多水塘活水鏈技術(shù)在沙家浜濕地公園小微濕地改造中的應(yīng)用

戈萍燕 楊棠武 許 信 楊宇挺 蔣 星 俞曉磊 傅海峰 安樹青,2*

(1 南京大學常熟生態(tài)研究院，南大（常熟）研究院有限公司，江蘇 蘇州 215500；2 南京大學生命科學學院，江蘇 南京 210046)

小微濕地是面積在8 hm2以下的單獨濕地，小微濕地群是由3個及以上的小微濕地通過水文聯(lián)系構(gòu)成的群體（國家市場監(jiān)督管理總局等, 2023）。小微濕地是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，被認為是良好的生物庇護所、重要的洪水調(diào)蓄堤、優(yōu)異的水質(zhì)凈化器、獨特的氣候調(diào)節(jié)器和美麗的文化娛樂場所（趙暉等，2018）。由于小微濕地豐富的空間異質(zhì)性和更高的水土比例，在水質(zhì)凈化、生物多樣性等生態(tài)功能方面，10個1 hm2的小微濕地要遠優(yōu)于1個10 hm2的大濕地（崔麗娟等, 2021；Richardson et al., 2015）。小微濕地獨特的水文和地理特性，提供了一些大型濕地無法提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，如提供關(guān)鍵物種生境、作為生物遷移過程中的“踏腳石”等（崔麗娟等，2021）。在《濕地公約》第十三屆締約方大會 （CoP13）上，中國首次提出《小微濕地保護與管理》決議草案。2018年起，國家林草局將小微濕地保護列為主要工作，小微濕地的保護、利用和監(jiān)管日益受到重視（宋晴等，2021）。

目前，小微濕地的研究僅局限于小微濕地的定義、作用及功能現(xiàn)狀，趙暉等（2018）提出了小微濕地的定義、重要性和研究現(xiàn)狀，崔麗娟等（2021）對小微濕地的定義、類型和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進行了研究，宋晴等（2021）提出了小微濕地的定義和保護管理建議，龍北辰等（2019）對小微濕地在環(huán)保方面的應(yīng)用進行了探究；陳美玲等（2021）在淮安市開展了小微濕地的規(guī)劃設(shè)計工作，建設(shè)了24個小微濕地，提出了普遍適用的修復(fù)措施，但對于現(xiàn)有的小微濕地群如何系統(tǒng)地改造利用，鮮少有報道。本研究提出了蘇州市沙家浜國家濕地公園開展的小微濕地多水塘活水鏈工程方案，通過實施水系連通工程、植被恢復(fù)工程、水生動物恢復(fù)工程和藻類恢復(fù)工程，將多個小微濕地串聯(lián)起來，實現(xiàn)水質(zhì)凈化和區(qū)域生物多樣性提升的雙重目標，為長江中下游小微濕地群的改造及有效利用提供參考。

1 研究區(qū)概況

沙家浜國家濕地公園位于長江下游江蘇省常熟市境內(nèi)，是長江與太湖之間水網(wǎng)過渡區(qū)的重要生態(tài)節(jié)點，濕地公園總面積為414 hm2，主要濕地類型包括沼澤濕地、河流濕地、湖泊濕地、人工濕地（張鵬莉，2017）。沙家浜國家濕地公園主要河道水質(zhì)為Ⅳ類水質(zhì)。多水塘活水鏈濕地位于沙家浜濕地公園東北角科普園片區(qū)，項目區(qū)面積約2.4 hm2，原為展示濕地動物的漁樂園，有7個大小不一的水池，現(xiàn)已荒廢。7個水池加上連接水池的進水渠和溪塘，總面積約5 331 m2。

沙家浜國家濕地公園內(nèi)的小微濕地群主要存在以下問題：水系不連通，原有的水泵損壞失修，濕地水源無法保障，部分池體無法蓄水；植被種類單一，以蘆葦（Phragmites australis）、蘆竹（Arundo donax）為主，長勢強盛，覆蓋率過高；食物鏈結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，水生生物數(shù)量不多；景觀效果差，7個水池外圍圍筑玻璃幕墻，高約0.7～1 m，影響內(nèi)外生物量交換，阻擋游客視線。

2 小微濕地修復(fù)策略及總體布局

2.1 小微濕地修復(fù)策略

基于近自然恢復(fù)理念，在沙家浜濕地公園小微濕地群現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合濕地公園總體規(guī)劃和生物多樣性需求，采取少量的人工干預(yù)措施，應(yīng)用多水塘活水鏈技術(shù)，凈化沙家浜圩內(nèi)水質(zhì)，提高區(qū)域生物多樣性。通過水系連通、植被恢復(fù)、水生動物恢復(fù)和藻類恢復(fù)措施，構(gòu)建完整的捕食食物鏈和腐食食物鏈，逐漸恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)完整性和穩(wěn)定性，充分發(fā)揮小微濕地的生態(tài)功能。

