于 寒,周茜冉,鄒元春,田 雪,孫明陽,王婧瑜,曹 蕊,張鑒昊,姜 明*

(1.吉林農業(yè)大學,吉林長春 130118;2.中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究,吉林長春 130102;3.吉林建筑大學,吉林長春 130119;4.吉林省農業(yè)科學院,吉林長春 130118)

濕地、森林、海洋被“世界自然保護大綱”并稱為地球三大生態(tài)系統(tǒng)[1]。其中,濕地作為一種重要的自然資源,由于其是自然界最富生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)以及人類賴以生存的環(huán)境之一,又被稱為“地球之腎”[2-3]。近些年,隨著我國經濟的高速發(fā)展,在種種自然因素變化和人類活動干擾的影響下,我國濕地正在以33.33萬hm2/a的速度逐漸減少,接近70%重要濕地受到污染、圍墾、過度捕撈放牧及長期不合理水資源利用威脅影響,濕地面積逐漸減少、資源受到嚴重破壞,生物多樣性喪失,濕地功能和利用效益也日漸衰退,這極大程度的制約了人類社會經濟的發(fā)展[4-5]。當前,濕地保護和恢復以及合理利用濕地已經成為全球熱點話題。因此,濕地保護及濕地生態(tài)恢復技術分析具有重要意義。

1 濕地恢復理論

濕地恢復理論是指應用生態(tài)技術或生態(tài)工程手段修復正在退化或重建消失的濕地,恢復濕地受干擾前的結構、功能以及其生物、物理和化學特性,恢復原有濕地應有屬性[6]。濕地恢復可通過提高水位,增加湖泊河流的深度和寬度,對湖泊容量進行擴容不僅可以滋養(yǎng)濕地,同時也能改善水禽的自然棲息地,更能增強湖泊蓄水調洪功能,改善水生環(huán)境質量,有助水質恢復[7-8]。將濕地進行恢復就是最大程度將濕地原始的生態(tài)面貌進行還原,或者重建一個全新自然狀態(tài)的濕地。合理有序的恢復濕地要求濕地規(guī)劃者提前系統(tǒng)了解濕地的原始地貌環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)結構、功能特點以及主要生物特征,精準細致分析濕地受人類干擾影響程度及修復濕地生物的要求,合理有效地制定濕地恢復的方案,根據實際情況,因地制宜地選擇濕地恢復的方法和技術,才能更好地進行濕地恢復、濕地重建,取得明顯的成效[9-11]。

2 濕地恢復的原則和模式

2.1 濕地恢復的原則濕地恢復的原則包括:①重視濕地自然生態(tài),充分利用自然資源;②注重生態(tài)系統(tǒng)的功能發(fā)揮,保護濕地生態(tài)系統(tǒng)自有功能;③提高生態(tài)系統(tǒng)抵御外界干擾的能力,防止外來物種的入侵及生物的死亡;④要遵循生態(tài)工程學的原理及要求,模擬生態(tài)系統(tǒng)的現狀及景觀分布格局;⑤生態(tài)恢復和建設是需要足夠時間的,過程比較漫長[12]。

2.2 濕地恢復的模式濕地恢復主要有2種模式:主動恢復和被動恢復[13],見圖1。其中,主動恢復模式是指人類直接控制濕地系統(tǒng)恢復平衡的自然過程,修復或重建一個濕地生態(tài)系統(tǒng)。如通過改造恢復區(qū)地形地貌、水文特征,引入外來物種及適合物種的基質等都屬于主動恢復模式。針對退化嚴重的濕地,主動恢復模式是最佳的恢復模式。但其也具有一定的劣勢,比如:濕地恢復的設計、管理及經費投入成本較高。被動恢復模式主要指通過自然過程消除威脅濕地退化的因素,保持濕地的基本特征恢復并提升濕地生境的功能和價值。針對穩(wěn)定的水源和最大程度接近濕地動植物種源地等因素是影響濕地被動恢復模式成功的主要因素,因此,被動恢復是目前最佳的恢復模式。其優(yōu)勢在于成本控制較低以及恢復后的濕地與周圍景觀的一致性相對較高。

圖1 受損濕地2種恢復模式Fig.1 Two restoration models of damaged wetlands

3 濕地類型及其恢復策略、技術、案例

3.1 濕地類型及其恢復策略根據不同濕地類型、不同恢復目的、發(fā)展目標以及進行濕地恢復時需要使用的指標體系和選擇策略的不同,具體濕地類型與其選擇的恢復策略見表1。

