膠州灣濕地的退化影響因素與生態修復建議

謝文霞, 李曉燕, 于蓉蓉, 崔育倩, 程雅妮

(青島大學 化學化工與環境學院, 山東 青島266071)

濕地退化是指由自然或人為原因導致濕地生態系統結構變化和功能失衡, 是濕地生態系統在物質、能量匹配的某一環節不協調達到發生生態退變的臨界點時, 演變為另一種與之相適應的低水平狀態的過程, 即濕地生態系統的逆向演替或受到干擾后的異常演替過程[1]。包括濕地面積縮小, 生物多樣性減少, 土壤或底質環境惡化, 生物間相互關系的改變,生物群落或系統結構的改變等[2]多個方面。

濕地退化會導致水資源短缺、氣候變異、自然災害頻發等一系列生態環境問題[3]。世界各國都存在嚴重的濕地退化問題。1996年經濟合作與發展組織(OECD)研究表明, 自1900年以來全世界約有50%的濕地已經退化消失。例如, 美國建國后圍墾導致9 000 km2濕地消失, 占原有濕地總面積的54%, 越南紅河三角洲濕地面積最大時達到180 km2, 現在幾乎消失殆盡。我國也存在類似情況, 1980～2000年東北地區的三江平原沼澤濕地由于圍墾, 面積減小了53.4%, 其中 1980～1985年 5年間濕地面積減少了37.8%。據1957年的自然資源清查資料顯示, 全國的紅樹林面積為4.2×102km2, 而1981～1986年海岸帶和海涂資源綜合調查顯示, 紅樹林面積為 1.9×102km2, 減少了 55.0%[3], 至 1997年, 面積更銳減至148.77 km2最低點。為此, 多位學者從生物修復、紅樹林保護、人工降水、建設生態保護區等多個方面展開對策研究, 至2009年, 中國紅樹林總量緩升至2.4×102km2, 濕地總面積也有所上升[4]。但現研究主要集中于遼河三角洲、長江三角洲等面積較大的濕地[5-7], 對于膠州灣濕地的研究工作尚處于初級階段。

1 膠州灣濕地概況與現狀

膠州灣口窄內寬, 為山東南部面積最大半封閉性海灣。膠州灣濕地是青島最大的自然濕地保護區,具有調節氣候, 補充地下水, 凈化水質, 調蓄水量,防止土壤沙化, 保護海岸不受風浪侵蝕, 為許多稀有的動植物提供生長的棲息地等功能, 是保護城市降低或免受海洋攻擊的天然屏障。

自20世紀70年代起, 膠州灣濕地先后經歷了鹽田建設、填灣造地、圍建養殖池、開發港口、建設公路和臨港工程等幾撥填海高潮。憑借其得天獨厚的港口海運條件和良好的水產、鹽業、旅游和海洋空間等資源, 逐漸成為青島市構建國際化城市發展的重心。但是, 隨著城市建設、道路交通、房地產開發、海域灘涂擴展等活動的大規模開展, 改變了濕地的自然屬性, 加上過度利用生物資源, 導致原始生態平衡遭到破壞, 濕地退化問題也隨之產生, 直接影響著區域的可持續發展。

濕地退化表現出對自然或人為干擾的較低抗性、較弱的緩沖能力以及較強的敏感性和脆弱性。膠州灣濕地退化的主要表現: 第一, 濕地面積急劇減少, 據青島市膠州灣濕地保護規劃技術報告顯示(表 1), 膠州灣的水域面積 1863年約為 580 km2,1966年約為470 km2, 2003年為約360 km2, 而現在,膠州灣的總水域面積約為350 km2, 僅有1966年的74.5%; 第二, 水體污染嚴重, 水質指標下降, 由于沿岸迅速發展壯大的工業、養殖業、運輸業以及急劇增加的人口, 使得幾乎所有入海口均出現不同程度的水體富營養化現象, 赤潮頻發, 濱海濕地生態系統服務功能幾近喪失; 第三, 急速增加的人口, 豐富的資源, 優越的地理位置使得許多商家趨之若鶩,大量涌入膠州灣濕地, 必然導致濕地面積減少、生態承載力下降, 進而影響生態平衡。

