高宇　趙峰　張婷婷　侯俊利　莊平

隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對能源、活動空間等需求日益增加，大型水利工程建設(shè)、灘涂圍墾等成為獲取能源、拓展空間的重要手段。然而，這些大型工程對江河湖泊的水文、底質(zhì)及生活在其中的水生生物均產(chǎn)生極大影響，最突出的是直接造成大量水生生物的棲息地遭破壞，致使產(chǎn)卵場、索餌場等喪失，嚴重影響生物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和多樣性，甚至威脅整個區(qū)域的生態(tài)平衡。加緊開展水生生物受損棲息地修復和重建已成為各國管理部門的迫切任務和科研工作者的研究熱點。

長江口生境條件得天獨厚，孕育了豐富的生物資源，是我國漁業(yè)資源的寶庫。長江口“三場一通道”（產(chǎn)卵場、索餌場、越冬場和洄游通道）的重要功能使其成為全球漁產(chǎn)潛力和生物多樣性最高的區(qū)域之一，也是長江流域和東海區(qū)漁業(yè)資源的重要補充地。僅長江流域淡水漁業(yè)產(chǎn)量就占我國淡水漁業(yè)總量的60%，在我國漁業(yè)發(fā)展中具有極其重要的戰(zhàn)略地位。針對長江口濕地資源遭破壞和侵占及“三場一通道”功能下降的現(xiàn)狀，中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所河口漁業(yè)研究室的科研團隊利用生態(tài)學原理，構(gòu)建漂浮型人工替代棲息地（artificial floating alternative habitat）進行生態(tài)修復，開創(chuàng)了長江口立體生態(tài)修復新模式，也為其他水域生態(tài)修復提供了借鑒。該技術(shù)模式的應用將為魚類等水生生物的產(chǎn)卵、索餌、越冬提供重要棲息地，重建被修復水域的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)，豐富和優(yōu)化水生生物群落結(jié)構(gòu)，在一定程度上緩解長江口功能衰退的速度，減緩長江口水域荒漠化的趨勢。這種人工替代棲息地如果得到產(chǎn)業(yè)化推廣，將帶動相關(guān)工程和材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？梢?，長江口人工替代棲息地立體生態(tài)修復技術(shù)模式具有顯著的生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益。

人工替代棲息地的發(fā)展

日本科學家首先在1920年創(chuàng)建了以吸引魚類產(chǎn)卵、修復產(chǎn)卵場為目的的人工替代棲息地，此后德國、韓國、澳大利亞、加拿大、中國、印度、西班牙、英國、美國等陸續(xù)開展了人工替代棲息地的構(gòu)建及其功能研究，但主要目的還是凈化水體、美化環(huán)境等。人工替代棲息地上的植物的根系與水體直接接觸的，為濕式人工替代棲息地，反之為干式人工替代棲息地。目前，應用最廣的構(gòu)建方式為有框架的濕式人工替代棲息地，約占總量的70%。人工替代棲息地的構(gòu)建分為單體和聯(lián)體2種方式，每個單體長2～3米，可設(shè)計成長方形、正方形和三角形等。單體或聯(lián)體的整體性在構(gòu)建人工替代棲息地過程中十分重要，尤其是在風浪較大的水體中。

漂浮型人工替代棲息地也被稱作漂浮型人工濕地（artificial floating wetland）、人工浮島（artificial floating island）、生物浮床（floating raft）等，是目前快速有效重建濱海河口濕地的方法。它是上下兩層結(jié)構(gòu)，上層種植挺水植物，主要吸引因灘涂喪失而缺乏棲息環(huán)境的水禽；下層種植沉水植物，能充分利用水下空間，有效利用各類水生植物的根系及微生物和基質(zhì)的復合聯(lián)動效果，重建水生生物特別是灘涂依賴性魚類的產(chǎn)卵場和索餌場。研究證明，漂浮型人工替代棲息地對于魚類集群產(chǎn)卵和幼魚索餌具有顯著的促進作用。中村圭吾（Keigo Nakamura）等人在日本霞浦湖的研究發(fā)現(xiàn)，建立漂浮型人工替代棲息地的區(qū)域與對照區(qū)相比，魚類生物量提高200倍以上，魚類平均生物量比值為267：1；魚類以1齡幼魚為主，同時還吸引到許多捕食性種類，生物多樣性十分豐富。中山嘉文（Yoshifumi Nakayama）等人在日本琵琶湖的人工替代棲息地實踐中，發(fā)現(xiàn)建立漂浮型人工替代棲息地的水域魚卵密度高達56600個/米，說明水生生物特別是魚類已將人工替代棲息地當作重要的繁衍場所。