3.2 濕地恢復技術濕地恢復技術主要目的是使用對環(huán)境友好的生態(tài)技術以及工程措施對嚴重退化的濕地進行修復改造的科學過程,包括生境修復、生物修復和生態(tài)功能修復,主要考慮土壤、水文和植被等影響因素[14]。

3.2.1生境修復技術。生境修復技術主要是針對生物群落多樣性保育功能提升的恢復技術。通過生境恢復技術提供營養(yǎng)物質、植物種子、沉積物和小型有機體,為生物提供棲息地的同時凈化水質。實際操作中,尤其是在內陸淺水湖泊中,對動植物的生境修復尤其要注意濕地水環(huán)境質量,兩者關系密切。河流生境修復主要有以下幾個措施:①控制上游流域的流量,調度豐水期和枯水期的水生態(tài)。②恢復河流自然走勢,營造自然、多環(huán)境、曲折復雜的生境。③允許河水漫灘的,從而恢復河濱沼澤[15-16]。修復效果對比可見浙江鑒洋湖濕地公園圩田濕地生境修復(圖2)。

3.2.2土壤修復技術。土壤修復技術是控制濕地土壤污染、恢復土壤功能使用的生物、生態(tài)手段。土壤生態(tài)修復的影響因素較多,修復過程的控制至關重要。生態(tài)修復的核心技術有以下幾類(4R):恢復、修復、替換、重建。因此,修復過程中要深入研究土壤的生物、物理、化學過程規(guī)律并結合實際制定合理方案。如重金屬污染土壤通過超積累植物修復,濱海濕地原油污染通過生物炭和鼠李糖脂表面活性劑修復,濕地土壤水分通過調控水文周期修復[17]。美國Jamaica灣濱海濕地生態(tài)修復以“地形抬升”和“植被修復”為主,修復后區(qū)域植被覆蓋度達50%以上[18]。

表1 濕地類型及其恢復策略Table 1 Wetland types and restoration measures

3.2.3水文修復技術。水文修復技術是濕地修復的關鍵,主要是維持濕地水文生態(tài)系統(tǒng)功能,決定了濕地動植物區(qū)系和土壤生物化學循環(huán)特征[19]。阻斷水文連通會改變濕地地貌特征、改變生物生境及物種多樣性。因此,及時的水文修復對濕地修復來說至關重要[20]。水文修復技術首先分析濕地退化原因以及退化程度,對受損的濕地水位以及有問題的水文周期使用濕地蓄水防滲、生態(tài)補水、水文連通修復技術進行科學可持續(xù)恢復,再進一步應用水環(huán)境修復技術清除污染物達到凈化水質,改善濕地水質的目的。如Mitsch等[21]對美國密西西比密蘇里河盆地展開的濕地水文修復,增加水體在濕地中的滯留時間,加大水質凈化作用,并使用植物修復技術降低水中營養(yǎng)鹽含量。

水文修復技術中的水環(huán)境修復技術也應用甚廣。目前,應用最廣泛的是人工濕地凈化技術,這項技術具有成熟、凈化效果佳、成本低的優(yōu)勢。除此之外,水環(huán)境修復技術還包括:通過生態(tài)溝渠和生態(tài)隔離帶等來控制外來污染物的生態(tài)攔截技術;通過在污染水體中種植吸污能力強的水生植物,從而達到去污凈化目的;通過對水生動物群落、水生系統(tǒng)的食物網結構的調整,引導濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復良性循環(huán)的水生動物凈化技術;通過在浮島上種植植物,吸收水中的氮磷等營養(yǎng)物質,改善水質的人工浮島技術[22-26]。

3.2.4生物修復技術。生物修復技術主要是針對濕地中被破壞的物種進行恢復,通過現代生物栽培技術、引進技術、種群狀況及動態(tài)調控,群落結構動態(tài)優(yōu)化、組建技術及恢復重建等技術相結合,進一步穩(wěn)定濕地被破壞的生物及生物種群的全面健康發(fā)展[27]。生物修復技術中最重要的是植被修復研究。植物是濕地中重要的組成部分,在生物多樣性、凈化水質和修復生態(tài)等方面發(fā)揮重大作用[28]。濕地植被修復一般包括以下幾個方面:①直接種植法。選擇生長容易且體量大、根系發(fā)達、體征頑強的草本物種,從而固定新生土壤、改善土壤結構。②構建豐富的植被群落。優(yōu)先選擇本地鄉(xiāng)土物種,適當引入外源物種。植被修復技術方法多種多樣,目前最為受到重視的是建立種子庫,種子庫如同“芯片庫”,建立專屬于濕地土壤的“芯片庫”,進行天然恢復[29-32]。其次是克隆濕地植物,快速恢復濕地植被[33-34]。通過這2種方式進行植被恢復都需要人們熟悉物種的生活史及生境類型。土壤種子庫是土壤中存活種子的資源數量總和,是植物的“記憶庫”,具有自然恢復的重要潛能,為植物群落的演替、生態(tài)恢復提供繁殖體[13]。Nishihiro 等[35]在日本Lake Kasumigaura應用種子庫技術來恢復河濱植被,有效提高植被種類和數量。

