置挺水、草本、灌木、喬木等值物,起到豐富植被多樣性、凈化地表徑流、穩(wěn)固河岸、美化環(huán)境等作用。
(3)豎向多層性修復(fù)策略
重點(diǎn)是開(kāi)展多層植被搭配。采用近自然的配置方式,選取鄉(xiāng)土植物,在原自然喬木下層配置灌木、草本及層間植物,形成喬灌草復(fù)層群落結(jié)構(gòu),增加河岸帶生物多樣性及穩(wěn)定性。
本研究從河岸帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能整體恢復(fù)角度出發(fā),提出了自然恢復(fù)、多帶多功能植被修復(fù)、河岸林-塘系統(tǒng)修復(fù)、河岸小微濕地群修復(fù)和硬質(zhì)堤岸生態(tài)化改造5種修復(fù)技術(shù)路徑。
對(duì)于南渡江江岸植被覆蓋度大于30%的區(qū)域,采取清理違建物、封育、加強(qiáng)管護(hù)等措施,進(jìn)行自然恢復(fù)。通過(guò)自然恢復(fù)手段,使江岸恢復(fù)到受破壞前的江岸植被的自然群落結(jié)構(gòu),即自然景觀形態(tài)。
多帶多功能植被修復(fù)主要針對(duì)岸帶寬度為80~200 m、河岸植被帶缺失、水土流失嚴(yán)重等的河段。通過(guò)喬木帶-灌木帶-草本植物帶-喬灌混交帶-灌草混交帶等植被帶,以及河岸濕地帶的不同搭配與組合形成多帶多功能的河岸緩沖帶(圖2)。根據(jù)河岸帶坡度、高程、寬度、防洪要求、周邊植被類型等,可劃分為喬灌草本植物三帶緩沖模式、喬灌兩帶緩沖模式、灌草混交單帶緩沖模式等。
圖2 多帶多功能植被修復(fù)模式圖Fig.2 Model of multi-zone and multi-functional vegetation restoration
修復(fù)重點(diǎn)包括:①保留河岸現(xiàn)有的自然植被。②梳理現(xiàn)狀場(chǎng)地,根據(jù)水文條件、河岸高程、防洪要求等,對(duì)植被帶進(jìn)行合理搭配,植物選擇以鄉(xiāng)土物種為主,確保行洪安全。③緩沖帶構(gòu)建過(guò)程中,充分考慮大、中、小型野生動(dòng)物棲息地的要求,設(shè)置草叢、枯木、動(dòng)物通道等,豐富區(qū)域生物多樣性。④岸帶坡腳處設(shè)置拋石護(hù)岸,拋石空間回填種植土,種植濕生植物與水生植物,促進(jìn)水生植被帶的恢復(fù),不僅可以緩解風(fēng)浪沖刷對(duì)岸帶的破壞,也可以為魚(yú)類、底棲動(dòng)物營(yíng)造棲息生境。⑤物種選擇:灌木以風(fēng)箱樹(shù)(Cephalanthus tetrandrus)、黃牛木 (Cratoxylumcochinchinense)、山榕(Ficusheterophylla)、山石榴(Catunaregam spinosa)、對(duì)葉榕(Ficushispida)等為主;草本以白茅(Imperatacylindrica)、兩棲蓼(Polygonum amphibium)、蘆竹(Arundodonax)、毛草龍(Ludwigiaoctovalvis)、水蔗草 (Apludamutica)、文殊蘭(Crinumasiaticum)等為主;濕生與水生植物以蘆竹、蓮(Nelumbonucifera)、茳芏(Cyperus malaccensis)、水龍 (Ludwigiaadscendens)、水角(Hydroceratriflora)、高葶雨久花(Monochoriaelata)等為主。
河岸小微濕地群修復(fù)主要針對(duì)因采砂導(dǎo)致河床坑洼不平、大面積裸露的岸帶。通過(guò)連接散落在河岸上的小片坑塘、淺水沼澤、低洼地等小微濕地類型(圖3),為鳥(niǎo)類、兩棲類、魚(yú)類、昆蟲(chóng)等動(dòng)物提供棲息環(huán)境,同時(shí)發(fā)揮其生態(tài)功能。
圖3 河岸小微濕地群修復(fù)模式圖Fig.3 Model of small and micro wetland group restoration of riparian
修復(fù)重點(diǎn)包括:①拆除原有建筑物,充分利用采石挖沙造成的采掘坑、塘、砂石堆等,營(yíng)造深潭、淺灘、洼地、池沼地、渠道和小丘等微生境,為水、陸野生動(dòng)植物提供多樣化的棲息環(huán)境。②將部分坑塘之間及坑塘與河道進(jìn)行水文連通,構(gòu)建丘間水系。③保留較好的原生植被,補(bǔ)充鄉(xiāng)土植物,合理搭配挺水、喬木、灌木、草本等植物,使小微濕地群充分發(fā)揮其生態(tài)功能。④物種選擇:灌木以山榕、風(fēng)箱樹(shù)、刺葵(Phoenix hanceana)、露兜樹(shù)(Pandanustectorius)等為主;挺水植物以蘆竹、蓮、茳芏、水龍、水角、高葶雨久花等為主;浮葉植物以睡蓮(Nymphaeatetragona)、芡實(shí)(Euryaleferox)、金銀蓮花(Nymphoidesindica)等為主。
