黃河三角洲濕地生態退化修復的應用研究進展

蔡馨燕 王毅 陳英凱

摘要：系統綜述了黃河三角洲濕地生態退化現狀及退化原因，并對其生態修復技術進行概括歸納。發現黃河三角洲濕地退化嚴重，總體面積逐年縮減，同時組成結構發生改變，自然濕地不斷減少而人工濕地逐漸增加，景觀格局呈現破碎化趨勢，生態系統服務功能嚴重退化。造成黃河三角洲濕地生態退化的原因主要包括黃河水沙通量減少、海-陸交互作用增強、土壤鹽漬化加劇、氣候暖干化、外來物種入侵和人類活動。目前采用的生態修復技術包括生物組分修復、水體修復、土壤改良和綜合生境修復。最后針對性地提出黃河三角洲濕地修復建議，對實踐黃河流域生態保護和高質量發展的國家重大戰略具有重要意義。

關鍵詞：黃河三角洲；退化濕地；濕地環境；生物多樣性；生態修復；環境污染；海岸景觀

中圖分類號：X-1?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：1002-4026（2023）06-0112-09

Progress of applied research on the ecological degradation and

restoration of wetlands in the Yellow River Delta： a review

CAI Xinyan1， WANG Yi 2， CHEN Yingkai 3

（1.Shandong Institute of Scientific and Technical Information，Jinan 250000，China;

2. College of Resources and Environmental Engineering， Ludong University， Yantai 264025，China;

3. Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250131，China）

Abstract∶A systematic review was conducted on the current status and causes of the ecological degradation of wetlands in the Yellow River Delta （YRD）， and the ecological restoration technologies were summarized. The results revealed that the wetland areas in the YRD are currently in a serious state of degradation， with the total area of wetlands shrinking year by year. Along with the shrinking of the wetland area， the wetland composition has changed， natural wetlands are decreasing while artificial wetlands are gradually increasing， the pattern of the landscape shows a trend toward fragmentation， and the service function of the ecosystem has been seriously degraded. The main causes of wetland ecological degradation in the YRD include the reduction of water and sediment fluxes from the Yellow River， increased sea-land interactions， intensified salinization of the soil， climate change， invasive species， and human activities. Current ecological restoration techniques for wetland restoration include biocomponent restoration， water body restoration， soil improvement， and comprehensive habitat restoration. This study will utimately provide specific recommendations for wetland restoration in the YRD， which is of great significance for the national strategy of ecological protection and the high-quality development of the YRD.

Key words∶Yellow River Delta; degraded wetlands; wetland environment; biodiversity; ecological restoration; environmental pollution; coastal landscape

黃河三角洲濕地是黃河流域保存最為完整、面積最大的一片濕地，以淺海、灘涂、沼澤等為主要內容，具有保護生物多樣性、控制污染、蓄水調洪、調節氣候等多種生態功能。黃河三角洲擁有豐富的自然資源，是實現海洋、漁業、鹽業、石化工業可持續發展的先決條件，是整個黃河三角洲地區經濟健康發展的重要保障［1-5］。黃河三角洲作為黃河流域生態保護與治理的四大重點區域之一，維護黃河三角洲地區生態平衡對實現黃河流域生態保護和高質量發展的國家重大戰略目標具有重要意義［6-8］。

由于人類活動干擾和自然因素的綜合影響，黃河三角洲濕地面積大幅降低。在人為方面，開墾濕地、修建水利工程等活動，改變了黃河三角洲水文過程，導致區域內濕地水體營養不足以及高度鹽漬化［9］；在人為活動干擾嚴重的地方，濕地植被類型單一，植被群落的各種指標均較低［10］。在自然方面，黃河流域連年干旱少雨，枯水期增長，濕地水資源短缺，導致濕地生態系統不斷退化［11］。這一系列人為與自然因素導致黃河三角洲濕地環境、生態、災害和資源4大問題凸顯［12］。因此，黃河三角洲濕地亟待生態環境保護與修復［13-14］。

