麋鹿苑湿地生态系统恢复及景观营造实践

段建彬，白 冰，钟震宇，陈 星，程志斌，张鹏骞，孟玉萍，陈 颀，张树苗，朱明淏

(1.北京麋鹿生态实验中心，北京 100076；2.北京生物多样性保护研究中心，北京 100076；3.北京轻工业环境研究所，北京 100089)

1985年，中英“麋鹿重引进”项目选址于南海子中心地带的麋鹿苑区域(占地60 hm2)，建立了北京麋鹿生态实验中心。麋鹿苑是我国第1处以散养方式为主的麋鹿自然保护地，目前有麋鹿200 余头。麋鹿苑为永定河流域的重要组成部分，由于永定河断流和地表水污染等，水资源日渐匮乏，湿地生态系统功能退化，威胁着麋鹿及其它湿地物种的安全。于2007年开始，进行了麋鹿苑湿地生态系统恢复及景观营造，以期提高湿地景观效果，丰富湿地物种，改善首都生态环境，实现人与自然的和谐统一。

1 麋鹿苑湿地概况

麋鹿苑地理坐标39°46′16″～39°46′40″N，116°26′59″～116°27′49″E，属大陆性季风气候区，年平均气温11.6 ℃，年平均降水量556 mm.麋鹿苑占地60 hm2，其中，水面积约10 hm2.

麋鹿苑位于北京市大兴区境内，紧邻南海子公园。麋鹿苑成立时湿地的水源由小龙河直接供给，小龙河水质受沿途居民生活用水影响，20世纪90年代至2007年间，河水污染情况越来越严重。同时期地下水位下降，麋鹿生存栖息地水文环境发生了极大改变，严重影响了麋鹿的生长和繁衍。

2 麋鹿苑湿地生态问题分析

2.1 水环境

麋鹿苑建立初期，内有33.33 hm2水面，适宜麋鹿栖息。20世纪90年代以后，由于干旱和地下水位下降，湿地生态环境恶化，自然水面完全消失。为了保障麋鹿的生存安全，需要抽取深层地下水，以保持2 hm2的人工水面，湿地生态系统极其脆弱。由于人工水面、水体之间不存在联系，水体不流动，复氧能力差，自净能力弱。随着麋鹿种群被长期高密度放养，大量粪便对水质造成二次污染，致使水质接近劣五类地表水的水质，危害到麋鹿的安全与健康，生物多样性受到影响。

2.2 植被

由于干旱，20世纪90年代，麋鹿苑内大量乔木枯死，灌木也呈减少态势，草地植被物种组成逐渐单一。而麋鹿数量常年保持在130只以上，甚至达到200多只，相比建苑初期的20只，增长了10倍。但保护区面积没有改变，长期高密度放养，给保护区内植被造成了很大影响，逐渐形成保护区内植被单一、覆盖率低、麋鹿可采食率低的恶性循环，难以满足麋鹿的生存需要。同时，湿地景观也难以维持。

2.3 动物

由于水资源缺乏和周边环境被污染，水体、植被等遭到破坏，鱼类、两栖类、爬行类以及水鸟等部分湿地物种消失，分布范围和数量急剧下降。据2006年实地调查，麋鹿苑内共记录到鱼类14种，两栖类2种，爬行类3种，鸟类82种，兽类9种。

3 湿地生态系统恢复技术

3.1 水环境系统流程设计

3.1.1 引水水源

根据北京市水务局的规划，小红门污水处理厂向凉凤灌渠每天提供30×104m3灌溉用水，以供大兴区灌溉和改善水质。凉凤灌渠流经麋鹿苑外，取水距离6 km，经处理后可作为景观用水，也可用于植物浇灌。

3.1.2 引水水量

水量的确定主要考虑水面的蒸发作用、植物的蒸腾作用、渗漏及雨水的补给作用。

3.1.3 引水水质

据调查，小红门污水厂的出水指标中CODCr，BOD5，NH3-N，SS和TP均达到GB18918-2002中一级B的要求，见表1.