表1 膠州灣水域面積變化Tab. 1 Change of Water area of Jiaozhou Bay

2 膠州灣濕地退化的影響因素

濕地生態系統的脆弱性是導致濕地退化的內在原因, 而受到的自然干擾(自然災害、自然環境演替過程等), 特別是人為干擾(對濕地資源的不合理開發、利用、污染等)超過系統的自我調節, 恢復閾值是退化的主要外部原因。

自然因素和人為因素共同作用導致了膠州灣濕地的退化(圖1)。

2.1 自然因素

2.1.1 地質條件

膠州灣及其周邊巖性復雜, 不同方向的斷裂匯聚、交切于灣內[8]。多組斷裂的空間排列和特殊的形貌特征, 導致膠州灣成因眾說紛紜。成國棟提出了旋扭構造成因說, 劉洪濱[9]提出了破火山口成因說, 趙奎寰[10]認為膠州灣是由 NW(西北向)和 NE(東北向)向斷裂形成的“棋盤格式”構造控制的斷陷盆地。欒光忠[11]認為膠州灣由 NE(東北向)向滄口斷裂以及NEE(東北偏東向)向郝官莊斷裂、NWW(西北偏西向)向紅石崖斷裂、NNW(西北偏北向)向大沽河斷裂控制的斷陷盆地。多種成因說明了膠州灣斷裂構造的發育程度和復雜的空間排列, 也說明其復雜的地質背景[12-13]。如今, 膠州灣地質構造的沉降, 加之圍海造路的影響, 導致濕地面積加速萎縮, 各流域自然分流的趨勢越來越明顯。

圖1 自然因素和人為因素作用下膠州灣濕地的退化現狀Fig. 1 The natural factors and human factors in degradation of the Jiaozhou Bay

2.1.2 氣候條件和海平面上升

膠州灣是個灣口小、腹部大的“葫蘆型”海灣, 受到海洋環境的直接調節, 兼具華北暖溫帶季風氣候與顯著的海洋性氣候特點[14]。空氣濕潤, 氣候溫和, 雨量較多, 四季分明, 且具有春遲、夏涼、秋爽、冬長的氣候特征。春季溫度回升緩慢, 較內陸遲 1個月; 夏季濕熱多雨, 但無酷暑; 秋季天高氣爽, 降水少, 蒸發強; 冬季風大溫低, 持續時間長。根據1898年至今青島100多年的氣象資料表明: 膠州灣全年8月份最熱, 平均氣溫25.1℃, 1月份最冷, 平均氣溫零下1.2℃。年平均降水量681.4 mm, 但相較于降水較多的年份, 近30～40年來降水逐漸變少, 降水量年內變化為“單峰型”, 7、8月降水量最多[15]。集中且大量的降水致使水量增加,周圍土壤長期或間歇性的覆水, 加速了該區域的沼澤化。同時, 與 100年前相比, 膠州灣平均最低氣溫升高了0.5℃, 與全球氣候變暖趨勢相吻合。氣候變暖導致海水體積膨脹、極地冰川加速融化, 進而引起絕對海面上升。據中國國家海洋局2011年海面監測與分析數據顯示: 近30年中國沿海海面總體上呈波動上升趨勢, 平均上升速率為 2.6 mm/a, 高于全球平均海面上升速率。而海面上升及其引起的海水入侵、海岸侵蝕加劇是引起膠州灣濱海濕地加速退化的又一重要原因。

