天津濱海新區濕地退化現狀及其恢復模式研究*

孟偉慶,李洪遠,王秀明,李姝娟,吳璇

(1.天津師范大學城市與環境科學學院,天津300387;2.南開大學環境科學與工程學院,天津300071)

濕地是分布于陸生生態系統和水生生態系統之間具有獨特水文、土壤、植被與生物特征的生態系統,是自然界最富生物多樣性的生態景觀和人類最重要的生存環境之一[1-2]。伴隨著經濟的發展,濕地的破壞和喪失也在繼續,濕地退化嚴重。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,泥沙淤積嚴重等因素,濕地面積急劇減少,資源遭到嚴重破壞[3]。天津市濱海新區納入國家“十一五”總體發展規劃,成為國家綜合改革配套試驗區,可以預測,濱海新區在今后很長的時間內,將會快速的發展,城市化程度迅速提高。隨著經濟的發展,人類對該區域內的自然生態系統的干擾也會大大增強,濱海新區的自然生態系統以濕地生態系統為主,濕地資源的開發對天津的經濟建設具有舉足輕重的地位。在人口和經濟的壓力下,在連續數年氣候干旱下,濱海新區濕地景觀變化的一個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為天然濕地向人工濕地轉換。從目前的情況看,濕地無論是從面積還是從質量上都已經大大受到損害。如果不加以重視,進行保護和恢復,濱海新區的濕地生態系統將面臨嚴重的危機。

1 濱海新區概況和發展歷程

1.1 濱海新區自然環境概況

天津濱海新區位于華北平原北部、海河流域下游,天津市中心城區的東側,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。濱海新區陸域面積2 270 km2,海岸線153 km。濱海新區年平均氣溫12.6℃,年均溫差30.7℃,無霜期206 d;年平均降水量為604.3mm,年蒸發量為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。濱海新區成陸時間較短,主要為第四紀以來的河積海積物,由于本區地勢低下水位高,故使土壤發生草甸化過程,一般特征是土壤質地粘緊,通氣、透水不良,瘠薄,土壤含鹽量較高。

濱海新區共有濕地植物46科,135屬,232種。所分布植物中絕大多數為草本植物,木本的喬木和灌木植物極少,據調查只有檉柳、白刺兩種,檉柳主要分布在沿岸各地。植物群落特點是優勢種多,覆蓋度大,生活型齊全,鹽生植物占優勢。常出現的單優建群種有鹽地堿蓬(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。

濱海新區是東亞至澳大利亞候鳥遷徙的必經之地,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,區內有河流、湖泊、灘涂和沼澤等自然濕地類型以及鹽田、魚塘、養殖池等人工濕地類型,面積廣闊的濕地生態系統成為該區域主要的自然生態背景。

1.2 濱海新區發展歷程

濱海新區是依托天津中心市區、因港而興的。為了突破海河航運條件的限制,適應現代水運對水深的要求,天津市跳躍式的在臨渤海的塘沽地區開發了新港,這成為了濱海新區發展起來的最大契機。濱海新區的現狀格局是海港城市發展和地區資源開發共同作用的結果。20世紀50年代初至70年代初,由于海河上游來水減少,水咸化加劇,加上航道上建設低孔橋等原因,海河航道不能再通航,市內港區逐漸廢置,這為塘沽新港的發展提供了機遇。這一期間,塘沽港口工業也得到了很快發展,建立起了以制鹽、造船、海洋化工和機械制造為主體的工業體系。港口和港口工業的發展,帶動了城市規模的不斷擴大,塘沽城區的生活、服務功能得到不斷充實,逐步形成一港、一區兩個大的功能區,開始向綜合的城市功能發展。從20世紀70年代初開始,塘沽新港開始了新一期大規模的擴建,港口規模較以前有了很大增長,塘沽城市規模因此不斷擴大,成為擁有30余萬人口的中等城市規模的城區,對周邊地區的輻射功能進一步增強。自20世紀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“全方位開放的現代化國際港口大都市”發展戰略的實施,濱海新區開始體現出自身的區位優勢,獲得空前發展。1984年底,國務院批準天津建立了面積為33.78 km2的開發區,1991年,規劃面積7 km2的保稅區成立。在認真總結開發區、保稅區改革開放取得成功經驗的基礎上,天津市提出“用十年左右的時間基本建成濱海新區”的階段性目標。2006年,國家“十一五”規劃,明確指出要推進天津濱海新區的開發開放,將濱海新區納入全國總體發展戰略布局。至此,濱海新區進入了全面快速的發展階段。

