濕地生態(tài)工程

濕地生態(tài)工程摘要濕地生態(tài)工程是利用濕地的水文和化學(xué)物質(zhì)貯存器的特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的控制過剩營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、沉積物和污染物，并且改善水質(zhì)或整治低洼濕地，使其結(jié)構(gòu)和功能得到改善和恢復(fù)的生態(tài)工程。綜述濕地生態(tài)工程的發(fā)展背景，從濕地生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)類型、設(shè)計(jì)原則分析典型案例，并總結(jié)濕地生態(tài)工程的一般模式。關(guān)鍵詞濕地生態(tài)工程；生態(tài)恢復(fù)；設(shè)計(jì)原則中國(guó)面臨的生態(tài)危機(jī)，不單純是環(huán)境污染，而是它與人口激增環(huán)境、環(huán)境與資源破壞、能源短缺、食物供應(yīng)不足等共同組成的“并發(fā)癥”。在此背景下，作為解決這一“并發(fā)癥”的途徑而產(chǎn)生的中國(guó)生態(tài)工程，不但要保護(hù)環(huán)境與資源，更迫切的要以有限資源，高產(chǎn)、低耗、優(yōu)質(zhì)、高效地生產(chǎn)出更豐富的產(chǎn)品與商品，以供應(yīng)日益增多的人口［1。］立足于本國(guó)情況和條件，要求同步取得生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益的多目標(biāo)，力求維護(hù)與改善生態(tài)系統(tǒng)的合理性，促進(jìn)包括廢物在內(nèi)的物質(zhì)良性循環(huán)，相互補(bǔ)償，保證再生資源供給永續(xù)不斷，人類生活與工作環(huán)境適宜與穩(wěn)定。同時(shí)在經(jīng)濟(jì)方面有利，增加節(jié)耗，產(chǎn)品適銷有出路，減虧增益。在社會(huì)效益方面，充分發(fā)揮物質(zhì)條件及科學(xué)技術(shù)的潛力，從社會(huì)需求出發(fā)，促使各種社會(huì)職能機(jī)構(gòu)的社會(huì)效益提高，政策、管理、社會(huì)公益、道德風(fēng)尚為社會(huì)認(rèn)同，并有利于全社會(huì)的繁榮昌盛，目標(biāo)是系統(tǒng)的綜合效益最高，而非單項(xiàng)效益最高。1濕地生態(tài)工程概述濕地生態(tài)工程定義濕地(Wetlands)是地球上水陸相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng),是重要的生存環(huán)境和自然界最富生物多樣性的生態(tài)景觀之一。在抵御洪水、調(diào)節(jié)徑流,改善氣候、控制污染,美化環(huán)境和維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡等方面有其它系統(tǒng)所不能替代的作用。被譽(yù)為“地球之腎”、“生命的搖籃”、“文明的發(fā)源地”和“物種的基因庫(kù)”。因而在世界自然保護(hù)大綱中,濕地與森林、海洋一起并列為全球三大生態(tài)系統(tǒng)［2。］濕地生態(tài)系統(tǒng)是指地表過濕或者常年積水,生長(zhǎng)著濕地生物的區(qū)域。濕地兼有水域和陸地生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn),也是一類區(qū)別于農(nóng)田、林地、草地等其他生態(tài)系統(tǒng)的較特殊的生態(tài)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)上形成的濕地生態(tài)工程是利用濕地的水文和化學(xué)物質(zhì)貯存器的特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的控制過剩營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、沉積物和污染物，并且改善水質(zhì)的生態(tài)工程；或利用上述特點(diǎn)綜合整治低洼濕地，使其結(jié)構(gòu)和功能得到改善和恢復(fù)，使其成為良性生產(chǎn)—生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)工程［3。