2.1.3 水文

膠州灣的河流均為季節性河流, 徑流量完全受大氣降水控制, 年變化大, 分配不均, 夏秋豐富, 冬春斷流。膠州灣承接四河流域的水量, 包括大沽河平均年徑流量為 4.5×1011L, 墨水河年平均徑流量為0.1×1011L , 白沙河年平均徑流量0.5×1011L, 洋河多年平均徑流量0.5×1011L, 總計約為5.6×1011L。每年7～8 月, 大量水流過境時, 由于地勢低洼, 常常是短時間內產生較大地表徑流量, 水不能及時外排,加之黃海的水位高出膠州灣海域數米, 大大增加了排水的難度, 使膠州灣內澇比較嚴重, 土壤潛育化加劇。而近 30～40年由于氣溫升高和降水量減少,導致河流徑流量和輸沙量減少, 景觀發育程度低,進而致使沿海地區地下淡水與海水之間的水力平衡遭到破壞, 導致海水從海洋一側向內陸倒灌形成海水入侵。膠州灣沿岸的海水入侵多發生在河道下游的地下水枯水區和長期存在的地下水漏斗區。20世紀70年代在白沙河、墨水河下游最先發現海水入侵,之后大沽河下游等地也出現了海水入侵, 且范圍不斷加大[15]。嚴重的海水入侵導致沿海地區地下水咸化和土壤鹽漬化, 自然濕地退化, 植被退化演替。同時據記載, 近幾十年來曾出現多次對山東半島海岸侵蝕影響較大的風暴潮過程。由于風暴潮的影響, 研究區海岸侵蝕現象嚴重。膠州灣的紅石崖至大石頭岸段、紅島南岸等部分岸段因海岸侵蝕形成了活海蝕崖、海蝕柱等海蝕地貌(青島市史志編纂委員會,1997)。

2.2 人為因素

2.2.1 人口壓力

人口基數的迅速增長(表2)給膠州灣帶來了許多相關性的問題, 人多地少必然要進行圍墾, 產生大量的澇漬地來種植糧食, 除了要滿足人們對糧食的需求還要滿足對住房等建筑設施的需求, 由于農村建房缺乏統一規劃, 造成了更多耕地的浪費。同時,濕地是工農業和居民生活的主要水源地, 人口增多必然伴隨著地下水資源的需求量增加, 過度地不合理用水已使濕地水文及水文地質條件受到威脅, 濕地供水能力受到影響。水位下降加劇了濕地水量與地下水的交換, 使濕地水體大量補給地下水, 以達到新的水量平衡, 致使濕地面積衰減。總之, 由于人口壓力, 膠州灣濕地不斷被侵占, 水域面積不斷縮小。

表2 人口增加與時間的比較Tab. 2 Comparison of population growth and time

2.2.2 圍海造陸、修建水庫

膠州灣不僅為青島的航運提供了終年不凍的天然港區, 還為漁業、鹽業生產和軍事活動提供了條件優良的重要場所。圍海造陸是導致膠州灣沿岸各類自然濕地不斷萎縮的最重要因素之一。如建設碼頭、蓋廠房、修護岸、造陸連島、掘蝦池、圍鹽田以及修建部分旅游設施等, 占用大量天然濕地, 改變其用途, 1935～1992年潮間帶灘涂濕地的面積由 285 km2減小到85 km2, 不足1935年面積的1/3, 至2010年潮間帶灘涂濕地面積僅為58.97 km2。無度地圍填海勢必要導致納潮量的減少, 1935～2005年膠州灣納潮量由 12.67×108m3減至 9.02×108m3, 減少28.79%, 而納潮量的減少將導致海水自凈能力降低, 最直接的影響是生態環境惡化, 正常的生物遷徙受到干擾, 物種多樣性受到嚴重威脅。大沽河上游水庫工程的新建使得河流尾閭得不到足夠的水量補充而逐漸萎縮, 水質惡化, 直至消亡。水庫工程切斷了洄游魚類的通道, 使得洄游魚類資源衰竭, 也妨礙河水與海水發生直接交換, 導致濕地植物群落發生變化, 沼澤化進程加劇。同時, 城鄉交通網絡的建設, 也使濕地被分割成大大小小的斑塊, 切斷了濕地之間的水力聯系, 天然濕地被隔離成零散的斑塊,破壞了濕地生態系統的完整性, 打破了原有的營養食物鏈。