我國在池塘生態(tài)養(yǎng)殖中也逐步引入人工替代棲息地理念，以凈化水體和促進養(yǎng)殖的發(fā)展。高陽俊等人在淀山湖千墩浦河口實施人工替代棲息地工程，利用多種水生植物浮床系統(tǒng)凈化水質(zhì)，有效改善了千墩浦來水水質(zhì)和外圍水質(zhì)。中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所于2012年開始在位于長江口南支北港的青草沙水庫周邊水域建立漂浮型人工替代棲息地，并逐步推廣到長興島鄰近水域、崇明東旺沙水閘內(nèi)側(cè)河道和外側(cè)潮溝等不同河口水域。

由于人工替代棲息地的功能和服務的多面性及不確定性，同時長江口還擁有國際重要濕地，涉及國際共同利益和效益，為保障長江三角洲地區(qū)的環(huán)境保護和資源可持續(xù)開發(fā)，迫切需要將長江口人工替代棲息地的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益放在同等重要的地位進行評估，為長江口的生態(tài)文明建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

人工替代棲息地的生態(tài)效益

從食物鏈和食物網(wǎng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)及能量流動來看，人工替代棲息地具有重要的生態(tài)效益。目前長江口受損灘涂濕地生態(tài)修復的一項關(guān)鍵性研究是，認識人工替代棲息地立體生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，進一步研究其能量流動的特征，從而為評價人工替代棲息地的生態(tài)修復效果提供理論依據(jù)。首先，查明人工替代棲息地的水生生物（魚、蝦、蟹、螺、昆蟲等）的種類、密度及其單位體積的生物量。其次，研究這些水生生物的食性，弄清它們之間的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)和食物網(wǎng)關(guān)系。再次，調(diào)查人工替代棲息地的植物生長狀況。在上述本底調(diào)查的基礎(chǔ)上，建模分析人工替代棲息地的能量流動，估算單位面積的人工替代棲息地生態(tài)效益。人工替代棲息地的生物多樣性除了可有效保證自身系統(tǒng)的穩(wěn)定，發(fā)揮生態(tài)效益外，也是人類活動干擾下生態(tài)系統(tǒng)中物種的重要基因庫，能增加種群的遺傳多樣性，創(chuàng)造一個挺水植物、沉水植物和水生動物和諧共存的人工系統(tǒng)，恢復甚至提高生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)價值。

在評估生態(tài)價值的實踐中發(fā)現(xiàn)，漂浮型人工濕地構(gòu)建后的生態(tài)修復過程中，隨著蘆葦?shù)叵虑o的不斷生長，浮排上逐漸出現(xiàn)各種水生昆蟲、軟體動物、蝦、蟹等。其中在修復早期，浮排表面有水淹沒的地方，出現(xiàn)較多的為昆蟲的幼蟲，最多為水虻幼蟲和庫蚊幼蟲，蠼螋、龍虱、田鱉、水蜘蛛和豆娘的幼蟲也有出現(xiàn)。在青草沙水庫鄰近水域構(gòu)建的實驗區(qū)內(nèi)，浮游動物及其幼體平均總豐度為71.1個/米，是對照區(qū)的4倍以上；水生昆蟲平均密度達44.5個/米；魚類超過22種，且多為稚幼魚，魚卵和仔魚平均總豐度為5.34個（條）/米，是對照區(qū)的1.5倍以上，同時魚類的生態(tài)位寬度較大、重疊度低。隨著修復的繼續(xù)進行，填充浮排的材料老化，蘆葦根出現(xiàn)一些腐殖質(zhì)的植物碎屑，為鉤蝦提供了食物，鉤蝦出現(xiàn)并迅速增加。隨后在蘆葦根上逐漸生出新芽時，浮排上平坦的竹片和蘆葦?shù)那o部有較多橢圓蘿卜螺，也有少量白旋螺。在修復后期，蘆葦根部和浮排材料的夾縫中有大量蝦和蟹，其中蝦類主要為秀麗白蝦，也有少量中華米蝦；蟹類有狹額絨螯蟹和中華絨螯蟹，后者從蚤狀幼體、大眼幼體，到殼寬約2厘米的小中華絨螫蟹均有大量分布。在青草沙水庫鄰近水域構(gòu)建的實驗區(qū)內(nèi)，鑒定出附著的水生動物18種，蝦、成蟹、螺類平均密度達134.6只/米，中華絨螫蟹仔蟹和扣蟹密度每平方米超過百只。

