枯水期水位變化下菜子湖濕地生態修復

劉 芷 蘭，李 紅 清，石 義 軍，裴 看 元，柴 海 濤，江 波

(1.長江水資源保護科學研究所，湖北 武漢 430051； 2.長江水利委員會 湖庫水源地面源污染生態調控重點實驗室，湖北 武漢 430051； 3.安徽省引江濟淮集團有限公司，安徽 合肥 230000； 4.安徽省引江濟淮生態發展有限公司，安徽 合肥 230000)

0 引 言

湖泊濕地具有調節河川徑流、涵養水源、凈化水質、調節氣候、維持生物多樣性等重要生態功能。然而，受自然因素和人類活動的雙重影響，中國湖泊濕地生態環境總體形勢嚴峻，湖泊生態功能退化、富營養化、湖面萎縮等生態問題普遍存在[1-3]。生態修復，是生態保護和建設中的重點內容[4]，是以保護優先，自然恢復與人工恢復相結合的生態治理過程。自20世紀70年代以來，中國在全面加強湖泊濕地生態保護的基礎上，不斷加大湖泊濕地生態修復力度，開展了大規模的退化湖泊濕地修復治理工作，開發了大量湖泊濕地污染控制工程與技術，并且建立了一系列的示范工程，在退化湖泊濕地治理方面積累了豐富經驗，取得了顯著成效。

目前，中國湖泊生態修復技術主要針對湖泊水環境治理問題[5]，針對水文影響的濕地生態修復技術也大多針對受損湖泊濕地[6-7]，修復措施包括物理、化學與生物技術，以生境營造、植被恢復和生物調控技術為主[8]，基本為“事后干預”。如果只聚焦已退化生態系統退化過程，而忽視引起生態系統退化的主要驅動因子，則將重走“末端問題治理”的老路[9]。因此，在生態修復技術中加強對潛在環境影響的“提前干預”顯得十分重要且必要，對推進生態文明建設、保障國家生態安全具有重要意義。

引江濟淮工程是一項跨流域、跨省的重大戰略性水資源配置和綜合利用工程，溝通長江、淮河兩大水系，具有供水、航運等綜合效益。工程運行后，菜子湖作為調蓄湖泊，規劃水平年2030年和2040年枯水期水位抬升造成灘地濕地和草本沼澤濕地總面積分別減少10.2%和13.9%，對菜子湖越冬候鳥棲息和覓食產生一定不利影響[10]。

本文基于菜子湖濕地生態現狀調查結果，在綜合考慮菜子湖引江濟淮工程建設與運行特點，以及菜子湖濕地生態特征演變的情況下，確定菜子湖濕地修復目標，開展菜子湖濕地試驗性區域生態修復(微地形改造與植被修復)及湖濱帶區域植被修復。本文提出在菜子湖濕地生態修復工程實施后，即時開展跟蹤監測與生態修復實施效果動態評估，為進一步優化濕地生態修復技術或在湖區其他區域相機實施生態修復工程提供基礎。本研究可為引江濟淮工程濕地生態保護提供技術支撐，為長江中下游濕地生態修復人工干預技術研究提供參考。

1 菜子湖濕地概況

菜子湖是典型的長江中下游淺水通江湖泊濕地，是白頭鶴(Grusmonacha)、東方白鸛(Ciconiaboyciana)、豆雁(Anserfabalis)和小天鵝(Cygnuscolumbianus)等候鳥在東亞遷徙路線上的重要越冬地和停歇地[10]。

2004年前，菜子湖濕地水生植被種類組成復雜，蓋度80%以上[11-13]；2004年以后由于圍網養殖業的發展，菜子湖植被有所減少；2007年以后，菜子湖逐漸進入強圍網養殖階段，水生植被蓋度50%左右[12-13]。受近20 a圍網養殖影響，特別是草食性魚類和蟹類大量投放，菜子湖植物種類組成趨向于單一化：苦草(Vallisnerianatans)、輪葉黑藻(Hydrillaverticillata)、馬來眼子菜(Potamogetonwrightii)等沉水植物逐漸被浮葉植物和挺水植物群落取代，整個湖區水生植被覆蓋度不足3%[13-14]。2017年年底前，菜子湖濕地內所有圍網基本全部拆除，為水生植物恢復創造了有利契機。根據柏晶晶等[12]調查結果，菜子湖濕地水生植被尚未完全恢復。菜子湖濕地生態植被演替情況見表1。

