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陡涧河河滨带生态现状与修复措施研究

彭福全 1 ,曾 婧 1,2 ,张毅敏 1 ,杨 飞 1 ,朱月明 1 ,巫 丹 1

(1.环境保护部南京环境科学研究所,南京 210042;2.河海大学水利水电学院,南京 210098)

摘要: 河滨带是湖泊生态系统的重要组成部分,具有重要的生态、社会、经济价值。瓦埠湖陡涧河段的河滨带污染严重,河道淤积,天然生态环境受到严重破坏,生态环境极度脆弱。为改善这种现状,本文在对陡涧河河滨带生态现状进行调查的基础上,进行了陡涧河河滨带生态修复研究,以期促进陡涧河河滨带恢复重建,为湖泊健康生态系统建设提供技术支撑。

关键词: 河滨带;陡涧河;生态调查;生态修复

河滨带(lake littoral zone)又称湖滨水-陆交错带,是湖泊流域陆生生态系统与水生生态系统间的过渡带,是健康湖泊生态系统不可缺少的有机组成部分,其核心范围是最高水位线和最低水位线之间的水位变幅区,依据湖泊水-陆生态系统的作用特征,其范围可分别向陆向、水向辐射一定的距离。河滨带的概念最早由Eggleton在 1931 年提出,但在当时对河滨带的定义、结构、功能均没有详细的描述,以至于此后很长一段时间内人们一直把大型植被覆盖区作为河滨带的代名词。直到 1988 年联合国教科文组织(UNESCO)和人与生物圈计划(MAB)委员会就生态交错带(Eco-tone)概念举行了非正式技术会议,河滨带成为湖泊水陆生态交错带的简称。河滨带是在湖泊水动力和周期性水位变化等环境因子的作用下形成的以水文过程为纽带、以湿地生物为特征的水陆生态交错带,是湖泊流域中陆地生态系统和水域生态系统之间十分重要的过渡与缓冲区域,是健康湖泊生态系统的重要组成部分,在一定程度上是湖泊的一道保护屏障,被认为是湖泊生态系统中对人类活动和自然过程影响最敏感的部分,随着人们对湖泊保护意识的加强,河滨带受到日益广泛的关注。

1 陡涧河河滨带污染现状及生态退化原因

安徽省瓦埠湖作为国家水质良好湖泊生态环境保护的首批八个试点湖泊之一,近年来开展了饮用水源地保护、河滨带生态修复、退耕还湖、陡涧河综合治理等多项工程。陡涧河是瓦埠湖西部的一条入湖支流,位于寿县窑口镇北面,寿春镇南面,其河水主要来源于上游安丰塘来水。

1.1 陡涧河污染现状

枯水期,汇水区域内企业生产废水和居民生活污水全部直接或间接进入陡涧河;丰水期,除这些污水外,流域内的地表径流全部汇入陡涧河,河道两侧大面积的农田产生的农田径流是其中重要的组成部分。由于上游的大量污水、周边居民生活污水和农业面源污染,陡涧河水质常年处于Ⅳ类,总磷和化学需氧量均超标,对瓦埠湖水质影响较大,对瓦埠湖周边饮用水源地的水质形成威胁。入湖河流与湖泊是一个不可分割的“复合”生态系统,河流在流域水环境中具有特殊地位和作用,入湖河流污染治理是湖泊污染治理的重要内容。

1.1.1 陡涧河流域污染严重

陡涧河流域污染主来源当地窑口镇居民产生的生活污染,窑口镇有 1 个中心集镇和 8 个行政村,总人口约 34557 人,集镇常住人口约 5580 人。区域内没有污水处理厂,周边城镇及农村生活污水基本上未经过处理直接排入陡涧河,最终进入瓦埠湖。生活污染治理的投入不足,致使其成为流域的重要污染来源之一。陡涧河流域内生活污染负荷估算见表 1。

表1 陡涧河流域生活污染负荷估算

1.1.2 河道淤积严重,内源污染不容忽视

陡涧河河水水流平缓,营养物质含量高,河道中水生植物生长茂盛,大量的腐烂植株及污染物在流动的过程中逐渐沉降进入沉积物,由于常年沉积导致陡涧河淤积严重,其内源污染不容忽视,河底大量的淤泥抬高了陡涧河底高程的同时,在风浪扰动下底泥中的营养物质又回到水体,致使水质恶化,造成二次污染。

1.1.3 农业面源污染严重

根据统计,2015 年窑口镇共有耕地面积 4645hm 2 ,年平均施用氮肥 8087t、磷肥 3510t、复合肥 4215t,总施肥量达 5247t,即每公顷 1129.5kg。但由于化肥利用率一般较低,大量的氮磷流失形成面源污染。氨肥和氮肥的含氮、磷量见表 2 和表 3。

表2 各类氨肥含氮量

表3 各类磷肥含P 2 O 5

本文中按照氮肥的含氮量的中间值 30%进行计算,磷肥的国家行业强制性标准规定含磷量从 12%到 18%不等,取中间值 15%进行计算,复合肥中N︰P 2 O 5 ︰K 2 O按照 15%︰15%︰15%计算。

化肥流失量取决于化肥利用率的高低及土壤固定量,利用率高且固定量大,则流失量少;反之,则流失量多。但化肥的利用率及土壤固定量因土壤、作物、施肥方法而各异,现有的研究结果悬殊。根据《第一次全国污染源调查——农业污染源肥料流失系数手册》及《全国水环境容量核定技术指南》中的污染源调查方法,结合陡涧河流域具体情况,估算陡涧河流域TN、TP的流失量及农田径流COD污染,见表 4。

