退化灘涂生態修復研究進展

魏海峰　陳怡錦　夏　寧　孫　悅　田山川

（大連海洋大學近岸海洋環境科學與技術重點實驗室，大連海洋大學農業部北方海水增養殖重點實驗室，遼寧 大連116023）

灘涂一般指沿海灘涂，海洋行政管理部門認為灘涂是平均高潮線以下低潮線以上的海域。灘涂是由陸地生態系統向海洋生態系統的過度地帶，是十分脆弱的生態敏感區，也是重要的環境資源，具有重要的生態功能（陳洪全,2016）。我國灘涂面積217.04萬hm2，分布于南到廣西，北到遼寧的廣大沿海地區。隨著我國經濟的高速發展，各地沿海地區填海造地、興建港口、石化產業等對灘涂造成了嚴重的生態破壞和環境污染，使得很多灘涂喪失了原有的生態功能。通過生態技術或者工程技術的方法對退化或污染的灘涂進行修復或重建，恢復原有的生態結構和功能對于灘涂保護具有十分重要的意義。

1　灘涂生態退化現狀和存在的問題

1.1　填海造地侵占大量灘涂

隨著我國沿海地區經濟的快速發展，沿海用地矛盾日益突出，填海造地用于碼頭、電廠、臨港工業區等海洋工程侵占了大量的灘涂面積，2000-2010年環渤海地區圍填海面積1 573 km2。與20世紀50年代相比，紅樹林面積消失了60%，珊瑚礁面積減少了80%，海草床絕大部分消失。目前我國沿海灘涂面積約為5.8萬km2，比10年前減少了約1.36萬km2，約占1/4。在灘涂上修建公路、橋梁和大壩會引起附近灘涂的水文動力發生變化，水交換不充分，污染物得不到稀釋，進一步導致灘涂功能退化、生物多樣性降低。例如大連莊河某地灘涂中修建了一座不通水的公路橋通往海上小島，改變了水文動力學，加速了原有灘涂的退化進程。此外，在灘涂建造海參養殖池塘，向灘涂排放大量水產養殖廢水也是導致灘涂退化的原因之一。

1.2　沿海灘涂污染嚴重

2016年國家海洋環境質量公報中指出，遼東灣、渤海灣、萊州灣、江蘇沿岸、長江口、杭州灣、浙江沿岸、珠江口為嚴重污染海區，主要污染物是氮磷和石油類。可監測的76%以上的灘涂處于亞健康和不健康的狀態，入海排污口鄰近海域的環境質量狀況總體較差，91%以上的排污口無法滿足所在海域海洋功能區的環境保護要求。排海污水主要有工業廢水、生活污水、農業污水3大類。隨著濱海地區經濟和工業化的迅速發展，填海造地、大規模工業建設及灘涂水產養殖的快速發展帶來的工業污染、農業污染、生活污染、養殖廢水、港口船舶污染等典型污染，造成近海環境污染日趨嚴重（袁建軍,2001）。近海海水中的重金屬汞、鉛和硫化物等物質可能來源于內陸的石油化工、交通運輸以及燃煤發電等行業（韋朝海,2012）。海洋的主要污染物質，如耗氧有機物質、重金屬、無機氮、磷酸鹽等營養鹽類等，大多在工業、農業生產中形成，有的未經處理或者部分處理后通過河流、大氣或人為傾倒等方式進入海洋，導致了沿海灘涂污染的進一步加劇（王淼等,2006）。Sylaios（2012）采用海洋動力學模型對由于筑壩造成的灘涂底質的損失進行了估算，并提出了減少沉積物損失的建議。

在大規模高密度灘涂貝類養殖生態系統中，貝類排出的代謝廢物，如氨氮和磷酸鹽顯著提高了養殖區的營養鹽濃度，加大了水體的富營養化程度。袁秀堂（2011）研究發現生物活動過程中產生的糞便及假糞等生物沉積導致灘涂淤積速度明顯加快，底質中有機物的含量急劇增加，耗氧有機物的增加使底質呈厭氧狀態，病原微生物大量繁殖，進而增加了貝類死亡的風險。宗虎民等（2017）指出海水養殖污染貢獻率雖然總體上仍小于陸源排污，但其氮、磷產出量已占有較大比例。在我國海水養殖規模及產量持續維持在較高水平的情況下，海水養殖已成為近岸海域重要的污染源之一。沿海灘涂底質是氮、磷的主要蓄積庫，其對上覆水環境具有凈化功能，但灘涂中耗氧有機物、氮和磷遇到大的風浪條件下，通過風力擾動、生物擾動作用將氮、磷等內源性營養物質重新釋放到水體中，造成水體富營養化，針對TN、TP、TOC也應進行相應的去除及修復。

