汤加火山灾后生态景观修复及防御性措施研究

陈语佳　吴冬蕾

摘要：汤加火山爆发带来的问题，不仅存在于该地区，对全球的气温、环境、经济等也会造成严重的影响。火山爆发后，政府、专家以及民众更多关注的是城市建筑的重建、土地的重新规划利用等问题，却很少关注灾后生态环境的修复与整治。文章通过分析汤加火山爆发状况，为汤加和其他受灾城市的生态修复与建设灾后防御性措施提供理论依据和新思路。

关键词：汤加火山;生态景观修复;灾后重建;防御性设施

中图分类号：TU986 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2022）04-0-03

0 引言

火山爆发属于特大自然灾害。汤加火山爆发使该地区的自然生态环境，包括森林、草地、农田、湖泊等遭到不同程度的破坏，公园、绿地、广场在内的城市景观以及基础设施也遭到嚴重破坏。

汤加火山爆发后会产生火山灰、海啸、地震等，需要进行灾后重建，修复自然生态，完善防御性场地、措施。火山爆发会带来各种危害，所以有必要对灾后城市重建过程中生态环境的修复进行具体研究。生态修复主要是指自然的循环再生能力，强调人与自然和谐共处的理念，是基于人类的长远发展的必要考虑。

1 区域概况

汤加全名汤加王国，属于大洋洲，地处南太平洋西部，陆地总面积747 km²，人口约10.7万人。它是由173个岛屿联合而成的岛国，其中只有36个岛屿有居民居住，大部分为珊瑚岛。

汤加王国经济主要以农业为主，农业、渔业和旅游业是汤加国民经济的三个主要支柱产业。该地农业基本以小农场为主，土壤肥沃，主要由珊瑚礁和火山灰演变的覆盖土组成[1]，但耕作方式较为原始，所以农作物的产量比较低。汤加海域辽阔，海洋专属经济区面积达到70万km²，所以这里的渔业尤为丰富。但近些年来，由于当地的天气原因和过度捕捞，鱼类资源日益减少。

2 区域火山灾害

汤加位于太平洋“火环”，处于澳大利亚板块和太平洋板块的交界处。该岛在历史上已历经多次火山爆发。1912年，汤加的洪阿哈阿帕伊岛火山首次爆发，2014—2015年，该火山爆发导致两个大岛之间形成了一个新的岛屿，造成汤加空中交通瘫痪。2022年1月14日和15日，汤加的洪阿哈阿帕伊岛连续两天爆发海底火山，此次汤加王国火山喷发威力相当于1 000颗核弹爆炸，是30年来有记录以来最大的一次，170多个岛屿的渔业受到了严重影响，约12 000户家庭受影响，受灾人数约84 000人。

此次火山爆发引发了严重的自然灾害。第一，火山爆发后释放40万吨二氧化硫，汤加和附近邻国大气中的二氧化硫含量增加，在高空与水汽作用下形成酸雨，继而损坏了建筑物、植物，污染水源，对当地居民的饮水、用水造成严重的影响。第二，火山灰大面积地降落在周边地区，造成大规模的人和动物伤亡。第三，海底火山爆发引发海啸，火山喷发的冲力将海水推向四周，沿途的所有地方都受到影响，多种生物被毁灭。此次火山爆发引起的海啸不仅对汤加约10.7万的人口造成重大影响，对斐济、萨摩亚等邻国也造成了严重损失。

3 生态修复

3.1 生态修复基本概念

生态修复是一项复杂且综合的系统工程。美国自然资源委员会于1995年提出生态修复就是使受损的生态系统恢复到其受干扰之前的结构和功能的过程，在自然修复和社会修复双重路径上对受损的生态系统结构和功能的恢复与重建过程。由于自然环境遭到严重破坏，因此首先应当实施生态修复治理，然后协调植物、水和土壤，以改善环境，遵循可持续发展的理念，达到生态标准。重视生态环境的修复是灾后城市重建的前提，能够为整个地区未来的生态平衡打好基础，为人们提供良好的居住环境[2]。

生态修复可以充分借助大自然自身的力量开展，但需要的时间很长，在短期内无法发挥良好的生态效益和经济效益[3]。对于破坏较小的区域，可以通过自然的自我修复，采取禁止捕鱼、采樵、放牧等活动，在没有人为干预的情况下，大自然根据自身的调节能力逐步恢复;对于破坏严重的区域，前期需要较多的人工干预修复，之后则以自然修复为主。

3.2 汤加的生态修复措施

对灾后地区应有针对性地实施生态修复，要在遵循生态修复的基础之上，辅以人工措施。对汤加不同区域的地质条件、土壤条件、水体的受污染程度、人体活动区建筑、基础设施损坏程度以及动植物的生长习性进行科学的分析，对此次火山爆发影响最严重的汤加首都努库阿洛法所在的汤加塔布岛，根据场地类型实施不同的生态修复，构建具有当地文化特色的生态景观。

