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湿地作为陆地生态系统与水生生态系统之间过渡的独特生态系统,在维持生物多样性、降解污染物、调蓄洪水等方面发挥着重要的生态功能[1-2]。近年来,随着围湖垦殖、造塘养鱼、水资源过度耗用、建设用地开发侵占、填海造陆等掠夺性开发,湿地己成为全球受威胁最为严重的自然生态系统之一[2-5],其中最主要的原因就是将湿地垦殖成农业用地或被开发用于其他目的[6-7]。湿地退化会造成湿地生物多样性受损、环境恶化,威胁到区域生态安全与可持续发展[1,8],受损湿地的恢复,是保障区域社会经济发展和保护生物多样性的必由之路。
受损湿地生态系统的修复和恢复,既可以依靠生态系统本身的自控能力进行自然恢复,也可以依靠人工调控工程进行强化修复[9-10]。早期的湿地修复多以人工强化修复为主,近年来多采用人工重建与自然修复相结合的手段[11]。20世纪60年代,欧美国家已开展湿地恢复工作[12]。2000年,美国联邦政府通过了《大沼泽湿地恢复综合规划》[13-14],对南佛罗里达大沼泽湿地进行生物多样性保护、水质改善、沟渠河道修复。我国滨海湿地生态修复工作起步较晚,早期研究多集中在退化湿地修复的基础理论研究[9]。近年来开始关注不同恢复方式对湿地的影响。周远刚等[15]以黑河中游地区张掖国家湿地公园为研究对象,比较了自然恢复方式和人工恢复方式下植物多样性和营养盐的变化特征;杨文军等[16]基于自然恢复湿地、人工恢复湿地、人工重建湿地和自然湖泊湿地等4个对照区,对南滇湿地修复效果进行了评价。退塘还湿近年来已经成为水体滨岸带湿地生态修复的重要举措。云南省高原湖泊异龙湖在2010年即大规模退塘还湖600 hm2[17];“十三五”时期,海南出台《海南省湿地保护条例》,开展湿地保护专项行动,共退塘还湿 2 933 hm2[18]。但总体来说,我国湿地修复技术研究仍然较为薄弱,尚缺乏定量化的工程实施要求[19-20],未形成相对完善的湿地标准或规范,因而对于退塘还湿、退林还湿等具体生态修复工程实施难以进行工程化指导。
天津位于海河流域下游,历史上坑塘洼淀众多,具有丰富的湿地资源,但近几十年来受开发利用影响,湿地面积萎缩、湿地生态退化。为有效遏制湿地退化趋势,天津市2017年制定了《天津市湿地自然保护区规划》等“1+4”规划[21],拟通过污染整治、湿地恢复与修复、生态移民、土地流转、护林保湿等任务,推动全市4大湿地保护与恢复。本研究依托七里海古海岸与湿地国家级自然保护区内的湿地修复工作,选择典型腾退渔塘进行退塘还湿技术研究,通过比对人工强化修复与自然保育2种手段下退塘还湿生态修复的效果,筛选退塘还湿生态修复策略与技术方法,以期为类似生态恢复工程提供参考。
退塘还湿生态修复效果评估——以天津七里海湿地为例
Evaluation on the ecological restoration effect of returning fishpond to wetland: A case study in Qilihai wetland, Tianjin, China
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摘要: 为筛选“退塘还湿”生态修复策略与技术方法,在天津七里海湿地选择腾退渔塘,开展了辅以先锋物种种植的人工强化恢复与自然保育恢复的“退塘还湿”生态修复对比实验。结果表明:恢复实验期间,人工强化恢复区与自然保育区共计调查到植物物种81种,其中自然保育区植物物种48种,强化恢复区植物物种77种;强化恢复区浮游植物、浮游动物、底栖生物的生物量分别为4.53~80.45、6.75~109.90、4.22~26.20 mg∙L−1,其Shannon-Weiner指数也较为稳定,分别维持在2.58~3.13、1.55~1.82、0.29~0.58;实验期间,强化恢复区与自然保育区的湿生植物、挺水植物、浮游动植物及底栖动物的Shannon-Weiner指数和Pielou均匀度指数以及土壤微生物alpha多样性均无显著差异(P>0.05)。基于以上结果,对于塘堤原本就有芦苇等高等植物生长且距离天然湿地较近的鱼塘“退渔还湿”,建议采取自然保育的恢复方式。本研究结果可为华北地区腾退渔塘湿地修复提供参考。Abstract: In order to screen the appropriate ecological strategies and methods for fishpond restoration to wetland, a returned fishpond in Tianjin Qilihai Wetland was taken as a case study, and the comparative experiments were conducted between the natural restoration and the artificial enhanced restoration with pioneer species. Results showed that, 81 plant species were found in the whole study area, of which 48 species were in natural restoration zone and 77 species were in artificial enhanced restoration zone. Biomass for phytoplankton, zooplankton and benthos was 4.53~80.45、6.75~109.90、4.22~26.20 mg∙L−1 in artificial enhanced restoration zone, and their Shannon-Weiner indices stably stayed at 2.58~3.13、1.55~1.82、0.29~0.58, respectively. During test period, there were no significant differences (P>0.05) in Shannon-Weiner index, Pielou index and alpha diversity index between both natural restoration zone and artificial enhanced restoration zone. Based on above results, it is proposed that natural restoration can be used for the fishpond with reeds on its pond bank and a nearby natural wetland to return fishpond to wetland. It can provide a reference for fishpond restoration and wetland protection in northern area of China.
