易侵蝕湖濱帶原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

鄢達昆， 鄭西強， 匡 武， 張 瀏

(安徽省環(huán)境科學(xué)研究院，安徽合肥 230022)

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易侵蝕湖濱帶原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

鄢達昆， 鄭西強， 匡 武， 張 瀏

(安徽省環(huán)境科學(xué)研究院，安徽合肥 230022)

以巢湖典型易侵蝕湖濱帶為研究對象，分析其原位生態(tài)修復(fù)條件，包括物理基質(zhì)、水文和生物的修復(fù)條件，提出易侵蝕湖濱帶生態(tài)修復(fù)方法：通過基質(zhì)修復(fù)、水文修復(fù)與生物修復(fù)，最大限度地恢復(fù)湖濱帶的原生態(tài)結(jié)構(gòu)和景觀。依據(jù)示范工程實例，驗證了該方法的可行性，為易侵蝕湖濱帶修復(fù)提供技術(shù)新思路。

湖濱帶；易侵蝕；生態(tài)修復(fù)；巢湖

湖濱帶又稱為水陸生態(tài)交錯帶，是入湖面源重要的攔蓄和消納場所，也是特殊的生態(tài)系統(tǒng)，生物多樣性豐富，是湖泊重要的基因庫和種子庫，其空間范圍主要取決于周期性水位漲落導(dǎo)致湖濱干濕交替變化的空間結(jié)構(gòu)及與之相鄰的水域和陸地系統(tǒng)的空間環(huán)境特征[1]。湖濱帶在涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、促淤造地、凈化水體、維護生物多樣性和保持生態(tài)平衡等方面有著十分重要的作用。

近年來隨著對湖泊治理研究的深入，有關(guān)湖濱帶修復(fù)技術(shù)研究逐漸成為生態(tài)學(xué)研究的重點課題[2-3]。加拿大對大湖地區(qū)開展了包含地理范圍的界定、修復(fù)措施及修復(fù)效益等的研究[4]。美國華盛頓湖由于實施生態(tài)恢復(fù)計劃，使其富營養(yǎng)化水質(zhì)得到有效控制[5]。國內(nèi)部分科研人員對一些富營養(yǎng)化比較嚴(yán)重的湖泊也開展了生態(tài)修復(fù)及重建的研究工作，在理論研究與工程實踐中也取得一定的成就[6-8]。

筆者選擇巢湖典型易侵蝕核心區(qū)部分岸線實施易侵蝕湖濱帶生態(tài)修復(fù)的工程化示范建設(shè)，探討巢湖易侵蝕湖濱帶原位生態(tài)修復(fù)新技術(shù)。

1 易侵蝕湖濱帶生態(tài)現(xiàn)狀

易侵蝕湖濱帶一般多處于常年主導(dǎo)風(fēng)向的迎風(fēng)面上，湖濱帶生態(tài)環(huán)境受風(fēng)浪影響明顯，尤其在汛期，巢湖水位高、吹程遠、湖面風(fēng)大浪高，風(fēng)浪造成的易侵蝕、水生植被消失與藻類堆積是巢湖湖濱帶現(xiàn)狀最為突出的問題。

1.1 易侵蝕 易侵蝕的發(fā)生不僅侵蝕湖濱土地，引發(fā)泥沙入湖淤塞湖泊，而且由于湖岸地質(zhì)失穩(wěn)，造成水生植被(尤其是挺水植物蘆葦、香蒲等)易倒伏、死亡，湖濱生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重。湖濱生態(tài)系統(tǒng)退化后，由于缺乏水生植被的水力緩沖和水土保持，近岸水流趨急，對岸線沖刷加劇，易侵蝕愈加嚴(yán)重，湖濱生態(tài)系統(tǒng)進入惡性循環(huán)。

1.2 水生植被消失 由于在湖堤的修建過程中，成片的湖濱蘆葦、香蒲等原生優(yōu)勢水生植被被人工清除了，挺水植被被徹底破壞，濕地消失了，現(xiàn)在只有水葫蘆、水花生等浮水植物堆積在岸邊，濕地生態(tài)系統(tǒng)的界面緩沖作用消失殆盡，湖岸失去了生態(tài)保護屏障，易侵蝕加劇。易侵蝕后湖濱地質(zhì)失穩(wěn)，又給水生植被的恢復(fù)帶來極大的困難。

1.3 藻類堆積 巢湖富營養(yǎng)化由來已久，近年來更是水華頻發(fā)，尤其是每年5—11月水華暴發(fā)時段，風(fēng)生浪攜帶大量藍藻向湖濱堆積，在風(fēng)浪的作用下沿著十五里河、塘西河等入湖河口上溯，嚴(yán)重污染河道，濃重的腥臭味影響了人們的正常生活。

