一种适用于滩涂养殖区域的碱蓬湿地生态恢复方法与流程

1.本发明涉及一种适用于滩涂养殖区域的碱蓬湿地生态恢复方法，属于海洋生态修复工程技术领域。
技术背景
2.滨海湿地是陆地生态系统和海洋生态系统的交错过渡地带，是维持我国生物多样性的关键区域、维护国家生态安全的天然屏障，对美丽中国建设和沿海地区经济社会高质量发展发挥着至关重要支撑和保障作用。根据2014年公布的第二次全国湿地调查结果，我国滨海湿地总面积达579.6万公顷，约占全国湿地总面积的10.85％。
3.近年来，受填海造陆和围海养殖等活动影响，我国滨海湿地生态功能和服务价值受损严重。据卫星遥感解译结果，2019年我国围海养殖总面积约65.2万公顷，占滨海湿地总面积的11％，其中大部分围海养殖分布在滩涂湿地、红树林湿地或芦苇碱蓬湿地等具有重要生态功能和服务价值的滨海湿地区域，导致湿地生境碎片化，破坏滩涂植被及底栖生物的栖息环境，对依赖滩涂生存、繁殖、越冬的候鸟造成了毁灭性影响，威胁海洋生态系统的完整性和服务功能。
4.现阶段，大面积、粗放式的滩涂围海养殖已难以满足新时代下沿海经济高质量发展对生态保护及产业升级的要求，实施退围还海、退养还湿已成为滨海湿地修复的主要措施。不同于填海造地导致滨海湿地永久性的丧失，围海养殖区域一般仍具备一定的湿地形态和属性，是唯一可经过人工干预而恢复滨海湿地自然属性和生态功能的区域，是今后我国实施滨海湿地整治修复的主要区域。
5.针对滩涂养殖区域的生态修复，首先需要恢复滩涂湿地的地形地貌条件，其次开展滩涂植被的修复工作，进而可形成相对稳定的湿地生态环境，后续通过长期的自然恢复过程，以实现区域生态系统的整体恢复。
6.近岸滨海湿地的地形地貌主要呈现滩涂-潮沟交错分布的形态。滩涂是涨潮时淹没、落潮时干出的潮间带区域，也是海陆交互带的重要组成部分。滩涂一般地势平缓、面积宽阔，不同高程处的生态系统组成特征差异性明显，在潮水淹没时间较长区域以底栖生物为主；在潮水淹没时间相对较短区域，则分布着盐沼植被与底栖生物共生的生态系统。
7.潮沟则是滩涂上最活跃的地貌单元，是潮滩水、沙、营养物质等的交换通道，其主要功能是落潮时宣泄滩面水体、涨潮时向上游输送沉积物，潮沟对滩涂地形地貌的稳定性起关键作用，同时潮沟的分布形态也直接影响着湿地生态环境和盐沼植被的生长情况。在养殖池梗拆除后，恢复自然的滩涂-潮沟地形地貌是开展盐沼植被恢复的前提条件。
8.碱蓬是北方盐沼滩涂植被的先锋物种，为一年生草本、盐生植物，在调节区域气候、改善土壤质地、吸收土壤重金属、降解石油烃等持久性有机污染物等方面起着重要的作用，可有效修复受损滨海滩涂生态环境；碱蓬也是一种重要的生态旅游资源，辽河口受淡水输入影响，河口孕育出了最适合碱蓬生长的盐度环境，形成了全国闻名的“红海滩”景观；同时，碱蓬植被促进了滩涂底栖生物的繁衍，吸引了大量海鸟在此栖息，红海滩是濒危物种黑
嘴鸥的重要繁殖地之一，辽河口黑嘴鸥的数量占世界总数的70％以上，是名副其实的“黑嘴鸥之乡”。
9.为系统改善辽河口等北方河口海湾的生态环境，恢复滨海湿地的生态功能，亟需针对滩涂养殖区域开展养殖池拆除、微地形改造、水动力提升、湿地植被恢复等工作，如何科学的设计滩涂湿地及盐沼植被的生态修复方案，降低生态修复效果的不确定性，提高修复后生态系统的稳定性，实现修复工程经济及生态效益的最大化，是现阶段海洋生态修复中迫切需要解决的关键技术问题。


技术实现要素：

10.针对北方沿岸养殖区域生境碎片化、滩涂地形地貌及盐沼植被受损严重等问题，本发明提供一种适用于北方滩涂养殖区域的碱蓬湿地生态恢复方法，通过微地形改造、土壤改良、潮沟疏通、岸线防护、碱蓬播种、种子截留、碱蓬养护、生长监测等措施，恢复滩涂湿地的碱蓬生态系统，该方法遵循了“自然恢复为主、人工干预为辅”原则，以恢复适宜的碱蓬湿地生境为主，充分利用原有的滩涂附属物，兼顾了滨海湿地恢复过程中的生态性及经济性，保证了修复效果的可续性。本发明内容包括：微地形改造设计，潮沟疏通平面及断面设计、岸线防护设计、种子截留措施、自动养护方法等。