表1 1960年代至2010年代菜子湖濕地植被演替情況

自1959年建成樅陽閘后，水位人為調控調度過程維持了菜子湖豐水期水位上漲，枯水期(候鳥越冬期)灘涂出露的濕地變化節律[16]。引江濟淮工程運行后，菜子湖豐水期水位與工程實施前保持一致[10]，豐水期除菜子湖航道帶狀范圍內水深超過4 m外，湖區平均水深為2.50 m，基本上滿足金魚藻、苦草、狐尾藻等沉水植物的適宜生長要求。然而，菜子湖候鳥越冬期(11月至次年3月)水位抬升，會造成泥灘濕地和草本沼澤濕地出露面積減少，致使沉水植物在休眠期難以完成曬灘和露灘過程，影響物質循環過程。此外，菜子湖候鳥越冬期水位抬升會直接加劇以底棲動物和沉水植物塊根、塊莖為食物的越冬水鳥的取食難度，對候鳥越冬期水鳥的棲息和覓食產生不利影響。因此，綜合考慮菜子湖濕地植被退化、植被恢復及水位抬升影響等情況，有必要在菜子湖開展濕地生態修復，促使水生植被得到有效恢復。

2 菜子湖濕地生態修復框架

引江濟淮工程運行前，菜子湖現狀水文節律基本滿足苦草、黑藻、金魚藻(Ceratophyllumdemersum)和大茨藻(Najasmarina)等沉水植物對水位波動和水深變化的需求。工程運行后菜子湖豐水期水位基本不受影響，因此只需考慮工程枯水期水位變化影響下沉水植物修復對水深等的要求。

菜子湖濕地修復框架見圖1，生態修復的具體實施內容包括濕地修復目標確定、試驗性區域生態修復及湖濱帶植被修復。基于此，進一步提出在菜子湖開展生態修復動態實施效果評估，根據評估結果優化菜子湖濕地生態修復技術方案或在湖區其他區域相機實施生態修復。

圖1 技術框架

3 菜子湖濕地生態修復

3.1 濕地生態修復目標

菜子湖濕地生態修復目標主要是通過適當抬高局部區域高程，對菜子湖濕地進行生境改造和修復，穩定枯水期灘地和草本沼澤面積；同時，通過菜子湖濕地水生植物物種和群落修復，改善地形，改造區域、湖濱帶區域濕地生態系統結構與功能。

3.2 試驗性修復區域濕地生態修復

3.2.1試驗性修復區域確定

引江濟淮工程運行前，菜子湖候鳥越冬期多年平均水位為7.19 m。引江濟淮工程運行后，規劃水平年2030年，菜子湖候鳥越冬期水位按不超過7.5 m控制；規劃水平年2040年，菜子湖候鳥越冬期水位按不超過8.1 m控制。菜子湖候鳥越冬期水位上升至7.5 m或8.1 m時，會造成部分區域無法曬灘、露灘。一方面，這不利于濕生植物完成其生活史以及沉水植物進行物質循環，影響候鳥越冬期水鳥覓食條件；另一方面，會影響候鳥越冬期水鳥適宜生境范圍，降低其棲息生境面積。故本文首先根據引江濟淮工程運行對菜子湖濕地水文節律、濕地植物生長節律及濕地生境出露范圍的影響，確定菜子湖微地形改造區域總體布局。

菜子湖分布有嬉子湖、白兔湖和菜子湖等3個子湖，劃定有安慶沿江濕地省級自然保護區(菜子湖片區)、菜子湖國家濕地公園和嬉子湖國家濕地公園3個生態敏感區。其中安慶沿江濕地省級自然保護區(菜子湖片區)主要分布在白兔湖，菜子湖國家濕地公園主要分布在菜子湖，嬉子湖國家濕地公園主要分布在嬉子湖。根據菜子湖微地形改造區域總體布局，其修復區域具體分布在菜子湖和白兔湖2個子湖，涉及菜子湖國家濕地公園和安慶沿江濕地省級自然保護區。考慮到輸水線路先經過菜子湖再經過白兔湖以及2個生態敏感區的具體管理要求，本研究將試驗性修復區域確定在菜子湖國家濕地公園，具體選擇公元村南側西片區、公元村南側東片區和獅嶺村北側3個修復區域開展試驗性生態修復，涉及總面積44.6 hm2(見表2和圖2)。下文將以公元村南側西片區修復區域為例進行具體闡述。