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Key words:
- Qilihai wetland /
- restoring fishpond to wetland /
- ecological restoration /
- plants /
- phytoplankton /
- benthos
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表 1 退渔还湿实验不同分区植物恢复方式
Table 1. Plant restoration methods in different zones of the study area of returning pond to wetland
湿生植物恢复实验区 水生植物恢复实验区 分区 恢复方式 分区 恢复方式 P1 芦苇,5棵∙m−2 T1 浅水区:芦苇,10棵∙m−2;深水区:菹草,10棵∙m−2 P2 芦苇,5棵∙m−2 T2 浅水区:香蒲,5棵∙m−2;深水区:黑藻,10棵∙m−2 P3 芦苇,5棵∙m−2 T3 浅水区:芦苇+香蒲,各5棵∙m−2;深水区:荇菜,1棵∙m−2 A1 自然封育对照 A2 自然封育对照 表 2 本实验所用PCR引物及相应反应条件
Table 2. PCR primers and corresponding reaction conditions used in this experiment
引物名称 引物序列 微生物 退火温度/℃ 循环次数 ITS1F 5'-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3' 真菌 55 35 ITS2R 5'-GCTGCGTTCTTCATCGATGC -3' 表 3 湿生植物恢复实验区高等植物物种数及生物量时间变化
Table 3. Temporal changes of plant species and biomass in wet plant restoration experimental area
日期 高等植物物种数 高等植物地上生物量/(g∙m−2) 自然保育区 强化恢复区 自然保育区 强化恢复区 2019-06-04 12 22 7.3 16.6 2019-08-22 22 42 354.9 133.2 2019-10-19 19 28 234.0 134.1 2020-04-27 14 18 51.3 55.5 2020-05-30 17 27 558.6 410.4 2020-07-15 17 26 398.1 585.3 表 4 自然保育区与强化恢复区浮游动植物及底栖动物生物密度时间变化
Table 4. Temporal changes in the density of phytoplankton and benthic animals in natural conservation zone and enhanced restoration zone
日期 浮游植物/(104 个·L−1) 浮游动物/(个·L−1) 底栖动物/(个·m−2) 自然保育区 强化恢复区 自然保育区 强化恢复区 自然保育区 强化恢复区 2019-05-01 430.00 410.47 7 431.50 29 131.67 550.00 934.00 2019-08-01 450.00 416.58 20 585.00 8 480.00 75.00 31.67 2019-10-01 2 400.00 7 733.33 35 000.00 18 483.67 208.00 53.00 2020-05-01 700.00 1 093.48 38 000.00 29 561.67 2 000.00 2 460.67 2020-08-01 2 242.04 3 497.24 1 200.00 1 757.00 240.00 618.00 表 5 自然保育区与强化恢复区浮游动植物及底栖动物生物量时间变化
Table 5. Temporal changes in the biomass of phytoplankton and benthic animals in natural conservation zone and enhanced restoration zone
日期 浮游植物/(mg·L−1) 浮游动物/(mg·L−1) 底栖动物/(g·m−2) 自然保育区 强化恢复区 自然保育区 强化恢复区 自然保育区 强化恢复区 2019-05-01 7.19 7.37 53.14 109.90 0.53 5.87 2019-08-01 37.03 22.88 73.25 23.61 1.17 6.04 2019-10-01 7.36 44.63 3.69 9.42 0.15 4.51 2020-05-01 3.53 4.53 6.35 6.75 29.18 26.20 2020-08-01 153.21 80.45 6.77 14.72 13.88 4.22 -
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