由此可見，上述人工替代棲息地的生物組成與分布在周圍的其他浮游生物共同組成微觀生態(tài)系。通過這種替代棲息地的構(gòu)建和本地土著植被的種植，使該水域的生態(tài)環(huán)境得劍改善，為魚類等生物提供了良好的棲息環(huán)境。上述生物在修復區(qū)的大量出現(xiàn)及廣泛分布也為該水域的魚類等生物提供了豐富的餌料，為其他水生生物提供棲息地和索餌場。在此基礎(chǔ)上研究它的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，弄清它的能量流動特征，確定這一人工立體生態(tài)系統(tǒng)的總消耗量、總輸出量、總呼吸量、總生產(chǎn)量、聚合度、連接指數(shù)、系統(tǒng)雜食性指數(shù)等生態(tài)學指標，從而為評價人工替代棲息地修復受損生態(tài)系統(tǒng)和維持生物多樣性等方面的生態(tài)效益提供理論基礎(chǔ)。

人工替代柄息地同樣具有自然濕地的凈化水質(zhì)和過濾的作用，有利于長江口保持良好的水質(zhì)和水域功能。它如同“沉積箱”和“轉(zhuǎn)換器”，其獨特的吸附、降解和排除水中污染物、懸浮物和營養(yǎng)物的能力，使?jié)撛诘奈廴疚镛D(zhuǎn)化為資源。這一過程涉及復雜界面的濾過過程和生存于其間的生物群落與其環(huán)境間的相互作用，可以攔蓄徑流中的懸浮物，移出和固定營養(yǎng)物、有毒物質(zhì)、沉淀沉積物等物質(zhì)，降低水體富營養(yǎng)化程度，降解污染物或使其轉(zhuǎn)化為低害或無害形式。以青草沙水庫鄰近水域?qū)嶒瀰^(qū)為例，人工替代棲息地系統(tǒng)中無土栽培的土著植物蘆葦，根系特別發(fā)達，深入水下40～50厘米處，可吸收碳、氮量分別為73.46克/米和2.62克/米；漂浮型人工代替棲息地示范區(qū)修復面積為3860米。按每公頃速生林每年吸收6噸碳計算，它的碳匯能力相當于0.05公頃速生林。此前已有研究證明，挺水植物群落對水體中砷、鉻、銅、汞、鎂、錳這6種重金屬元素具有較強的吸附作用，成為稀釋和凈化污水的場所。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，人工替代棲息地具有促淤效果，這主要通過水上植物消浪、緩流和對鄰近水域的穩(wěn)固作用來實現(xiàn)，從而有利于先鋒植被的生長，進一步吸引鳥類來棲息，同時兼有防風抗浪的護岸作用。

人工替代棲息地的社會效益

在長江口部分水域構(gòu)建漂浮型人工替代棲息地示范點（區(qū)）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這將會起到良好的示范作用，并能通過社會調(diào)查法估算其對整個長江三角洲地區(qū)及其他河口區(qū)所產(chǎn)生的輻射作用。

人工替代棲息地的社會效益主要包括旅游休閑、文化、教育及科學研究等價值。人工替代棲息地推廣示范區(qū)的構(gòu)建體現(xiàn)了獨有的社會公益特質(zhì)，將為長江三角洲地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和就業(yè)做出積極的貢獻。例如，結(jié)合黃浦江兩岸用地調(diào)整和功能開發(fā)，通過人工替代棲息地改善濱江生態(tài)環(huán)境，可開辟獨具特色的公共活動風景線，構(gòu)建具有現(xiàn)代都市特征的可移動式的濱江景觀帶和休閑旅游帶；結(jié)合蘇州河綜合整治，以蜿蜒曲折的自然流向為主軸，通過構(gòu)建人工替代棲息地，可進一步挖掘體現(xiàn)兩岸自然與人文相融合的和諧發(fā)展理念的新景觀，形成水質(zhì)清潔、環(huán)境優(yōu)美、文化內(nèi)涵豐富的濱水景觀亮點。人工替代棲息地的景觀水系功能定位，不僅有利于防汛排澇，而且可護岸護堤，保障城市生態(tài)安全。利用它的自凈能力，可以改善內(nèi)河水質(zhì)。通過多種挺水植物的組合，能改善城市景觀多樣性，促進水上旅游，提升休閑品位，發(fā)展相關(guān)高科技生態(tài)產(chǎn)業(yè)。景觀水系建設(shè)一方面需疏浚整治河道，恢復生態(tài)環(huán)境，另一方面要結(jié)合兩岸綠化林帶和特色居住區(qū)的開發(fā)，以順應自然的構(gòu)思，將流水和人工替代棲息地景觀融為一體，體現(xiàn)親水、自然、生態(tài)、文化和人性化的有機結(jié)合。

