上海滨海湿地退化原因及生态修复措施研究

2022-09-13苏令侃

上海国土资源 2022年3期

苏令侃

（上海鸿穆环境科技有限公司，上海 200072）

滨海湿地是具有着丰富的自然资源的生态系统，其退化和丧失是一场全球性的生态危机。土地复垦、水污染、沉积物匮乏、物种入侵和海平面上升等对湿地产生了巨大的压力，全球滨海湿地生态系统已严重退化。自1970年代以来，许多国家和国际组织颁布了拉姆萨尔公约、“无净损失”（no-net-loss）政策和生物多样性公约等多个战略用于保护受威胁的生态系统[1-2]。目前，滨海湿地的保护已成为全球迫切性、实现性意义的问题。

位于长江口的上海是中国重要的滩涂和盐沼分布区，具有大量的滨海湿地资源。滩涂和盐沼是两个密切相关的湿地生态系统，为人类提供了不可替代的生态系统服务。滩涂通常出现在盐沼前面，盐沼是在适宜条件下从滩涂演化而来的，而在泥沙亏缺环境下，不稳定的盐沼生态系统会逐渐转变为滩涂[3]。候鸟多以滩涂为食，并在沼泽筑巢，而沼泽的波浪衰减和固碳作用比滩涂更有效。滨海湿地对于维持生态系统服务供给和提高生物多样性保护具有重大意义。

近几年来，尽管通过停止填海工程、海岸线保护行动、生态海堤等多种手段来增强海岸对自然灾害的抵御能力，然而据统计从1950年到2018年，上海失去了大约58%的滨海湿地[4-5]，滨海湿地的保护面临着巨大的机遇和挑战。此外，一项全国范围的研究表明，即使所有湿地的总面积在过去几十年中有所增加，但有价值的天然湿地仍在继续减少，尤其是盐沼，而且湿地生态系统的健康状况评估还存在问题，一些重要的影响因素还未纳入湿地生态系统的评估中，例如生物入侵[6]。为解决上海滨海湿地退化问题，湿地近自然恢复迫在眉睫。

本文概述长江口上海滨海湿地的情况，科学分析其生态退化原因，讨论生物和生境的近自然生态修复进展，在此基础上，为上海滨海湿地生态修复提出一些建议。

1 上海滨海湿地退化现状

上海是典型的滨海湿地城市，拥有湿地资源丰富，滩涂面积辽阔，比全国平均湿地率高出接近9倍，其中滨海湿地面积占上海市全市湿地面积总量的78.72%[7]，拥有丰富的底栖动物和植物资源，具有极高的生物多样性价值。然而，由于城市工业化发展和经济社会发展过程中不合理、过度的人为活动，随之而来的湿地生态与环境问题十分严峻。如图1所示，上海滩涂湿地面积在2008年开始大幅下降，相比1990年的数据，2018年滩涂/潮滩面积比下降了52%以上以及潮滩湿地的面积净损失达18.1%[8]。作为上海水源地的核心区域，大莲湖的面积在逐渐萎缩，已由最早的3.03 km2面积缩小至如今的0.99 km2，减少了原面积的67.3%[9]。上海滨海湿地的生态与环境面临巨大的压力，需通过人为干预和自然调节进行有效的生态修复。

图1 1990～2018年上海滨海地区土地利用/覆盖变化类型的空间分布Fig.1 Spatial distribution of different LULC types in Shanghai coastal region between 1990 and 2018

2 退化原因分析

由于自然和人为驱动因素，上海滨海湿地的丧失速度显著增加，且影响了生物多样性、生物生产力、生态系统服务能力等，出现了湿地退化和丧失的现象。

2.1 自然因素对湿地退化的影响

（1）海平面上升

海平面上升是滨海湿地生态系统面临的严重环境胁迫因子，沿海地区由于地势较低，对海平面上升十分敏感。在过去30年里，长江三角洲经历了54±12 km2/年的净面积增长，海平面呈上升趋势[10]。海平面上升将延长滨海湿地生境的潮水浸淹时间和增加其淹水频率，直接影响植物的存活和生长，改变滨海湿地生态系统结构和功能，导致生境退化甚至丧失。上海市作为沿海城市社会经济发展中心，其周边海域相对海平面上升情况尤为重要。20世纪60年代，上海市周围海域海平面上升速率为0.9 mm/a，20世纪90年代海平面上升速率高达2.0 mm/a，根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次评估报告，预测出2030年长江河口海平面约上升10～16 cm。上海市周边海域海平面上升速率高于全球海平面上升速率，其主要原因是上海地面沉降显著导致其周边海域海平面上升速率加快。海平面上升会直接造成海岸线侵蚀，进一步导致海水向湿地入侵，进而加剧了湿地土壤盐碱化等问题，使湿地减缓盐水入侵、补充地下水的功能退化甚至丧失。目前，海平面上升对湿地的直接影响还不明显，在未来这极可能对上海滨海湿地产生重大影响。

