国外盐碱沼泽地恢复案例研究

发表时间:2019/7/25   来源:《防护工程》2019年8期   作者:李姝娟
[导读] 因此,对盐碱沼泽地恢复的研究,不仅将促进海岸学科科学体系的发展,而且在生产、生活、生态等各方面都有极为重要的意义。

中煤科工集团西安研究院有限公司环保所  陕西  西安  710054
        摘要:近年来,盐沼在海岸防护、防洪(本世纪可能的海平面上升及导致的风暴气候)以及促淤、减污、优化海滨环境等方面的潜在价值不断受到人们的重视。因此,对盐碱沼泽地恢复的研究,不仅将促进海岸学科科学体系的发展,而且在生产、生活、生态等各方面都有极为重要的意义。
        关键词:盐碱沼泽地;恢复案例
       
       
盐沼指分布在河口,海岸潮间带盐生植物覆盖的淤泥质潮滩地区,主要由盐生草本,小型灌丛等耐盐植物组成。它在水质、土壤、植被和动物各方面与其他沼泽类型都有明显的差别:盐沼地表水呈碱性、土壤中盐分含量较高,表层积累有可溶性盐,其上生长着盐生植物,广泛分布于海滨、河口或气候干旱或半干旱的草原和荒漠带的盐湖边或低湿地上。盐沼分为以下两种类型:潮汐海岸(在频繁的潮汐和海水冲刷作用下形成的)和咸水湖盐沼(在封闭湖畔周围非潮汐或盐度作用下形成的)。盐沼退化的原因主要有以下四个:潮汐阻断与泥沙淤积、外来种入侵、物理干扰和环境污染。对盐沼进行恢复可以采用以下几种措施:拆除堤坝、增加潮汐活动、疏浚沉积物和种植大米草。本文通过对马塞诸塞州和路易斯安那州两个案例的研究,介绍了对两种不同退化原因盐沼的两种不同修复方法。
        一、马塞诸塞州受潮汐限制盐沼的水流量增加修复
        美国马塞诸塞州的鳕鱼角,大约有将近1400公顷的盐沼栖息地都构筑了堤坝,而其中一半以上受堤坝影响的区域都位于国家海岸线上,其中包括鳕鱼角北部舱口港大约40公顷的潮汐盐沼地。美国国家公园,普文斯镇航空局和联邦航空局提出计划用以构建一系列大型的管道来引入海水恢复潮汐功能,原来的0.6米长的管道都被2.1*1米的高的长方形的涵洞所替代,并且设置了一个可调节的闸门来控制流量。后续通过取样及植物评定方法,结果表明:(1)潮汐高度:恢复之前潮汐限制区的潮差仅为0.26米,是非潮汐限制区0.66米的39%,随着闸门开启的范围逐渐增大,达到了非潮汐限制区的61%~63%。(2)植被分析结果:根据计划实施前记录的植物种类,包括一些淡水植物和高地植物在内的2/3的物种都退化了。绣线菊,黑莓(悬钩子属),灯心草,北部杨梅,金星蕨盖度减小,马鞭草,秋麒麟,莎草频度减小。而计划实施后,本地盐碱植物的盖度有了很大的增加,如厚岸草和互花米草。相关性分析表明,植被空间分布和海拔,孔隙水盐度及与海水入口的距离有关。(3)孔隙水化学性质分析结果:恢复前只有一个样点的孔隙水盐度大于25ppt,恢复后所有点的孔隙水盐度都大于25ppt。在恢复期间,在距离潮沟80米的取样点,盐度的变化最大。(4)关键种的趋势:恢复以后,互花米草所占的样地高于以前的三倍,并且向上坡迁移了80-260多米。狐米草的频度变化很小,虽然它们也迁移了,但低海拔处有所退化。其它盐地物种,如碱蓬属,盐角属在这段时期都表现出快速的增长率,相反,盐草的扩大范围比较小。