隨著三峽工程的建設(shè)，長江口來沙來水量的減少，導致自然棲息地淤長速度減緩，加之圍墾速度大于淤長速度，長江口灘涂棲息地逐漸體現(xiàn)出“稀缺性”價值。因此，要圍繞上海建設(shè)生態(tài)型城市的目標，以及長江三角洲范圍內(nèi)濕地保護和管理的合作，著力推進人工替代棲息地的建設(shè)。人工替代棲息地示范區(qū)也可成為向社會普及野生動植物及生態(tài)保護知識的重要基地，有助于提高市民的棲息地保護意識，在傘社會樹立新的資源環(huán)境觀。

如果能建立長江口棲息地生物多樣性信息系統(tǒng)及水生生物棲息地動態(tài)演變數(shù)據(jù)庫，一方面可以開展植物多樣性就地保護和持續(xù)利用的研究，另一方面可以在保護區(qū)外，采用人工替代棲息地以建成該地生物多樣性就地保護的重要基地。依托崇明東灘國際重要濕地的全球碳通量野外觀測站，監(jiān)測受損棲息地修復前后的固碳能力差異，可逐步發(fā)展受損棲息地的生態(tài)修復途徑和方法。完善數(shù)據(jù)采集、布點系統(tǒng)、分析測試和數(shù)據(jù)處理等監(jiān)測體系的建設(shè)，可監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，準確、及時、全面地反映和預報長江口柄息地質(zhì)量現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，初步建成棲息地健康質(zhì)量監(jiān)測服務平臺，為長江口及全國野生動植物管理、遷徙物種監(jiān)測、污染源控制、棲息地保護規(guī)劃等提供科學依據(jù)和決策基礎(chǔ)。根據(jù)人工替代棲息地可復制性，適當開展觀鳥等生態(tài)旅游性質(zhì)的多種經(jīng)營活動，既可提高示范區(qū)自身的經(jīng)濟實力，又可為提高周邊地區(qū)居民生活水平、促進其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造良好條件，從而實現(xiàn)棲息地利用方式由第一產(chǎn)業(yè)向第三產(chǎn)業(yè)的過渡。

人工替代棲息地的經(jīng)濟效益

長江口人工替代棲息地構(gòu)建后，將為水生生物提供重要的棲息場所，從而增加生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的產(chǎn)品的價值，如河口區(qū)魚類資源量和苗種產(chǎn)出量會呈現(xiàn)一定增長態(tài)勢，是其帶來的直接經(jīng)濟效益。人工替代棲息地也為長江口魚類親本增殖放流提供了契機，可極大提高增殖放流效率、減少增殖放流費用。人工替代棲息地的推廣應用還會帶動本地區(qū)相關(guān)工程和材料生產(chǎn)廠家的發(fā)展，增加其經(jīng)濟效益。

人工替代棲息地的直接經(jīng)濟效益可用產(chǎn)品的市場價格來估算?？扑固顾_（Robert Costanza）等人估算，濱海河口濕地有最高的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值。如果人工替代棲息地的生態(tài)系統(tǒng)服務功能達到自然棲息地水平，價值約為14 785美元/（公頃·年）。

漂浮型人工替代棲息地通過對鄰近水域傳遞的穩(wěn)固作用，減緩海浪和水流的沖擊速度，從而減少海浪侵蝕，降低海堤的造價?？扑固顾_等人的研究表明，100米寬的蘆葦能減少50%的波浪能并增強沉積物積累（20～30厘米/年）；英國有鹽沼的海堤造價為1.4萬英鎊/千米，而沒有鹽沼的海堤造價高達30萬英鎊/千米。

此外，漂浮型人工替代棲息地可以防止地勢較低的沿海地區(qū)的淡水資源受到鹽水入侵的影響，減輕濱海河口區(qū)咸水的倒灌。2013-2014年冬季，長江口青草沙水庫先后遭受8次以上的咸潮沖擊，其間青草沙水庫都緊急關(guān)閉取水口，蓄水量創(chuàng)出歷史最低。而監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在鄰近水域構(gòu)建的漂浮型人工替代棲息地卻發(fā)揮了一定的緩解作用。