2 易侵蝕湖濱帶生態(tài)修復(fù)的難點

湖濱濕地生態(tài)退化由人為移出水生植被引起，而退化后的濕地生態(tài)系統(tǒng)進入了惡性循環(huán)。水生植被的消失造成湖濱帶水力沖刷加劇和湖岸地質(zhì)失穩(wěn)；而水力沖刷加劇一方面進一步引發(fā)易侵蝕，另一方面也造成水生植被生存環(huán)境惡化，植株在生長過程中易被水力切割死亡；而湖岸地質(zhì)失穩(wěn)一方面使水生植被的恢復(fù)缺乏穩(wěn)固的基質(zhì)，植株在生長過程中易倒伏死亡，另一方面也難以有效緩解水力沖刷。因此，易侵蝕湖濱帶生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵必須要統(tǒng)籌應(yīng)對水生植被消失、湖岸地質(zhì)失穩(wěn)以及水力沖刷加劇等相互關(guān)聯(lián)的三方面問題[9]。

3 生態(tài)修復(fù)條件分析

3.1 物理基質(zhì)條件 基質(zhì)是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育與存在的載體。巢湖易侵蝕土層具有較強的遇水膨脹、失水收縮的特性。建壩后，高低水位的變化與區(qū)內(nèi)的降雨、蒸發(fā)有直接關(guān)系。降雨量的不均及蒸發(fā)量的差異使巢湖水位在峰枯水位變幅為2～4 m。水位的高低變化及浸潤侵蝕作用使塌岸頻繁發(fā)生。

結(jié)合地質(zhì)條件，綜合分析該湖濱帶的基質(zhì)條件，黏土地質(zhì)比較適合水生植物生長，但易受湖浪侵襲，基底不穩(wěn)，剛恢復(fù)的水生植被易倒伏死亡。保持基底的穩(wěn)定性是原位生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵點。

3.2 水文條件 風(fēng)生流是巢湖的水文特征，風(fēng)力及風(fēng)向?qū)说挠绊懛浅Ｃ黠@。由于湖濱植被在筑堤防洪中被人為清除，湖濱帶缺少水力緩沖，湖浪直接拍打湖岸，塌岸頻繁發(fā)生。水生植被是自然的湖濱消浪帶，但水生植被在生長期需要有效的水力緩沖。2—5月水生植被的生長期內(nèi)，湖面風(fēng)高浪急，植株遭受水力切割，水生植被難以恢復(fù)。

當(dāng)前就如何消浪展開廣泛的研究。筑堤防洪工程中大量水生植被(尤其是挺水植物)被清出，自然消浪作用消失，原本平緩的湖濱帶變得風(fēng)高浪急，移種的植被存活率極低。如何構(gòu)建水力緩沖條件、保證水生植被在生長期得以恢復(fù)，是原位生態(tài)修復(fù)的要點。

3.3 生物條件 在湖濱帶原位生態(tài)修復(fù)過程中，如果滿足上述兩個條件，生物系統(tǒng)就會自然得到逐步恢復(fù)，但如果應(yīng)該復(fù)原的生物已經(jīng)不存在或受外來物種的影響很大，就需要采取人工改造措施。可操作的生物修復(fù)是物種和群落的選配，以及警惕外來物種。蘆葦和香蒲是巢湖的優(yōu)勢挺水植物，尤其是蘆葦，成片蘆葦在數(shù)年前的筑堤防洪中被人為清除后，湖濱帶尚存的零星植株顯示出其優(yōu)勢度。恢復(fù)湖濱蘆葦?shù)木C合生態(tài)效益勿庸置疑。

4 易侵蝕湖濱帶生態(tài)修復(fù)技術(shù)

4.1 生態(tài)修復(fù)目標(biāo)與原則 湖濱帶生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)就是建立一個湖泊水生生態(tài)系統(tǒng)與湖泊流域陸地生態(tài)系統(tǒng)間非常重要的過渡帶。對于地質(zhì)原因造成的易侵蝕湖濱帶而言，植被恢復(fù)面臨基質(zhì)缺失和水力剪切等多方面的影響。首先，易崩塌的邊坡泥土在風(fēng)浪淘蝕下難以在湖濱滯留，造成近岸帶多為硬底湖床，基質(zhì)條件不能滿足水生植物恢復(fù)生長的要求；其次，由于缺乏植被的有效防護，造成水力對湖岸沖刷加劇，水生植株在恢復(fù)生長期易受到水力剪切的損害。

因此，要實施易侵蝕湖濱帶的生態(tài)修復(fù)，必須統(tǒng)籌應(yīng)對水生植被消失、湖岸地質(zhì)失穩(wěn)以及水力沖刷加劇等相互關(guān)聯(lián)的三方面問題，簡單地栽種護岸植物將難以存活，必須同期解決湖岸基質(zhì)修復(fù)和湖濱水文修復(fù)兩方面的問題，生態(tài)修復(fù)才能見效。