（2）全球气候变化

气候变迁主要影响土壤和水体的地球化学过程，但因为湿地生态系统对全球气候变化比其他生态系统更加敏感、脆弱，也使上海湿地生态系统逐渐变成流域内生态安全威胁系数最大的区域。近百年来，海洋气温和海表水温都呈现了明显增加的态势。统计资料表明，相比于1990年，2021年平均气温升高了1.09℃[11]。由于蒸发量增加和人为用水需求增加，气候变化可能会加剧对湿地的压力。预计更高的蒸发量，可能会增加湿地干旱的严重程度，或影响植物物种分布、群落结构和湿地水文形态动力学。

（3）外来物种入侵

上海滨海湿地遭到了外来物种互花米草的大幅度入侵，其扩散速度是虎耳草、芦苇、海三棱藨草等本土植物的4～6倍。自1997年引入上海九段沙，截至2021年互花米草主要分布在崇明岛的东北部、九段沙和南汇边滩，据统计其面积达 101.09 km2，占中国沿海地区总面积的16.4%（图2）[12]。互花米草强势入侵导致上海滨海湿地原来的土著物种慢慢死亡直至部分消失，植物结构发生改变，进来导致鸟类的食物来源也减少。其中，海三棱藨草是上海滨海湿地的重要本土植物，既可以作为雁鸭类的食源，也可以作为鹬类的栖息地。然而近几年海三棱藨草基本消失，随之而来也产生了鸟类数量急剧下降的问题。

图2 互花米草在中国沿海地区分布Fig.2 Distribution of spartina alterniflora in coastal areas of China

2.2 人为因素对湿地退化的影响

（1）人工围滩造地加剧

围滩造田活动是中国沿海地区为解决土地资源紧张、促进人民经济健康增长的最有效措施。但由于由于大量的围垦活动，也直接导致了湿地大规模的萎缩。围滩造田是危害中国周边沿海湿地的最主要原因，是湿地面积不断减少的最主要因素。20世纪90年代，上海崇明东滩经历了两次大规模的围滩造地活动，新建堤坝甚至筑到了海三棱蕉草保护区的核心位置[13]。上海最终减少的湿地面积超过全市总湿地面积的10%，大多是在南汇边滩、崇明北沿、横沙东滩等区域。过度的围垦对上海滨海湿地生态系统造成的干扰和破坏是严重的，造成了生境破碎化，环境污染增加，湿地退化。

（2）滨海湿地资源过度发展

水产养殖和农业种植是上海滨海湿地的主要利用方式。在潮间带，沿海藻类、贝类以及生态旅游主要得到促进，而农业主要在潮下带。上海湿地养育着许多重要的鱼类和水产经济动物，如中华鲟、中华绒鳌蟹、鲥鱼、鳗鱼等。因为生态变化存在着周期性，所以合理捕鱼就可以推动生物资源的更新生长，但如果捕鱼不当就可能破坏生态的更新与生长循环，从而造成了湿地生态失去平衡。20世纪90年代初，崇明东滩湿地的鳗苗遭到了多个省市肆意捕捞，成千上百条渔船堵塞在长江口区域，导致机油污染上海的水面，同时严重干扰了雁鸭类越冬[13]。上海滨海湿地资源尚未形成良好的统一管理，湿地生态环境被大肆破坏，河口及近海渔业的特殊资源有趋于枯竭的危险。

（3）工业活动

工业活动，特别是陆上第二产业，已成为上海市滨海湿地的主要威胁。大量案例研究表明，湿地附近有集聚的工业活动会导致生化需氧量、磷和氨氮等污染物显著增加，土壤因重金属污染而恶化，石油烃类污染严重。这些高度持久性和难以生物降解的污染物通过食物链中的生物积累对生物体的生长和行为产生负面影响。根据工业活动对中国长江沿海区域滨海湿地影响的相关研究[14]，如图3所示，发现产业集聚对滨海湿地产生了严重的环境污染。在上海市长兴岛有一些船舶制造工业发展和港口的存在这可能是导致长兴岛湿地、横沙岛周边受到石油烃和重金属污染偏高的原因。此外，船舶生活垃圾、溢油事故等也会导致周边湿地附近石油类污染物含量较高。

图3 长江沿海区域工业活动研究Fig.3 Study on industrial activities in coastal areas of the Yangtze River