濕地中植被、土壤、水文三者相互影響,密不可分。在實際操作中,不應只單獨考慮某一種因素,而應綜合考慮三者間的影響,三者的相互支撐才能保障濕地恢復環(huán)境健康發(fā)展。

3.3 濕地恢復案例根據不同的濕地退化程度及周邊的環(huán)境情況,選取不同的濕地恢復技術(表2)。比如,遼河保護區(qū)資源環(huán)境由于過度開發(fā)導致河道濕地萎縮十分嚴重、濕地植被明顯減少、濕地生態(tài)系統(tǒng)功能明顯下降[37]。根據不同的區(qū)域劃分,分別采取不同的恢復技術。分析支流污染程度及河口灘涂面積,確定各支流河口人工濕地恢復面積、土著種植物和控污型植物的種群恢復方案;牛軛湖濕地中使用塊石、碎石拋填于河道中,搭配種植不同的水生植物,引導水生動物群體的恢復,重新形成系統(tǒng)穩(wěn)定的牛軛湖自然濕地?？犹翝竦刂脖徊捎米匀换謴偷姆椒?干流植被采用規(guī)劃恢復技術[38]。這些濕地恢復技術為遼河保護區(qū)生態(tài)恢復提供了有力的重要技術保障。

表2 濕地恢復案例及應用技術Table 2 Wetland restoration cases and applied technologies

黃河三角洲地處黃河入?？?地理位置優(yōu)越,生態(tài)類型獨特,提供重要的生態(tài)系統(tǒng)服務功能。自20世紀80年代以來,缺少淡水補給,部分濕地嚴重退化,土壤次生鹽漬化加重,生物多樣性受損[39]。黃河三角洲濕地恢復主要采取淡水修復工程、濕地生境恢復工程。濕地生境恢復包括對濕地基底、水體、土壤進行恢復,恢復濕地基底與水體主要采取的關鍵技術為濕地基底清淤技術、濕地基底改造技術、水土流失控制技術、污水處理技術、水體富營養(yǎng)化控制技術、水體工程技術[40];濕地土壤恢復采取的技術為土壤污染控制技術、土壤肥力恢復技術;濕地生物恢復主要采取的技術為濕地物種保護技術、健康生物引入技術、種群動態(tài)與行為調控技術、濕地群落結構優(yōu)化配置及群落演替的控制與恢復技術[36]。

洞庭湖流域濕地恢復劃分為4個區(qū)域,采取不同的恢復技術。比如湖泊濕地修復,①通過改造水系解決大小西湖枯水期缺水問題;②通過控水和圍隔進行功能分區(qū)設置,為魚類和候鳥提供舒適環(huán)境;③因地制宜地對地形地貌進行改造、多用鄉(xiāng)土植物進行植被恢復,營造大小西湖多樣化的棲息環(huán)境。河流濕地修復,①改造連通水系;②整治河流岸坡減少水土流失;③去除河流濕地污染物。沼澤濕地修復,①改造地形,優(yōu)化水系,構建合理的水位梯度;②構建沉水植被帶和候鳥食源冬小麥植被帶,增殖定居性魚類;③候鳥棲息生境修復。人工濕地修復,通過微生物作用將有機氮轉化為無機氮,有利于凈化植物吸收利用,達到凈化濕地的目的[41]。