2.2.3 環境污染

膠州灣濱海濕地是青島市環膠州灣陸源污染物的最終承泄區, 由于城市的不合理規劃、擴建、與日俱增的人口壓力、養殖池面積增大(圍海養殖嚴重超量)、農業生產集約化程度提高, 通過河流或直接排入膠州灣的各類陸源污染物越來越多, 其中排入膠州灣的工業廢水中含污染物最多, 其次是農業廢水、海水養殖廢水和大氣沉降, 生態安全遭到了極大的威脅。1980年青島市區251家工廠向膠州灣排放工業廢水 7.02×107t, 當時膠州灣東部潮間帶灘涂濕地污染最嚴重。到20世紀80年代末, 環膠州灣及青島市區前海一線3類48個排污點源每年向膠州灣排放的廢水總量為 1.52×108t。1999年通過大沽河、墨水河、李村河、海泊河、團島污水處理廠、市政排污口等排放到膠州灣的污水總量更是增加到 1.74×108t, 且陸源污染物由東岸向膠州灣排放逐步轉向由西岸入海。大量工業污水廢水排入膠州灣濕地后, 造成了濕地底質和水體污染, 生活污水消耗水中溶解氧, 使耗氧量和營養鹽濃度增高, 浮游植物、底棲生物多樣性下降。同時, 傾倒建筑垃圾、生活垃圾的現象也十分突出, 導致區內河道及洼地嚴重淤積等嚴重后果[16]。

3 膠州灣濕地的生態恢復對策

退化濕地的生態恢復與重建是指通過生態技術或生態工程措施對退化或消失的濕地進行修復或重建,恢復濕地受干擾前的結構、功能及相關的物理、化學和生物特性[17]。生態恢復目標一般包括: 生態環境的恢復、景觀的恢復、生態系統結構與功能的恢復、生物種群的恢復等多個方面。退化濕地的生態恢復與重建應遵循整體性、可行性、稀缺性和優先性原則以及經濟、生態和社會效益統一等原則[18]。

3.1 加大環保宣傳力度, 提高生態安全意識

保護濕地是我國的新型事業, 許多人對其服務功能缺乏認識, 濕地保護工作未能引起足夠的重視。因此, 必須把宣傳教育作為第一要務來抓。

青島市充分利用“愛鳥周”、“野生動物宣傳月”和“世界濕地日”等各種機會, 采取多種渠道, 開展形式多樣和喜聞樂見的宣傳方式, 如科普講座、制作專題片、環保志愿者等活動, 進一步加強輿論監督,表揚先進典型, 使其自覺地加入到濕地保護與管理的行列中來, 推動濕地保護、恢復和科學開發利用等工作的進行。其次, 還要完善信訪、舉報和聽證制度,特別要加大警示宣傳的力度, 提高公民環保意識,使濕地保護成為各級領導和廣大人民群眾的自覺行為。此外, 要對濕地的管理者開展技術培訓, 提高其專業技能和管理水平。多管齊下, 使濕地保護成為決策者和人民群眾的共同行動, 緊密聯系“環灣保護、擁灣發展”戰略的實施, 把加強膠州灣濕地保護、管理和建設與把膠州灣打造成為生態、經濟和生活岸線的發展目標結合起來, 努力形成全社會支持、參與濕地保護事業的局面。

3.2 加強綜合管理監測手段, 建立完善法制法規

大力整治流域和區域環境污染, 在膠州灣濕地的保護和建設中非常重要。合理控制捕撈業生產規模, 規定合理的禁漁期和禁漁區[19]。必須明確提出流域和海域水質目標, 嚴格控制農業污染, 鼓勵使用高效、低毒、低殘留的有機農藥, 指導農民科學、合理施用化肥, 防止造成濕地環境污染; 嚴格控制濕地內畜禽養殖業和水產養殖業的污染, 劃定畜禽禁養區; 從源頭上控制污染物的排放, 特別是對工業廢水和城市生活污水應加大處理力度, 最終基本杜絕區域外污水經河道流入濕地, 同時對區域內的工業污水和生活污水統一納入城市污水管網, 實施達標排放, 多措并舉切實落實好“節水、引水、放水、滲水、養水”的行動; 建立垃圾收集、處理系統, 徹底改變濕地現狀。同時盡快強化完善濕地生態系統的科研監測體系, 選擇具有典型代表性、生物多樣性受威脅和壓力比較敏感的區域建立定位監測點, 進行定位研究[20]。監測內容包括: 氣候、水文、土壤、生物和濕地利用保護、管理狀況(圖2)。