在设计之初应当考虑到新种植的植物与自然景观的和谐统一，保护周边没有被损坏的植被和水系，最大限度地利用生态系统的恢复能力和防护功能[4]。选择生态修复植物应当遵循人与自然和谐的基本原则，以汤加当地植物为主，辅以外来植物。

3.2.1 海洋型场地

汤加火山喷发出的火山灰、熔浆等流入海里，其中含有大量的含硫物质，与空气中的氧气、水结合后会形成酸雨，这些酸雨会导致海里植物和陆地植物死亡。大量的火山灰会污染水资源，高温熔浆会使海里很多鱼类死亡，影响当地居民的用水和渔业经济。

海洋生态服务功能价值高，受损后难以恢复。对于海水污染，简单的物理和化学修复有很大的限制。我国研究的海水污染的生态修复技术主要有藻类修复技术、人工湿地技术以及生态浮床修复技术。

（1）重构滨海景观生态。针对汤加的海洋型场地，应在海岸巩固滨海地形，种植耐酸乔木，选择常见种、历史种，形成原生的自然生态结构，构建环海型生态廊道。优化滨海乔、灌、草，海里挺水植物、漂浮植物的种植配置，形成草本植物群落，营造多样的物种栖息环境，增强植被过滤带净水功能[5]。例如种植红树林，一方面起到防潮防浪、巩固地形的作用，另一方面能够修复被破坏的生态环境，净化海水，维护生物的多样性，增强区域生态的稳定性。

（2）水生植物修复。在海里种植水生植物，其具有改善水质、过滤污染物、维持生态结构等生态服务型功能。在深水区可种植沉水型水生植物，如绿藻、红藻、海菜等，它们能够将浊水转变成清水，提高水体的透明度。在浅水区可以种植挺水植物，如蒲草、芦苇、莲花等，它们不仅能吸附海洋中溶解的污染物，而且能快速吸附悬浮颗粒物中的污染物。

（3）人工生态浮岛技术。在水区及主要支流沿岸形成多层次的水草绿化带，其不仅具有很好的净化水的功能，还具有适当的遮蔽、涡流、投喂等功能，为鱼类的生存活动提供良好的环境。

3.2.2 城市型场地

汤加火山喷发使火山云中的大部分矿物颗粒在火山喷发中心附近徘徊并逐渐下沉，使当地空气质量下降，污染严重。火山灰被人或动物吸入后，颗粒物会深入肺中，影响呼吸道，嚴重损害心肺功能。这对儿童、老年人、已患有心肺疾病等敏感人群是极具风险的。

（1）收集火山灰重新加工再利用。以火山灰为材料生产火山灰水泥，经过验证，其在酸、碱环境下抗腐蚀能力强，可作为建筑或滨海构筑物的材料。将火山灰掺杂在混凝土中建造混凝土路面是可行的措施，掺入适量的火山灰，对混凝土的抗弯强度、抗渗透、抗冻以及耐磨性都有很大的提升，可以降低成本，节约资源[6]。

（2）立体绿化技术。在城市公园绿地增加绿化覆盖面积，采取多层次种植群落绿化，形成一定面积的立体种植。在城市建筑周围，利用墙面、围墙等错层布置空中绿化，通过垂直绿化，与各种花卉合理搭配，来提高城市立体绿化覆盖率[7]。在建筑物顶部，可以建造屋顶花园，这样不仅能够吸附火山灰，还能够美化环境。

3.2.3 农业型场地

汤加全年高温多雨，导致农田区的害虫繁衍，汤加的蔬菜产量本来就比较少，加上火山喷发出火山灰以及其他有害物质，经过风的作用，降落在地表之后，会形成厚厚的沉积层，这些火山灰会阻止植物、蔬果产生光合作用，加剧当地农业减产，存在引起饥荒的可能性。

针对农业型场地，主要采用农业生态修复技术、因地制宜的耕作模式，基本不改变原有的耕作模式，不断优化原有的模式，充分发挥生态系统的自我修复能力。

（1）利用石灰改善火山灰形成的酸性土壤。用石灰可以中和土壤的酸性，可以有效缓解铝元素（酸性土壤中限制作物生长的主要元素）以及其他重金属对土壤的破坏程度，改善土壤结构，从而增加土壤养分[8]。这种方法主要是以人工调节土壤酸碱度，深耕深翻，石灰可以逐年添加，直到原来的强酸性土壤变成微酸或中性土壤。同时，要选择符合汤加气候和土壤耐性的农作物。

（2）在农田里种植耐酸乔木吸附火山灰。火山灰在短期内会导致土地酸化，土壤缺少磷、钾、氮等物质以及锰铝毒害的问题，可以种植耐酸性的乔木和农作物使土壤达到酸碱平衡，如种植茶树、水稻、木薯、荞麦、红树等耐酸抗铝作物。在农田旁可种植防护林，经研究，樟树和紫薇有相对较强的二氧化硫吸收能力，樟科植物与紫薇也能很好地适应汤加的热带气候。从长期来看，火山灰中富含铁、钙、镁、钠、钾、磷、硫、硅和其他微量元素，在消除过高浓度的硫与氢离子之后，土地的可耕作性将得到极大的提升。