表4 陡涧河流域农田COD污染负荷及TN、TP流失量估算

1.2 生态退化问题分析

随着社会的持续进步、人口的不断增长以及工业的迅猛发展和城镇的急剧膨胀,陡涧河河滨带在最近几年内退化尤为严重。河滨带退化的实质是生态功能下降、交错带结构和生态过程受到干扰与破坏,外在表现是生物多样性下降以及自然景观的退化。河滨带退化的机理主要有物理、生物和化学三方面,包括自然变化和人类作用的影响,自然因素变化过程非常缓慢,因此造成河滨带生态退化的主要原因是人类作用的影响。

在近几年内我国陡涧河湖滨流域不断遭到人为侵占和污染,河滨带流域围湖造田、沿岸区域渔业养殖的超常规发展,加速了河滨带的生态退化。区域内生态系统结构错乱,水生植物种群单一,几乎无陆生乔木,水花生等优势水生植物严重堵塞河道,导致生态系统功能紊乱,对陡涧河河滨带水环境产生巨大影响,破坏了原始湖滩环境,严重影响生态系统健康与稳定性,对陡涧河河滨带进行生态修复迫在眉睫。

2 陡涧河河滨带修复重建措施研究

2.1 河滨带生态修复措施研究

常见河滨带生态修复模式主要有:滩地型、农田型、房基型、鱼塘型、堤防型及其他专有修复模式等。陡涧河两岸原有地势平缓,部分生态植被仍有保留,河流左岸地区多受农田侵占,右岸地区多受鱼塘侵占,故陡涧河左岸河滨带以滩地型、农田型修复模式为主,右岸河滨带则以滩地型、鱼塘型修复模式为主。但陡涧河两岸除遭受农田及鱼塘侵占外,部分河滨带区域亦遭受其他类型的人为破坏,如:自然植物生长区遭人为强制开垦道路供旅游观光,原始绿化带被改造为水泥大道,破坏土地基层等,这些区域的修复应遵循河滨带生态功能定位,采用其他专有修复模式,因地制宜,从而维持河滨带的自然性和生境复杂性。

2.1.1 滩地型

陡涧河两岸河滨带现状地势平缓,河滨带部分区域虽然遭受人为干扰破坏但仍保留原有生态系统,故可按滩地型河滨带进行生态修复,一般按陆生生态系统向水生生态系统逐渐过渡的完全演替设计,该修复模式重点考虑的是生物多样性的保护功能,滩地型河滨带生态修复如图 1 所示。

图1 滩地型河滨带生态修复示意图

2.1.2 农田型

陡涧河两岸大量的围湖造田导致该区域农业面源污染严重,加速了两岸河滨带的生态退化,对河滨带水环境产生了巨大的影响,破坏了原始的湖滩环境,地形地貌受到了一定破坏。农田型河滨带的修复视水位变幅区的冲刷情况,布置植被生态护坡,优先考虑植物根系护坡方式,并宜布置植物绿篱带,以降低人类活动的干扰。由于护岸工程对浮叶植物生长影响大,植物配置中可以设置成浮叶带缺失的不完全演替,农田型河滨带生态修复如图2 所示。

图2 农田型河滨带生态修复示意图

2.1.3 鱼塘型

陡涧河右侧河滨带被大量开挖成鱼塘,导致水质恶化、生态系统受损。鱼塘型河滨带一般修复为多塘湿地,基底修复将鱼塘塘埂拆除至水面以下仅保留塘基,水面以下部分每间隔一定距离将塘基清除,植物修复根据不同鱼塘水深种植挺水、浮叶、沉水植物,鱼塘型河滨带生态修复如图 3 所示。

图3 鱼塘型河滨带生态修复示意图

根据陡涧河两岸河滨带生态修复模式及修复区域的不同,考虑到将要实现的生态功能、生态修复目标等,因地制宜地进行陡涧河河滨带不同区段的生态修复,见表 5。

表5 陡涧河河滨带生态修复模式分布及功能

注:+表示实现该功能能力弱,++表示实现该功能能力一般,+++表示实现该功能能力较强,++++表示实现该功能能力强,- -表示待定。

综合考虑陡涧河两岸各区域不同河滨带修复模式,陡涧河河滨带整体生态修复示意图如图 4 所示。

图4 陡涧河河滨带整体生态修复示意图

根据陡涧河河滨带原有生态状态及地势地貌,考虑要实现的生态功能、生物修复目标等,结合陡涧河流域原有植物种类,对所选的各类植物进行合理的搭配种植,植物种植范围及功能见表 6。

表6 植物修复带种植范围及功能

3 结论

陡涧河水质逐渐恶化、区域生活污水处理能力低下,威胁瓦埠湖生态环境及周边饮用水安全,因此对陡涧河两岸河滨带进行生态修复十分必要。本文中采取的修复措施均具有易建设,易管理,综合效益明显等特点,符合当地实情,对其他类似的河流污染治理有借鉴价值。陡涧河两岸的河滨带生态修复,有利于提高陡涧河区域的环境容量,增强湖滨生态系统稳定性,为当地区域社会发展和生态文明建设发挥着积极作用,并具有明显的环境效益和良好的社会效益。

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