枯水期水位变化下菜子湖湿地生态修复

刘 芷 兰，李 红 清，石 义 军，裴 看 元，柴 海 涛，江 波

(1.长江水资源保护科学研究所，湖北 武汉 430051； 2.长江水利委员会 湖库水源地面源污染生态调控重点实验室，湖北 武汉 430051； 3.安徽省引江济淮集团有限公司，安徽 合肥 230000； 4.安徽省引江济淮生态发展有限公司，安徽 合肥 230000)

0 引 言

湖泊湿地具有调节河川径流、涵养水源、净化水质、调节气候、维持生物多样性等重要生态功能。然而，受自然因素和人类活动的双重影响，中国湖泊湿地生态环境总体形势严峻，湖泊生态功能退化、富营养化、湖面萎缩等生态问题普遍存在[1-3]。生态修复，是生态保护和建设中的重点内容[4]，是以保护优先，自然恢复与人工恢复相结合的生态治理过程。自20世纪70年代以来，中国在全面加强湖泊湿地生态保护的基础上，不断加大湖泊湿地生态修复力度，开展了大规模的退化湖泊湿地修复治理工作，开发了大量湖泊湿地污染控制工程与技术，并且建立了一系列的示范工程，在退化湖泊湿地治理方面积累了丰富经验，取得了显著成效。

目前，中国湖泊生态修复技术主要针对湖泊水环境治理问题[5]，针对水文影响的湿地生态修复技术也大多针对受损湖泊湿地[6-7]，修复措施包括物理、化学与生物技术，以生境营造、植被恢复和生物调控技术为主[8]，基本为“事后干预”。如果只聚焦已退化生态系统退化过程，而忽视引起生态系统退化的主要驱动因子，则将重走“末端问题治理”的老路[9]。因此，在生态修复技术中加强对潜在环境影响的“提前干预”显得十分重要且必要，对推进生态文明建设、保障国家生态安全具有重要意义。

引江济淮工程是一项跨流域、跨省的重大战略性水资源配置和综合利用工程，沟通长江、淮河两大水系，具有供水、航运等综合效益。工程运行后，菜子湖作为调蓄湖泊，规划水平年2030年和2040年枯水期水位抬升造成滩地湿地和草本沼泽湿地总面积分别减少10.2%和13.9%，对菜子湖越冬候鸟栖息和觅食产生一定不利影响[10]。

本文基于菜子湖湿地生态现状调查结果，在综合考虑菜子湖引江济淮工程建设与运行特点，以及菜子湖湿地生态特征演变的情况下，确定菜子湖湿地修复目标，开展菜子湖湿地试验性区域生态修复(微地形改造与植被修复)及湖滨带区域植被修复。本文提出在菜子湖湿地生态修复工程实施后，即时开展跟踪监测与生态修复实施效果动态评估，为进一步优化湿地生态修复技术或在湖区其他区域相机实施生态修复工程提供基础。本研究可为引江济淮工程湿地生态保护提供技术支撑，为长江中下游湿地生态修复人工干预技术研究提供参考。

1 菜子湖湿地概况

菜子湖是典型的长江中下游浅水通江湖泊湿地，是白头鹤(Grusmonacha)、东方白鹳(Ciconiaboyciana)、豆雁(Anserfabalis)和小天鹅(Cygnuscolumbianus)等候鸟在东亚迁徙路线上的重要越冬地和停歇地[10]。

2004年前，菜子湖湿地水生植被种类组成复杂，盖度80%以上[11-13]；2004年以后由于围网养殖业的发展，菜子湖植被有所减少；2007年以后，菜子湖逐渐进入强围网养殖阶段，水生植被盖度50%左右[12-13]。受近20 a围网养殖影响，特别是草食性鱼类和蟹类大量投放，菜子湖植物种类组成趋向于单一化：苦草(Vallisnerianatans)、轮叶黑藻(Hydrillaverticillata)、马来眼子菜(Potamogetonwrightii)等沉水植物逐渐被浮叶植物和挺水植物群落取代，整个湖区水生植被覆盖度不足3%[13-14]。2017年年底前，菜子湖湿地内所有围网基本全部拆除，为水生植物恢复创造了有利契机。根据柏晶晶等[12]调查结果，菜子湖湿地水生植被尚未完全恢复。菜子湖湿地生态植被演替情况见表1。