1.3　部分沿海地區灘涂植物生物入侵嚴重

目前我國出現灘涂生物入侵的區域主要包括廣西北海、浙江樂清灣、福建寧德三沙灣（周在明等,2017）、江蘇鹽城、山東東營等多個沿海灘涂。入侵的物種主要包括互花米草Spartina alterniflora（侯棟梁，2015）、大米草Spartina anglica等。這些外來植物侵占了原有灘涂貝類、底棲動物的生存空間，使原來的灘涂喪失了原有的生態功能。

2　灘涂生態修復策略與方法

沿海灘涂退化，導致生物多樣性銳減，灘涂貝類養殖產量的降低，灘涂養殖區域的面積減少（夏培艷等,2011）。為了減少灘涂養殖資源的破壞和避免生態的進一步惡化，利用人工措施對已受到破壞和退化的灘涂進行生態恢復是改善灘涂養殖現狀的重要途徑之一。在廣泛開展污染灘涂調查的基礎上，搞清楚灘涂中主要污染物的種類和數量，有針對性地采用物理方法、化學方法和生物學相結合的方法，提出灘涂生態修復的解決方案（薛超波,2004）。灘涂生態修復主要有以下3種方法。

2.1　物理修復

物理修復是最簡單易行的灘涂環境修復方法，通過利用機械翻耕的方法改善灘涂底質的通氣性，創造耗氧有機物被氧化的環境，達到降低污染物含量的目的。通過機械翻耕可以使底質深處的耗氧有機物與氧氣的接觸機會，促進污染物分解，可使底質的化學需氧量(COD)減少。同時，翻耕可增加底質的透氣性和透水性，增強其綜合生產能力，但翻耕會造成底質中大量的營養鹽類發育，促進物質的溶出，造成赤潮的發生。常見的物理修復方法還有壓沙（馬紹賽,2005），即取清潔無污染的沙子在污染區域覆蓋，可以有效解決有毒污染物，如硫化物、氨氮對貝類的毒性作用，但這種方法不能從根本上解決底質中耗氧有機物含量高的問題，同時修復成本較高，因此在實踐修復過程中不建議采用這種修復方法。灘涂物理修復過程中的難點在于灘涂每天都會潮漲潮落，自然條件具有不可控性，因此翻耕后對底質修復效果還有待進一步評估。當前國內外關于灘涂現場的生態修復研究較少，具體的機械翻耕修復方式、方法、評估的參數等還有待進一步的研究。Huang（2014）在臺灣北門海灘采用竹片固化退化灘涂的方法，實現了當地沙化灘涂的生態修復。Liu（2016）提出退養還灘，即將灘涂上建造的養殖池塘恢復為原有的灘涂形態也是生態修復的一種重要方法，這種修復方法在我國盤錦灘涂濕地已開始大面積推進。

2.2　化學修復

在底質中加入化學底質改良劑，使底質中的有害物質和化學試劑反應，使其毒性降低甚至完全消失。受污染的灘涂通常由于底質中耗氧有機物大量積累，導致底質缺氧，氨氮、硫化氫濃度升高，進而威脅貝類的生存（馬紹賽,1997），因此可以采用投加化學改良劑，氧化耗氧有機物、降低底質中有毒的氨氮及硫化氫的含量。灘涂改良劑的主要成分包括過硫酸氫鉀、生石灰、過氧化鈣以及螯合劑等，通過底質改良劑的強氧化性實現底質耗氧有機物、氨氮及硫化氫的氧化作用。底質改良劑的方法通常使用在池塘養殖過程中，為養殖生物提供良好的生活環境，但在灘涂的底質修復中還未見報道。

2.3　生物修復

2.3.1動物修復 灘涂底質生態修復所用的修復生物一般為多毛類，如沙蠶等。沙蠶、單環刺螠等生物適宜生活在北方灘涂區域，通過雙齒沙蠶Perinereis aibuhitensis、單環刺螠Urechis unicinctus等生物的攝食、活動改善底質的通氣狀況，降低底質中耗氧有機物的量。陳惠彬（2005）在大沽河口灘涂開展了生態修復研究，使用了毛蚶Scapharca subcrenata、青蛤Cyclina sinensis、沙蠶和雜色蛤Ruditapes variegata作為修復生物，結果表明：沙蠶修復區域有機物、總氮總磷和汞等污染物出現了顯著下降，沙蠶活動降低了底質的異質性。牛俊祥（2014）等研究表明，投放雙齒圍沙蠶對底質修復效果明顯，0.28 kg/m2密度組對TN、TP的去除效果及0.14 kg/m2、0.21kg/m2密度組對TN、TP及TOC的去除效果較對照組均達到了顯著水平（P＜0.05），其中0.21 kg/m2密度組對TN、TP及TOC的修復效果最佳。根據灘涂貝類養殖區底質環境修復實驗研究(牛俊祥,2014)，發現物理方法和生物方法是灘涂修復的有效方法，在實際應用中成效顯著。2015年葫蘆島興城市對污染的灘涂開展了生態修復，投入了沙蠶1.275萬kg，累積修復灘涂面積110 hm2，取得了顯著的生態修復效果。