河岸林-塘系統(tǒng)修復(fù)模式主要針對(duì)南渡江洪堤內(nèi)15 hm2以上的河岸養(yǎng)殖塘破壞的區(qū)域。河岸林-塘系統(tǒng)修復(fù)是魚(yú)塘退養(yǎng)后的一種修復(fù)模式(圖4),通過(guò)對(duì)魚(yú)塘形態(tài)改造,在塘埂上配置喬灌木,為多種生物創(chuàng)造棲息空間。
圖4 河岸林-塘系統(tǒng)修復(fù)模式圖Fig.4 Model of restoration of riparian forest-pond system
修復(fù)重點(diǎn)包括:①拆除建筑物、魚(yú)塘防滲層,在原有塘?;A(chǔ)上放緩塘埂坡度(<30°),并對(duì)地形進(jìn)行梳理,形成具有自然形態(tài)的塘結(jié)構(gòu)。②破除一部分塘梗進(jìn)行水系連通,增強(qiáng)水系流動(dòng)性。③保留較好的原生植被,補(bǔ)充鄉(xiāng)土物種,合理搭配水生、灌木、草本等植物,為魚(yú)類、鳥(niǎo)類、哺乳類、兩棲類等營(yíng)造棲息場(chǎng)所。④物種選擇:灌木以大青(Clerodendrumcyrtophyllum)、苦郎樹(shù)(Clerodendruminerme)、闊苞菊 (Plucheaindica)等為主;草本以白茅、卡開(kāi)蘆(Phragmiteskarka)、狗牙根(Cynodondactylon)、荸薺(Heleocharisplantagineiformis)、鹵蕨(Acrostichumaureum)、文殊蘭等為主;水生植物以蓮、茳芏、水龍、水角、高葶雨久花、睡蓮、芡實(shí)、金銀蓮花等為主。
硬質(zhì)堤岸生態(tài)化改造模式主要針對(duì)南渡江硬質(zhì)駁岸,包括直立式硬質(zhì)駁岸與斜坡式硬質(zhì)駁岸。通過(guò)硬質(zhì)堤岸生態(tài)化改造模式的實(shí)施,對(duì)河道硬質(zhì)堤岸進(jìn)行景觀生態(tài)化改造。
修復(fù)重點(diǎn)包括:①以鄉(xiāng)土植物種植進(jìn)行硬質(zhì)堤岸的柔性化改造。對(duì)于直立式堤岸,在堤頂處設(shè)置種植槽,配置懸垂型藤本植物,藤本植物以三角梅(Bougainvilleaspectabilis)、炮仗花(Pyrostegiavenusta)、崖爬藤(Tetrastigmaobtectum)、蛇葡萄(Ampelopsisheterophylla)、使君子(Quisqualisindica)、馬鞍藤(Ipomoeapescaprae)等為主。②野花帶優(yōu)化模式。對(duì)于斜坡植草磚式堤岸,通過(guò)營(yíng)養(yǎng)土覆蓋,配置多花類植物,如野牡丹(Melastomaaffine)、桃金娘(Rhodomyrtustomentosa)、地桃花(Urenalobata)、灰毛豆(Tephrosiapurpurea)、文殊蘭等,形成鄉(xiāng)土野花景觀帶。
河岸帶退化的原因是多方面的,但只要在適宜的管控、科學(xué)的修復(fù)措施與生態(tài)系統(tǒng)的自然演替作用下,最終都可以進(jìn)行科學(xué)合理的恢復(fù)。本文通過(guò)南渡江河岸帶的生態(tài)修復(fù),可為國(guó)內(nèi)河岸帶生態(tài)修復(fù)提供參考和借鑒。同時(shí),結(jié)合國(guó)內(nèi)外修復(fù)案例與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),提出需要進(jìn)一步健全流域協(xié)同保護(hù)管理機(jī)制、強(qiáng)化河流生態(tài)修復(fù)頂層設(shè)計(jì)、加強(qiáng)宣傳教育與合理利用、完善流域一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、推廣河流生態(tài)修復(fù)技術(shù)與成果轉(zhuǎn)化、健全修復(fù)效果評(píng)價(jià),以期為河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)與綜合管理提供科學(xué)依據(jù)。
三峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)2021年1期