表1 1960年代至2010年代菜子湖湿地植被演替情况

自1959年建成枞阳闸后，水位人为调控调度过程维持了菜子湖丰水期水位上涨，枯水期(候鸟越冬期)滩涂出露的湿地变化节律[16]。引江济淮工程运行后，菜子湖丰水期水位与工程实施前保持一致[10]，丰水期除菜子湖航道带状范围内水深超过4 m外，湖区平均水深为2.50 m，基本上满足金鱼藻、苦草、狐尾藻等沉水植物的适宜生长要求。然而，菜子湖候鸟越冬期(11月至次年3月)水位抬升，会造成泥滩湿地和草本沼泽湿地出露面积减少，致使沉水植物在休眠期难以完成晒滩和露滩过程，影响物质循环过程。此外，菜子湖候鸟越冬期水位抬升会直接加剧以底栖动物和沉水植物块根、块茎为食物的越冬水鸟的取食难度，对候鸟越冬期水鸟的栖息和觅食产生不利影响。因此，综合考虑菜子湖湿地植被退化、植被恢复及水位抬升影响等情况，有必要在菜子湖开展湿地生态修复，促使水生植被得到有效恢复。

2 菜子湖湿地生态修复框架

引江济淮工程运行前，菜子湖现状水文节律基本满足苦草、黑藻、金鱼藻(Ceratophyllumdemersum)和大茨藻(Najasmarina)等沉水植物对水位波动和水深变化的需求。工程运行后菜子湖丰水期水位基本不受影响，因此只需考虑工程枯水期水位变化影响下沉水植物修复对水深等的要求。

菜子湖湿地修复框架见图1，生态修复的具体实施内容包括湿地修复目标确定、试验性区域生态修复及湖滨带植被修复。基于此，进一步提出在菜子湖开展生态修复动态实施效果评估，根据评估结果优化菜子湖湿地生态修复技术方案或在湖区其他区域相机实施生态修复。

图1 技术框架

3 菜子湖湿地生态修复

3.1 湿地生态修复目标

菜子湖湿地生态修复目标主要是通过适当抬高局部区域高程，对菜子湖湿地进行生境改造和修复，稳定枯水期滩地和草本沼泽面积；同时，通过菜子湖湿地水生植物物种和群落修复，改善地形，改造区域、湖滨带区域湿地生态系统结构与功能。

3.2 试验性修复区域湿地生态修复

3.2.1试验性修复区域确定

引江济淮工程运行前，菜子湖候鸟越冬期多年平均水位为7.19 m。引江济淮工程运行后，规划水平年2030年，菜子湖候鸟越冬期水位按不超过7.5 m控制；规划水平年2040年，菜子湖候鸟越冬期水位按不超过8.1 m控制。菜子湖候鸟越冬期水位上升至7.5 m或8.1 m时，会造成部分区域无法晒滩、露滩。一方面，这不利于湿生植物完成其生活史以及沉水植物进行物质循环，影响候鸟越冬期水鸟觅食条件；另一方面，会影响候鸟越冬期水鸟适宜生境范围，降低其栖息生境面积。故本文首先根据引江济淮工程运行对菜子湖湿地水文节律、湿地植物生长节律及湿地生境出露范围的影响，确定菜子湖微地形改造区域总体布局。

菜子湖分布有嬉子湖、白兔湖和菜子湖等3个子湖，划定有安庆沿江湿地省级自然保护区(菜子湖片区)、菜子湖国家湿地公园和嬉子湖国家湿地公园3个生态敏感区。其中安庆沿江湿地省级自然保护区(菜子湖片区)主要分布在白兔湖，菜子湖国家湿地公园主要分布在菜子湖，嬉子湖国家湿地公园主要分布在嬉子湖。根据菜子湖微地形改造区域总体布局，其修复区域具体分布在菜子湖和白兔湖2个子湖，涉及菜子湖国家湿地公园和安庆沿江湿地省级自然保护区。考虑到输水线路先经过菜子湖再经过白兔湖以及2个生态敏感区的具体管理要求，本研究将试验性修复区域确定在菜子湖国家湿地公园，具体选择公元村南侧西片区、公元村南侧东片区和狮岭村北侧3个修复区域开展试验性生态修复，涉及总面积44.6 hm2(见表2和图2)。下文将以公元村南侧西片区修复区域为例进行具体阐述。

