基于水位控制的黃河三角洲退化濱海濕地恢復及其短期效應

任 葳 王安東 馮光海 趙亞杰 冉越男 劉曉玲 王光美 劉玉虹

（1 內(nèi)蒙古大學環(huán)境與資源學院，呼和浩特 010021；2 中國科學院海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復重點實驗室，煙臺264003；3 黃河三角洲國家級自然保護區(qū)，東營 257500；4 中國科學院大學，北京 101409；5 河海大學淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點實驗室，南京210098）

基于水位控制的黃河三角洲退化濱海濕地恢復及其短期效應

任 葳1，2 王安東3 馮光海3 趙亞杰3 冉越男2，4 劉曉玲2，4 王光美2 劉玉虹1，5

（1 內(nèi)蒙古大學環(huán)境與資源學院，呼和浩特 010021；2 中國科學院海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復重點實驗室，煙臺264003；3 黃河三角洲國家級自然保護區(qū)，東營 257500；4 中國科學院大學，北京 101409；5 河海大學淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點實驗室，南京210098）

黃河三角洲濱海濕地是中國最年輕、最廣闊、最完整的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)，同時又是東北亞內(nèi)陸和環(huán)太平洋鳥類遷徙的重要“中轉(zhuǎn)站”、越冬地和繁殖地，區(qū)域內(nèi)豐富的動植物資源和特有物種對維持生物多樣性具有重要意義，其生態(tài)系統(tǒng)服務功能巨大，生態(tài)價值彌足珍貴（張曉龍等,2009)。然而，作為新生濕地生態(tài)系統(tǒng)，黃河三角洲濱海濕地發(fā)育、演變并不成熟。受自然因素和人為活動雙重影響，自1991年以來，黃河三角洲自然濕地逐漸萎縮，次生鹽漬化嚴重，其生態(tài)系統(tǒng)結構和功能面臨嚴重威脅（曹建榮, 2014)。

目前黃河三角洲退化濱海濕地的修復工作，多注重植被覆蓋的恢復效果，且多簡單采取圍封和補充淡水相結合的方式，過分依靠自然恢復，人工重建發(fā)揮作用不足(Cui et al, 2009 )。這樣的修復方式，不僅耗水量巨大，且導致恢復后的植被群落結構簡單，生物多樣性喪失，其作為鳥類棲息地的重要生態(tài)服務功能嚴重削弱，影響了濕地功能的正常發(fā)揮。

針對此問題，于2015年在黃河三角洲自然保護區(qū)實驗區(qū)，選擇植被覆蓋度低的嚴重退化鹽堿化區(qū)域，根據(jù)生態(tài)位理論和生態(tài)工程原理（張姚等, 2014)，通過微地形改造營造3個鳥類棲息島，人工復水營造不同水位梯度，為魚類和鳥類創(chuàng)造多樣化的生境。在人工復水3個月后，對該區(qū)域土地覆蓋情況及底棲生物進行調(diào)查，并在2015年9月至2016年3月鳥類遷徙期進行鳥類動態(tài)監(jiān)測，對生態(tài)恢復的短期效應進行評估，以期建立人工重建和自然恢復有機結合的嚴重退化濕地生態(tài)恢復技術，為黃河三角洲退化濱海濕地生態(tài)修復提供科技支撐和實踐借鑒。

圖1 恢復區(qū)2015年6月29日和9月25日土地覆蓋狀況

1 恢復區(qū)概況及生態(tài)工程實施

生態(tài)恢復區(qū)位于黃河三角洲自然保護區(qū)試驗區(qū)。該區(qū)域土壤含鹽量較高，地勢低且較為平坦，枯水期鹽漬化嚴重，植被覆蓋度極低，僅有少量鹽地堿蓬和零星蘆葦群落存在，雨季豐水期則全為水面，鳥類無棲息落腳場所?；謴蛥^(qū)附近有閘門一座，并設有引排水渠。2015年5月，在該區(qū)域，結合地形地貌狀況進行微地形營造，選取地勢較高區(qū)域進行挖湖筑島，營造出地勢自然起伏，相對高程差1.5～1.8 m的鳥類棲息島。結合筑島形成的深溝，在離鳥類棲息島周邊6～10 m距離，開挖深度為2 m、寬度約為10 m的深水區(qū)，并使之與現(xiàn)狀引排水渠相連。6-7月，結合降雨情況，通過地表徑流匯水結合引流黃河水進行人工復水。

