多水塘活水链技术在沙家浜湿地公园小微湿地改造中的应用

戈萍燕 杨棠武 许 信 杨宇挺 蒋 星 俞晓磊 傅海峰 安树青,2*

(1 南京大学常熟生态研究院，南大（常熟）研究院有限公司，江苏 苏州 215500；2 南京大学生命科学学院，江苏 南京 210046)

小微湿地是面积在8 hm2以下的单独湿地，小微湿地群是由3个及以上的小微湿地通过水文联系构成的群体（国家市场监督管理总局等, 2023）。小微湿地是湿地生态系统的重要组成部分，被认为是良好的生物庇护所、重要的洪水调蓄堤、优异的水质净化器、独特的气候调节器和美丽的文化娱乐场所（赵晖等，2018）。由于小微湿地丰富的空间异质性和更高的水土比例，在水质净化、生物多样性等生态功能方面，10个1 hm2的小微湿地要远优于1个10 hm2的大湿地（崔丽娟等, 2021；Richardson et al., 2015）。小微湿地独特的水文和地理特性，提供了一些大型湿地无法提供的生态系统服务功能，如提供关键物种生境、作为生物迁移过程中的“踏脚石”等（崔丽娟等，2021）。在《湿地公约》第十三届缔约方大会 （CoP13）上，中国首次提出《小微湿地保护与管理》决议草案。2018年起，国家林草局将小微湿地保护列为主要工作，小微湿地的保护、利用和监管日益受到重视（宋晴等，2021）。

目前，小微湿地的研究仅局限于小微湿地的定义、作用及功能现状，赵晖等（2018）提出了小微湿地的定义、重要性和研究现状，崔丽娟等（2021）对小微湿地的定义、类型和生态系统服务功能进行了研究，宋晴等（2021）提出了小微湿地的定义和保护管理建议，龙北辰等（2019）对小微湿地在环保方面的应用进行了探究；陈美玲等（2021）在淮安市开展了小微湿地的规划设计工作，建设了24个小微湿地，提出了普遍适用的修复措施，但对于现有的小微湿地群如何系统地改造利用，鲜少有报道。本研究提出了苏州市沙家浜国家湿地公园开展的小微湿地多水塘活水链工程方案，通过实施水系连通工程、植被恢复工程、水生动物恢复工程和藻类恢复工程，将多个小微湿地串联起来，实现水质净化和区域生物多样性提升的双重目标，为长江中下游小微湿地群的改造及有效利用提供参考。

1 研究区概况

沙家浜国家湿地公园位于长江下游江苏省常熟市境内，是长江与太湖之间水网过渡区的重要生态节点，湿地公园总面积为414 hm2，主要湿地类型包括沼泽湿地、河流湿地、湖泊湿地、人工湿地（张鹏莉，2017）。沙家浜国家湿地公园主要河道水质为Ⅳ类水质。多水塘活水链湿地位于沙家浜湿地公园东北角科普园片区，项目区面积约2.4 hm2，原为展示湿地动物的渔乐园，有7个大小不一的水池，现已荒废。7个水池加上连接水池的进水渠和溪塘，总面积约5 331 m2。

沙家浜国家湿地公园内的小微湿地群主要存在以下问题：水系不连通，原有的水泵损坏失修，湿地水源无法保障，部分池体无法蓄水；植被种类单一，以芦苇（Phragmites australis）、芦竹（Arundo donax）为主，长势强盛，覆盖率过高；食物链结构不稳定，水生生物数量不多；景观效果差，7个水池外围围筑玻璃幕墙，高约0.7～1 m，影响内外生物量交换，阻挡游客视线。

2 小微湿地修复策略及总体布局

2.1 小微湿地修复策略

基于近自然恢复理念，在沙家浜湿地公园小微湿地群现状的基础上，结合湿地公园总体规划和生物多样性需求，采取少量的人工干预措施，应用多水塘活水链技术，净化沙家浜圩内水质，提高区域生物多样性。通过水系连通、植被恢复、水生动物恢复和藻类恢复措施，构建完整的捕食食物链和腐食食物链，逐渐恢复生态系统完整性和稳定性，充分发挥小微湿地的生态功能。