長江口人工替代棲息地的直接經(jīng)濟效益是提供了大量人類生活所需的物質(zhì)資料和服務產(chǎn)品，主要有蘆葦、魚、干凈的水等可直接換算的經(jīng)濟價值。人工替代棲息地的間接經(jīng)濟效益評估則需要根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務功能類型來估算。特別是季節(jié)性遷徙的水鳥、魚類常超越國界，是一種國際性資源，尤其是某些水禽、魚類已處于瀕危狀態(tài)，保護它們是人類的共同責任和義務，只有通過相關(guān)國家共同的保護行動，才能收到良好的效果。這不僅能使當?shù)刂苯荧@得生態(tài)和經(jīng)濟效益，也將樹立作為在有關(guān)國際公約履行方面健康、良好的負責大國形象，有助于在國際關(guān)系方面發(fā)揮更大影響力。人工替代棲息地的間接經(jīng)濟效益實際上是其生態(tài)效益的經(jīng)濟衍生品，也是長江口最主要的經(jīng)濟效益。

人工替代棲息地的前景

在長江口水域構(gòu)建人工替代棲息地的案例中，修復區(qū)水生生物群落結(jié)構(gòu)與對照區(qū)相比更完善，形成微觀生態(tài)系，有利于水生動物產(chǎn)卵、索餌和棲息，技術(shù)上可行。但從項目實施來看，還存在諸多問題有待進一步完善和優(yōu)化，主要體現(xiàn)在以下三個方面。

其一，由于成本相對較高，目前構(gòu)建的人工替代棲息地面積有限，無法充分發(fā)揮其生態(tài)功能，效果有限。建議相關(guān)部門加大支持力度，擴大中試范圍，盡快在長江幾推廣，加速長江口生態(tài)環(huán)境的改善。

其二，目前人工替代棲息地的主要框架材料為鋼管和楠竹等，盡管具備一定的剛性和柔性，但未經(jīng)歷過臺風等惡劣天氣的考驗。今后應加強具有高科技和多用途的新材料選擇，篩選出適于長江口水域環(huán)境特點的定制材料，優(yōu)化和完善人工替代棲息地構(gòu)建技術(shù)，保證其牢固性、實用性和經(jīng)濟性。

其三，需加強人工替代棲息地的生態(tài)功能研究，完善和優(yōu)化研究方案及研究方法，進一步闡明人工替代棲息地的作用機制，建立完整的理論基礎(chǔ)。

為了更好地構(gòu)建長江口棲息地資源監(jiān)測站點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的科學采集、科學分析，從而能精確和客觀地評估人工替代棲息地的效益，“十三五”期間，建議設(shè)立長江口棲息地資源監(jiān)測中心，涵蓋自然棲息地資源和人工替代棲息地，負責長江口棲息地監(jiān)測技術(shù)規(guī)程制定、野外監(jiān)測調(diào)查、動態(tài)分析和預測，定期編制棲息地資源消長報告及社會化服務等，為人工替代棲息地布局提供基礎(chǔ)依據(jù)。隨著人工替代棲息地維護和管理的深入開展，研究人工替代棲息地監(jiān)測的內(nèi)容、指標體系、程序、技術(shù)手段、數(shù)據(jù)處理和貯存等方面的課題，將是當前研究的方向和重點。

建議定期對長江口棲息地資源進行全面調(diào)查，重點是棲息地的分布、類型、形成、發(fā)育、演化、生物種類及其特征等，并建立完備的圖文資料數(shù)據(jù)庫，提升構(gòu)建人工替代棲息地的能力。這在為保護長江三角洲生態(tài)資源提供決策依據(jù)的同時，進一步提高建設(shè)生態(tài)型城市的基礎(chǔ)生態(tài)空間保障能力，逐步形成適應長江三角洲城市群的棲息地保護管理體系，促進長江三角洲經(jīng)濟、社會和環(huán)境的全面協(xié)調(diào)發(fā)展。

在總結(jié)長江口案例經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，應加快人工替代棲息地技術(shù)向其他河口海灣區(qū)域推廣及其規(guī)模化和工廠化應用。與此同時，要著重加強其生態(tài)功能監(jiān)測及作用機制的理論基礎(chǔ)研究，形成完整的生態(tài)修復理論體系。

[本項目受國家自然科學基金（N0.31400410）、長江口青草沙水庫鄰近水域生態(tài)修復專項和中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所基本科研業(yè)務費資助。]