1.3 濱海新區濕地概況

由于濱海新區特殊的地理位置和地貌特征,區域內形成大量的濕地,根據遙感數據和實地調查數據,2008年濱海新區共擁有濕地206 600 hm2,占濱海新區總面積的59.8%(總面積為3455.5 km2)。在參考國際《濕地公約》和國內學者相關研究的基礎上,根據濕地的定義和自然屬性,依據地貌、水文、土壤、氣候等指標,將濱海新區濕地分為河流、湖泊、沼澤、近海和海岸5種類型。

表1 天津濱海新區1979年和2008年濕地類型和面積

2 濱海新區濕地退化現狀及其原因

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,導致濕地生態要素和生態系統整體發生不利于生物和人類生存的量變和質變,使系統的結構和功能發生變化和障礙,形成破壞性波動或惡性循環,具體表現在生態系統的基本結構和固有功能的破壞或喪失,生物多樣性下降,穩定性和抗逆能力減弱,系統生產力下降等一系列濕地生態調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建以及濱海新區進行大規模的圍海造地。除了面積的減少,在濕地生態水量上,也大幅度減少,根據2006年統計調查數據,2006年濱海新區水庫設計庫容6.911億m3,實際蓄水量僅為1.065億m3,將入境水量、境內入河水量、排海水量及湖庫占有水量做出平衡,可推測出濱海新區現狀濕地占有水量為3.1億m3,其中水庫蓄存水量為1.065億m3,河道、養殖水量及自然濕地蓄存量為2.041 1億m3。按蒸發滲漏量1 m計,濕地生態年缺水約2.08億m3。由于生態用水缺乏,導致河道長期處于污染狀態,濕地干枯和缺乏置換水量,水生態系統受損,生態功能降低。

2.2 濕地被蠶食

據統計,濱海新區的非農業人口從1994年的69.57萬人增加到2007年的112.5萬人[4]。城市建設用地從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海口,土地主要來源于鹽田、灘涂等,而新崛起的臨港工業區土地則來源于圍海填造的陸地,這些建設都占用了大量濕地,濱海新區的耕地資源較少,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,農村用地的日益緊張、鄉鎮企業的崛起及村辦小型經濟開發區也占用大量濕地。水稻田變為旱田地面臨著前所未有的威脅,人類對濕地資源不合理的開發利用是天然濕地環境變遷的主要因素。濱海新區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為天然濕地向人工濕地轉換,人工濕地向城鎮和工業用地轉換。

2.3 濕地水質污染嚴重

水質污染對天津濕地的水環境質量構成嚴重威脅。工業廢水排放絕對量增加,水功能區污染嚴重,造成濱海新區許多濕地變成了不能發揮濕地功能的“退化濕地”。隨著天津市工業企業向濱海新區的轉移,濱海新區工業廢水排放量呈上升趨勢。淡水資源短缺,地下水超采嚴重,超采率達39.4%;上游來水量少,水資源嚴重不足,導致馬場減河全年干涸斷流,馬棚口、北排水河、青靜黃排水河入海斷面無水,水環境容量降低。濱海新區區域內11條主要河流以劣Ⅴ類水質為主。2005年馬廠減河干涸,除薊運河為Ⅴ類水質外,其余9條河流均為劣Ⅴ類水質;2006年薊運河水質由Ⅴ類下降到劣Ⅴ類,其余河流仍維持在劣Ⅴ類,水質狀況無任何改善。2001-2005年,濱海新區景觀水體的總體水質狀況有一定改善。2004年開始出現Ⅳ類水質斷面,2005年Ⅳ類水質斷面比例由2004年的28.5%增加到50.0%(圖1)。

圖1 濱海新區主要河流、水質斷面類別(24項指標評價)