2.3 主要因素

根据上海市的地理条件、湿地现状及其利用的基本特点，海平面上升、全球气候变化、外来物种入侵三个自然因素是导致上海滨海湿地退化的最主要原因。其中，外来物种入侵是自2000年之后对湿地产生最大危害的因素，互花米草的“霸道”入侵就是导致上海九段沙湿地退化的主要因素。相比于外来物种入侵，海平面上升和全球气候变化目前对湿地产生的危害还并不严重，但可能是导致上海湿地未来水土环境变化重要的潜在因素。

相比于自然因素，围滩造地、资源过度开发和工业活动三个人为因素对上海湿地的影响更大。基于上海的发展历史，围滩造地是导致上海滨海湿地丧失的主要人为驱动力。除了九段沙湿地，崇明岛上的大量湿地都受到了围滩造地的人为影响。1960年，上海大力推动围滩造地来保障上海的粮食安全问题，进而导致了大量的湿地被破坏。为了湿地的生态系统恢复，上海在逐渐开展退耕还湿项目。

3 滨海湿地生态修复措施及建议

制定修复计划，通过人工干预与自然调节相结合，对退化滨海湿地植物、动物、微生物等进行近自然生态修复，从而改善湿地水环境质量、维持生态系统稳定，是滨海湿地修复的重要内容。

3.1 湿地生物修复技术

（1）植物修复

植物是湿地生态系统的基础，湿地植物修复常用的植物包括挺水植物、漂浮植物和沉水植物[15-17]，如表1所示。本土植物更适合以接近自然的方式修复湿地。挺水植物的恢复是其他活植物的基础。沉水植物对于促进水下生态系统的恢复和平衡具有重要意义。植物在湿地修复中除了为水生动物和微生物提供更多的栖息地和藏身之地外，最重要的功能是净化水质，包括吸收和代谢养分、分解和转化有机物、吸收和富集重金属等污染物。吸附的杂质可能成为底栖生物的食物和植物的养分。此外，水生植物吸收水中的氮、磷等微量元素进行生长，具有很强的净水能力，对有害藻类水华有显着抑制作用。

表1 常见水生植物的种类和功能Table1 Species and functions of common aquatic plants

根据相关研究[18]，海韭菜在河口滨海湿地生态修复中具有很好的作用，海韭菜可以吸收水体中的氮磷等营养物，还可以有效改善底质环境。通过种植湿地植被盐地碱蓬和海韭菜对秦皇岛北戴河溢油引发的受损滨海盐沼进行了修复，结果显示，沉积物中多环芳烃和石油烃的含量在修复后明显下降[19]。高生产力的优势物种对湿地生态修复更有效[20]。此外，植物群落受湿地地貌的影响，在湿地的退化过程中往往会出现地貌的变化和消失，所以地貌改造也应纳入湿地植物修复的重要措施之一。

（2）动物修复

除了植物，动物也是湿地生态的重要部分之一，包括底栖生物、两栖动物、鱼类和鸟类等。湿地动物可以提供多种生态系统功能，例如，底栖生物通过过滤水中的悬浮颗粒和代谢污染物，富集沉积物中的重金属，具有净化水体的能力。两栖动物、鱼类和水鸟通过捕食底栖生物并形成食物链进入能量循环，以维持湿地生态系统的稳定。

底栖生物具有生命周期长、迁徙困难、对环境变化敏感等特点，特别是对人类活动和环境压力的反应迅速。低栖生物在湿地食物链中发挥了重要作为，其食物为有机碎屑和植物为主，而自身又被被水鸟、鱼类等高等动物捕食。底栖生物参与了湿地生态系统的物质循环、能量流动和信息传递等环节，可起到维持生态系统结构和功能稳定的作用。根据现有的研究，底栖动物可对沉积物有很好的修复作用[21-22]，基于底栖动物活动与土壤因子相互作用，通过增加或减少底栖动物的扰动作用，应可在一定程度改变土壤条件，调节湿地生态系统的生态功能，通过底栖动物干扰手段来进行滨海湿地生态修复。此外，大型底栖动物已被用作长江口滨海湿地生态修复的指标[23-25]（表2）。

表2 底栖生物的种类和功能Table 2 Species and functions of benthics

（3）微生物修复

湿地环境中富含丰富的微生物，它们生长在根际、沉积物中，或在植物根和茎的周围形成生物膜。微生物与许多湿地植物形成共生关系，植物为微生物提供了很好的自然生存环境。在滨海湿地生态系统中，沉积物在微生物（氨氧化菌、硝化菌和反硝化菌等）驱动下常作为氮循环的重要反应场所，其中涉及到的氮转化过程主要包括固氮（N2-fixation）、再矿化（Remineralization）、硝化（Nitrification ）、反硝化（Denitrification）、厌氧氨氧化（Anammox）和硝酸盐异化还原成铵（DNRA）等，如图4所示[8]。