圖2 膠州灣濕地生態系統監測內容Fig. 2 Monitoring content of Jiaozhou Bay wetland ecosystem

目前, 與濕地保護最為相關的法規為《中華人民共和國自然保護區條例》(1994年)和《國務院辦公廳關于加強濕地保護管理的通知》(2004年), 但是缺少專門針對濕地保護的法規。因此為膠州灣濕地保護工作制定完善的法律法規體系, 填補法規中的“空白點”具有十分重要的意義, 例如加快制定污染物排放總量控制、生態保護等方面的法律、法規。加強水資源管理制度的落實, 嚴格實行取水許可制度,制定科學的用水總量控制和定額管理指標體系。建立完善長效保護機制, 成立濕地保護管理機構, 建立濕地保護投資、生態補償機制, 使膠州灣濕地保護有法可依, 有章可循。針對研究區人口增長過快, 對資源呈掠奪式開發的特點, 應通過行政立法控制人口數量, 恢復環境承載力, 甚至在適當的條件下, 進行生態移民, 退耕還海。

3.3 探尋綠色生態路線, 推廣植物修復手段

所謂植物修復是利用綠色植物來轉移、容納或轉化污染物, 使其對環境無害。通過篩選和培育超富集植物, 利用植物把土壤中的有毒重金屬元素吸收起來, 再將植物收獲, 回收植物中的重金屬物質。植物修復的對象是重金屬、有機物或放射性元素污染的土壤及水體。研究表明, 通過植物的吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用, 可以凈化土壤或水體中的污染物, 達到凈化環境的目的。

濕地本身具有一定的自我凈化能力, 植物修復、微生物修復技術在環境修復中應用較為普遍, 實驗證明, 通過引入適宜的植物, 可凈化水體, 清理水體中的污染物, 有效修復濕地和提高物種多樣性。例如,在日本及紐西蘭, 研究人員把某些受鋁誘發的基因植入植物體內, 可使植物生存在高濃度鋁的土壤中。在中國也有這樣的先例, 1999年開始, 在國家“863”、“973”計劃和自然科學基金重點項目的支持下, 地理科學與資源研究所環境修復中心研究組篩選出一種砷超富集植物, 解決了砷污染土地的關鍵難題, 開創了砷污染土地植物修復工程的先河, 并且先后在廣西河池和云南紅河州推廣應用。

根據青島市綠地系統及膠州灣濕地保護區建設相關規劃, 適宜引入和推廣的植物約 20種, 分為喬木類、灌木類、草坪類和水生植物等。其中, 喬木類植物包括刺槐、合歡、楊樹、垂柳、國槐等, 灌木類植物包括金銀木、木槿等, 花草類植物包括紅三葉、白三葉、堿蓬等, 草坪類植物包括高羊茅、黑麥草等,水生植物包括蘆葦、香蒲、水蔥、睡蓮等。據介紹, 這些植物均具有重金屬超富集特征, 在清理污染物、凈化水環境上是公認的“高手”。可根據膠州灣入海遠近、需水量多少、地類特點等因地制宜, 種植不同種類的綠色植物, 達到消減入海污染物、保護生態環境的目的。

3.4 建立濕地自然保護區, 發展濕地生態旅游

以打造“中國黃金海岸”為目標, 統籌規劃, 進一步整合沿海旅游資源, 強化濱海大旅游觀念[21]。建立濕地自然保護區和濕地公園是保護濕地的重要措施, 科學地把膠州灣濕地劃分為核心區、緩沖區和實驗區, 全面維護濕地生態系統的特性和基本功能[22]。根據不同的區域和類型, 采取不同的保護手段, 需要絕對保護的區域應建立濕地自然保護區, 可以改造、恢復、利用的區域應建設濕地公園。根據《青島市 2001～2050年全市野生動植物保護及自然保護區工程建設總體規劃》, 大沽河河口和膠州灣濕地將建立自然保護區[23]。