2.2 总体布局

沙家浜多水塘活水链湿地总体布局见图1，本研究对水塘进行改造，通过水系连通工程，应用多水塘活水链技术，将沉淀塘、藻类塘、水生动物—挺水植物塘、水生动物—沉水植物塘、浮叶植物塘、小型鱼类塘、鱼类产卵塘7个塘串联起来，形成功能各异、互相关联的小微湿地群。通过配植挺水、浮叶、沉水植物，投放鱼类、底栖动物等，构建完整的捕食食物链和腐食食物链系统，加强了湿地的污染去除能力，提高湿地生物多样性。

图1 沙家浜多水塘活水链湿地总体布局图Fig.1 General layout of the Shajiabang multi-pond living water chain wetland

3 小微湿地群改造

3.1 水系连通工程

使用抽水泵将沙家浜圩内河的水提升至项目区，河水依次经过沉淀塘、藻类塘、水生动物挺水植物塘、水生动物沉水植物塘、浮叶植物塘、小型鱼类塘、鱼类产卵塘7个基本处理单元，通过植物、动物、微生物共同作用后，自流至河道（图2）。

图2 湿地水流路线图Figure 2 Shajiabang multi-pond living water chain wetland water flow roadmap

沙家浜圩内河的水位为0.5 m（黄海高程），通过泵站提升至2.1 m（黄海高程），进入项目区，沉淀塘、藻类塘、水生动物—挺水植物塘、水生动物—沉水植物塘、浮叶植物塘、小型鱼类塘、鱼类产卵塘的水位（黄海高程）分别为2.1 m、1.9 m、1.7 m、1.5 m、1.45 m、1.1 m、0.9 m，通过设置不同的水位，水流通过自身势能依次流经各个水塘。

3.2 植被恢复工程

多水塘活水链小微湿地的景观工程分为8个区域（图2），包括：1）沉淀塘383 m2，水深1.0 m，主要种植金鱼藻（Ceratophyllum demersum）、狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）、菹草（Potamogeton crispus）和轮叶黑藻（Hydrilla verticillata）等沉水植物；2）藻类塘258 m2，水深0.6 m，种植黄菖蒲（Iris pseudacorus）、水葱（Schoenoplectus tabernaemontani）和睡莲（Nymphaea tetragona）；3）水生动物挺水植物塘331 m2，水深0.5 m，种植黄菖蒲、藨草（Schoenoplectus triqueter）、水葱、旱伞草（Cyperus involucratus）等挺水植物；4）水生动物沉水植物塘773 m2，水深0.7 m，种植金鱼藻、菹草、轮叶黑藻、狐尾藻、苦草（Vallisneria natans）等沉水植物；5）浮叶植物塘484 m2，水深0.6 m，种植睡莲、荇菜（Nymphoides peltata）、莼菜（Brasenia schreberi）、萍蓬草（Nuphar pumila）等浮叶植物 ；6）小型鱼类塘737 m2，水深0.5 m，种植睡莲、金鱼藻、菹草、轮叶黑藻、狐尾藻等水生植物；7）鱼类产卵塘1 591 m2，水深1.0 m，种植矮生苦草；另外，溪塘482 m2，种植水鳖（Hydrocharis dubia）、槐叶萍（Salvinia natans）等漂浮植物。

水生植物在小微湿地群中不仅承担了水质净化的主要功能，也是景观提升的主体。挺水植物吸收水体营养物质，增加水体氧含量，为浮游动物提供氧气。浮叶植物浮在水面进行光合作用，遮挡阳光，抑制水中光合放氧，水体缺氧环境为兼氧微生物脱氮除磷提供良好环境。沉水植物吸收水体营养物质，增加水体氧含量，为浮游动物提供氧气，茂密的沉水植物枝叶附着微生物群落，增加微生物生长繁衍场所，其中菹草秋季发芽，越冬生长，可有效弥补冬季沉淀塘净化能力不足的问题。湿地中的黄菖蒲和矮生苦草，冬季时在长江中下游地区依旧保持翠绿，是冬季小微湿地的主要景观。