長久以來，我國一直在實施許多濕地生態恢復項目，主要是通過自然恢復和工程修復相結合，進行退耕還濕、退耕還灘，從而恢復其退化的生態系統，但這些修復措施耗時長、成本高、成效低［15］，不符合當前綠色低碳發展需求。國內外研究人員針對濕地生態保護與修復，創新了一系列的技術和產品，比如生物組分修復、水體修復、土壤改良和生態修復等技術，以及土壤改良劑和污染物吸附消納材料等［16-17］。但黃河三角洲正在遭受劇烈變化的人類發展活動與自然環境演變的影響，部分修復手段和產品起到的作用并不明顯［18］。因此，本文分析黃河三角洲濕地生態退化現狀及原因，以目前的生態修復手段為研究重點，系統地探究我國黃河三角洲濕地生態退化修復領域的總體研究進展與熱點，明確現狀問題，為黃河三角洲濕地以及其他河口濱海濕地的生態退化修復提供有效建議。

1 黃河三角洲濕地生態退化現狀

黃河三角洲濕地不斷退化和萎縮，導致濕地生態健康和可持續發展受到嚴重影響。遙感影像數據分析表明，1990—2020年，黃河三角洲濕地面積呈現先減少后增加的趨勢，從1990年的1 459.5 km2減少到2000年的1 437.4 km2再增加到 2020年的1 975.5 km2。灘地濕地顯著減少約35.3%，養殖池塘顯著增加約644.3 km2［19］。

近年來，黃河三角洲濕地環境、生態、災害和資源4大問題凸顯，嚴重影響濕地生態服務功能。工農業污染、圍海造地導致濕地環境受到污染，濕地面積銳減，濕地水土質量也受到嚴重影響［20］；生物多樣性降低、景觀多樣化受損，導致濕地生態平衡受到負面影響；赤潮、海岸侵蝕、海水入侵和油田開發等自然和人為導致的災害，嚴重影響濕地資源的可持續發展；漁業資源的短缺和人為養殖的增加，導致濕地環境壓力增大，濕地生態不斷退化［21］。此外，外來物種的入侵也嚴重影響濕地功能，例如，互花米草的外來侵入，導致黃河口濕地的蘆葦、鹽堿蓬等原生植物物種的分布面積減小，減少速率分別為0.72 km2/y與0.39 km2/y，蘆葦斑塊數目、斑塊密度均有明顯的降低［22］。這些問題相互交織，對黃河三角洲濕地的生態服務功能和景觀功能造成嚴重影響［23］。

2 黃河三角洲濕地生態退化原因

黃河三角洲濕地生態環境的惡化，是人類活動與自然過程相互作用的結果。黃河三角洲內油田開發、圍墾、養殖、堤壩、公路等大規模的人類活動，侵占了沿海地區的大片土地，直接導致海岸濕地的結構和功能遭受了嚴重的損害［24］，工業和農業活動所產生的廢水、生活污水以及油污等排放，長期以來未受到有效控制，造成了灘涂水體、鹽沼以及土壤環境的嚴重污染，還對周邊海洋生態系統造成了不可逆轉的影響［25］。除了人為干擾，自然因素也在加劇濕地生態惡化。黃河入海水量的減少以及泥沙供應的不足，直接影響了三角洲濕地的自然補給，造成濕地面臨淡水資源短缺的困境［26］。同時，海洋動力的加強也進一步削弱了濕地的穩定性，加速了濕地的退化進程［27-28］。

2.1 黃河水沙通量減少

黃河三角洲濕地的形成與發展，以黃河水、沙資源為基礎。上世紀70年代開始，黃河入海流量和泥沙淤積量顯著下降，并有越來越嚴重的趨勢。雖然黃河自2000年調水調沙后，沒有出現過斷流現象，但泥沙流量很低［29］。2009年利津水文站的年徑流量為140.9 億噸，是近50年來平均徑流量的41%；年泥沙輸送能力只有1.34 億噸［30］。黃河水沙通量縮小，造成三角洲濕地生態系統中淡水資源量大幅降低，土壤含鹽量增加，不僅引起植被多樣性減少，更加重濕地生態系統的破壞與退化［31］。同時，黃河來水量減少，也會造成河道對氮磷營養鹽的消納持留能力下降，河口濕地氮磷污染加重，提高了近海赤潮發生幾率，危及濕地環境治理與生態系統服務功能［32］。