表1 小红门污水厂出水设计指标 mg/L

3.1.4 引水入苑水质处理工艺及景观设置

凉凤灌渠自凉水河至麋鹿苑水处理设施的取水口距离约为6 km.根据麋鹿苑的实际情况，从减小工程的投资及运行成本出发，同时考虑水处理工程与生态环境系统的协调、统一，最终采用人工湿地技术处理污水。有效利用苑内现有土地，将其进行人工湿地改造，在完成水处理工作的同时，提高苑内自然生态景观。

对于冬天气温较低的北京地区，为了确保人工湿地的处理效率，同时避免产生臭味、滋生蚊蝇，麋鹿苑采用潜流式人工湿地系统。这类型人工湿地，污水在湿地床内部流动，水位较深。它是利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料的截留作用来净化污水。由于水流在地表以下流动，具有保温性能好、受气候影响小，卫生条件较好的特点。与其它人工湿地相比，潜流湿地的水力负荷大、污染负荷大，对BOD，COD，SS，重金属等污染指标的去除效果好，出水水质稳定，不需要适应期。

3.1.5 景观表流湿地水质保持

3.1.5.1 表流湿地循环净化系统工艺

综合考虑麋鹿活动、饮水、繁殖、饲草种植以及苑内实际情况，最终确定拟扩建水系面积100 050 m2.苑内湖底略呈西高东低势态，除西端地势较高外，其余部分高差在0.3 m以内。根据自然地形，水系流向设计为：西—北—东—南—西。在湖底西南部设置人工回流泵站，使水体循环流动，具体方案见图1.

图1 麋鹿苑湿地循环系统平面图

为促进麋鹿苑湿地系统中水体的流动，在表流湿地系统末端设置扬水循环系统，抽上来的水再经潜流湿地净化，最终流入湿地上游，从而实现麋鹿苑湿地水体周期式循环净化，起到改善水质、提升景观和防治富营养化的综合效果。扬水循环系统的扬水能力为32 m3/h，在5月至8月高温期间连续运行，核算提水总量约768 m3/d.按麋鹿苑表流湿地系统水面面积90 000 m2，平均水深0.7 m计，在现运行方式下，湿地内水系循环周期为82 d，相当于每年将麋鹿苑表流湿地的水循环净化4.5次。

3.1.5.2 水体置换

麋鹿苑的湿地与外界不连通，只有进水没有排水，由于坩锅效应，水的养分、含盐量逐渐提高。为此，对盐分累积情况进行了模拟计算，在不考虑植物吸收的情况下，运行2 190 d(6 a)后，系统内盐分浓度将达到7 500 mg/L.因此，麋鹿苑表流湿地的水必须定期外排。经计算，当补水含盐量为200 mg/L，外排水量为补水量的一半时，可维持系统盐分浓度为400 mg/L.

为促进麋鹿苑湿地系统中水体的置换，减少水中的富营养物质，在表流湿地系统末端设置了提水喷灌系统，提水能力为200 m3/h.根据提水喷灌系统设置提升水泵能力和运行方式，系统在每年4月至11月水华现象频发期间运行，每天连续运行8 h.在该运行方式下，系统可实现每年125 000 m3的水量置换。按照湿地蓄水量63 000 m3计算，相当于每年将麋鹿苑表流湿地的水置换2次。

3.1.5.3 定期清淤

麋鹿苑景观湿地改造完成后，其水面积达到10.1×104m2(包括表流湿地9×104m2，潜流湿地1.1×104m2)，平均水深0.7 m.随着使用时间的增长，麋鹿残食、粪便、死亡藻细胞、枯落植物等物质沉积于水底，势必会形成内源污染。麋鹿涉水活动等会对水体和底泥进行扰动，导致污染物质释放，对水系造成污染。为此，需定期对水系进行清淤工作，清除内源，降低水体污染风险。

基于对麋鹿栖息条件、生态系统、水系底部防渗层的保护，不宜采用停水清淤方法，主要对表层易释放污染的沉积物进行清除。

3.1.6 表流湿地水土保持工艺

3.1.6.1 湿地防渗工程

传统的河道防渗工程采用土工布或者防水毯铺设，施工成本低、速度快。考虑河道长期有成群的麋鹿行走，会破坏防水层，造成湿地渗漏。因此，选择红黏土作为防渗漏材质。红黏土已在大坝及道路建设中被广泛应用，但在河道防渗中的应用非常少，通过试验研究红黏土的渗透、吸附、扩散等特性，表明红黏土对重金属具有较好的吸附性。红黏土的干密度在最大干密度值附近时，渗透系数达到10-8～10-9.红黏土的含水量在24%～28%时，其渗透系数K<1.0×10-7cm/s.所以，控制好红黏土的含水率，施工过程中对其进行机械压实，作为表流湿地防渗衬垫材料是可行的。此外，红黏土对重金属的吸附作用，有利于衬层对水体水质的净化。

3.1.6.2 湿地护坡工程

麋鹿苑表流湿地河岸长度共计6 000 m，受麋鹿踩踏和水流冲刷影响，必然会受到不同程度的损坏。特别是北方地区，受冬季结冰影响，河道自然边坡损坏、坍塌的速度更快。边坡侵蚀会导致景观破坏、湿地渗漏、水体污染等一系列问题发生。

受麋鹿苑湿地内生态环境及野生动物影响，护坡工程不宜采用砌体护坡方案，故选择自然抛石(宜为鹅卵石)护坡方案，抛石形成防护坡体。护坡顶部标高为原河岸路面高程，底部标高为现状河底高程，由岸边直接进行抛石填筑，形成边坡坡度为1.0∶1.5.

