辽河保护区坑塘湿地恢复研究

段亮，宋永会*，张临绒，徐微雪，郅二铨，赵伟伟

1.中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012 2.中国环境科学研究院城市水环境科技创新基地，北京 100012 3.沈阳化工大学环境与安全工程学院，辽宁 沈阳 110142

辽河是我国七大江河之一，改革开放以来，随着辽河流域的开发和工业化、城市化加速，辽河流域生态环境日趋恶化，生态系统结构功能逐渐退化，已成为制约辽宁中部地区经济和社会发展的重要因素[1-2]。“十一五”期间，随着国家和地方对流域治理力度的加大，辽河治理取得突破性进展，实现了干流水质CODCr消灭劣Ⅴ类的目标。为了巩固辽河干流治理成果，实现可持续发展的长远目标，2010年，辽宁省划定了辽河保护区，设立辽河保护区管理局，这是国内成立的第一个以保持流域完整性和生态系统健康为宗旨的流域综合管理省级行政机构[3-4]。辽河保护区的首要任务是开展辽河干流重要支流口人工湿地群构建、坑塘湿地群建设与恢复，以及牛轭湖、回水段湿地、干流河岸区湿地生态修复[5]，通过水利调控和湿地恢复措施，增加湿地面积，形成健康的湿地生态系统，增强生态调节功能，为生物提供良好的栖息地，为辽河干流生态完整性恢复奠定基础。

辽河干流上段沙质良好，适合建筑，长期以来一直有采沙活动。自辽河保护区成立后，采沙活动已被禁止，但由于长期挖沙，留有大量面积不等的沙坑。辽河沙坑主要分布在清河口—马虎山段，沿途100多km河道上沙坑数量众多，很多已形成水面，这为建设坑塘湿地提供了基本条件。针对保护区内自然形成以及人工形成的各类坑塘，利用引水沟渠将其与河流连通形成相对开放的水体，在保证河流畅通的基础上建设湿地，可以增加区域生物多样性和景观多样性，有效净化河流水质。

1 坑塘湿地建设

1.1 坑塘湿地恢复方法与技术路线

坑塘湿地恢复主要包括：1)湿地位置选择。依据现有沙坑分布情况，选择沙坑集中区，构建坑塘湿地群[6]，主要集中在清河口—马虎山段。2)湿地构建方法。结合辽河水系流向，整治沙坑区下垫面，通过坑与坑、坑与河道之间的水系联通技术，形成辽河干流连通水面，并综合考虑沙坑区面积、地势、水文、基质和生物等相关因素，确定湿地构建相关设计参数，给出工程布局。3)湿地植物搭配。坑塘湿地植物选择以恢复土著种为主，可选择性栽种控污型沙生植物，如杭子梢、苦参、黄芩等，植被栽种主要选择坑塘湿地岸滩和沙心洲[7]。技术路线如图1所示。

图1 坑塘湿地群恢复技术路线Fig.1 The technical roadmap of pond wetland group ecological restoration

1.2 坑塘水系连通技术

辽河干流沙坑区主要分布在上游河段，拟建设坑塘湿地30个，可分为3段，包括铁岭坑塘湿地群段、沙宝台坑塘湿地群段和石佛寺坑塘湿地群段，最终形成具有辽河特色的坑塘湿地群。坑塘湿地群水系连通包括坑与坑、坑与河道之间的水系流动，修建宽2～3 m的连通渠，深度根据现有沙坑深度和河道水深设定，建成后达到丰水期全部淹没、平水期连通渠水流畅通、枯水期连通渠断流的效果。其中石佛寺段典型坑塘湿地群分布见图2。

图2 石佛寺段典型坑塘湿地群分布Fig.2 The distribution map of typical pond wetland group in Shifosi section