2.2 海-陸交互作用增強

黃河近岸和河口的沉積動態變化十分顯著。首先，黃河流域每年調沙活動不僅使河口潮汐動力變化，還會對泥沙沉積進程造成一定影響［33］。其次，黃河三角洲潮間帶海岸線發生演變，隨著新淤泥的生成，潮間帶海岸線正在逐漸變淺，導致原有的潮汐作用減弱甚至消失。由于黃河三角洲海岸濕地淡水補充和潮汐效應的削弱，導致鹽堿化問題日益突出［34］。再次，黃河河道變化頻繁也是一個重要的問題，每當改道入海時，河口就會出現一個巨大的沙嘴，而廢棄水道也會受到海力的侵蝕，導致黃河流線經常性處于“淤積-抬高-漫流-搖擺-改道”的周期性變化中［35］。這種劇烈變化的海-陸交互作用加劇了黃河三角洲海岸濕地生態環境的惡化。

2.3 氣候暖干化

受全球變暖影響，黃河三角洲呈現暖干化趨勢，區域降水量下降明顯。黃河三角洲平均降雨量592 mm，多年平均蒸發量1 550 mm，且年內降水分配極其不均，7～8月占全年降水的48.9%，冬春季的蒸降比高于2，甚至超過6［36］，降水量減少導致濕地水源的匱乏，難以維持正常的生態功能，尤其是冬春季節性干旱期。冬春季節性干旱期會導致冬春土壤返鹽嚴重［37-38］。氣候暖干化趨勢造成的年降水量減少和季節性干旱頻率增加，將使土壤鹽堿化程度進一步加劇，一些鹽分耐受能力不強的本土植物產生脅迫影響，可能導致植被的改變和生態系統的不穩定，從而引起濕地鹽生植物群落演替和濕地生態環境惡化［39-40］。

2.4 人類經濟活動加劇

導致黃河三角洲濕地退化的人類活動主要包括油田開采、圍海養殖、農業發展、城鎮化活動等［41］。這些活動導致了大量的土地開發和圍墾，這直接引起了濕地面積的減少，破壞了濕地的完整性和生態功能。黃河三角洲天然濕地面積在1976—2014年間呈逐年遞減趨勢，耕地面積不斷擴大。到2015年，黃河三角洲自然濕地的碎裂化程度和斑塊形態的復雜性都明顯提高，而灘涂面積則顯著減少。以農業活動為例，一方面，農田頻繁的引黃灌溉，與濕地競爭淡水資源，水資源的匱乏使得濕地難以維持正常的水生態系統［42］；另一方面，農業施用的大量化肥與退水排鹽，造成下游受納濕地鹽、氮、磷、農藥、抗生素輸入量增加，加重了濕地生態凈化功能負擔并危及濕地生態系統的健康［43］。

2.5 互花米草入侵威脅濕地生物多樣性

互花米草（Spartina alterniflora）原產于北美地區，具有生長迅速、耐鹽堿、強大的生殖能力等特點，在引入中國后迅速擴張成為入侵物種。自2010年起，互花米草在黃河三角洲的分布面積和規模不斷擴大，截至2015年，互花米草覆蓋面積超過20 km2［44］。互花米草入侵導致黃河三角洲濕地生態系統趨向簡化，系統內能流和物流中斷或不暢，系統自我調控能力減弱，生態系統穩定性和功能有序性降低。研究表明，互花米草的生長會消耗大量水分，導致濕地水源減少，加劇濕地退化［45］。互花米草生長也會改變濕地微地形和水流狀況，影響濕地的水動力學過程。互花米草的競爭性生長還會使得本土植物難以存活，威脅本土濕地植物的多樣性［46］。由于互花米草的侵入，黃河口濕地內蘆葦和鹽堿蓬的分布范圍逐漸減少，濕地景觀斑塊呈現破碎化，景觀類型趨于多樣化與均勻化，景觀異質性降低，對濕地植被多樣性、底棲動物與鳥類的生存環境產生負面影響［47-48］。

3 黃河三角洲濕地生態修復技術

濕地生態修復是指根據自然、可行性等原則，選擇合理的生態修復策略，以恢復退化濕地原有的結構和功能，并盡量保持其穩定［49］。生態修復包括自然恢復與人工修復。自然修復指在消除了外部環境的壓力和干擾后，經過一段時間的自然恢復，形成了一個比較理想的生態系統［50］。人工修復指在排除了外部的壓力和干擾后，僅靠自然過程是很難或無法恢復到預期的，需要借助人為干預手段來進行修復，通常是對破壞超過一定閾值、不能恢復的濕地生態系統進行修復。根據上文所提到的黃河三角洲濕地退化原因，本文將黃河三角洲退化濕地生態修復技術歸納為生物組分修復、水體修復、土壤改良和綜合生境修復4個部分［51］。