表2 菜子湖区试验性修复区域统计

注：1公元村南侧西片区；2公元村南侧东片区；3狮岭村北侧。

3.2.2微地形改造

2020年8月，对典型区域公元村南侧西片区修复区域进行1∶1 000地形实测(见图3)。其东北侧区域整体地形基本在7.9 m以上，近期水平年菜子湖水位按不小于7.5 m动态调控和远期水平年按不小于8.1 m动态调控时，基本不影响该区域晒滩、露滩，无须进行地形改造。公元村南侧西片区西南侧区域整体地形基本在7.4～7.9 m之间，面积约6 hm2，能满足近期水平年水位按不小于7.5 m动态调控时露滩或维持浅水水域的需求(水深<0.50 m)；但当远期水平年菜子湖水位按不小于8.1 m动态调控时，部分区域将无法完成晒滩、露滩过程。因此，需对公元村南侧(西片区)修复区域的西南侧约6 hm2的区域进行微地形改造。

图3 公元村南侧西片区等高线实测地形

为尽量营造多样化的缓坡地形，采用阶梯式抬高的方法对西南侧的局部区域进行适当垫高(不超过60 cm)，使得西南侧区约6 hm2的区域微地形改造后最大高程不超过8.5 m，西南侧区域微地形改造后高程整体维持在7.4～8.5 m之间，有利于在候鸟越冬期水位抬升至7.5 m或8.1 m时营造适宜多种越冬水鸟的栖息生境。地形改造时，地形改造区域应不改变整体地形的结构，同时需考虑改造后的地形与周边地形的融合度，避免出现陡坡、沟堑和孤立台地，具体效果见图4。

3.2.3植被修复

在微地形改造的基础上进行植被配置，见图4。综合考虑菜子湖湿地植物优势种、湿地植物适宜水深需求及越冬水鸟栖息特性和食性偏好，确定试验性修复区域主要湿地植物种类及配置方式。菜子湖候鸟越冬期水鸟一般以陌上菅、肉根毛茛、朝天委陵菜、狗牙根等湿生植物的嫩叶和苦草等沉水植物的冬芽、块根、块茎等为食。植被配置中，沉水植物选择苦草、黑藻、竹叶眼子菜(Potamogetonwrightii)和穗状狐尾藻(Myriophyllumspicatum)等4种；根生浮叶植物选择菱(Trapabispinosa)进行景观点缀；湿生植物选择陌上菅(Carexthunbergii)、肉根毛茛(Ranunculuspolii)、朝天委陵菜(Potentillasupina)、狗牙根(Cynodondactylon)等4种。公元村南侧西片区修复苦草面积1.2 hm2，修复黑藻1.2 hm2，修复竹叶眼子菜1.0 hm2，修复穗状狐尾藻0.9 hm2，修复菱0.1 hm2，通过湿地植物种子库修复湿生植物面积4.4 hm2。

图4 公园村南侧西片区整体修复设计示意

3.3 湖滨带区域植物配置

湖滨带修复植物配置主要考虑菜子湖历年水位变化过程及引江济淮工程运行对菜子湖水位的影响。

引江济淮工程运行后，菜子湖水位从3月份开始逐步上升。对于高程8.1 m以上的区域，其初期水位对应的水深比较适宜沉水植物生长。根据水位条件，适时(水深在50 cm内时)在高程8.1～9.4 m的适宜区域进行沉水植物播种、移栽、分株、扦插。同时，沿湖滨带在高程7.0 m以上的区域构建沉水植物、浮水植物、挺水植物、湿生植物组成的植物群落带，其中挺水植物主要种植在距离水岸线一定距离且高程在8.1 m以上的原有圩堤处，一方面为越冬水鸟营造隐蔽的栖息生境，另一方面可减缓航道内船行波可能对覆水浅滩产生的影响。