铁岭坑塘湿地群段：该段自清河口至柴河口，共建设坑塘湿地12个，坑塘湿地沿河分布，水系连通以沿河道纵向为主，并间隔连通坑塘与主河道之间水流。

沙宝台坑塘湿地群段：该段自柴河口至汎河口，共建设坑塘湿地11个，坑塘湿地分布密集，水系连通可纵横交错。

石佛寺坑塘湿地群段：该段自汎河口至马虎山公路桥橡胶坝，共建设坑塘湿地7个。坑塘湿地以沿河道纵向为主，并间隔连通坑塘与主河道之间水流。

1.3 坑塘湿地生态系统恢复技术

1.3.1 湿地下垫面整治

湿地系统的核心是基质-微生物-植物的复合生态系统，利用其复合系统的物理、化学及生物三重协同作用实现水质净化。其中基质的作用是为植物的生长和微生物提供附着界面，自身直接通过物理化学作用净化水体。辽河保护区现有坑塘在大小、下垫面、水文情况等方面差异显著，坑塘湿地水系联通后，以水系联通优化为前提，需要整治湿地各组成部分下垫面。湿地的下垫面恢复主要是通过采取工程措施，维护基底的稳定性，稳定湿地面积，并对湿地的地形、地貌进行改造。下垫面恢复技术包括湿地基底改造技术、湿地水土流失控制技术、清淤技术等[8]。下垫面整治成适合植物梯度分布生长的地势，形成淹水深度不同的水生、沼生、湿生和中生的生境，发挥坑塘湿地的生态效益。

1.3.2 植被恢复

湿地中的植物不但直接利用水体中的营养物，吸收富集水体中的重金属等有害物质，而且为根区的微生物输送氧并提供栖息地。植物选择对湿地处理效果及维持湿地系统稳定性具有重要的影响。因此需根据辽河保护区坑塘湿地特征，选择和搭配适宜的坑塘湿地植物。植物的选用原则：具有良好的生态适应能力和生态营建功能；具有很强的生命力和旺盛的生长势；具有较强的耐污染能力；具有不对当地生态环境构成隐患或威胁的生态安全性；具有一定的经济效益、文化价值、景观效益和综合利用价值[9]。考虑到辽河保护区坑塘湿地下垫面主要是沙质，植物恢复物种多选择沙生植物，如苦参、牻牛儿苗、角蒿等，重污染区域坑塘湿地可搭配栽种当地土著控污植物，如芦苇、香蒲等。最大程度恢复坑塘湿地群的沉水、漂浮、挺水等植物种群，发挥坑塘湿地的水质净化能力。

1.3.3 生境恢复

湿地生境恢复对于保护湿地生态系统，维护生态平衡，改善生态状况，具有十分重要的意义。湿地生境恢复的目标是通过采取各类技术措施，提高生境的异质性和稳定性，是湿地生态恢复中的重点和难点。坑塘湿地群生境恢复主要针对鱼类和两栖类生长环境，结合养殖业，实现浮游植物-浮游动物-小型鱼类-大型鱼类等食物链的完整和生物多样性；构建坑塘湿地多重生存空间，为野生生物提供栖息地。湿地生境恢复技术主要包括物种选育和培植技术、物种引入技术、物种保护技术、种群动态调控技术、种群行为控制技术、群落结构优化配置与组建技术、群落演替控制与恢复技术等。

1.3.4 水文调控与管理

水文是湿地中最重要的生态过程，湿地通过水文过程进行物质和能量交换，从而控制着湿地的形成与演化，制约着湿地环境的生物、物理和化学特征，湿地水文过程恢复是坑塘湿地恢复的重要环节之一。通过研究坑塘湿地群水流流量与频率变化、来水时间周期性变化对湿地生物的影响和湿地生物对水文变化的响应机制，利用橡胶坝调节和坑塘湿地群蓄水相结合的方法综合调控湿地水文。坑塘湿地水文调控主要是通过抬高水位、修建联通渠等水利工程措施来实现，具体包括湿地水文联通技术、蓄水技术和生态补水技术。其中水文联通技术主要是根据地形特点，通过地形改造等工程措施，合理调节和控制水位，优化坑塘湿地群水资源分配格局，重新建立起水体之间的水平和垂直联系。