濕地公園是指納入城市綠地系統規劃、具有濕地生態功能和典型特征的, 以生態保護、科普教育、自然野趣和休閑游覽為主要內容的公園。自然性、生態性是城市濕地公園的核心, 同時又突出了科普教育內容和自然文化屬性, 強調充分利用濕地的景觀價值和文化屬性, 豐富居民休閑游樂活動的社會功能[24]。目前專家根據膠州灣濕地的特點, 規劃了5大濕地公園, 分別是女姑口濕地公園、桃源河濕地公園、洋河濕地公園、紅島濕地公園、少海濕地公園。這些濕地公園計劃打造觀鳥平臺、濕地游園等景觀設施和配套設施。建設濕地公園, 不僅是對濕地實行有效的保護, 還是對濕地進行科學合理的開發利用。建立濕地公園應首先合理規劃分區, 根據濕地保護及功能要求, 將公園劃分為: 核心無人保護區、生態游憩區、游客服務區等多種生態區; 其次, 因地制宜地將文化多樣性與生物多樣性結合, 針對濕地附近廟宇等文化建筑進行修繕和改建, 建立能與濕地文化相繼開展的文化保護區; 最后, 園區內根據服務功能需要布置一些園路、木棧道、景亭、生態凈化池、鳥巢和服務房等, 在材料選擇上采用風格統一、易融于環境的天然材料, 如木材、石材等, 同時在造型設計上也要貫徹生態節能的理念, 在符合現代審美要求的基礎上盡量減少能源消耗。

3.5 建立淺灘濕地恢復與補水工程

由于膠州灣濕地出現少量廢棄的養殖池和鹽田,在自然狀態下已形成部分淺灘。針對這些淺灘進行微地形改造和植物恢復, 可達到吸引涉禽和提升生物多樣性的目的。主要處理方法為: 將塘埂做平整處理后, 大部分塘埂削至常水位以下, 在中間區域保留部分塘埂; 同時進行水下地貌塑型, 在局部區域進行適當挖深, 形成一個整體相對平整、局部高程有起伏的水下地形, 最終形成一個具有不同風貌的淺灘濕地, 為眾多的涉禽提供棲息地和取食場所, 提高生境多樣性和生物多樣性[25]。受氣候干旱和上游生產生活用水的影響, 膠州灣濕地普遍缺水。水是濕地之根本, 沒有水就沒有濕地。為了從根本上遏制濕地面積減少和功能退化趨勢, 必須實施濕地補水工程措施。在充分利用膠州灣現有的引水工程和輸水干渠的同時還要適當擴建、新建引水工程, 對新建工程進行合理布局設計, 適時開閘放水、人工降水, 保證濕地生態需水和城市生產生活用水[26]。由于膠州灣地處暖溫, 帶海陸交接, 易有洪水災害發生, 在充分考慮洪水影響下, 可利用洪水作用, 補充地下水水源補給, 加速恢復退化濕地或維持濕地的動態, 此外, 加強城市污水處理, 嚴格控制污染物排放, 確保排灣水達標[27]。

3.6 制定濕地總體規劃, 開展廣泛國際合作

濕地的保護和開發利用, 是一項多學科、多效益、多產業、跨部門的綜合性系統工程, 涉及農、林、水、海洋、計劃、交通、科教、經貿、建設、環保、國土等多個部門, 需要統一組織領導、積極配合、密切協作才能搞好。為此, 要按照統一的濕地保護行動計劃, 重點抓好退耕還林, 退田還湖, 治理水土流失,防治生態污染, 合理調配水量和節約用水。此外還需構建突發性環境污染事故監測預警系統, 突出功能建站, 完善濕地自然保護區的創新監測管理體制,建立科學的監測評價和預警管理體系, 配置監測設備和人員防護及通信設備, 拓展檢測項目, 完善實驗室管理系統, 逐步開展毒性檢測, 及時準確的監測預警各類環境突發事件, 滿足環境管理的需要。

進一步開展濕地生態系統研究方面的國際合作,開展各種交流活動。研究保護與合理利用模式, 力求通過多渠道、多方式提高保護與管理水平。同時, 創造政策、資金、宣傳等優惠條件, 吸引更多的專家、學者參與考察、研究, 推動膠州灣濕地保護工作的有效開展。

4 結語

隨著社會的發展, 膠州灣濕地生態系統開始受到自然干擾和人為干擾的共同作用, 而且人為干擾的強度在不斷增加。在人類對濕地認識的不斷提高,濕地保護等政策的出臺及科學技術進步等的共同影響下, 人們開始對膠州灣濕地進行生態保護和修復,且取得了一些成果。本文在對膠州灣濕地的退化表現和影響因素分析的基礎上, 初步提出了膠州灣濕地生態修復的一些建議, 為濕地保護工作的開展提供支持。

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