3.1 生物組分修復

3.1.1 植物群落重建技術

在濱海鹽沼和淡水濕地的基礎上，通過引入種植堿蓬、鹽堿蓬、蘆葦等本土濕地植物，增加生物多樣性、提高濕地生產力［52］。或者通過優化和提升土壤種子庫，如鹽地堿蓬種子庫的強化與促發技術，檉柳和蘆葦群落的種子庫的改造技術，促進濕地植被物種更新和植被演替。植物群落重建可以結合生態工程方法，如建立濕地過濾系統、植物濱岸帶和人工濕地，緩解濕地鹽漬脅迫、減輕水土污染。例如遼河河口正在實施的修復工程，采用了本土先鋒植物堿蓬，修復效果明顯，但工程對時間和人力需求比較大，對氣象和氣候條件要求嚴格，且后期監管和維護也需額外的資源［53］。

3.1.2 生物入侵防治技術

采取工程、物理、化學等多種方法對外來植物進行殺死和清理，防止其再次侵入。工程措施包括圍堰、淹水、曬地、引水；物理措施包括刈割、鏟除、火燒等，防止其在當地建立繁殖種群；或者修建屏障、圍欄等，限制入侵物種的移動和傳播；化學防治方法以灘涂米草除控劑為主［54］。在采取防治技術后，常移栽本地植物，加速受損生態系統的修復和恢復，提高濕地生態系統對抗入侵物種的抵抗力，但此技術除成本高以外，其在黃河三角洲濕地實施的工程復雜性和風險也比較高。

3.1.3 增殖和釋放技術

在黃河三角洲濕地和海洋資源逐漸減少的情況下，根據水生動物種類構成，釋放各種魚類、蝦、蟹、螺、貝等水生動物，使水生生態系統結構得到合理優化，恢復魚類的種群與數量［55-56］。尤其在黃河三角洲地區，利用這種技術可以提高魚類的數量和多樣性，保持水生生態系統的完整性，維護漁業水體的生態平衡。在實施增殖和釋放技術時，需要考慮水生動物生存率、遺傳多樣性、生態位競爭等問題，同時也需要系統追蹤和評估實施過程對黃河三角洲濕地生態系統的影響［57］。

生物組分修復技術主要針對黃河水沙通量減少、影響濕地景觀結構與功能穩定、生物多樣性等問題，對黃河三角洲的水土進行固持，提升生態系統的穩定性及生態服務功能有較好作用。

3.2 水體修復

3.2.1 生態補水技術

生態補水技術主要靠水庫、堤壩等蓄水方式，實現淡水資源的季節均勻分配，緩解濕地鹽堿化程度，為濕地中各類生物提供所需的生存和繁衍場所［58］。黃河三角洲濕地淡水資源短缺，可以通過歷史徑流量和生態-水文過程分析，優化濕地的生態補水方式、數量和補水時間，并建立起一種長效補水機制維持濕地咸淡水體系平衡［59］。但也需考慮水量不足，當地生產生活對水資源爭奪等社會問題。

3.2.2 水系連接技術

水系連接技術主要通過疏通潮溝、涵洞改造、堤防拆除等措施強化水體直接的連續和水文交換。比如，有研究表明潮水可以保證翅堿蓬不會因為鹽結晶而導致死亡，從而避免翅堿蓬群落退化［60-61］；但海堤會使地形抬高并造成潮汐作用減弱，造成翅堿蓬群落的退化。通過拆除堤壩，恢復潮汐作用，增加濕地的水流動性，可以促進翅堿蓬群落恢復［62］，但是相關技術實施時的水質變化、病害傳播、維護和管理成本等問題也需考慮。

水體修復技術主要針對黃河三角洲黃河來水來沙持續減少，流路固化，河床下切，黃河與濕地、灘涂的水文聯通性降低，淡水補給減少等問題，有利于調控區域內的海陸交匯總作用［63］。

