深圳湾凤塘河口红树林修复工程

摘要:由于城市化影响及人为干扰,深圳凤塘河口水质受到严重污染,河口红树林生态系统严重退化。为了使凤塘河口恢复生态平衡,深圳市福田区启动了“福田凤塘河口红树林修复示范工程”。该工程设计以“海陆交错带的生态修复”为主题,通过水污染控制系统、水动力控导及生态修复等三方面内容建设,在海陆路交错带上构建红树林―水体(含水生植被)及红树植物―半红树植物―陆生植物/植被―隔离植被带大格局。此外,本文还分析了工程前水体及红树林生态系统现状,植被恢复工程的主题、原则、整体格局及工程技术,工程后的景观效果及生态环境状况。该工程的整体设计及工程技术可为同类工程提供参考。

Abstract: Due to the urbanization impact and human disturbance, the water quality of Fengtang estuary in Shenzhen was seriously polluted, and part of the mangrove ecosystem was badly degraded. To restore the ecological balance in Fengtang estuary, the municipal government of Futian district, Shenzhen city started the ecological restoration project of mangrove in Fengtang estuary, Futian district of Shenzhen city. Take the ecological restoration on the transitional zone between inter-tidal wetland and inland as the theme, this project built a vegetation series of mangrove -water system (including water vegetation) C true mangrove - mangrove associates Cterraneous plants/vegetation Csegregated vegetation zone, by constructing the monitoring system on the work and water power, controlling system on water pollution, ecological restoration and landscape engineering. Furthermore, the status in quo of water quality and mangrove ecosystem before the project, the project theme and principles, the integrative vegetation pattern, the engineering technique of this project, and the landscape effect and ecological environment status after the project were also stated. The design theory and engineering technique of this project will provide important reference or implications for other similar projects in the future.

关键词:水污染控制;生态修复;红树林;凤塘河口

Key words: water pollution control;ecological restoration;mangrove;Fengtang estuary

中图分类号:X5 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)14-0055-03

0引言

随着经济的飞速发展,沿海城市人口急剧集中,城市化进程加速,环境压力增加,城市河口严重退化。各沿海岸城市均面临着河口区的生态恢复、水环境治理及合理利用和保护滨海湿地的问题[1,2]。当前国内外对城市河口的研究主要集中在生物与环境调查、城市河口湿地生物多样性结构与功能、河口湿地的生态系统服务功能、河口水动力与水环境、河口工程地质研究、营养物及其富营养化、营养污染造成的生态破坏机制及控制、城市河口的外来种入侵等[1,3-7]。

深圳湾位于深圳与香港间,城市化程度非常高,经济异常活跃,在繁华的城市区间内分布有香港米埔的自然保护区及深圳福田国家级红树林自然保护区。其中福田红树林自然保护区位于深圳湾的东北部(113°45′E、22°32′N),曲线长约9km,宽约0.7km,凤塘河穿越其中心部位。凤塘河发源于深圳市安托山以东、梅林水库以西、北环大道以北的高丘山地地区,南至深圳市红树林自然保护区排入深圳湾,目前水质为劣五类。

凤塘河口目前的主要生态问题是:水质受到污染,鸟类及滩涂底栖生物的物种和数量减少,病虫害频发,外来物种入侵使红树林受到威胁。为了使凤塘河明渠段和河口恢复生态平衡,深圳市福田区启动了“福田凤塘河口红树林修复示范工程”。该工程总面积约120 ha(范围见图1),总投资约2亿元。工程拟通过截污及治污使河口水质得到改善,以保护区总体规划为基础,对河口湿地进行生态修复,建立完整的湿地生物群落,最终实现区域内的生态可持续性。本文报道该工程的工程设计、工程前后的生态环境状况,为今后的同类工程提供参考。

1工程前环境评价

1.1 凤塘河河流水量及水质凤塘河流域未截污前污水总量为1397.5L/s,目前截污管道已全线竣工投产,根据调查截污率可达90%以上。2005年底截污完工后,深圳水务集团在凤塘河暗渠出口断面进行了凤塘河河水流量的测量,测得平均流量为0.53m3/s。

凤塘河截污之前,2004年水质主要指标如表1,接近生活污水水质。截污后水质有所改善,但由于新增的排污口及面源污染,水质仍为劣V类。

1.2 深圳湾红树林生态系统现状

1.2.1生物种种现状工程范围内的红树林自然保护区内动植物种类极为丰富。植物共有51科127属140种,鸟类194种,鱼类11种,藻类有6门7纲35属117种,大型底栖动物86种,其中软体动物37种[8]。

保护区内的敏感植物主要是福田红树林原生的真红树植物有4科5属5种,即木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、秋茄(Kandelia candel)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、老鼠{(Acanthus ilicifolius)、白骨壤(Avicennia marina)。另外,还有半红树植物5科6属6种,即卤蕨(Acrostichum aureum)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)、杨叶肖槿(Thespesia populrea)、海漆(Excoecaria agallocha)、假茉莉(Clerodendrum inerme)、银叶树(Heritiera littoralis)[8]。此外,保护区从海南引种了真红树植物2科3属7种、半红树植4种,保护区内陆域林地植物有41科98种。