2.3.2微生物修復 微生物修復技術在土壤污染治理中的應用較為普遍，其原理是通過微生物的活動將難降解的有機物，如石油類、農藥類等持久性有機物，通過接種特異性的微生物種群，輔以相應的管理措施，實現對受到石油污染土壤的修復。呂棟（2013）從海洋中篩選了三株以石油烴作為唯一碳源類的高效降解菌，在石油污染區域進行了應用，取得了較好的修復效果。王騰（2015）在實驗室模擬了灘涂溢油污染，研究了三株石油降解菌對石油污染物的去除效果，利用微生物法可有效降解沉積物中的油類污染物，同時對環境影響較小。馬艷玲等（2004）在對脫硫細菌的篩選及其對硫化氫降解性能的研究發現，一株脫硫活性較高的菌株——無機化能自養型的脫氮硫桿菌Thiobacillus denitrificans，其脫硫產物主要是硫酸根離子。硫氧化細菌菌株DS-7能夠高效快速去除廢水中的硫化物,該菌4 h的硫化物去除率達到95%以上,相應的硫轉化率最高達45.08%（趙鵬,2016）。

2.3.3植物修復 大型藻類能夠快速、大量吸收水體中的營養鹽，降低富營養化海水中的溶解態氮和磷的含量。利用大型海藻、海草對淺海富營養化嚴重的海區進行修復，成為一種十分流行的生態修復方法（林貞賢,2006）。在富營養化嚴重的海區人工栽培大型海藻易形成規模，且易于收獲，海藻生長迅速，能從環境中吸收大量的氮、磷，同時能夠實現海洋的固碳作用。江志兵（2006）指出利用大型海藻具有經濟性、再利用性、無二次污染和快速性的優點。雖然大型藻類生態修復效果顯著，但對于北方污染的灘涂來說，由于灘涂具有潮漲潮落、定期干露等特點，使得傳統用于淺海的海藻生物修復技術沒有用武之地，因此灘涂區域如何開展植物修復成為未來灘涂修復的研究重點之一。

生物入侵灘涂主要采用鹽堿地特有的植物進行生態修復。成海等（2017）利用鹽城當地鹽地堿蓬Suaeda salsa作為修復的植物物種，對互花米草入侵的灘涂成功進行了修復。陳志明（2016）在浙江樂清灣通過種植紅樹林，有效實現了灘涂濕地生態系統的恢復和可持續發展。

3　研究展望

灘涂是不可替代的自然環境，保護灘涂與保護海洋環境同樣重要。目前灘涂生態修復的研究還遠不能滿足工作的需要，由于管理部門缺乏相應的標準，不能對灘涂生態修復的效果作出科學、準確的評估，因此需要在以下3個方面開展灘涂生態修復研究。

3.1　灘涂退化機制問題的研究

近30年來，我國灘涂受到多方面因素的影響，出現了嚴重的生態退化問題，南北方灘涂退化呈現出不一樣的退化方式，不同類型的灘涂退化機制、灘涂的生態演化過程及灘涂的生源要素地球化學循環過程是未來灘涂研究的方向之一。

3.2　灘涂生態修復方法的優化

盡管國內一些研究機構開展了一些灘涂的生態修復研究，但目前修復方法尚不成熟，不能夠滿足當前社會、企業和政府對灘涂修復技術的需求，開發多種見效快、成本低，適合不同灘涂退化類型的生態修復技術是未來灘涂修復的重要研究方向。

3.3　灘涂生態修復效果標準的制定

目前，我國貝類養殖退化灘涂的修復還處于初級階段，僅在山東威海及上海幾個地區開展了灘涂現場生態修復研究。隨著我國對濱海濕地環境保護工作的重視，越來越多的地方政府在嚴重退化的濱海濕地開展了生態修復研究及大面積推廣示范，但缺乏灘涂生態修復效果的技術標準，亟待開展灘涂污染發生機理、灘涂貝類養殖環境容量、灘涂貝類養殖清潔生產技術研究和研發，制定灘涂生態修復技術和生態修復效果標準，以滿足社會、企業和政府對灘涂生態修復的要求。