3.3 土壤改良

3.3.1 微生物修復技術

黃河三角洲的勝利油田開采對濕地土壤環境造成巨大負面影響。雖然傳統物理和化學修復方法能夠有效減少土壤中的石油碳氫化合物，但成本過高，可能造成二次污染，對退化土壤生態功能的修復不足［64］。有研究表明，芽孢桿菌屬（Bacillus spp.）和假單胞菌（Pseudomonas spp.）等特定微生物能較好地降解碳氫化合物，常常與生物表面活性劑一起用于土壤修復領域［65］。生物炭等富碳材料能夠促進鹽沼土壤中一些有利于植物生長的細菌（如根瘤菌和芽孢桿菌）繁殖，抑制一些有害真菌的生長，從而重塑微生物群落結構及其碳代謝功能，也能從微生物層面實現改善退化鹽沼的生態系統服務功能［66］。對于黃河三角洲濕地，需考慮微生物修復技術是否適用于治理當地的污染物，技術實行是否符合當地的法律法規。

3.3.2 鹽堿地改良技術

鹽堿地改良技術主要采用水利、生物、物理、化學等方法，通過對土壤特性進行優化，建立適合于鹽沼濕地生態修復的土壤環境［67］。主要途徑有：

（1）水利改造。以排水方式將多余鹽分排出農田，以減少土壤含鹽量，常用的有暗管、明溝、豎井排水等［68］。

（2）生物改良。通過種植耐鹽植物，能有效降低土壤水分蒸發和避免表面鹽漬化，同時還能減少地下水含鹽量，改善土壤生態環境［69］。

（3）物理改造。通過改變土壤和土體物理構造來調節水鹽運移過程，以降低土壤水分蒸發和減少深層土壤鹽上行輸運［70］。

（4）化學改造。利用化學改良劑改變土壤中的吸附離子，以達到降低土壤pH、堿化度以及改善土壤結構的目的。常用的化學改良劑包括石膏、脫硫石膏、硫磺、腐殖酸、糠醛渣等［71］。

鹽堿地改良技術可以較好地修復黃河三角洲濕地的鹽堿狀況，但此技術的可持續性也是需考慮和解決的問題。

3.4 綜合生境修復

3.4.1 鳥類生境仿真技術

黃河三角洲濕地是鳥類主要棲息地，由于濕地退化造成的鳥類棲息地環境破壞，要根據鳥類生存習性，采取人工方法建立棲息環境，吸引鳥來棲息，從而使濕地鳥類的多樣性得到恢復和提高。常用措施包括生境島的隔絕、微細地貌改造、生態補充、圍堰矮化、人工鳥窩、設置鳥食區、干擾隔離等［72］，但是此技術對氣候、食物和棲息地要求較高，人工管理依賴程度也較高。

3.4.2 人工礁石技術

人工礁石是一種人造的結構，它可以模仿自然礁石的某些特征，為濕地水生動物提供安樂窩，可為濕地魚類的生長創造良好的生態環境，對保護漁業資源、保持海洋多樣性、促進漁業資源的穩定和增殖有重要作用［73］，但其對黃河三角洲濕地水流和沉積也會產生影響。常見的人工礁石技術主要是在水體中放置混凝土構件、廢舊船體、塑料和竹制建筑等。

綜合生境修復技術整體技術要求高，且經濟成本高，具體效果還有待進一步證實。

4 結論與展望

黃河三角洲濕地退化嚴重，生態系統服務功能嚴重退化。造成黃河三角洲濕地生態退化的原因主要包括黃河水沙通量減少、海-陸交互作用增強、土壤鹽漬化加劇、氣候暖干化、外來物種入侵和人類活動的影響。盡管學界已經初步認識黃河三角洲海岸生態系統退化的一般成因，但對退化因子的互作機理及其調節機制還缺乏足夠認識。因此，需要加強對濕地生態系統結構、過程、功能及調控的系統深入研究，并依托黃河三角洲典型的鹽沼、灘涂等濕地建立生態修復技術示范區，創新和示范植被恢復、地表徑流控制、海陸水文調節、灘涂微地形改良、土壤改良、水鹽調節、水環境凈化、土壤修復、生境重建、生物多樣性恢復等綜合修復技術，為黃河三角洲濕地生態恢復工程設計與建設提供技術支撐。結合已有研究進展，從以下方面提出未來研究建議：

（1）在充分考慮黃河三角洲地區的自然和社會環境問題下，開展濕地生態修復技術的大規模篩選、中試與示范應用，對黃河三角洲濕地生態修復非常重要。

（2） 需進一步優化與升級濕地生態修復技術。一方面，降低技術的生態風險，提升修復效果；另一方面，降低技術實施成本，提高實施效果的可持續性。

（3） 在使用土壤添加劑進行土壤改良時，應著重注意材料本身的環境安全性，以防對原生生態系統造成二次污染。

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