2 坑塘湿地建设工程设计

辽河保护区坑塘湿地的主要问题是含沙量大、水生态脆弱、自净能力弱。辽河属于多泥砂河流，由于长期挖沙而留下的沙坑并没有相应生态恢复措施，加上流域降雨量的年际变化较大，长期裸露的沙坑加剧了水土流失和荒漠化程度，水体自净能力弱。不仅危害到流域本来就十分脆弱的生态环境，同时造成河道内水生生态系统严重退化。目前国内关于采沙坑塘的生态恢复方面的研究鲜有报道。关于南方坑塘湿地的研究发现，其可以有效削减降雨径流污染、综合利用雨洪及发挥景观功能[10-11]。因此，联通已有坑塘，构建坑塘湿地群，形成健康的湿地生态系统，可有效增强其生态调节功能。辽河保护区坑塘湿地建设工程设计采用“近自然型”的设计理念[12-13]，通过建设坑塘湿地群，改变现有河道自净能力弱、水量调控能力低的现状，最大限度地削减河流内污染物浓度，提升河流自净能力及水生态功能。

选择9个典型坑塘湿地群，介绍其总体建设工程设计，包括坑塘湿地水网建设工程和水生植物群落重建工程。其中湿地水网建设工程主要由坑塘开挖、沟渠水系构建以及边坡整治组成，通过在辽河干流河滩形成坑塘及湖泊水面，并在大水面处构建岛屿，以便于鸟类的栖息。水生植物群落重建工程通过在湿地内交错种植芦苇、蒲草等水生植物，形成水生植物带，实现对干流悬浮物、CODCr和氨氮的有效去除[14-15]。

2.1 坑塘湿地水网建设工程

根据河道滩地的原始断面形态及河床、河岸的相对高差，并密切联系河道沿岸的土地利用情况，选择辽河干流典型河滩区域开挖坑塘及湖泊，并采用沟渠连通，最终形成河道坑塘湿地群。坑塘湿地工程主要侧重于水质净化与增加生态水量。相关措施建设能够增加909万m3蓄水量，改善辽河流域生态环境。

2.1.1 铁岭兴隆台坑塘湿地群

位于沈阳开原市境内，紧邻兴隆台村，地理位置123°45′41″E～123°47′26″E，42°28′37″N～42°30′29″N。该区域包括辽河干流1050线范围内的防护林带、滩涂地、水体。面积约1.7 km2。建设内容包括1.8 km2坑塘湿地群、坑塘湿地之间连接渠。为保障水体在湿地内的水力停留时间，恢复湿地水面面积0.5 km2，以及长800 m、宽10 m的连通渠。湿地群内根据现有坑塘分布情况，共建设5个小型坑塘湿地，达到增加水面、净化水质的目的。

2.1.2 铁岭前下塔子河滩坑塘湿地群

位于沈阳铁岭市境内，紧邻下塔子村，地理位置123°52′47″E～123°54′10″E，42°22′01″N～42°22′19″N，面积约1.5 km2。建设内容包括坑塘湿地、坑塘湿地之间连接渠，恢复0.4 km2水面，以及长600 m、 宽10 m的连通渠。共建设3个大型坑塘湿地、5个小型坑塘湿地。

2.1.3 铁岭胜台子下游坑塘湿地群

位于沈阳铁岭市境内，紧邻胜台子村，地理位置123°43′25″E～123°49′10″E，42°17′52″N～42°19′03″N，面积约8.7 km2。建设内容包括坑塘湿地、坑塘湿地之间连接渠，恢复1.0 km2水面，以及长1.8 km、宽10 m的连通渠。共建设6个大中型坑塘湿地、4个小型坑塘湿地，形成规模较大的坑塘湿地网。

2.1.4 新民朱尔山河滩坑塘湿地群

位于沈阳新民市境内，紧邻朱尔山村，地理位置123°31′21″E～123°35′44″E，42°11′02″N～42°15′31″N，面积约3.2 km2。建设内容包括湿地岛屿之间的湖泊水面，恢复0.8 km2的湖泊，建设7个小型岛屿，岛屿与岛屿之间由水面连接，以增加湿地蓄水量；此外，在辽河沿岸修建5个中小型坑塘湿地。

2.1.5 新民达连岗子湿地群

位于沈阳新民市境内，紧邻达连岗子村，地理位置122°43′28″E～122°50′55″E，41°46′01″N～41°50′26″N，面积约8 km2。建设内容包括湿地岛屿之间的湖泊水面、湖泊与湖泊之间的水系流动连通渠，恢复1.2 km2的湿地水面。包括2个大型坑塘湿地，3个中小型坑塘湿地以及3个小型岛屿，岛屿之间为湖泊水面以增加蓄水量。