表2 菜子湖區試驗性修復區域統計

注：1公元村南側西片區；2公元村南側東片區；3獅嶺村北側。

3.2.2微地形改造

2020年8月，對典型區域公元村南側西片區修復區域進行1∶1 000地形實測(見圖3)。其東北側區域整體地形基本在7.9 m以上，近期水平年菜子湖水位按不小于7.5 m動態調控和遠期水平年按不小于8.1 m動態調控時，基本不影響該區域曬灘、露灘，無須進行地形改造。公元村南側西片區西南側區域整體地形基本在7.4～7.9 m之間，面積約6 hm2，能滿足近期水平年水位按不小于7.5 m動態調控時露灘或維持淺水水域的需求(水深<0.50 m)；但當遠期水平年菜子湖水位按不小于8.1 m動態調控時，部分區域將無法完成曬灘、露灘過程。因此，需對公元村南側(西片區)修復區域的西南側約6 hm2的區域進行微地形改造。

圖3 公元村南側西片區等高線實測地形

為盡量營造多樣化的緩坡地形，采用階梯式抬高的方法對西南側的局部區域進行適當墊高(不超過60 cm)，使得西南側區約6 hm2的區域微地形改造后最大高程不超過8.5 m，西南側區域微地形改造后高程整體維持在7.4～8.5 m之間，有利于在候鳥越冬期水位抬升至7.5 m或8.1 m時營造適宜多種越冬水鳥的棲息生境。地形改造時，地形改造區域應不改變整體地形的結構，同時需考慮改造后的地形與周邊地形的融合度，避免出現陡坡、溝塹和孤立臺地，具體效果見圖4。

3.2.3植被修復

在微地形改造的基礎上進行植被配置，見圖4。綜合考慮菜子湖濕地植物優勢種、濕地植物適宜水深需求及越冬水鳥棲息特性和食性偏好，確定試驗性修復區域主要濕地植物種類及配置方式。菜子湖候鳥越冬期水鳥一般以陌上菅、肉根毛茛、朝天委陵菜、狗牙根等濕生植物的嫩葉和苦草等沉水植物的冬芽、塊根、塊莖等為食。植被配置中，沉水植物選擇苦草、黑藻、竹葉眼子菜(Potamogetonwrightii)和穗狀狐尾藻(Myriophyllumspicatum)等4種；根生浮葉植物選擇菱(Trapabispinosa)進行景觀點綴；濕生植物選擇陌上菅(Carexthunbergii)、肉根毛茛(Ranunculuspolii)、朝天委陵菜(Potentillasupina)、狗牙根(Cynodondactylon)等4種。公元村南側西片區修復苦草面積1.2 hm2，修復黑藻1.2 hm2，修復竹葉眼子菜1.0 hm2，修復穗狀狐尾藻0.9 hm2，修復菱0.1 hm2，通過濕地植物種子庫修復濕生植物面積4.4 hm2。

圖4 公園村南側西片區整體修復設計示意

3.3 湖濱帶區域植物配置

湖濱帶修復植物配置主要考慮菜子湖歷年水位變化過程及引江濟淮工程運行對菜子湖水位的影響。

引江濟淮工程運行后，菜子湖水位從3月份開始逐步上升。對于高程8.1 m以上的區域，其初期水位對應的水深比較適宜沉水植物生長。根據水位條件，適時(水深在50 cm內時)在高程8.1～9.4 m的適宜區域進行沉水植物播種、移栽、分株、扦插。同時，沿湖濱帶在高程7.0 m以上的區域構建沉水植物、浮水植物、挺水植物、濕生植物組成的植物群落帶，其中挺水植物主要種植在距離水岸線一定距離且高程在8.1 m以上的原有圩堤處，一方面為越冬水鳥營造隱蔽的棲息生境，另一方面可減緩航道內船行波可能對覆水淺灘產生的影響。