11.本发明的技术方案：
12.一种适用于滩涂养殖区域的碱蓬湿地生态恢复方法，包括以下步骤：
13.s1.获取修复区域地形地貌特征，包括养殖池梗高程、滩涂高程、周边潮沟平面及断面，以及附近滩涂的植被分布情况。
14.s2.获取修复区域一段时间内的连续潮位数据，分析不同高程下的淹没时间及连续干出时间，对比现状植被区域的高程，确定适宜碱蓬生长的滩涂微地形改造高程及坡度。
15.s3.微地形改造：根据微地形改造高程及坡度，结合现状下的养殖区域地形，计算微地形改造的土方需求，在满足修复区域土方平衡的条件下，确定适宜碱蓬生长的微地形改造面积。确有必要的，可利用理化性质相同的外来土方进行微地形改造。
16.s4.土壤改良：调查微地形改造后的滩涂土壤的盐度及底质理化分析结果，采用淡水输入降低滩涂盐度，利用天然土壤改良剂增加滩涂营养成分。
17.s5.潮沟疏通：根据附近滩涂上的现状潮沟形态，计算本区域的潮沟适宜密度；结合微地形改造后的滩涂潮盆面积以及潮流的主流向，设计滩涂恢复后的潮沟疏通长度、平面及断面；利用数值模型计算修复后的滩涂潮流及水位变化，分析淹没时间及漫滩流速大小，优化潮沟疏通设计。
18.s6.岸线防护：利用池梗中拆除的天然块石，对养殖池后方土质岸坡进行防护，降低潮水对岸线的侵蚀影响，采用干砌的方式构建孔隙率较大的天然块石生态护岸，在天然块石和后方土坡之间构建倒滤层。
19.s7.碱蓬播种：可在微地形改造、潮沟疏通后1年开展，充分利用潮流对滩涂的塑造作用；选择冬季于附近滩涂采集的成熟碱蓬种子，对种子进行筛选，去除杂质；播种之前对种子进行浸泡，促进其发芽；在3～4月份的低潮时在滩涂开挖带状浅沟，均匀撒种浸泡后的碱蓬种子，然后覆土耙平即可。
20.s8.种子截留：利用本地的芦苇秸秆，去除残留叶片，采用人工或机械手段将其压
入滩涂，使其两端竖立，形成天然的阻流、拦截屏障，对碱蓬种子进行截留。
21.s9.碱蓬养护：在碱蓬出芽期间，针对连续2天以上无潮水淹没情况，需进行人工灌溉，以冲洗滩涂由于长时间干出而析出的盐分；可采用自动灌溉形式，自动灌溉需在微地形改造时预埋水管，在滩涂最高处布置出水口，并利用水体的自流过程冲刷滩涂。
22.s10.生长监测：选择在7～10月开展碱蓬生长情况调查，采用样方监测碱蓬的密度、植株高度及生物量；采用无人机遥感摄像监测大面碱蓬的大面生长情况，确定碱蓬的覆盖度；针对碱蓬密度较低或无碱蓬的区域，分析原因，并在第二年进行适当补种；在碱蓬密度低于100株/m2的区域，维持种子截留措施，以促进碱蓬密度的自然提升。
23.本发明的有益效果：
24.通过本发明所提供的方法开展滩涂养殖区域的碱蓬湿地恢复设计，可为碱蓬生长提供适宜的水文及底质生长环境，降低了湿地植被恢复中的不确定性；并充分利用了滩涂附属物，发挥了湿地的自然恢复能力，是一种兼具经济性、生态性及实用性的滩涂湿地生态修复措施，具有以下优点：
25.(1)本方法通过地形、潮位及底质调查，确定适宜碱蓬生长的滩涂高程及水动力条件；利用微地形改造、潮沟疏通，恢复适宜碱蓬生长的滩涂环境，充分发生碱蓬植被的自我恢复能力；可应用于滩涂养殖区域的碱蓬湿地修复方案设计，具有普遍的适用性。
26.(2)本方法充分利用滩涂附属物，包括堤坝拆除土方及块石，以及本地的芦苇及碱蓬植物，避免了生态修复过程中外来材料的使用，降低了外部因素带来的不确定性风险，减少了工程投资；同时，采用播种方式恢复碱蓬植被，相较移栽，是一种较为经济、适宜大面积实施的湿地植被恢复方法。
27.(3)本方法利用天然秸秆拦截措施，一方面可以有效截留碱蓬种子，避免潮流带走种子，促进碱蓬繁殖；另一方面，可降低潮流对碱蓬的冲击作用，减少碱蓬的倾覆死亡问题；同时，芦苇秸秆可快速腐烂，不会对滩涂环境造成影响，且可有效增加土壤有机质，提升滩涂孔隙率，改善滩涂物理与生物性状。