2 動態(tài)監(jiān)測

2015年6月29日，在黃河調(diào)水調(diào)沙及雨季來臨之前，利用固定翼XY1800無人機，攜帶索尼全畫幅RX1相機（2430萬像素)，對示范區(qū)進行1∶500正攝影像圖航拍。復水后，于9月25日再次進行航拍，利用兩次航拍影像對植被恢復情況進行評測。同時，在9月底進行底棲動物調(diào)查，并從2015年9月開始，每月1次進行（9月19日、10月14日、11月2日、12月16日、1月27日、2月19日、3月2日）鳥類動態(tài)監(jiān)測，以評估鳥類棲息地功能發(fā)揮情況。底棲動物調(diào)查、樣品的處理和保存均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》（2007）進行，鳥類動態(tài)監(jiān)測按照《生物多樣性觀測技術導則》（2014）進行。

表1 恢復區(qū)底棲動物站位水深與植被生長情況

圖2 恢復區(qū)土地覆蓋變化

3 生態(tài)恢復效果評估

3.1 土地覆蓋狀況變化

利用GPS在恢復區(qū)域建立控制點，將2015年6月29日和9月25日兩期航拍影像導入到ArcGIS，利用Georeferencing工具，采用UTM_WGS84_50N坐標系統(tǒng)，通過控制點將兩幅航片配準。建立研究區(qū)掩膜，依據(jù)掩膜提取研究區(qū)，并根據(jù)前期實地調(diào)查的記錄，結合航片，構建分類訓練區(qū)。采用最大似然分類法對航片進行監(jiān)督分類，結合實地調(diào)查的記錄情況，對分類結果進行分類后處理，保證分類結果準確率達到80%以上，滿足分類精度要求，然后調(diào)整圖幅大小，將分類結果出圖（圖1)。利用ArcGIS對圖像進行解譯，得到示范區(qū)土地的覆蓋變化情況（圖2)。

由圖2可以看出，生態(tài)工程完工后，6-9月自然降雨和人工復水使水域占恢復區(qū)總面積的比例從7.4%增加到53.2%；蘆葦群落面積增加了31.9%，堿蓬群落面積增加了4.5倍，蘆葦堿蓬群落占恢復區(qū)總面積比例從18.8%增加到30.5%。低植被覆蓋區(qū)（植被覆蓋度20%以下區(qū)域，可近似認為裸地）的面積減少了78%，占示范區(qū)總面積的比例從73.8%降低到16.3%，減少的面積有79.8%轉(zhuǎn)化為水面，其余20.1%則是由于蘆葦堿蓬群落的擴張。植被∶水面∶裸地的比例從1∶0.4∶4變化為1∶1.75∶0.3。從土地覆蓋狀況變化可以看出，經(jīng)過生態(tài)工程進行微地形改造，在雨季降雨后，土地覆蓋比例改善，水域和植被比例提高，供鳥類覓食、活動場所增加；裸地比例由于雨季補水大幅下降，但相對于未改造前在雨季全部消失的情況相比，仍維持在近1/5的比例，可為鳥類提供活動棲息場所。

3.2 底棲動物

2015年9月20日，對恢復區(qū)按照水深梯度和有無植被（主要為蘆葦）情況，設點取樣，進行底棲動物群落調(diào)查，共采集樣點23個（表1)。用直徑為10 cm的柱狀采泥器，每次各樣點取樣15～20 cm，取樣3次，合為1個樣品。樣品通過0.05 mm網(wǎng)篩進行過濾，保存于95%的酒精中，帶回實驗室進行分選、鑒定和稱量。

采用以下公式計算優(yōu)勢度指數(shù)（陳亞瞿等, 1995）：

式中：N為所有站位采集的大型底棲動物總個體數(shù)；ni為第i種底棲動物的總個體數(shù)；fi為物種i在各站位出現(xiàn)的頻率，當物種優(yōu)勢度Y＞0.02時，該種即為優(yōu)勢種。

調(diào)查共發(fā)現(xiàn)和鑒定大型底棲動物14種（表2)，包括節(jié)肢動物8種（6種搖蚊，2種蝦類)，占總物種數(shù)的57.1%；軟體動物4種（4種螺類)，占總物種數(shù)的28.6%；環(huán)節(jié)動物1種（蘇氏尾鰓蚓）和脊索動物1種（彈涂魚)，各占總物種數(shù)的7.1%。優(yōu)勢種為3種搖蚊，分別為蘇氏寡角搖蚊Diamesa tsukuba、中國長足搖蚊Tanypus chinensis和黃色羽搖蚊Chironomus flaviplumus，其中蘇氏寡角搖蚊的優(yōu)勢明顯，在23個采樣點中有22個樣點分布。