福田红树林湿地鸟类有194种之多,其中还有许多被国际、国内列为珍稀濒危的鸟类,其中一类的为白鹳(Ciconia ciconia)和白肩雕(Aquila heliaca),二类有黑脸琵鹭(Platalea minor等14种,其别要关注的是极度濒危鸟类黑脸琵鹭,黑脸琵鹭主要以沿岸浅水地带的鱼虾为食,以红树林为栖息地[9]。

福田保护区有大型底栖动物7门9纲47科66属86种。保护区内软体动物共记录有37种,占总种数的43%,隶属于2纲22科27属。其中,腹足类21种,双壳类16种。林区内常见的软体动物有14种,分属9科10属。保护区共发现鱼类11种[8]。

1.2.2 红树林群落与生态系统现状深圳湾的福田保护区的红树林基本成带状分布,群落外貌简单,呈黄绿色,为灌木或小乔木林,林冠较整齐,一般高4m,最高地段可达6m,有的地方群落可分为2层,覆盖度达90%以上(或更大)。群落的种类组成中,白骨壤、秋茄和桐花树三者共同占绝对优势,构成了最典型的植物群落,后来引种的无瓣海桑和海桑也形成了一部分林带。该地主要群落有:白骨壤+秋茄+桐花树群落(Avicennia marina+Kandelia candel+Aegiceras corniculatum community)、秋茄+桐花树+老鼠{群落(Kandelia candel+Aegiceras corniculatum+Acanthus ilicifolius community)、桐花树群落(Aegiceras corniculatum community)、无瓣海桑+海桑群落(Sonneratia apetala+S. caseolaris community)。深圳湾红树林最适宜生长的盐度范围为15‰~25‰,超过30‰的盐度红树植物将很难生存。

2工程设计

2.1 设计理念以模拟自然状态的污水处理工艺、生态修复技术及河口水动力学研究为基础,拟采用截污治污、生态补水、红树林及其他湿地植物修复种植等措施,在河口地区以“海陆交错带的生态修复”为主题,在海滩到陆地的空间上构建红树林―水体(含水生植被)及红树植物―半红树植物―陆生植物/植被―隔离植被带大格局,最终目的是建立一个富有科学内涵的生态示范基地;通过适应性生态系统修复与生态管理理念的实施使凤塘河河口呈现“虽自人工,宛若天开”的自然面貌。

2.2 工程主要内容凤塘河河口生态恢复工程主要包括如下三个内容:

2.2.1 水污染控制系统:通过污水截排系统,对排入保护区内的所有污染源进行截留并输送至水处理设施。污水处理模拟了自然净化的过程,核心部分采用以蚝壳为填料的生态生化处理工艺,尾水通过人工植物塘的最终净化,进入天然红树林湿地及河道,从根本上改善和保护水体生态环境。

2.2.2 水力控导系统:在河道、基围间设置过水涵及闸门,通过物理模型试验确定其位置、功能及操作方案。河道闸门兼有污水处理系统取水及冲刷河道的功能。基围间设置闸门,通过日常管理操作,可控制各基围水位,以适应不同的生境及保护区内鸟类生活需要。

2.2.3 生态修复:将河道两侧石质堤防断面进行生态改造,使河流恢复自然生态。将陆生的灌草群落进行生态恢复。重点恢复区域内的红树林。

2.3 关于植被恢复工程充分尊重自然保护区核心区、缓冲区和实验区的大格局,本着自然优先、整体优化、多样性及生态整体性等原则,分析河口的湿地环境与资源特点、生态过程及人类干扰效应,分清优势与劣势,进而划分景观生态功能区进行恢复重建。包括选址与整地、选用植物、定植/回归技术(种子植物的播种法、营养体移植法、草坡移植法、抚育与管理(水、杂草、敷草、施肥、pH调节、监测及评价等。

植被分区:水生植物、红树林、半红树、陆生植物、隔离带。前三个区的植物主要是盐生植物,包括海滨常绿阔叶林、红树林、盐生灌丛、沉水盐生植被等,除红树林外,主要种植藜科(Chenopodiaceae)、禾本科(Bambusoideae)、菊科(Compositae)、豆科(legumae)等的植物。

水生植物区:沉水植物、浮水植物(睡莲Nymphaea sp、挺水植物(芦苇Phragmites australis、灯心草Juncus effusus、川蔓草Ruppia rostellata)等;