        该案例表明水流量增加修复显著改变了潮汐制约盐沼地的物理化学特性,增加了孔隙水的盐度。显著改变了潮汐制约盐沼地的植物种类及其组成,显著改变了关键种的生存轨迹,非耐盐性植物都退化了,以本地的盐碱植物为主。但该恢复案例也存在一定问题:(1)考虑到种子散布动力学以及一系列物理,化学和生物过程还会发生变化,现时的植被群落并不能代表恢复的重点,要达到稳定的状态还需要几十年的时间。(2)整个潮汐限制盐沼地的完全恢复是不现实的(筑堤效应)。
        二、路易斯安那州干旱引起的退化盐沼用泥浆沉积物修正进行恢复
        在2000年的春夏两季,墨西哥海湾的一场历史性干旱引起了严重的大规模盐沼地干扰事件,俗称为“褐藻事件”,导致路易斯安那密西西比河三角洲平原大面积以互花米草为优势种的盐沼地发生了突发性的枯死。该事件对路易斯安那高低潮之间大约28%的盐沼产生了严重的影响。虽然一些盐沼又再植了,但许多变成了泥滩并且缺乏植被。底层植物减少引起的土壤板结以及随着植物根系的损伤和土壤中有机质分解而发生沼泽淹没。随着沼泽地表面进一步的下沉和侵蚀,未再植的泥滩会转变成浅部开放水系。针对上述背景提出了以下几个问题:(1)突发性顶部枯死之后,在有无沉积物改善的情况下,哪些水力土壤因子可以控制植被的补充与恢复;(2)沉积物添加是否加速了植被群落的恢复;(3)恢复的速度是否与沉积物添加的浓度有直接关系。
        在退化的沼泽地进行水力疏浚的泥浆沉积物应用是一种新的技术,可以被用于在顶部枯死之后由于土壤板结而淹没的褐色沼泽区域的恢复。这项技术可以提高沼泽的海拔并且提高植被恢复效果。研究区的土壤呈半流质状态,经常受到盐水冲击,矿物质含量较高。从冬季海平面最低到夏末时最高之间的平均潮汐幅度大约是0.3m。在这段时期里工程区域附近的以互花米草为主的沼泽被淹没了50%到85%。将研究区域分为实验区和参考区两部分。实验区位于枯死的沼泽地,由邻近于土筑防洪堤的四个单元组成,这四个单元都独立的进行从拉福什县水力挖掘的泥浆沉积物的添加。其中,参考区分为两部分:健康盐沼未受到褐色沼泽事件的影响,以互花米草为优势种并伴生有藤兰植物;褐色盐沼由于褐色沼泽事件而剥落和下沉,缺少植被。研究表明低海拔、植被处理水平与健康沼泽地有相似的物种多样性,植被体系恢复速度快;中海拔处理水平恢复效果不明显,弹出处理水平物种多样性丰富,植被恢复速度快;高海拔处理水平和褐沼区域恢复效果最差。(1)海拔和土壤积水时间对植被分布有影响,增加的海拔驱使水浸压力逐渐下降,竞争关系导致了其他物种取代互花米草的现象。尽管适于盐沼地快速集群植物的最优海拔还没有最后确定,但是已修复的湿地所产生的集群作用与沉积物修复作用有着直接的联系。(2)在潮水盐沼地,洪水的频率和持续周期以及潜在的氧化还原作用已证实与海拔有着一定的联系。(3)硫化物和氮对恢复速率有影响,氢硫化物的水平会降低互花米草的生产率,同时,也可能对其生长产生影响。(4)盐度对植被修复有影响,盐沼地能产生高浓度基质盐,而这种情况只发生在那些很少受到冲刷,易产生辐射热效应和水汽增发作用的盐沼地,并且产生的基质盐经研究表明将限制裸露地带植物的集群现象以及限制互花米草的生长速率。(5)容积密度和矿物质含量对恢复效果有影响,一定量的高密度的土壤矿物质已证实与高速度的植物恢复力和生产力有关。矿物质可以通过增加营养物质的有效利用率和降低与金属(铁、锰)的硫化物来提升盐沼地的活性。在研究区,大物体的密集度比沉积物补给区的要高。较高的以及中等的处理水平富集了高浓度的铜,锰,锌,钙和磷;低水平以及增长处理水平有着高浓度的钙和磷;而低处理水平下与参照的盐沼地相比有更多的铁。像那些在参照盐沼地所看到的一样,有极低容积浓度的盐沼地土壤与那些有高容积密度的土壤相比,它的植物生产力低。并且可能是阻碍该地区植物构建的一个主要因素。然而,容积密度并不能解释在高海拔处理水平上的低补充现象。
        三、结论
        马塞诸塞州受潮汐限制盐沼的水流量增加修复案例表明水流量增加修复显著改变了潮汐制约盐沼地的物理化学特性,增加了孔隙水的盐度。显著改变了潮汐制约盐沼地的植物种类及其组成,显著改变了关键种的生存轨迹,非耐盐性植物都退化了,以本地的盐碱植物为主。路易斯安那州干旱引起的退化盐沼用泥浆沉积物修正进行恢复案例表明海拔,洪水持续时间及其他因素如氧化还原能力,硫化物浓度,氮含量,盐度,矿物质浓度和容积密度的相互作用都对植被恢复的效果都会有影响。有机物,湿度,根茎的生存能力对植被恢复有很大的影响。
        参考文献
        [1]Salt marsh restoration with sediment-slurry amendentment  following a drought-induced large-scale disturbance.
        [2]Responses of Plant Communities to Incremental Hydrologic Restoration of a Tide-Restricted Salt Marsh in Southern New England (Massachusetts, U.S.A.)
        [3]Restoring Salt Marshes Using Small Cordgrass,  Spartina maritima. Macro-Tidal Salt Marsh Ecosystem Response to Culvert Expansion.
        
       

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