調(diào)查區(qū)域的大型底棲動物總平均豐度為454.17 ind/m2，其中節(jié)肢動物為396.94 ind/m2，占總物種數(shù)的87.4%；軟體動物為46.16 ind/m2(10.2%）；環(huán)節(jié)動物為9.23 ind/m2（2.0%）；脊索動物為1.85 ind/m2（0.4%)。通過SPSS對同一深度不同植被狀況的采樣點進行成對均值比較，分析不同植被狀況大型底棲動物豐度和物種數(shù)的差異。結果表明：大型底棲動物的物種數(shù)在有植被區(qū)與無植被區(qū)差異顯著（t=2.478, P＜0.05)，有植被區(qū)顯著高于無植被區(qū)域；有無植被區(qū)的大型底棲動物的豐度有差異，但并不顯著（t=2.059, P＞0.05)。對相同植被區(qū)和采樣點的不同水深的采樣點進行非參數(shù)配對樣本分析表明，不同深度下大型底棲動物的豐度無顯著性差異（P= 0.204)。從居留型看，候鳥、旅鳥和留鳥各有20、9和6種，分別占鳥類種類總數(shù)的57.%、25.7%和17.1%。

表2 恢復區(qū)底棲動物名錄

表3 恢復區(qū)動態(tài)監(jiān)測鳥類名錄

2015年9月，恢復區(qū)記錄鳥類23種352只，其中斑嘴鴨為優(yōu)勢種群，數(shù)量為137只，觀察到7種山東省重點保護的鳥類，分別為草鷺、蒼鷺、大白鷺、夜鷺、普通鸕鶿、鷗嘴噪鷗和紅嘴巨鷗，除蒼鷺外，其他種類數(shù)量較少，數(shù)量范圍在1～10只。10月進入鳥類遷徙期，鳥類數(shù)量明顯增加（圖3)。10月的鳥類種類為13種，總數(shù)達到3 482只，其中仍以留鳥斑嘴鴨的數(shù)量最多，大約2 300只左右；另外包括50只國

3.3 鳥類棲息狀況

2015年9月至2016年3月，恢復區(qū)共記錄到棲息覓食鳥類35種，隸屬于15科25屬（表3)。其中鷺科5種、鴨科8種、鷗科6種、燕鷗科3種、鶴科2種，其余10種鳥類分屬鸊鷉科、翠鳥科、戴勝科、鸕鶿科、百靈科、鹮科、鸻科、鷸科、鸛科以及鹀科。35種鳥類中，包括3種國家Ⅰ級保護鳥類（白鶴、丹頂鶴和東方白鶴)，3種國家Ⅱ級鳥類（疣鼻天鵝、大天鵝和白琵鷺）以及7種山東省重點保護鳥類（草鷺、蒼鷺、大白鷺、夜鷺、普通鸕鶿、鷗嘴噪鷗和紅嘴巨鷗)，重點保護鳥類比例占到在此活動棲息鳥類種類的37.1%。從生活習性上看，游禽有20種，占所有鳥類比例的57.1%；涉禽有草鷺、環(huán)頸鸻和丹頂鶴等11種；攀禽有3種，分別為普通翠鳥、戴勝和葦鵐；鳴禽只有百靈1種。家Ⅰ級保護鳥類東方白鸛以及5種山東省重點保護鳥類（蒼鷺和夜鷺等)。11月記錄鳥類10種，數(shù)量約為2 148只，豆雁為主要優(yōu)勢鳥類，約有1 300只，并發(fā)現(xiàn)9只白鶴（國家Ⅰ級, CITESⅠ級）在淺水區(qū)覓食活動，這也是有觀測記錄以來白鶴首次在該區(qū)出現(xiàn)。另外包括2種國家Ⅱ級保護鳥類（白琵鷺和大天鵝）和3種山東省重點保護鳥類（蒼鷺、大白鷺和普通鸕鶿）在該區(qū)活動覓食。進入12月，部分旅鳥或冬候鳥會繼續(xù)南遷，數(shù)量有所減少，鳥類數(shù)量約為1 126只，其中豆雁相比11月減少，數(shù)量為800只左右，但仍為主要鳥類種群，所占比例高達71.0%。西伯利亞銀鷗和普通秋沙鴨數(shù)量相差不大，僅次于豆雁，并在鳥島周邊灘涂濕地和濕地水面發(fā)現(xiàn)13只丹頂鶴棲息活動。進入2016年1月和2月，由于天氣寒冷，水面凍結，基本上不存在鳥類活動。自3月氣溫回暖，水面解凍，鳥類食物增多，鳥類數(shù)量逐漸增多，調(diào)查發(fā)現(xiàn)9種鳥類955只在該區(qū)活動，其中仍以豆雁所占比例最高（83.8%)，東方白鸛（31只）和丹頂鶴（17只）仍在該區(qū)活動較多，且數(shù)量有所增加。