2.2 總體布局

沙家浜多水塘活水鏈濕地總體布局見圖1，本研究對水塘進行改造，通過水系連通工程，應(yīng)用多水塘活水鏈技術(shù)，將沉淀塘、藻類塘、水生動物—挺水植物塘、水生動物—沉水植物塘、浮葉植物塘、小型魚類塘、魚類產(chǎn)卵塘7個塘串聯(lián)起來，形成功能各異、互相關(guān)聯(lián)的小微濕地群。通過配植挺水、浮葉、沉水植物，投放魚類、底棲動物等，構(gòu)建完整的捕食食物鏈和腐食食物鏈系統(tǒng)，加強了濕地的污染去除能力，提高濕地生物多樣性。

圖1 沙家浜多水塘活水鏈濕地總體布局圖Fig.1 General layout of the Shajiabang multi-pond living water chain wetland

3 小微濕地群改造

3.1 水系連通工程

使用抽水泵將沙家浜圩內(nèi)河的水提升至項目區(qū)，河水依次經(jīng)過沉淀塘、藻類塘、水生動物挺水植物塘、水生動物沉水植物塘、浮葉植物塘、小型魚類塘、魚類產(chǎn)卵塘7個基本處理單元，通過植物、動物、微生物共同作用后，自流至河道（圖2）。

圖2 濕地水流路線圖Figure 2 Shajiabang multi-pond living water chain wetland water flow roadmap

沙家浜圩內(nèi)河的水位為0.5 m（黃海高程），通過泵站提升至2.1 m（黃海高程），進入項目區(qū)，沉淀塘、藻類塘、水生動物—挺水植物塘、水生動物—沉水植物塘、浮葉植物塘、小型魚類塘、魚類產(chǎn)卵塘的水位（黃海高程）分別為2.1 m、1.9 m、1.7 m、1.5 m、1.45 m、1.1 m、0.9 m，通過設(shè)置不同的水位，水流通過自身勢能依次流經(jīng)各個水塘。

3.2 植被恢復(fù)工程

多水塘活水鏈小微濕地的景觀工程分為8個區(qū)域（圖2），包括：1）沉淀塘383 m2，水深1.0 m，主要種植金魚藻（Ceratophyllum demersum）、狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）、菹草（Potamogeton crispus）和輪葉黑藻（Hydrilla verticillata）等沉水植物；2）藻類塘258 m2，水深0.6 m，種植黃菖蒲（Iris pseudacorus）、水蔥（Schoenoplectus tabernaemontani）和睡蓮（Nymphaea tetragona）；3）水生動物挺水植物塘331 m2，水深0.5 m，種植黃菖蒲、藨草（Schoenoplectus triqueter）、水蔥、旱傘草（Cyperus involucratus）等挺水植物；4）水生動物沉水植物塘773 m2，水深0.7 m，種植金魚藻、菹草、輪葉黑藻、狐尾藻、苦草（Vallisneria natans）等沉水植物；5）浮葉植物塘484 m2，水深0.6 m，種植睡蓮、荇菜（Nymphoides peltata）、莼菜（Brasenia schreberi）、萍蓬草（Nuphar pumila）等浮葉植物 ；6）小型魚類塘737 m2，水深0.5 m，種植睡蓮、金魚藻、菹草、輪葉黑藻、狐尾藻等水生植物；7）魚類產(chǎn)卵塘1 591 m2，水深1.0 m，種植矮生苦草；另外，溪塘482 m2，種植水鱉（Hydrocharis dubia）、槐葉萍（Salvinia natans）等漂浮植物。

水生植物在小微濕地群中不僅承擔了水質(zhì)凈化的主要功能，也是景觀提升的主體。挺水植物吸收水體營養(yǎng)物質(zhì)，增加水體氧含量，為浮游動物提供氧氣。浮葉植物浮在水面進行光合作用，遮擋陽光，抑制水中光合放氧，水體缺氧環(huán)境為兼氧微生物脫氮除磷提供良好環(huán)境。沉水植物吸收水體營養(yǎng)物質(zhì)，增加水體氧含量，為浮游動物提供氧氣，茂密的沉水植物枝葉附著微生物群落，增加微生物生長繁衍場所，其中菹草秋季發(fā)芽，越冬生長，可有效彌補冬季沉淀塘凈化能力不足的問題。濕地中的黃菖蒲和矮生苦草，冬季時在長江中下游地區(qū)依舊保持翠綠，是冬季小微濕地的主要景觀。

3.3 水生動物恢復(fù)工程

多水塘活水鏈的小微濕地群，在地形改造和植被恢復(fù)完成后，投放一定量的魚類和底棲生物，以作為健康水生生態(tài)系統(tǒng)的啟動因子。本項目在小型魚類塘投放草金魚（Carassius auratus）、高體鳑鲏（Rhodeus ocellatus）、棒花魚（Abbottina rivularis）、藻蝦（Hippolyte）、背角無齒蚌（Anodonta woodiana）、中華圓田螺（Cipangopaludina chinensis）等水生動物，在魚類產(chǎn)卵塘投放錦鯉（Cyprinus carpio）、高體鳑鲏、黃顙魚（Tachysurus fulvidraco）、背角無齒蚌、中華圓田螺等水生動物。在小型魚類塘中，小型魚類取食浮游植物、浮游動物、有機顆粒等，形成捕食食物鏈，底棲動物攝食動植物殘體、有機碎屑、懸浮顆粒等，形成腐食食物鏈，完善食物鏈結(jié)構(gòu)，提高生物多樣性。魚類產(chǎn)卵塘中的沉水植物為魚類提供產(chǎn)卵及附著場所，浮游生物、小型魚類、底棲動物為魚類提供豐富的餌料。