在高程7.0～8.1 m的范圍內適時種植沉水植物大茨藻、根生浮葉植物四角菱；在高程8.1～8.5 m的范圍內適時種植沉水植物黑藻、菹草、穗狀狐尾藻、金魚藻和竹葉眼子菜及根生浮葉植物莕菜和四角菱；在高程8.5～9.4 m的范圍內種植沉水植物苦草、根生浮葉植物芡實；在高程9.4 m以上的區域沿高程梯度構建挺水植物蘆葦、菰、紅蓼、酸模葉蓼及濕生植物陌上菅、朝天委陵菜、肉根毛茛等組成的植物群落帶。湖濱帶區域植物配置剖面示意見圖5。

圖5 湖濱帶區域植物配置剖面示意

3.4 濕地生態修復目標可達性分析

試驗性區域修復選擇的植物種多為鄉土種而且為菜子湖濕地歷史時期的優勢種。除部分植物主要起景觀點綴功能外，大部分植物為喜食植物塊根塊莖的水鳥的重要食物源。

對于大部分沉水植物(苦草、黑藻、竹葉眼子菜和穗狀狐尾藻等)而言，其生長初期(4～5月)對水位(適宜水深)要求相對較高。從修復區域地形改造后的高程和菜子湖長時間序列水位數據來看，部分年份的水位可能無法滿足沉水植物生長初期(4～5月)對水位(適宜水深)的要求。但規劃水平年2040年候鳥越冬期菜子湖水位按不超過8.1 m運行時，菜子湖3月平均水位較現狀有一定程度的抬升，因此其生長初期(4～5月)的水位也基本維持在8.1 m以上，從總體上能滿足苦草、黑藻、竹葉眼子菜和穗狀狐尾藻等沉水植物對水位(適宜水深)的要求。

濕地生態修復效果存在較大不確定性，加之本文綜合考慮水位抬升和濕地修復復合影響，故具體修復效果需結合濕地生態跟蹤監測和修復實施效果評估進一步深入分析和論證。

3.5 濕地生態跟蹤監測與實施效果評估

菜子湖濕地生態修復目的是通過對引起菜子湖濕地生態系統退化的主要驅動因子進行 “提前干預”，改善濕地生態系統退化趨勢、降低工程運行引起的水文節律變化對湖泊濕地生態的不利影響。然而，菜子湖濕地生態修復實施后，能否達到預期的生態修復目標，試驗性修復是否能在菜子湖其他區域進行推廣，菜子湖濕地生態修復技術能否在更大尺度進行推廣應用，這些不確定性問題均需要開展湖泊濕地生態修復實施效果評估來研究和解決。

因此，在菜子湖濕地生態修復工程實施后，結合擬定的濕地生態修復目標及生態修復區域濕地生境出露情況、植被情況、底棲生物、魚類、鳥類等動物資源監測和調查情況，及時對濕地生境修復區、湖濱帶和淺水區進行監測，掌握濕地生態修復區域生態特征、生態過程的動態變化(包括植物存活狀況、高度、蓋度等)，科學評估濕地生態修復效果。根據實施效果評估結果，判斷是否達到預期目標。如達到預期目標，則可在菜子湖其他區域甚至更大尺度進行推廣應用。如未達到預期目標，則需進一步優化生態修復技術，保障濕地生態修復的可持續性。

4 結 語

水位變化影響下湖泊濕地生態修復關鍵技術研究十分必要、迫切，也是一個比較復雜的課題。本文結合工程調度運行對菜子湖濕地生態水文過程及主要濕地類型和冬候鳥生境的影響，確定了菜子湖生態修復區域的總體布局，并從微地形改造和植被修復等改善菜子湖濕地生態退化趨勢及降低引江濟淮工程不利影響的角度出發，對菜子湖濕地生態修復技術進行了分析。枯水期水位影響下菜子湖濕地生態修復技術研究對菜子湖候鳥越冬期水鳥種群數量和生物多樣性保護具有重要意義，不僅可為菜子湖其他區域生態修復提供科學依據，也可為長江中下游濕地生態修復提供借鑒。

致 謝

感謝安徽大學周立志和周忠澤教授對本濕地修復研究項目給予的指導和幫助。