4.2 生態(tài)修復(fù)措施 根據(jù)湖庫水位的漲落規(guī)律，不同高程區(qū)域選擇不同類型的植被進行恢復(fù)；最高水位線以上可分別實施喬、灌、草等不同類型或者混搭的植被恢復(fù)；最高水位線以下的植被恢復(fù)選擇根系發(fā)達、固著能力強的挺水植物為主。植被恢復(fù)的時間視不同植物的生長習(xí)性而定，一般挺水植物的恢復(fù)宜選擇在春季進行。最高水位線以下的挺水植被恢復(fù)選擇春季前后的枯水期，在基質(zhì)和水文條件皆滿足的基礎(chǔ)上再實施生物修復(fù)。具體實施措施如下：使用工程機械垂直岸線進行掘進式作業(yè)，將挖掘出的湖床泥土堆放在工程機械兩側(cè)，此時形成垂直于岸線的兩條土壩，間距為工程機械的作業(yè)寬度，土壩縱深2～5 m，高出水面0.5～1.0 m。多條土壩形如鋸齒狀分布，較大程度地削減了風(fēng)浪的侵蝕，土壩及其周圍可作為挺水植被恢復(fù)生長區(qū)，采用根莖移種的方式進行挺水植被的恢復(fù)[9]。豐水期到來后，土壩將被淹沒，此時挺水植物的莖葉和根系初步長成，植株已具備了一定的抵御風(fēng)浪的能力。土壩在風(fēng)浪的侵蝕下，泥土逐漸向機械掘進后留下的航道內(nèi)回流，土壩高度逐漸降低，植株在風(fēng)浪的刺激下，根莖進一步發(fā)育粗壯。當(dāng)豐水期結(jié)束、外湖水位回落時，土壩在風(fēng)浪侵蝕下基本消失。隨后幾年中，水位線上下已基本被水生植物覆蓋，形成有效植被防護，恢復(fù)后的挺水植被繼續(xù)向水向和陸向蔓延生長，形成覆蓋面積更大、根系纏繞更緊密、抗干擾能力更強的岸線植被護岸體系。5 工程實例

選擇巢湖易侵蝕湖濱帶300 m，該區(qū)段生態(tài)均退化嚴(yán)重，水生植被完全消失。在枯水期使用挖泥船，按照修復(fù)措施進行作業(yè)，在挺水植被恢復(fù)生長區(qū)完成蘆葦根莖覆植，同時開展跟蹤觀測。

結(jié)果表明：至蘆葦發(fā)芽季節(jié)，發(fā)芽率成活率達到80%以上，至8月，蘆葦植株高度1.2～1.5 m，風(fēng)浪沖刷加之外湖水位上漲，土壩基本消失，挺水植被恢復(fù)生長區(qū)與外湖連成一片；至9月底，蘆葦植株達到1.8 m，植株生長旺盛。至此，該區(qū)段湖濱帶得到了有效的植被防護，未出現(xiàn)侵蝕岸線現(xiàn)象。

6 結(jié)語

我國是一個多湖泊國家，長期以來一些人為活動給湖泊及其周邊環(huán)境造成極其惡劣的影響，湖濱生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重。易侵蝕湖濱帶原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)是根據(jù)湖濱帶特殊情況，采用具有針對性的分類處理，對于高坎或陡坡進行必要的削坡處理，盡可能擴大植被護岸的縱深。岸線不同高程區(qū)域選擇不同類型的植被進行恢復(fù)，最高水位線以上可分別實施喬、灌、草不同類型或者混搭的植被恢復(fù)，最高水位線以下的植被恢復(fù)選擇根系發(fā)達、固著能力強的挺水植物為主。

最高水位線以下的挺水植被恢復(fù)選擇適當(dāng)?shù)募竟?jié)，利用機械化手段，人工原位建造植被恢復(fù)生長區(qū)，采用根莖移種的方式進行挺水植被的恢復(fù)。后期則主要依靠生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)后自身日益增強的自組織能力，完成其原生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的再現(xiàn)，為易侵蝕湖濱帶修復(fù)提供一種可工程化實施的技術(shù)方法。

[1] HUANG G H，XIA J.Barriers to sustainable water quality management[J].Environmental management,2001,61:1-23.

[2] 楊紅軍，祝松鶴，申哲民，等.湖濱帶生態(tài)恢復(fù)與重建的理論與技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，25(S2):819-824.

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Study on the Technology of in situ Ecological Restoration in Erodible Lakeshore

YAN Da-kun, ZHENG Xi-qiang, KUANG Wu et al

(Anhui Province Environmental Sciences Research Institute, Hefei, Anhui 230022)

With Chaohu typical erodible lakeshore as research object, in situ ecological restoration conditions were analyzed, including physical substrate, hydrological and biological restoration conditions, ecological restoration methods were proposed to maximize the restoration of the original ecological landscape structure. According to demonstration project, the feasibility of the method was verified, which provides technical new ideas for restoration of erodible lakeshore.

Lakeshore; Erodible; Ecological restoration; Chaohu

國家水體污染控制與治理重大科技專項(2015ZX07204-007;2012ZX07103-003-03)。

鄢達昆(1973- )，男，河南桐柏人，高級工程師，博士，從事環(huán)境管理與生態(tài)研究。

2016-09-07

S 181

A

0517-6611(2016)31-0072-02