］濕地生態(tài)原則濕地是通過〔如降雨(Rainfall)、表面徑流(Surfacecurrent)、地下水流動(dòng)和潮汐交換(Tideexchange)〕進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)物和其他化學(xué)物的輸入輸出的。通過濕地生態(tài)系統(tǒng)特有的缺氧還原條件、枯枝葉覆蓋層很厚的環(huán)境而發(fā)生了一系列生物地化過程；如固氮(Nitrogenfixation)和反硝化(Denitrification)，光合固碳(Photo-carbonfixation)和沼氣化(Methanation),磷、硫等元素的氧化與還原以及礦物質(zhì)的吸收和釋放等等。而正是這一物質(zhì)平衡原則支配下的系統(tǒng)生化過程是改善水質(zhì)極佳的天然工具。濕地生態(tài)工程設(shè)計(jì)濕地生態(tài)工程設(shè)計(jì)原則適用性和多用性原則根據(jù)濕地“沒有凈損失”的原理，設(shè)計(jì)工程應(yīng)強(qiáng)調(diào)適用性，即要體現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)，如洪水控制，廢水處理等。多用性則注重系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)的多目標(biāo)即次要目標(biāo)，設(shè)計(jì)工程師為了功能的發(fā)展，而不是姓氏，因而在構(gòu)建濕地的發(fā)展過程中，即使最初引進(jìn)的動(dòng)植物未能如愿，但整個(gè)濕地功能最初的目標(biāo)是完整的，濕地演替也就沒有失敗。因此應(yīng)給系統(tǒng)一定的時(shí)間，使生物獲得合理調(diào)整并適應(yīng)新的濕地環(huán)境，同時(shí)有利于營(yíng)養(yǎng)物的保持。綜合性原則濕地生態(tài)工程設(shè)計(jì)涉及生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境學(xué)等方面的知識(shí)，具有高度的綜合性。這就要求一方面設(shè)計(jì)工程應(yīng)是花費(fèi)最小的工程，即有植物、動(dòng)物、微生物、土壤和水流組成的濕地系統(tǒng)應(yīng)按照自我保持和自我設(shè)計(jì)來發(fā)展；另一方面，設(shè)計(jì)工程應(yīng)利用自然能量。這就要求多學(xué)科的相互協(xié)作和合理配置。地域性原則不同區(qū)域具有不同的環(huán)境背景，低于的差異和特殊性要求在濕地生態(tài)工程設(shè)計(jì)中，要因地制宜，具體問題具體分析。不要將濕地設(shè)計(jì)過分強(qiáng)調(diào)為矩形盆地、渠道以及規(guī)則的幾何形，要根據(jù)不同的水文地貌條件設(shè)計(jì)濕地生態(tài)系統(tǒng)，由于設(shè)計(jì)的濕地系統(tǒng)是景觀或流域的一部分，因而必須將構(gòu)建的濕地溶入自然的景觀當(dāng)中，而不是獨(dú)立于景觀外。生態(tài)關(guān)系協(xié)調(diào)原則人與環(huán)境、生物與環(huán)境、生物與生物、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境以及生態(tài)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)，應(yīng)將人類作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分而不是獨(dú)立于濕地之外。人類試圖縮短生態(tài)演替或過渡管理系統(tǒng)的策略常常難以如愿，人類只能在設(shè)計(jì)和構(gòu)建過程中對(duì)濕地發(fā)展加以引導(dǎo)，而不是強(qiáng)制管理，以保持設(shè)計(jì)工程的自然性和持續(xù)性。