（3）利用水旱轮作改善土壤结构，增强土壤肥力。土壤肥力是土地生产力的基石，采用复种轮作方法可以使土壤有机质增加，从而增加土壤氮、磷、钾的养分，改善土壤物理性质[9]。实行水旱轮作，栽培中实行播后盖膜，调整复种模式和作物种植结构，选用碱性肥料（如碳铵、氨水）达到改良的目的。也可以适当地在土壤中加入秸秆、无污染的有机污泥、粪肥等，来增加土壤养分含量。

4 汤加灾后防御性措施

历史上，汤加该火山已出现多次爆发，在未来仍然有再次爆发的可能性，海底火山爆发会对水圈、大气圈、生物圈等许多圈层的环境产生重大影响。因此，有必要针对火山爆发引起的火山灰尘污染、海啸提出一些防御性措施，使主要危险地段有效防御地质灾害。除此之外，灾后应大力提倡自我重建[10]，鼓励民众积极参与城市重建。

4.1 针对火山灰的措施

4.1.1 导风技术

因火山灰主要依靠风的作用降落到城市各处，所以可以依靠合理的植物种植方向来阻挡和引导风向。如果种植方向与风向成一定角度，就能够减弱风速;如果垂直于风向，则具有防风作用[11]。其次在城市滨海处设置防风林，保护滨海景观以及城市内的设施。需要注意的是防风林应与季节风盛行的方向垂直。

4.1.2 空气净化喷雾技术

在汤加城市多处摆放负氧离子喷雾设备，负氧离子与水结合，通过喷雾形式，可快速与空气中的有害物质发生螯合或中和反应，不仅可以将飘浮在空中的火山灰尘滴落在地表上，减少人们吸入灰尘，还可以分解有害物质，净化空气。

4.2 针对海啸的措施

4.2.1 建立完善的海啸检测和预警系统

在汤加覆盖全方位的监测，如卫星数据、地面传感器以及无人机气体嗅探装置等，并结合滨海路灯海啸预警，将海啸预报信息通过建成的通信网络，根据地震的位置和沿途的地形，快速计算海啸袭击海岸的可能时间，及时有效地传达给潜在受灾区域的民众，也以便当地政府紧急疏散临海居民。

4.2.2 滨海地形设计

不同于传统的防浪堤，群岛缓解地形是利用交错排列的群岛，这些群岛大小和高度不一，在靠近海的一边，不宜设置较高的群岛，会导致水流无法返流到大海。合理的高度和大小设计，可以削弱海啸，延缓海啸冲击居民区的时间，给予居民更多的逃生时间。同时，用红树林巩固地形，可以降低海啸对海岸线的侵蚀。

4.2.3 建立避难场地

海啸一旦大规模冲向居民区，将会造成严重的人员伤亡。对付海啸灾害要落实疏散方案，在掌握汤加地震和海啸历史上的影响范围与最大涌浪高度的基础上，查明危险线以上的高地、固定建筑物的位置和分布，建造避难所[12]。

5 结语

大型火山爆发产生的影响不仅存在于当地，它就像蝴蝶扇动翅膀一般，会影响全球。通过分析汤加火山爆发带来的破坏，针对不同用地类型提出相应的生态修复措施，修复中要尊重自然规律，以自然修复为主，以生态修复与人工修复相结合为原则，实现当地生态景观焕然一新以及生态系统的良性循环。

第一，海洋性场地。对沿海地区要定期进行生态评估、湿地修复及完善;对生态修复区要从长远角度出发，及早确定物种选择方案，重构滨海景观生态。运用水生植物修复技术、人工生态浮岛技术等修复海洋型场地的生态。

第二，城市型场地。该场地是人口密集区，可通过立体绿化技术，使用屋顶绿化，在水平和垂直方向的空间都提高绿化率，同时修复城市公园和绿地受损的自然环境和地形。

第三，农业型场地。火山爆发后，会有大面积火山灰和酸雨降落，可以利用石灰改善酸性土壤，种植耐酸植物，利用水旱轮作改善土壤结构。

人类应该在灾难降临前，通过历年发生的自然灾害找到自然规律，做好充分的防御工作，避免不必要的生命和财产损失。为应对未来火山的再次爆，应制定针对火山灰和海啸的防御措施，通过地形、生态技术进行防御。生态修复是一个长期的过程，需要各个部门和不同群体共同协作。

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[12] 于洪波，陈江驰，潘震宇.地震海啸危害及防御综述[J].厦门科技，2012（3）：49-52.

作者简介：陈语佳（1998—），女，江苏淮安人，硕士在读，研究方向：环境设计。

吴冬蕾（1976—），女，江苏盐城人，博士在读，副教授，系本文通讯作者，研究方向：环境艺术设计。