图4 氮循环示意图Fig.4 Schematic diagram of the nitrogen cycle

微生物对湿地中的氮、磷等富营养化元素具有很强的修复能力。有机氮被微生物分解转化为铵，而铵可进一步转化为硝酸盐，无机氮和磷可以被植物直接吸收或被微生物转化。有相关研究发现对于滨海湿地石油烃污染问题，微生物群落可以起到很好的修复作用，但是如果污染物的浓度过高会破坏微生物的结构，而通过植物和微生物共同作用可以在一定程度上提升修复作用，比如在种植翅碱蓬的土壤性质有所改善，可以改善土壤盐分和总孔隙度、增加微生物数量[26]。

3.2 湿地生境修复技术

（1）湿地基底修复技术

根据湿地基底的污染程度，采取合理的修复技术。污染较轻的湿地基底可以通过自然恢复或近自然恢复的方式，而重金属污染等重度污染或有毒污染的湿地基础则应通过疏浚、基底修复改造、基底提升等人工方式干预与自然恢复结合的方式来进行修复。湿地底泥淤积是上海大多滨海湿地中存在的问题，而生态清淤是最为常用的湿地基底修复技术。通过对表层沉积物进行疏浚，进一步合理处置沉积物，从而比较彻底地去除湿地沉积物中的污染物，防止污染物从受污染的沉积物中释放到水环境中。

此外，基底修复通常与生物修复相结合，基底的改善可能为生物的生长提供更好的条件。根据生物修复和基底修复的需求，需要新鲜底泥改良技术恢复水生生物栖息地，在底泥上铺设透气性好的沙土，不仅可以有效改善水力特性，还可以为微生物和底栖生物提供更大的附着表面积，从而全面改善湿地生态系统。

（2）湿地水土环境修复技术

湿地的土壤是生物的重要生存环境，其质量状况直接影响了湿地的生态系统的健康状况。湿地受损土壤的修复方法以污染防控和土壤肥力恢复两种重要的方式为主，以此增加土壤能量流动和维持物质循环。例如，通过土壤改良剂来修复肥力下降、盐渍化程度高的湿地土壤，或增加耐受微生物群落来提高土壤品质。

水体是湿地极为重要的一部分，可以通过对湿地水资源的储存和调节来维持城市水资源稳定，当水量超过生态需水量时，储存的水资源可以通过改善水系连通性进一步补充其他河流。而退化的湿地其水文连通性很差，使湿地的水文条件功能缺失。修复受损的水文连通功能是湿地水体修复的核心环节，修复技术包括重塑河道形态、重建河流水文连通性、重建湿地生境、维持水流、平衡泥沙和改善水质等。

3.3 湿地生态修复建议

（1）外来物种管控措施及建议

目前对于上海市滨海湿地而言，对如何防治互花米草入侵开展了很多工作。建议在原生植被和入侵物种交界的地方，用物理方式进行阻断，或者可以在政策允许下合理利用互花米草，增加湿地泥沙的淤积能力，减缓侵蚀速度，但要控制入侵物种的过度扩张。也可种植其他本土植物，提高生态系统稳定性，或在互花米草侵蚀岸段开挖小型沟渠用于引水，修筑小型堤坝，防止岸线侵蚀，改善土壤环境，为其他本土植物提供更加适宜的生长环境。

（2）减缓湿地退化措施

湿地生态修复既是技术，也是理论，其中蕴含着“人与自然和谐”的理念。与人工湿地技术相比，近自然生态修复技术采用的人工措施较少，而且这些人工措施通常是暂时的。通过湿地植物、动物和微生物共同作用，改善湿地环境质量，维持生态系统稳定。在碳中和的背景下，湿地碳循环与生态建设相结合具有重要意义。湿地生态系统的自我维持、湿地成分对碳减排的贡献以及湿地碳减排功能的提升是未来湿地恢复的另一个潜在研究方向。

（3）建设相关法制和管理体系

上海湿地相关法律最早在1987年开始以滩涂管理暂行规定的形式制定，但是到如今关于湿地保护与管理的法制体系仍是缺失的。对于威胁湿地生态系统的活动，要加以限制，避免出现湿地资源滥用的问题，进一步拓展保护湿地资源的手段[27-28]。对于湿地开发活动，需协调各部门明确职责，依法审核批准，实现湿地管理的高效率和高水平。对于湿地生态修复，当地政府以及多部门的管理发挥着重要作用。退耕还田养殖、控制湿地排水、盐碱地复湿等措施，需各地区有关部门要各司其职做好湿地保护工作，对湿地进行合理的开发利用，可以有效地发挥其生态综合效益。公众参与和政府管理是未来湿地恢复的潜在研究方向之一。