生態(tài)美學(xué)原則設(shè)計(jì)的濕地生態(tài)工程一般具有多種功能和價(jià)值，在許多濕地構(gòu)建中，除考慮主要目標(biāo)外，特別注重對(duì)沒學(xué)的追求，同時(shí)兼顧旅游和科研價(jià)值，許多國(guó)家對(duì)濕地公園的設(shè)計(jì)就體現(xiàn)這一點(diǎn)。生態(tài)美學(xué)原則主要包括最大綠色原則和健康原則，體現(xiàn)在濕地的情節(jié)性、獨(dú)特性、愉悅性和可觀賞性等方面，是濕地價(jià)值的重要體現(xiàn)［4］。濕地生態(tài)工程設(shè)計(jì)類型作為廢水處理濕地生態(tài)工程設(shè)計(jì)自20世紀(jì)50年代濕地因?yàn)閮艋|(zhì)功能而被廣泛應(yīng)用，自然濕地和人工濕地一樣，表現(xiàn)出多種類型和凈化能力。自然濕地包括湖泊邊緣濕地、廣泛的低位沼澤濕地和泛濫平原沼澤。大量實(shí)驗(yàn)表明，濕地對(duì)水質(zhì)的凈化主要依賴于負(fù)荷率以及濕地特殊水文和生態(tài)學(xué)特征，從實(shí)踐觀點(diǎn)看，構(gòu)建濕地比自然濕地能夠提供更好的廢水處理機(jī)會(huì)，它們可以被設(shè)計(jì)成適合的BOD、COD和營(yíng)養(yǎng)物轉(zhuǎn)化過程以及對(duì)水文和植物管理的最大控制。近年來，北美、澳大利亞和西歐相繼興建了許多人工濕地污水處理裝置，成為去除有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要措施。我國(guó)在這方面的研究也有了很大的發(fā)展，成為許多生活區(qū)、辦公區(qū)、工業(yè)區(qū)改善環(huán)境質(zhì)量的有效手段。據(jù)中國(guó)科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所(1995)在遼河三角洲對(duì)構(gòu)建表層流濕地的研究表明，對(duì)污水中COD的凈化力為10.43g/m2.a,BOD的凈化力為0.77g/m2.a，礦物油的凈化力為0.88g/m2.a,全N凈化力為0.28g/m2.a，對(duì)采油污水中油的凈化率高達(dá)80%以上，而滲漏濕地的凈化力分別為18.23、1.47、1.51和0.50g/m2.a，對(duì)落地原油和鉆井泥漿的凈化率在90%［5］。中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心(1998,1999)對(duì)構(gòu)建濕地土壤因素對(duì)污水處理作用的模擬研究，污水凈化濕地模擬系統(tǒng)中細(xì)菌和藻類的生態(tài)分布研究［6,7］，北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院（1998）對(duì)構(gòu)建濕地土壤毛管滲漏污水凈化綠地利用的研究等都提供了很強(qiáng)的實(shí)用技術(shù)和參照，對(duì)城市及工業(yè)區(qū)美化環(huán)境和節(jié)約水資源等將會(huì)起到重要作用。作為調(diào)整濕地的生態(tài)工程設(shè)計(jì)濕地調(diào)整主要是指根據(jù)“沒有零損失”的原則，避免或最大程度地減輕、修正、消除對(duì)濕地生境的負(fù)面影響或通過合理途徑進(jìn)行補(bǔ)償［8］，主要是通過構(gòu)建新的濕地來達(dá)到目標(biāo)。濕地調(diào)整從80年代中期就已提出，目前是美國(guó)、加拿大及其它一些國(guó)家在濕地保護(hù)中的一項(xiàng)策略。美國(guó)清潔水項(xiàng)目條款404有關(guān)規(guī)定要求濕地的喪失應(yīng)按照一定比率代替，同時(shí)要求為調(diào)整而構(gòu)建的濕地最重要的特征是濕地規(guī)模、植被覆蓋、水文、土壤、野生生物利用、水質(zhì)等。濕地調(diào)整敲掉補(bǔ)償生境的功能具有可替代性，至少在主要功能發(fā)面得到補(bǔ)償。