3.3 水生动物恢复工程

多水塘活水链的小微湿地群，在地形改造和植被恢复完成后，投放一定量的鱼类和底栖生物，以作为健康水生生态系统的启动因子。本项目在小型鱼类塘投放草金鱼（Carassius auratus）、高体鳑鲏（Rhodeus ocellatus）、棒花鱼（Abbottina rivularis）、藻虾（Hippolyte）、背角无齿蚌（Anodonta woodiana）、中华圆田螺（Cipangopaludina chinensis）等水生动物，在鱼类产卵塘投放锦鲤（Cyprinus carpio）、高体鳑鲏、黄颡鱼（Tachysurus fulvidraco）、背角无齿蚌、中华圆田螺等水生动物。在小型鱼类塘中，小型鱼类取食浮游植物、浮游动物、有机颗粒等，形成捕食食物链，底栖动物摄食动植物残体、有机碎屑、悬浮颗粒等，形成腐食食物链，完善食物链结构，提高生物多样性。鱼类产卵塘中的沉水植物为鱼类提供产卵及附着场所，浮游生物、小型鱼类、底栖动物为鱼类提供丰富的饵料。

3.4 藻类恢复工程

藻类塘投放了刚毛藻（Chladophora）、小球藻（Chlorella vulgaris）、硅藻（diatom）等藻类，同时种植了黄菖蒲、水葱和睡莲，作为藻类的附着载体。藻类利用光合作用为好氧细菌降解污染物提供氧气。好氧细菌释放二氧化碳，有助于藻类进行光合作用。藻类容易被分解为简单有机物，为后续工艺脱氮提供有效的碳源。

4 湿地修复工程效果

4.1 水质净化效果

项目区域日处理水量500 m3/d，年处理水量18.25万m3。多水塘活水链湿地正常运行后，出水水质较进水明显提升，出水能稳定达到IV类水。项目实施完成后，于2022年4月至2022年12月期间，在自然水流状态下进行采样，一至七号塘每个塘选择一个采样点，每个采样点采集3个水体样品，带回实验室后检测水样中总氮、氨氮、总磷和COD含量。监测结果显示，从2022年4月至2022年11月，小微湿地在进行多水塘活水链改造后，水体中总氮、氨氮含量明显降低。其中，总氮从3.1 mg/L下降至1.3 mg/L，减少58.1%，达到地表IV类水标准（≤1.5 mg/L）；氨氮从1.05 mg/L下降至0.19 mg/L，减少81.7%，达到地表Ⅱ类水标准（≤0.5 mg/L）。2022年7月，从1号塘至7号塘，总磷从0.06 mg/L下降至0.03 mg/L，减少59.7%，达到地表Ⅲ类水标准（湖、库≤0.05 mg/L）。

4.2 生态提升效果

工程完成后，水体面积从20%增加至80%，水生植物种类增加了18种，底栖生物增加了3种，鱼类增加了4种，鱼类数量提升了3倍，鸟类数量及多样性大大提高。湿地生物种类更丰富，层次结构较多，生态系统趋于稳定，成为长江中下游地区小微湿地改造的典范。

4.3 景观营造效果

该项目利用7个水池加上连接水池的进水渠和溪塘串成一套水质净化的活水链，每个塘都有一个主导功能，7个塘加上溪塘组成了一个小微湿地综合体，在空间、水系上进行了联通，不仅具有水质净化，还具有观赏、体验、科普功能，充分发挥了各种生物功能群的作用和小微湿地群的生态功能。项目区通过清除高大草本，营造深潭浅滩，运用挺水植物、浮叶植物、沉水植物等水生植物进行配置。在植物配置的过程中，在满足水质净化要求的同时，兼顾湿地景观效果，营造了疏草水影、莲叶田田、水下森林等多层次、多样化的小微湿地景观。清澈的水、游动的鱼和飞翔的鸟组成了一幅美丽的湿地画卷。

5 结语

本文提供了一种水质净化与生物多样性保护的小微湿地群系统，通过多水塘活水链技术构建由沉淀塘、藻类塘、水生动物—挺水植物塘、水生动物—沉水植物塘、浮叶植物塘、小型鱼类塘、鱼类产卵塘串联而成的小微湿地群。通过设置一系列的水位差，引入的水体通过自身势能依次流经各个水塘在轮流交替经历生化反应后，有效削减水中的氮磷，同时显著提升了项目区的生物多样性和景观效果，生态效益十分显著。通过多水塘活水链技术构建的小微湿地群系统，在水污染治理、生物多样性保护等方面具有经济、高效、环保、稳定的特点，是一种基于自然的解决方案，可为长江中下游的小微湿地群改造提供示范，应用前景广泛。多水塘活水链小微湿地群的水质净化效果受到进水水质、水力负荷、植物配置和水塘单元组合等多因素的影响，建议在实际应用中要因地制宜，基于不同类型水塘在水质净化中的主要耦合或协同作用，对小微湿地群的水塘类型进行适当调整。