圖3 2015年9月-2016年3月恢復區(qū)鳥類種類數(shù)量變化

4 討論

植被覆蓋、裸地和水面的組成比例以及地形變異等因素在一定程度上均會影響水鳥棲息的種類及數(shù)量（金欣等, 2013)。從濕地恢復工程實施近半年以來的短期效應可知，通過微地形營造進行水位控制，可顯著改善植被、裸地和水面的組成比例，從而為大量鳥類，包括眾多重點保護鳥類提供了適宜的覓食棲息場所。微地形營造在復水后形成的水位梯度，可為不同鳥類提供多樣化的生境。鳥島周邊的淺水位區(qū)域為涉禽提供覓食場所，周圍環(huán)溝深水區(qū)則適宜于游禽活動，同時也是枯水期魚類理想的避難所。在淡水補入以后，蘆葦面積顯著增加，不僅為鳥類提供了棲息避難場所，也適宜于底棲生物的拓殖，從而也為魚類提供了豐富的食源。鳥島與周邊水域的高程差異，使得雨季降水起到了淋洗降鹽的作用，土壤鹽度降低，蘆葦和堿蓬群落逐步恢復，從而為戴勝等攀禽也提供了棲息休憩場地。因此，相比于以往單純圍封補充淡水的恢復策略，微地形營造結合水位控制的恢復方式具有更好的效果，兼顧景觀效果、植被覆蓋效果和鳥類棲息地生態(tài)功能的恢復，在目前黃河三角洲退化濕地的恢復中具有更好的實用價值。然而，目前觀測的結果僅為短期效應的初步評估，后續(xù)需持續(xù)深入地進行植被、底棲、魚類和鳥類的動態(tài)觀測，根據(jù)動態(tài)監(jiān)測結果進行針對性的生境優(yōu)化，以促進生態(tài)恢復效果的更好發(fā)揮。

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Restoration of Degraded Coastal Wetlands Based on Water Level Regulation in Yellow River Delta and its Short-term Effects

REN Wei1,2WANG An-Dong3FENG Guang-Hai3ZHAO Ya-Jie3RAN Yue-Nan2,4LIU Xiao-Ling2,4WANG Guang-Mei2LIU Yu-Hong1,5
(1 College of Environment and Resources, Inner Mongolia University, Hohhot 010021; 2 Key Laboratory of Environmental Processes and Ecological Remediation, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003; 3 Yellow River Delta National Nature Reserve Administration, Dongying 257500; 4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101409; 5 Key Laboratory of Integrated Regulation and Resource Development on Shallow Lake of Ministry of Education, Nanjing 210098)

針對黃河三角洲濱海濕地嚴重退化鹽堿化問題，于2015年5月設計實施了微地形改造營造和水位控制相結合的生態(tài)恢復方案，并評估了恢復工程的初步效果。結果表明：生態(tài)工程實施3個月后，恢復區(qū)植被、水域和裸地面積發(fā)生顯著變化，植被比例從18.8%上升到30.5%，水域比例從7.4%上升到53.2%，裸地面積從73.8%降低到16.3%，濕地的改善為鳥類提供了多樣化的生境。底棲動物從無到有開始拓殖，至2015年9月已發(fā)現(xiàn)大型底棲動物14種。自2015年9月至2016年3月，共有35種鳥類，包括13種重點保護鳥類在該區(qū)域棲息覓食。相對于簡單圍封補充淡水的傳統(tǒng)恢復方式，本研究設計的生態(tài)恢復方案效果更為顯著，在該區(qū)的生態(tài)恢復和重建中具有一定的推廣價值。

黃河三角洲；濱海濕地；生態(tài)工程；水位控制；鳥類棲息島

To restore the severely salinization-degraded coastal wetland in the Yellow River Delta, an ecological restoration project combined with micro-topography modification and water-level regulation was designed and implemented in May, 2015. Meanwhile, the preliminary restoration effects in short term were assessed. Results showed that the area of vegetation, open-water and bare land changed significantly after three months. The proportions in area of vegetation and open-water increased from 18.8%, 7.4% to 30.5%, 53.2%, respectively, while bareland proportion decreased from 73.8% to 16.3%, which could provide more diverse habitats thus attract more birds. Benthonic animal began to colonize in this area, with 14 species being discovered in September, 2015. There were 35 bird species, including 13 key protected species, were recorded in the restoration area from September, 2015 to March, 2016. Compared with traditional restoration measures of simple enclosure with freshwater supplement, the designed ecological restoration project is more feasible and could be applied to ecological restoration in the Yellow River Delta.

Yellow River Delta; Coastal wetland; Ecological Engineering; Water level Regulation; Bird Habitats

10.3969/j.issn.1673-3290.2016.04.01

2016-09-22

中國科學院科技服務網(wǎng)絡計劃（STS計劃）項目（KFJ-EW-STS -127）

任葳，女，碩士研究生，從事濕地生態(tài)學研究。E-mail：rwei 322@163.com

王光美。E-mail：gmwang @yic.ac.cn