因而在功能參數(shù)方面，如初級(jí)生產(chǎn)力、營(yíng)養(yǎng)物循環(huán)、有機(jī)質(zhì)積累、種群維持、捕食與被捕食者之間的相互作用，對(duì)外來種的抗性及持續(xù)性方面需要進(jìn)行較系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)。洪水及非點(diǎn)源污染控制的濕地生態(tài)工程設(shè)計(jì)這類濕地生態(tài)工程主要構(gòu)建在流域內(nèi)以減少洪水發(fā)生，提高水質(zhì)。大量實(shí)踐表明，構(gòu)建濕地在流域里的具體位置應(yīng)視其功能要求而定，例如在流域上游構(gòu)建較小的濕地，其目的應(yīng)是削減下游每年的正常洪水和改善水質(zhì)，而在下游構(gòu)建較大的濕地，由于其規(guī)模、正常的水文狀況和耐久性等，則可能是野生動(dòng)物棲息的最好場(chǎng)所。盡管在流域下游構(gòu)建濕地可能對(duì)削減洪水更有效，但若上游沒能同時(shí)設(shè)置濕地來改善流域的水文周期，則下游的河道及河堤沖蝕將可能增強(qiáng)［9］。流域內(nèi)構(gòu)建濕地位置的選擇應(yīng)力求發(fā)揮濕地的其它一些功能，如滯納沉積物和吸收養(yǎng)分等，然后考慮對(duì)下游洪水的削減。因?yàn)榇蠖鄶?shù)農(nóng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)實(shí)施在流域上游，而且是非點(diǎn)源污染物基本來源，所以要在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)趨于找到適宜點(diǎn)構(gòu)建濕地以凈化水質(zhì)，同時(shí)對(duì)削減下游洪水也起到極大的作用。這樣的濕地至少應(yīng)包括：一個(gè)沉積盆地，草皮過濾器和沼澤濕地。沉積盆地主要是收集來自農(nóng)業(yè)區(qū)非點(diǎn)源污染物的入流，草皮過濾器是一個(gè)過渡區(qū)或緩沖區(qū)，目的是被用來對(duì)沼澤濕地提供保護(hù)和對(duì)早期的濕地惡化情況提出警示，而沼澤濕地的主要功能是滯留沉積物，同化或轉(zhuǎn)化養(yǎng)分，削減洪水，提供游覽景點(diǎn)、動(dòng)植物棲息地及生產(chǎn)一些初級(jí)產(chǎn)品等。這種方法在北美五大湖的Erie湖西部進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，濕地阻留了每年大約2000t非點(diǎn)源排放P,并且證明在湖泊邊緣發(fā)展1000km2的濕地可以減少這個(gè)湖中24%?33%P輸入量a，因此，實(shí)施有效的濕地生態(tài)工程設(shè)計(jì)，強(qiáng)化對(duì)非點(diǎn)源污染物源的控制和管理,是凈化環(huán)境,促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)健康的有效手段。濕地生態(tài)工程實(shí)例分析3.1針對(duì)濕地水體生態(tài)工程的案例分析在20世紀(jì)90年代，歐洲一些國(guó)家以及美國(guó)就已經(jīng)開始了河流修復(fù)工作。日德蘭半島大約11%的土地依靠Skjern河灌溉，但丹麥最大的水利工程使得丹麥近4000hm2的濕地變?yōu)檗r(nóng)田。該工程同時(shí)改變了Skjern河自然流路，使河道變直，而建造堤壩，則截留了上游的水資源。該工程曾一度被認(rèn)為是成功的農(nóng)業(yè)工程，但是生態(tài)環(huán)境卻為之付出沉重的代價(jià)；水生生物難以生長(zhǎng);河流的自凈功能遭到破壞，污染和富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重；下游泥炭地氧化而引起灌溉區(qū)下沉；自然河道的渠道化使得生境單調(diào)化；修建水閘控制水量，改變了自然式的脈沖水文周期［11］。類似的案例還有美國(guó)的弗羅里達(dá)大沼澤的Kissimmee河［12］。