2.1.6 新民杏树坨子大型湿地群

位于沈阳新民市境内，地理位置105°47′44″E～105°59′19″E，37°32′47″N～37°53′5″N。该区域北临新民市北岗子凸起、皂角树，南到辽中县与新民市交界处。该区域辽河内存在4块大面积滩涂，长8 km的牛轭湖，以及4个小的牛轭湖，面积约6 km2。建设内容包括湿地岛屿之间的湖泊水面、湖泊与湖泊之间的水系流动，恢复0.9 km2的水面，以及长1.2 km、宽10 m的连通渠。共建设5个坑塘湖泊，11个小型岛屿，形成湿地水网。

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2.1.7 辽中下万子道路交错带湿地群

位于沈阳辽中县境内，紧邻下塔子村，地理位置122°37′54″E～122°38′28″E，42°22′01″N～42°32′38″N，面积约2.0 km2。建设内容包括湿地岛屿之间的湖泊水面、湖泊与湖泊之间的水系流动，恢复0.5 km2的水面，以及长1.8 km、宽10 m的连通渠。共建设5个中型坑塘湖泊、10个湖心岛屿，以及8个小型坑塘，以增加蓄水量和水质净化能力。

2.1.8 辽中红庙子桥下游湿地群

位于沈阳辽中县境内，紧邻大营岗子村，地理位置122°37′25″E～122°38′20″E，41°23′53″N～41°27′30″N，面积约6 km2。建设内容包括湿地岛屿之间的湖泊水面、湖泊与湖泊之间的水系流动，恢复0.7 km2的水面。共建设4个坑塘湖泊及12个小型岛屿，增加蓄水量；对已有的牛轭湖湿地进行扩建，形成湿地水网。

2.1.9 鞍山市圈河湿地群

位于鞍山市境内，紧邻烟李村，地理位置122°15′07″E～122°17′17″E，41°10′51″N～41°12′39″N，面积约2.0 km2。建设内容包括湿地岛屿之间的湖泊水面、湖泊与湖泊之间的水系流动，恢复0.3 km2的水面，共建设3个坑塘湖泊及12个小型岛屿，形成湿地水网，增加水体自净及水量调控能力。

2.2 水生植物群落重建工程

水生植物在湿地网中的应用主要分为水边的植物配置，驳岸的植物配置，水面的植物配置，堤、岛的植物配置等。配置时要考虑到物种搭配和生态功能，做到水体处理功能和观赏功能统一协调。物种搭配应主次分明，高低错落，符合各水生植物对生态位的要求，同时能充分发挥各水生植物的生态功能[16-17]。根据对辽河水生植物群落的调查，选用土著物种进行河道水生植物群落的重建。选定的挺水植物为芦苇和茭草，沉水植物为菹草、金鱼藻和苦草，浮水植物主要为水龙和浮萍。

根据工程建设的不同，水生植物群落重建工程可以分为2类：朱尔山以上以坑塘型湿地为主，主要包括兴隆台湿地群、前下塔子湿地群以及胜台子湿地群，在该类型湿地中以挺水植物和浮水植物为主，选择适合当地生境的植物种类进行水生植物群落重建；在朱尔山及以下的湿地群主要以形成湖泊水面和岛屿为主，包括朱尔山湿地群、达连岗子湿地群、杏树坨子湿地群、下万子湿地群、红庙子湿地群以及圈河湿地群，在该类型湿地中主要种植挺水植物和沉水植物。

3 结语

辽河保护区坑塘湿地建设主要以现有沙坑为基础，整体布局，结合辽河水系流向，通过坑与坑、坑与河水系联通技术，形成辽河干流连通水面。构建的坑塘湿地群，可起到涵养水分和调节水量作用，使辽河成为景观多样化河流。坑塘湿地群植被以自然恢复为主，结合干流植被恢复措施，湿地植被类型以土著种为主，包括水生、沼生、湿生和中生。坑塘湿地群建成后，湿地群内水质优于干流水质。在确保次生污染可控的前提下，坑塘可选择性进行渔业养殖，实现一定的经济效益。

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