在高程7.0～8.1 m的范围内适时种植沉水植物大茨藻、根生浮叶植物四角菱；在高程8.1～8.5 m的范围内适时种植沉水植物黑藻、菹草、穗状狐尾藻、金鱼藻和竹叶眼子菜及根生浮叶植物莕菜和四角菱；在高程8.5～9.4 m的范围内种植沉水植物苦草、根生浮叶植物芡实；在高程9.4 m以上的区域沿高程梯度构建挺水植物芦苇、菰、红蓼、酸模叶蓼及湿生植物陌上菅、朝天委陵菜、肉根毛茛等组成的植物群落带。湖滨带区域植物配置剖面示意见图5。

图5 湖滨带区域植物配置剖面示意

3.4 湿地生态修复目标可达性分析

试验性区域修复选择的植物种多为乡土种而且为菜子湖湿地历史时期的优势种。除部分植物主要起景观点缀功能外，大部分植物为喜食植物块根块茎的水鸟的重要食物源。

对于大部分沉水植物(苦草、黑藻、竹叶眼子菜和穗状狐尾藻等)而言，其生长初期(4～5月)对水位(适宜水深)要求相对较高。从修复区域地形改造后的高程和菜子湖长时间序列水位数据来看，部分年份的水位可能无法满足沉水植物生长初期(4～5月)对水位(适宜水深)的要求。但规划水平年2040年候鸟越冬期菜子湖水位按不超过8.1 m运行时，菜子湖3月平均水位较现状有一定程度的抬升，因此其生长初期(4～5月)的水位也基本维持在8.1 m以上，从总体上能满足苦草、黑藻、竹叶眼子菜和穗状狐尾藻等沉水植物对水位(适宜水深)的要求。

湿地生态修复效果存在较大不确定性，加之本文综合考虑水位抬升和湿地修复复合影响，故具体修复效果需结合湿地生态跟踪监测和修复实施效果评估进一步深入分析和论证。

3.5 湿地生态跟踪监测与实施效果评估

菜子湖湿地生态修复目的是通过对引起菜子湖湿地生态系统退化的主要驱动因子进行 “提前干预”，改善湿地生态系统退化趋势、降低工程运行引起的水文节律变化对湖泊湿地生态的不利影响。然而，菜子湖湿地生态修复实施后，能否达到预期的生态修复目标，试验性修复是否能在菜子湖其他区域进行推广，菜子湖湿地生态修复技术能否在更大尺度进行推广应用，这些不确定性问题均需要开展湖泊湿地生态修复实施效果评估来研究和解决。

因此，在菜子湖湿地生态修复工程实施后，结合拟定的湿地生态修复目标及生态修复区域湿地生境出露情况、植被情况、底栖生物、鱼类、鸟类等动物资源监测和调查情况，及时对湿地生境修复区、湖滨带和浅水区进行监测，掌握湿地生态修复区域生态特征、生态过程的动态变化(包括植物存活状况、高度、盖度等)，科学评估湿地生态修复效果。根据实施效果评估结果，判断是否达到预期目标。如达到预期目标，则可在菜子湖其他区域甚至更大尺度进行推广应用。如未达到预期目标，则需进一步优化生态修复技术，保障湿地生态修复的可持续性。

4 结 语

水位变化影响下湖泊湿地生态修复关键技术研究十分必要、迫切，也是一个比较复杂的课题。本文结合工程调度运行对菜子湖湿地生态水文过程及主要湿地类型和冬候鸟生境的影响，确定了菜子湖生态修复区域的总体布局，并从微地形改造和植被修复等改善菜子湖湿地生态退化趋势及降低引江济淮工程不利影响的角度出发，对菜子湖湿地生态修复技术进行了分析。枯水期水位影响下菜子湖湿地生态修复技术研究对菜子湖候鸟越冬期水鸟种群数量和生物多样性保护具有重要意义，不仅可为菜子湖其他区域生态修复提供科学依据，也可为长江中下游湿地生态修复提供借鉴。

致 谢

感谢安徽大学周立志和周忠泽教授对本湿地修复研究项目给予的指导和帮助。