红树林区(包括半红树及伴生植物):卤蕨(Acrostichum aureum)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、秋茄(Kandelia candel)、红海榄(Rhizophora stylosa)、老鼠{(Acanthus ilicifolius)、小花老鼠{(Acanthus ebracteatus)、榄李(Lumnitzera racemosa)、海漆(Excoccaria agallocha)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、水椰(Nypa fruticans)、白骨壤(Avicennia marina)、海芒果(Cerbera manghas)、阔苞菊(Pluchea indica)、水芫花(Pemphis acidula)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)、杨叶肖槿(Thespesia populnea)、苦槛蓝(Myoporum bontioides)、假茉莉(Clerodendrum inerme)、海漆(Excoecaria agallocha Linn.)、水黄皮(Pongamia pinnata)、鱼藤(Derris trifoliata)、角果木(Ceriops tagal)等。

红树林的生态系列从外滩到内岸依次种植:白骨壤桐花树秋茄榄李角果木海漆卤蕨老鼠勒假茉莉黄槿。前三个种是构成红树林群落的基本建群种。

陆生植物:乔木类有水翁(Cleistocalyx operculatus)、海南蒲桃(Syzygium cumini)、橡胶榕(Ficus elastica)、细叶榕(Ficus microcarpa)、芒果(Mangifera indica)、扁桃(Mangifera persiciformis)、刺桐(Erythrina variegata)、印度紫檀(Pterocarpus indicus)、海南红豆(Ormosia pinnata)、鸡蛋花(Plumeria rubra)、黄槐(Cassia suffrutiosa)、大叶紫薇(Lagerstroemia speciosa)、水石榕(Elaeocarpus hainanensis)、南洋楹(Albizia falcata)等。灌木及地被植物有:海桐(Pittosporum tobira)、夹竹桃(Nerium indicum)、黄金榕(Ficus microcarpus 'Golden Leaf')、 变叶木(Codiaeum variegatum)、小驳骨(Gendarussa vulgaris)、大红花(Hibiscus rosa-sinensis)、花叶鹅掌藤(Schefflera odorata 'Variegata')、软枝黄蝉(Allamanda cathartica)、大叶油草(Axonopus compressus)等。

2.4 红树林生态系统的生态恢复技术红树林的恢复与陆地森林生态系统的恢复不同,主要包括红树植物引种驯化与造林技术等。

红树植物引种驯化成功与否与其生理生态特性密切相关,而一种植物的生理生态特征又与其原产地的生态因子密切相关。红树植物生长的主导生态因子是气温、盐度、土壤、地貌及潮汐动力等[8]。影响苗木成活的因素有:立地条件(考虑温度、潮位、底质、潮水流速、盐度)、垃圾危害、藤壶危害、藻类危害、入侵种(如微甘菊Mikania micrantha等)危害、,螃蟹及鼠类危害、病虫害及人为破坏等[10]。

造林技术主要强调“适地适树”,还要考虑:宜林滩涂地的营造是造林成败的关键;高密度种植有利于提高成活率;后期抚育及管理要加强;林地外侧加网减少干扰与垃圾危害;太大苗移植成活率低;造林方式因种而异;造林时间宜早不宜迟[11]。

3工程效果

该工程于2008年6月动工,至2009年7月生态修复部分已基本完工。由于设计污水收集及处理系统未完工,河口水质改善的目的尚未达到,但在河口湿地的生态修复方面,已经初步建立了一个植物、动物、微生物以及无机环境和谐发展的湿地生态系统,具有较好的生态效果(图2)。

考虑到海洋水动力条件对红树林生态系统的影响[12],工程中利用各种闸及管渠引入了潮汐,使基围内潮汐处于红树林生境正常波动范围,为种植的红树林提供了正常的水生境。

在设计时,根据深圳湾红树林的时空分布格局及自然演替,确定了白骨壤和桐花树是优势先锋树种并种于裸滩上,而秋茄则种于中潮位的潮滩,木榄种于中潮位和回归高潮位的潮滩,而海漆种于回归潮高潮滩,并在海岸植了假茉莉和黄槿等。目前这些植物均已成活且长势较好,预计可以自然演替,这为红树林实现可持续发展打下了较好基础。

红树林建设是深圳生态环境建设的重要组成部分,也是生态公益林体系建设的具体实施内容之一,以凤塘河口为示范点,在对全市红树林生态系统进行合理管理和恢复后,预期可以产生较好的生态效益、社会效益和经济效益。据测算,覆盖度大于40%、宽度100m左右、高度2.5-4.0m的红树林消浪系数能达到80%,根据凤塘河口的红树林生态系统合理管理与恢复措施示范经验,将使深圳市的红树林具有显著的防风消浪,固堤护岸作用(王伯荪等,2002)。研究表明,红树林每年每公顷可从林地和海水中分别吸收氮、磷93.9和55.3kg,项目完成后,每年可吸收氮、磷1884和1110t,吸收了大量的藻类需要的氮、磷离子,从而有净化污染,大大降低甚至避免赤潮的发生,避免沿海水产养殖遭受损失。此外,红树林的底层水流缓慢,是各种鱼虾蟹和贝类的优良活动场所,也是各种水禽和候鸟的重要觅食、栖息和繁殖场所。工程建成开放后可以为社会提供悠闲娱乐的场所。

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