丹麥政府和美國(guó)分別在1998年和2000年制定了計(jì)劃，投入巨資對(duì)這兩條河進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)計(jì)劃包括：恢復(fù)歷史水文條件，回復(fù)河道自然走勢(shì)和原有形狀，回復(fù)河濱濕地，移除河流上的堤壩，回復(fù)洪泛平原，重新挖掘河道，恢復(fù)生態(tài)棲息地等。針對(duì)濕地地質(zhì)生態(tài)工程的案例分析美國(guó)路易斯安娜州是世界上濕地最豐富的地區(qū)之一,也是濕地?fù)p失最嚴(yán)重的地區(qū)。1990年美國(guó)國(guó)會(huì)啟動(dòng)了龐大的修復(fù)研究計(jì)劃(CWPPRA),投資4000萬美元。該計(jì)劃包括轉(zhuǎn)移密西西比河河水以及沉積物質(zhì)來建造一個(gè)新的河口三角洲和一個(gè)小型的喇叭口形狀的剖面,以模仿春季洪流；修復(fù)下沉濕地；開辟人工河道；培育和恢復(fù)河口濕地等［13］。在墨西哥海灣,由于開采的原油溢出,造成當(dāng)?shù)貪竦赝寥赖膰?yán)重污染。由于污染,植被無法生存,使得濕地大面積喪失,進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的侵蝕現(xiàn)象。當(dāng)?shù)卣扇∫浦仓参铩⒒謴?fù)植被的方法,對(duì)恢復(fù)濕地底質(zhì)非常有效。在當(dāng)?shù)卦苑N互花米草(spartinaalterniflam)和大米草(soarinaanglica)后，有效地去除了原油造成的污染,原油的分解速率加快。針對(duì)濕地生物生態(tài)工程的案例分析我國(guó)從20世紀(jì)60年代開始，在東南沿海一帶引進(jìn)米草屬(Spartinaspp.)植物,90年代又在長(zhǎng)江口的九段沙成功引種互花米草(Spartinaalterniflora)。米草屬植物原產(chǎn)大西洋沿岸，在加拿大紐芬蘭沿岸至美國(guó)的佛羅里達(dá)到墨西哥沿海一帶均有分布。該屬植物以無性分蘗繁殖為主，伴以種子繁殖。1978年引入我國(guó)，在我國(guó)海岸帶迅速繁殖，具有良好的防浪促淤作用，幾十年間將不毛之地的淤泥質(zhì)岸灘變?yōu)榫G色海灘，米草屬植物提供了巨大的生產(chǎn)力［14］。濕地生態(tài)工程的一般模式分析以上國(guó)內(nèi)外濕地生態(tài)工程的若干案例，我們可以得到如下幾個(gè)在濕地生態(tài)工程中普遍的應(yīng)注意的問題：4.1確定合理的工程目標(biāo)對(duì)于大部分濕地來說要恢復(fù)到所謂的原生態(tài)是無意義的，也是不現(xiàn)實(shí)的。濕地生態(tài)工程的目標(biāo)不是恢復(fù)某一歷史節(jié)點(diǎn)的濕地，而是恢復(fù)濕地的功能，盡可能與某一歷史節(jié)點(diǎn)的濕地生態(tài)功能相近或相似，或根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，使?jié)竦啬骋簧鷳B(tài)功能得到強(qiáng)化。因此，濕地生態(tài)工程實(shí)踐有一個(gè)較寬的范圍，對(duì)于退化的濕地生態(tài)系統(tǒng)可以通過生態(tài)工程手段進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)于破壞嚴(yán)重的濕地生態(tài)系統(tǒng)，或者原本不存在濕地的地方(例如廢棄礦山)通過重建的手段新建一個(gè)全新的濕地生態(tài)系統(tǒng)［15］。注重生態(tài)監(jiān)測(cè)生態(tài)監(jiān)測(cè)主要是了解該生態(tài)系統(tǒng)是否健康，為不良變化提供修復(fù)預(yù)警。檢測(cè)的方法包括測(cè)量生產(chǎn)力、有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、食物鏈的組成、物種組成、土壤中有機(jī)質(zhì)的組成等。如果修復(fù)后的濕地與天然濕地差異顯著，要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行維護(hù)。