西溪國家濕地屬于河流濕地,位于杭州西湖流域,面積達12 km2。濕地內部河流充盈,占濕地總面積的70%,濕地內魚塘星羅棋布。由于工業(yè)化的發(fā)展和城市建設,工業(yè)污水排入,濕地面積急速萎縮[42]。西溪濕地的修復主要從3個方向展開:①以桑基魚塘、柿基魚塘為基底建立“濕地核心保護區(qū)”,打造原汁原味的原生態(tài)群落;②以保護原生濕地為主,對住宅開發(fā)等開發(fā)區(qū)加以限制,本土居民房屋的布置以保持鄉(xiāng)土風貌的理念為主,傳統(tǒng)村落布置伴隨線型形態(tài);③建立過渡地帶的“高密度開發(fā)區(qū)”,作為濕地與城區(qū)的過渡區(qū)域,是同時包含濕地地貌與城市地貌的區(qū)域。同時,以原有水體為基礎,住宅區(qū)域相互串聯,形成整體的水循環(huán),并配備原生濕地植物,增強濕地自凈作用。

位于陜西省寶雞市的太白礦區(qū)濕地由于長時間的采礦,導致河道兩旁的石頭已經完全裸露,生態(tài)鏈遭到破壞,水土流失嚴重,水鳥棲息地逐漸退,濕地退化嚴重,修復工作迫在眉睫[43]。主要通過以下方法進行修復,①通過減少水污染源、疏通并拓寬河道、疏通各個水系,恢復濕地水環(huán)境;②恢復“河道生態(tài)系統(tǒng)”,過濾水中的泥土沙石等,增強生物自凈能力;③恢復植被及土壤,減少局部水土流失,同時,恢復水生植物帶,澄清水中的污染物;④通過恢復河道的濱河、森林、水田等濕地類型,恢復原始生態(tài)棲息地,恢復生物多樣性。

雄安新區(qū)白洋淀濕地修復主要需要依照3個原則,一是根據白洋淀流域“來水量”和白洋淀區(qū)域的山水林田湖草“耗水量”,確定恢復濕地建設需水量,從而調節(jié)水資源合理分配;二是通過流域全面的調查污染情況,分析污染源、污染物、濕地環(huán)境承載力和納污量,從根本上解決水污染;三是通過進行生態(tài)系統(tǒng)調查,對白洋淀濕地生態(tài)進行全面評估,研究其生態(tài)及生物多樣性,從而開展有針對性的生態(tài)保護,減輕生物多樣性喪失[44]。

國外濕地恢復更多考慮生態(tài)的恢復措施,比如美國墾務局每年通過利用河道淤積物來恢復濕地和減緩土地流失,平均每年從航道中挖出近6 000萬m3的淤積物,其中,2 500萬m3被用于沼澤、濕地營養(yǎng)化及島嶼的恢復等[45]。20世紀90年代,美國南佛羅里達州大沼澤地區(qū)域進行的濕地恢復項目,對人工直型河道加以改造,形成自然曲折的河道,對夏季多雨時期,沼澤區(qū)域水體的排泄速度加以控制[46]。日本、韓國等一些亞洲國家也使用具有透水功能的生態(tài)水工材料,以及為魚類提供棲息地的人工島等生態(tài)河堤。同時,濕地恢復還需采取以自然力量為主,結合人為因素,充分利用和調配自然資源,有效地恢復退化濕地。

Hackensack濕地保護區(qū)是自然河流濕地,位于新澤西州低丘谷區(qū)。由于靠近工廠,同樣面臨濕地污染和外來生物入侵問題[47]。修復分為3個層次:①大面積設立濕地永久保護區(qū);②調整蓄洪能力,改善生態(tài)機制;③調整區(qū)域內產業(yè)類型,杜絕無序發(fā)展及高污染產業(yè),同時,重新打造曲折的河道,拓寬湖面,疏通河道,創(chuàng)造更為豐富的水陸域立體循環(huán)環(huán)境。

4 存在的問題

4.1 缺少法律支持,執(zhí)法能力不強濕地保護法不完善,缺少保護政策,保護管理機構沒有厘清責任,責任主體不明確,執(zhí)法力量有待加強。缺乏行政處罰權,對于破壞濕地資源與環(huán)境的違法行為缺乏必要的法律約束以及治安手段,一些違法違規(guī)活動長期得不到及時有效的制止和打擊。

4.2 存在濕地保護恢復與開發(fā)利用的矛盾近年來,利用濕地資源進行種植業(yè)、漁業(yè)和生態(tài)旅游等現象逐漸增多,眾多濕地在生態(tài)系統(tǒng)的正常演進和恢復進程中,受到巨大的影響與障礙[48]。如何管理與修復,保護利用與高效開發(fā)協(xié)調并存,實現城市生態(tài)文明可持續(xù)快速發(fā)展,是當前及將來需要重點解決關注的問題。