2.4 濕地結構改變導致生態功能喪失

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、修建護岸工程等措施,提高防洪的安全度。但在達到防洪的同時,也使得自然河流變成了人工水渠,導致河流區域內水生植物消失、深潭及淺灘消失或規模縮小、河寬增加導致水深減少、斷面形狀單一化導致流速單一化、河床材料大多采用混凝土或漿砌石護岸,滯流區減少、灘地的平整和自然裸地減少等等。與此同時,河床坡降的改變使泥沙的輸送量、輸送形態都發生變化,從而影響到上下游的棲息地,生物生存條件被破壞。這種情況也發生在濱海新區內大多數的湖泊水庫濕地。

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

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

3 濱海新區濕地恢復對策和模式

3.1 對策

關于濕地保護,有很多學者提出了很好的對策建議,包括嚴格控制環境污染,加強濕地生態系統監測與研究[5],提高群眾濕地保護意識,加強濕地立法,完善濕地保護政策和法律法規體系,加大資金投入[6]等。這些措施對天津濱海新區的濕地保護同樣適用,從科學研究角度出發,在管理到位和資金投入充足的前提下,采用何種經濟可行技術簡便的濕地恢復方法卻是急需解決的問題。

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

3.2 基于生境改造的林草地+濕地恢復模式

根據對濱海新區濕地詳細的調查和多年的經驗,提出將目前具有條件的濕地進行生境改造,構建林草地+濕地生態景觀恢復模式。提出該種模式主要有以下考慮:(1)目前濱海新區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搬運到綠化區域后進行綠化植物的栽植。栽植成本很高,同時管理維護成本高,屬于奢侈的不可持續綠化模式。(2)注重美觀的人工綠化引入了很多外來植物,鄉土植物保護力度不夠,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)濕地水質污染嚴重,導致水生植物和動物數量大量減少,短時間內改善濕地水質需要很大投入。

采用林草地+濕地恢復模式的生態和社會經濟效益:(1)投入低,管理維護成本低,幾乎不用人工維護,只要做到盡可能少的人類干擾即可,能夠節省大量的經費。(2)保護鄉土植物和生物多樣性。這種恢復模式完全依靠本地鄉土植物在人工引導下的自然演替,不采用外來植物,能夠很好地保護鄉土植物和生物多樣性,在城市快速發展的同時,保留一定的城市“綠寶石”。(3)良好的景觀效果。由于濱海新區植被以草本為主,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出現在一個景觀中,將會大大提升景觀視覺效果。(4)為濕地動物提供良好生境。濱海新區是東亞至澳大利亞候鳥遷徙的驛站,但由于城市建設和人類干擾,很多鳥群已經不再光臨這里了。對于湖泊型濕地,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,對于中間的濕地生境來說形成了一個保護圈,如果控制好人類進入,這里將會成為鳥類和其他濕地生物良好的生境。這些區域將會成為濱海新區生物多樣性最高和最自然的區域。(5)濕地與林草地生態系統的相互促進協同演替。林草地生態系統的自然演替需要較長時間,開始需要人工輔助,之后,濕地在干旱時為林草地系統提供水源,林草地為濕地生境提供庇護,并逐漸凈化改善濕地水質,兩個系統的協同演替最終會實現良好的生態效益。

該模式的技術操作要點:(1)選擇優先恢復區。選擇合適的恢復區是該模式實施的基礎,將湖泊型或者較自然的河漫灘區域作為優先恢復區,同時這些區域應較少地受到人類的干擾。(2)具有一定的地形條件。由于濱海新區地勢平坦、地下水位高且土壤鹽堿化嚴重,因此恢復區應該具有一定的高程,以滿足木本植物的生長要求,可在前期適當采取一定工程措施,將濕地區域部分的土壤挖出,將四周墊高,使得中心區更低,可以形成水深更深的湖泊,同時四周滿足木本植物的生長要求。(3)人工輔助措施。由于木本植物的生長相對較慢,要達到其自然演替需要很多年。因此開始時可以采取人工輔助進行喬木種植,使木本植被群落在較快的時間內達到演替頂級狀態。(4)后期管理。后期管理最重要的是減少人類的干擾和對濕地區域的占用。

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