一般情況下，對(duì)草本濕地的跟蹤監(jiān)測(cè)需要5年，有林濕地則需要至少20年［16］。對(duì)于大型的濕地生態(tài)工程要進(jìn)行長(zhǎng)期檢測(cè)，以估計(jì)自然及人為干擾造成的影響。避免頻繁干擾干擾因素分為偶然性的和長(zhǎng)期性的，在長(zhǎng)期存在干擾的地點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)是沒有意義的。因此在進(jìn)行濕地生態(tài)恢復(fù)一定要考慮干擾因素。堅(jiān)持生物措施與土木工程措施并用濕地生態(tài)工程包括對(duì)已遭到不同程度破壞的濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)和重建。

對(duì)功能減弱、生境退化的濕地,以生物措施為主；對(duì)類型改變、功能喪失的濕地，以工程措施為主。而實(shí)踐過程中往往兩種手段同時(shí)運(yùn)用才能達(dá)到恢復(fù)的目的。濕地生態(tài)工程應(yīng)考慮社會(huì)和經(jīng)濟(jì)問題從經(jīng)濟(jì)因素方面考慮,生態(tài)工程成本通常是非常昂貴的,從上面的路易斯安丹麥河流整治工程可略見一斑。因此,要爭(zhēng)取高投入的同時(shí)獲取最大生態(tài)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。生態(tài)工程的發(fā)展要體現(xiàn)人居-產(chǎn)業(yè)-景觀的融合。如美國(guó)的切薩比克灣的建設(shè)、多米尼加共和國(guó)、加拿大溫哥華島以及我國(guó)崇明生態(tài)建設(shè)示范區(qū)在生態(tài)恢復(fù)、協(xié)調(diào)生產(chǎn)的同時(shí)都注重景觀及人居條件的建設(shè)。4.6濕地生態(tài)工程的一般模式目前，世界上對(duì)于受損而處于退化狀態(tài)的濕地生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)用生態(tài)工程手段進(jìn)行恢復(fù),一般都遵循如下模式（圖1）積［術(shù)展水2不虎膽力.卜降>.尢*質(zhì)復(fù)蓋T 1正礫處黒tt間X?怎丄種慢棒fi!基質(zhì)積［術(shù)展水2不虎膽力.卜降>.尢*質(zhì)復(fù)蓋T 1正礫處黒tt間X?怎丄種慢棒fi!基質(zhì)4ba或B圖1濕地生態(tài)工程一般模式參考文獻(xiàn)顏京松，WilliamJMitsch.中國(guó)與西方國(guó)家生態(tài)工程比較[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境(學(xué)報(bào))，1994，10(1)：45~52楊永興.國(guó)際濕地科學(xué)研究的主要特點(diǎn)、進(jìn)展與展望[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2001,21(2)：111~114欽佩，安樹青，顏京松.生態(tài)工程學(xué).南京大學(xué)出版社，2001,8(2):114~115崔保山，劉興土?濕地生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些基本問題探討[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2001,12(1):146~148肖篤寧.LandscapeEcology:Theory,MethodsandApplications,1991王小青,林登峰,莊大偉,公茂華,令狐容鋼,王立芹.臨沂城市濕地公園植物區(qū)域功能性選擇與配置初探[J].濕地科學(xué)與管理，2011(3)王保忠,計(jì)家榮,駱林川,王彩霞,但新球,何平,時(shí)訓(xùn)華,董國(guó)政.南京新濟(jì)洲濕地生態(tài)恢復(fù)研究[J].濕地科學(xué),2006(3)楊麗萍，田寧寧,褚富春.Studyonsewagepurificationandgreen-land