3.4 藻類恢復(fù)工程

藻類塘投放了剛毛藻（Chladophora）、小球藻（Chlorella vulgaris）、硅藻（diatom）等藻類，同時種植了黃菖蒲、水蔥和睡蓮，作為藻類的附著載體。藻類利用光合作用為好氧細菌降解污染物提供氧氣。好氧細菌釋放二氧化碳，有助于藻類進行光合作用。藻類容易被分解為簡單有機物，為后續(xù)工藝脫氮提供有效的碳源。

4 濕地修復(fù)工程效果

4.1 水質(zhì)凈化效果

項目區(qū)域日處理水量500 m3/d，年處理水量18.25萬m3。多水塘活水鏈濕地正常運行后，出水水質(zhì)較進水明顯提升，出水能穩(wěn)定達到IV類水。項目實施完成后，于2022年4月至2022年12月期間，在自然水流狀態(tài)下進行采樣，一至七號塘每個塘選擇一個采樣點，每個采樣點采集3個水體樣品，帶回實驗室后檢測水樣中總氮、氨氮、總磷和COD含量。監(jiān)測結(jié)果顯示，從2022年4月至2022年11月，小微濕地在進行多水塘活水鏈改造后，水體中總氮、氨氮含量明顯降低。其中，總氮從3.1 mg/L下降至1.3 mg/L，減少58.1%，達到地表IV類水標準（≤1.5 mg/L）；氨氮從1.05 mg/L下降至0.19 mg/L，減少81.7%，達到地表Ⅱ類水標準（≤0.5 mg/L）。2022年7月，從1號塘至7號塘，總磷從0.06 mg/L下降至0.03 mg/L，減少59.7%，達到地表Ⅲ類水標準（湖、庫≤0.05 mg/L）。

4.2 生態(tài)提升效果

工程完成后，水體面積從20%增加至80%，水生植物種類增加了18種，底棲生物增加了3種，魚類增加了4種，魚類數(shù)量提升了3倍，鳥類數(shù)量及多樣性大大提高。濕地生物種類更豐富，層次結(jié)構(gòu)較多，生態(tài)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，成為長江中下游地區(qū)小微濕地改造的典范。

4.3 景觀營造效果

該項目利用7個水池加上連接水池的進水渠和溪塘串成一套水質(zhì)凈化的活水鏈，每個塘都有一個主導(dǎo)功能，7個塘加上溪塘組成了一個小微濕地綜合體，在空間、水系上進行了聯(lián)通，不僅具有水質(zhì)凈化，還具有觀賞、體驗、科普功能，充分發(fā)揮了各種生物功能群的作用和小微濕地群的生態(tài)功能。項目區(qū)通過清除高大草本，營造深潭淺灘，運用挺水植物、浮葉植物、沉水植物等水生植物進行配置。在植物配置的過程中，在滿足水質(zhì)凈化要求的同時，兼顧濕地景觀效果，營造了疏草水影、蓮葉田田、水下森林等多層次、多樣化的小微濕地景觀。清澈的水、游動的魚和飛翔的鳥組成了一幅美麗的濕地畫卷。

5 結(jié)語

本文提供了一種水質(zhì)凈化與生物多樣性保護的小微濕地群系統(tǒng)，通過多水塘活水鏈技術(shù)構(gòu)建由沉淀塘、藻類塘、水生動物—挺水植物塘、水生動物—沉水植物塘、浮葉植物塘、小型魚類塘、魚類產(chǎn)卵塘串聯(lián)而成的小微濕地群。通過設(shè)置一系列的水位差，引入的水體通過自身勢能依次流經(jīng)各個水塘在輪流交替經(jīng)歷生化反應(yīng)后，有效削減水中的氮磷，同時顯著提升了項目區(qū)的生物多樣性和景觀效果，生態(tài)效益十分顯著。通過多水塘活水鏈技術(shù)構(gòu)建的小微濕地群系統(tǒng)，在水污染治理、生物多樣性保護等方面具有經(jīng)濟、高效、環(huán)保、穩(wěn)定的特點，是一種基于自然的解決方案，可為長江中下游的小微濕地群改造提供示范，應(yīng)用前景廣泛。多水塘活水鏈小微濕地群的水質(zhì)凈化效果受到進水水質(zhì)、水力負荷、植物配置和水塘單元組合等多因素的影響，建議在實際應(yīng)用中要因地制宜，基于不同類型水塘在水質(zhì)凈化中的主要耦合或協(xié)同作用，對小微濕地群的水塘類型進行適當調(diào)整。