28.(4)本方法结合潮水淹没时间，利用滩涂地形变化，采用自动灌溉方式开展碱蓬养护，可有效避免由于长时间干出导致的碱蓬出芽生长受限问题，促进盐沼湿地碱蓬植被的恢复；并结合跟踪监测，科学评估生长情况，制定后期维护措施，可保障生态修复的长效性。
附图说明
29.图1为碱蓬湿地生态恢复方法的流程图；
30.图2为修复前滩涂养殖区域的平面图；
31.图3为修复后滩涂养殖区域的平面图；
32.图4为修复前后滩涂碱蓬湿地的断面图；
33.图5为修复区附近的潮位过程线。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
35.本实施例依托背景为渤海湾内某市滩涂养殖区域的碱蓬湿地修复项目的资料，滩涂养殖区域的碱蓬湿地生态恢复方法如图1所示，修复前、后的滩涂养殖区域分别如图2和
图3所示，修复前后滩涂碱蓬湿地的断面如图4所示。具体步骤如下：
36.s1.获取修复区域的地形地貌特征。本实施例中，工程前滩涂养殖区的池梗高程在3m左右，局部达4m，而养殖池内高程在0.5m左右，局部在-1.0m；养殖池附近的潮滩高程在0.5m～1.5m之间，滩涂高程由岸至海逐渐降低，高潮滩的坡度在1:500左右；养殖池周边分布有碱蓬植被的滩涂高程在1.5m～2.0m之间，平均高程在1.7～1.8m左右；养殖池周边分布有自海向陆延伸的潮沟，潮沟宽度为5.0m，潮沟深度在1.0m左右，潮沟边坡坡度在1:1～1:2之间。
37.s2.获取修复区域一年左右的连续潮位数据。实施例中，在养殖池前沿0.2m高的滩涂处布置潮位仪，获得碱蓬生长周期(4月～12月)的连续潮位值(图5)，分析得到不同高程及月份下的每日平均淹没时间(表1)，以及连续干出时间(表2)。适宜碱蓬生长的潮水日均淹没时间为1～2h，连续干出的时间不宜大于10d；同时，参考附近滩涂的碱蓬主要分布在高程1.5m～2.0m的区域，日均淹水时间在1.31
±
0.37h，确定养殖池区域的微地形改造高程为1.7m，高滩前沿高程约1.5m，后沿高程约2.0m，并以1:500左右的坡度向海延伸。
38.s3.微地形改造：本实施例中养殖池总面积在70公顷，根据微地形改造的平均高程(1.7m)、养殖池梗高程(3.0m)、养殖池底高程(0.5m)以及临近滩涂高程，结合土方平衡原则，同时考虑潮沟疏通产生的土方量，计算得到可恢复至平均高程1.7m的高滩面积在50公顷左右，恢复至平均高程0.8m的低滩涂面积在20公顷左右，进而确定适宜恢复碱蓬湿地的滩涂面积为50公顷。
39.s4.土壤改良：本实施例中，调查得到包括养殖池、池梗及外侧滩涂处的总氮的范围为20～200mg/kg，无机氮范围为5～20mg/kg，大于0.2mg/kg的最低要求；总磷的范围为10～20mg/kg，有效磷范围为2～10mg/kg，大于要求的0.08mg/kg；土壤盐度范围为5.1～25g/kg，平均盐度为13.93g/kg，基本满足不高于15g/kg的要求。实施例中滩涂的氮、磷含量均满足碱蓬的生长需求，土壤盐度是限制碱蓬生长的主要因素，在微地形改造后、碱蓬播种前可进行一次淡水浇灌，以降低滩涂表层的土壤盐度，促进碱蓬种子发芽。
40.s5.潮沟疏通：本实施例中，调查临近滩涂上的潮沟平面及断面，并定义相邻两个主潮沟的长度与两者之间的潮盆面积之比为潮沟密度，计算得到临近滩涂的潮沟密度在0.04km/ha。本次恢复的高潮滩面积为50ha，叠加养殖池附近原有滩涂后的潮盆面积为80ha，得到疏通前修复区域的潮沟密度在0.0125km/ha，低于临近滩涂的潮沟密度。因此在微地形改造后开展潮沟疏通，结合主潮流流向及附近潮沟走向，拟疏通形成一条主潮沟，潮沟长度在1km左右，潮沟宽度为5m，平均深度为1m，潮沟边坡为1:2左右，疏通后养殖池区域潮盆的潮沟密度在0.03～0.04km/ha左右。利用数值模型分析潮沟疏通前后的滩涂水动力变化，得到疏通前滩涂最大流速在1.5m/s左右，疏通后滩涂流速降至1.0m/s左右，有利于潮滩发育及碱蓬植被生长。