3.2 植被配置

保护区内湿地是麋鹿赖以生息繁衍的地方，因此，保护和恢复湿地植被生态是麋鹿苑植物配植的目的和特点之一，也是麋鹿苑湿地改造的最终目的之一。湿地植被应在满足麋鹿生存的同时，达到科普教育、丰富景观等功能，符合“陆生—湿生—水生”生态系统的渐变特点。通过对不同植物生态型“陆生乔灌草—湿地植物或挺水植物—浮叶沉水植物”的选择，为麋鹿营造一个舒适的生活环境。

根据北京地区原生湿地植物种类，一方面在麋鹿苑内扩大已有湿地植物的种植面积，一方面采取引入本地区原生湿地植物，丰富湿地植物种类，营造多样的湿地植被群落，以满足不同种类湿地动物的生存需求，吸引更多的野生湿地动物。

3.3 麋鹿群轮牧

对麋鹿现有种群结构进行等比例取样，在麋鹿苑现有保护区单位面积、单位时间内饲养，计算出单位时间内麋鹿对野生牧草的食用量，然后对保护区牧草的生长周期进行科学计算，从而形成麋鹿苑保护区麋鹿轮牧计划图，并在项目中得以实施，通过反复修正，有效实现保护区的轮牧计划。日常管理中，根据植被的生长，开展麋鹿种群分区轮牧，放牧过后及时对草地进行浇灌，促进植物生长。每天给麋鹿群适度投喂新鲜牧草，避免麋鹿对植被过度采食和踩踏，延长植物的生长期，提高植被覆盖率，从而达到景观恢复，见图2.

图2 保护区分区轮牧平面图

3.4 湿地动物配置

为进一步提升麋鹿苑湿地生态系统的生物多样性，提升景观灵动体验，需要增加湿地动物的种类和数量。北京地处东亚—澳大利西亚候鸟迁徙通道，野鸟资源丰富，水鸟的增加能快速提升湿地景观的观赏效果。麋鹿苑一方面引入少量水鸟，一方面通过增加食物招引野鸟。每年往表流河道和湖中投入约10万尾鲢鱼、鳙鱼鱼苗，种植许多浆果树种，在封闭区域种植莲(荷)花、芦苇，定期投放少量杂粮，吸引野鸟觅食，从而提升鸟类多样性。通过实地监测，目前麋鹿苑鸟类记录已经达到260种，而2006年麋鹿苑鸟类记录只有133种，效果显著。

4 恢复效果

2006年至今，经过14 a的生态系统恢复及景观营造实践，麋鹿苑水环境和生态环境逐步得到改善。

4.1 水环境得到优化

经检测，麋鹿苑潜流湿地水质已在原有基础上得到了一定的改善。但由于麋鹿种群长期维持高密度放养，大量尿和粪便排入水体中，水体为封闭式，不能更换，大量磷和氮长期蓄积，总磷、总氮以及溶氧量指标没有得到改善，反而增高。麋鹿苑人工湖水质量对比见表2.

表2 麋鹿苑人工湖水质量对比

4.2 生态环境得到改善

经长期监测，现有植物物种连年增加，由2006年的229种增加到240余种。动物物种和数量也呈增加趋势，新监测到哺乳动物12种，麋鹿数量稳定增长(图3)，野生(含迁徙)鸟类记录已达260多种，两栖爬行动物8种，野生鱼20种。营造了自然景观优美，动植物资源丰富的生态环境。

图3 麋鹿苑麋鹿种群数量动态

5 结论与讨论

通过对麋鹿苑表流湿地几个点位的水质进行检测，对麋鹿苑生态环境的物种情况进行调查，对生态系统恢复及景观营造措施与生态环境改善效果的关系进行分析，表明水环境改善、科学的植被配置、有计划的饲养野生动物是影响湿地生态环境的重要因素。为改善水质，应该定期对水体进行更换，将污染的水用于灌溉，将水抽干后补充新水。

笔者在观测过程中还发现，人工湿地建设对生态环境改善有明显的促进作用，在科学的人工管理下，这种促进作用越明显。因此，关于人工湿地建设对生态环境的促进作用是一个值得被关注的问题，今后有待开展更为系统的调查研究，从而为生态环境的改善提供科学依据。