4.3 理論研究和生態(tài)評估滯后各地濕地生態(tài)修復工作都有序進行,并獲得了顯而易見的進展,但是對生態(tài)系統(tǒng)的演替、衰退機理及程度的評價水平亟待進一步提高。目前,對不同退化濕地因地制宜選擇恢復保護措施以實現生境修復的理論研究落后,對已修復濕地公園的生態(tài)系統(tǒng)整體評價等較少,沒有滿足當前對濕地環(huán)境保護與管理工作的需求[49]。

4.4 宣傳教育落后對公眾的濕地保護教育較少,不能引起群眾的重視,沒有形成全面系統(tǒng)深入的保護意識;大多數群眾參與濕地保護能力不高,缺乏提出建設性意見和做出決策的知識背景,因此現階段對公眾開展的濕地教育極為重要。

5 展望和建議

5.1 預防措施根據《中華人民共和國濕地保護法》,對全國各濕地進行分級認定,建立濕地用途管理制度、明確征用濕地行政許可制度以及濕地破壞賠償等實施細則,依照法律法進行濕地保護及管理。同時,嚴格遵守濕地保護紅線,出臺政策,擴大濕地面積;出臺濕地生態(tài)效益補償政策,鼓勵濕地保護[50]。

5.2 治理及修復措施由于濕地資源的過度開發(fā),導致很多濕地系統(tǒng)遭到破壞,政府要科學利用綜合措施、應用工程技術和生物技術,構建濕地重建和恢復的示范區(qū)域。加強對濕地污染的監(jiān)控,嚴禁工農業(yè)用水濫排濫放,合理使用農藥、化肥、減少污染。成熟運用生態(tài)系統(tǒng)功能修復技術,國家和濕地所在地相關部門需高度重視,對于恢復功能退化的濕地生態(tài)系統(tǒng),應加大濕地管理保護工作,加大技術和資金投入,最終保障濕地生態(tài)修復工作健康有序開展。只有這樣,才能盡快地恢復退化的濕地資源,最大限度地發(fā)揮濕地的生態(tài)、經濟和社會效益。

5.3 管理措施建議結合濕地所在地實際情況成立濕地綜合管理機構,可考慮先行開展相關試點工作。建議國家及各地盡快制定濕地生態(tài)效益補償標準,在資金上予以支持。建議將濕地保護和濕地旅游資源開發(fā)結合起來,從環(huán)保旅游中獲取資金,支持濕地的保護和修復。此外,對濕地資源的保護與開發(fā)要進行合理規(guī)劃與指導,制定生態(tài)旅游發(fā)展規(guī)劃。建議建立天然濕地的生態(tài)評估機制,實施過程中,嚴肅依法論證、審批及監(jiān)督流程[51]。

5.4 加強理論研究,提供科學指導同國內外科研機構和檢測機構積極開展合作與交流,全方位調查并評估濕地現狀,對已經開展的項目進行全面且系統(tǒng)的評價,以保護生物多樣性為目標,不斷學習,優(yōu)化措施,貫穿可持續(xù)發(fā)展理念,將濕地恢復與生物多樣性保護有機結合起來,實現環(huán)境、人與自然的和諧相處。

5.5 加強宣傳教育,增強公眾保護意識公眾是濕地保護最重要的受益群體也是保護的主體,當今公眾對濕地保護的意識較弱,沒有形成系統(tǒng)的觀念,需要通過一系列線上線下相結合的方式,進行強有力的宣傳、科普教育和培訓等活動,增進公眾對濕地功能及效益等方面的了解,提升公眾主動在日常生活中保護濕地的意識,為全民愛護濕地保護濕地,營造良好氛圍,創(chuàng)造良好環(huán)境[52]。通過“濕地日”“愛鳥周”等開展多種形式的宣傳活動,借助互聯網、電視、報紙、公眾號以及“三位一端”等新媒體平臺廣泛宣傳,便于讓公眾及時了解學習濕地資源利用和保護的知識,進而提高公眾參與濕地多樣性保護建設的參與積極性。

綜上所述,作為“地球之腎”,濕地恢復與保護受到越來越多人的關注。但是濕地恢復要平衡生態(tài)、經濟和社會因素[53-55]。因此,濕地生態(tài)恢復是一場長期的、艱苦的奮斗,需要政府決策部門、規(guī)劃工作者、科學家以及公民相互合作,結合國內外成功的先進濕地恢復經驗,才能最大程度保證濕地生態(tài)系統(tǒng)構的和諧穩(wěn)定健康發(fā)展,實現我國濕地可利用資源的全面持續(xù)發(fā)展。