41.s6.岸线防护：针对养殖池后方为土质岸坡的修复区域，养殖池拆除后潮水会对岸线产生侵蚀影响，可利用池梗拆除的天然块石，采用干砌方式对岸线进行防护，块石干砌时保留一定的孔隙率，以促进生物附着及植被生长；块石与后方土坡之间可构建一层倒滤层，以保护后方岸坡植被。由于岸线前沿滩涂对波浪的消减作用，天然块石护岸的高程可与后方陆域高程基本一致，本实施例中设置为3.0m。
42.s7.碱蓬播种：实施例中在微地形改造、潮沟疏通及岸线防护后，保持滩涂自然状
态1年左右时间，利用往复潮流对滩涂的冲刷塑造作用，使修复后的滩涂达到稳定状态，再开展碱蓬播种；播种时，采用前一年冬季于附近滩涂采集的成熟碱蓬种子，确保种子保存时间未超过2年，对种子进行筛选，去除根茎及其他杂质；播种之前对种子进行浸泡，破除休眠、促进其发芽，采用高锰酸钾溶液浸泡1～2h后，再用清水浸泡24h；在3～4月份的低潮时在滩涂开挖1cm深、30cm宽、间隔10cm的带状浅沟，均匀播散浸泡后的碱蓬种子，每平米播撒量在500～1000粒左右，然后覆土耙平，并采用淡水进行一次灌溉透水，以降低种子发芽期的滩涂盐度。
43.s8.种子截留：潮流较大时会导致滩涂碱蓬种子流失严重，实施例中针对涨落潮时漫滩最大流速在1m/s以上的滩涂区域，采用生态措施减少种子流失；收集附近的芦苇，筛选、切割保留长度为60cm左右的秸秆，去除残留叶片；沿垂直于潮流漫滩的方向，设计秸秆的埋设位置，每排秸秆之间的距离可在5～10m左右，秸秆可交错布置形成方格；采用人工或机械手段将其压入滩涂中10cm左右，使其两端竖立，形成高度在10～20cm之间阻流、拦截屏障，对碱蓬种子进行截留；若修复后第二年种子截留效果较差，修复区碱蓬密度较低，可适当提高秸秆布设密度，或增加每排秸秆厚度，提升种子截留效果。
44.s9.碱蓬养护：实施例中，在碱蓬播种期的3～4月份，修复区域的潮差较小，微地形改造后1.7m的高滩区域，在4月份的日均淹没时小于0.5h，平均的连续干出时间超过48h，为提高碱蓬成活率，需在碱蓬播种后及时开展人工灌溉，冲洗滩涂由于长时间干出而析出的盐分，以降低土壤盐度，促进碱蓬生长；为减少养护成本，实施例中在部分滩涂预设自动灌溉装置，结合微地形改造在滩涂最高位置预设自动喷头，并利用微地形改造后的坡度实现滩涂水体自流，灌溉时宜使用淡水，或使用盐度较低的河口附近水体；可基于预测潮位得到的连续干出时间结果，实现碱蓬湿地的自动灌溉、养护；在7～8月时碱蓬已生长至10cm以上，日均淹没时间大于1.5h，已无需灌溉。
45.s10.生长监测：实施例中碱蓬播种后，分别于7月和9月开展两次调查，7月时，东侧补植区域的碱蓬覆盖度达80％以上，西侧的整体覆盖度在50％以上，碱蓬的株高约20cm左右，每平方米碱蓬株数在50～700株左右。9月时，碱蓬的株高约30cm左右，翅碱蓬的覆盖度在35～100％，每平方米株数在10～400株左右，较7月份有所降低，受潮水影响，部分碱蓬出现植株倾倒及死亡情况。通过无人机大面监测得到7月份的碱蓬面积约35ha，9月碱蓬面积约30ha，均低于养殖池拆除后拟恢复的碱蓬湿地面积(50ha)，且局部碱蓬的密度低于要求的100株/m2，建议第二年进行适当补种，并维持种子截留措施，以促进碱蓬的密度的自然提升。
46.表1不同高程、月份下的滩涂淹没时间
[0047][0048]
表2不同高程、月份下的滩涂连续干出时间
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