張明亮

(大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧省近海生態(tài)環(huán)境與災(zāi)害防護(hù)工程技術(shù)創(chuàng)新中心，遼寧 大連 116023)

濕地位于水陸生態(tài)系統(tǒng)間的過渡地帶，其在維持生物多樣性、涵養(yǎng)水源、改善水質(zhì)和減輕氣候?yàn)?zāi)害等方面發(fā)揮了巨大作用[1]。濱海濕地位于海陸交匯區(qū)域，受潮水或咸淡水周期性的淹沒作用，以及受入海徑流、潮汐和波浪的影響，具有開放性、復(fù)雜性及復(fù)合生態(tài)性等特點(diǎn)[2]。潮間帶的潮灘上多生長(zhǎng)耐鹽植被，這些植被是濕地最重要的組成部分，它們能通過生境維護(hù)、消減波浪、固土保濕和固存藍(lán)碳等多種方式最大化地發(fā)揮濕地的生態(tài)功能，并反映濕地生態(tài)環(huán)境的基本特征[3]。按照中國(guó)濱海濕地植被分類系統(tǒng)可將濕地植被分為五類，即鹽沼濕地型、濱海沼澤濕地型、淺水植物濕地型、紅樹林沼澤濕地型和海草濕地型[4]。鹽沼型濕地廣泛分布在中、高緯度的近海潮灘區(qū)域，與人類的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。因此，本文主要圍繞濱海鹽沼濕地方面的研究進(jìn)行綜述。鹽沼型植被以鹽地堿蓬群系、海三棱藨草群系和互花米草群系為主，蘆葦群系次之(圖1)。其中，互花米草是引入的外來物種，在中國(guó)局部沿海區(qū)域的潮灘蔓延生長(zhǎng)[5]。鹽沼植被耐鹽堿性較強(qiáng)，多分布于受海水頻繁淹沒的潮間帶及潮上帶區(qū)域，在中國(guó)的長(zhǎng)江口、黃河口、遼河口及江蘇沿海等地均有生長(zhǎng)[4-5]。

圖1 中國(guó)濱海濕地與典型鹽沼植被Fig.1 Coastal wetlands and typical salt marsh plants in China

近年來，在全球氣候異常、城市圍墾加劇和海平面上升等多種因素影響下，全球?yàn)I海濕地出現(xiàn)了面積銳減、生態(tài)環(huán)境惡化和濕地動(dòng)植物多樣性下降等一系列退化問題。自20世紀(jì)80年代以來，全球?yàn)I海濕地面積喪失達(dá)50%，35%的紅樹林植被和30%的珊瑚礁已退化或消失[6]。自20世紀(jì)50年代以來，中國(guó)濱海濕地總面積減少了50%以上，鹽沼植被面積減少了59%，紅樹林面積減少了83%[7-8]。因此，自2018年以來，隨著中國(guó)海洋生態(tài)文明建設(shè)、藍(lán)色海灣整治和海岸帶保護(hù)修復(fù)行動(dòng)等工作的展開，濱海鹽沼濕地的保護(hù)與修復(fù)日益成為各級(jí)政府的重點(diǎn)工作和學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)[9]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與研究的不斷深入，越來越多的學(xué)者采用不同的方法對(duì)濱海鹽沼濕地的退化進(jìn)行了研究。從近年來發(fā)表在Springer和Elsevier等數(shù)據(jù)庫(kù)核心期刊上的國(guó)際引領(lǐng)性成果來看，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)該方面的研究主要集中在濕地分類、濕地景觀格局演化、濕地退化因素和濕地修復(fù)技術(shù)4個(gè)方面[10-14]，而缺乏對(duì)退化機(jī)制和生態(tài)修復(fù)技術(shù)的系統(tǒng)整理。基于此，本文系統(tǒng)綜述了濱海鹽沼濕地退化機(jī)制及修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展，對(duì)相關(guān)研究領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行梳理與總結(jié)，并對(duì)該領(lǐng)域未來的研究發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，以期為濱海鹽沼濕地的退化機(jī)制及生態(tài)修復(fù)研究提供科學(xué)參考。

1 濱海鹽沼濕地的生長(zhǎng)及發(fā)育

濱海鹽沼濕地主要位于海陸交錯(cuò)的灘涂區(qū)域，濕地植物-水-地貌-生物-氣候等多種動(dòng)力因子相互作用明顯。從目前的研究結(jié)果來看，濱海濕地的形成受入海徑流量和輸沙量影響較大，這在遼河口[15]、黃河口[16]及長(zhǎng)江口濕地[17]的研究中已經(jīng)獲得證實(shí)。鹽沼植物群落的分布通常呈現(xiàn)一定的分帶性特征，與淹水時(shí)間、淡水入流形成的鹽度梯度與營(yíng)養(yǎng)供給及區(qū)域高程等環(huán)境因子密切相關(guān)[9,18]，甚至豐水期的洪水徑流、外海潮波及風(fēng)暴潮災(zāi)害帶來的沖蝕，也會(huì)致使濱海濕地?fù)p失，這些通常被歸類為物理因子，相關(guān)研究成果豐碩[19-20]。自然條件如海平面上升、降雨與蒸發(fā)變化等對(duì)鹽沼植被群落的演替及興衰具有重要的影響[21-22]。有研究發(fā)現(xiàn)，濱海濕地群落中海洋生物、微生物等生物因子對(duì)鹽沼植被的生長(zhǎng)也有重要影響，進(jìn)而提出物理環(huán)境因子與生物因子的相互作用共同塑造了鹽沼群落分布特征，決定了其演替過程[23]。此外，濕地的生長(zhǎng)與發(fā)育過程往往與人類活動(dòng)緊密相關(guān)，主要體現(xiàn)在近海海洋工程與養(yǎng)殖池塘建設(shè)、近海環(huán)境污染等方面。上述研究加深了人們對(duì)濱海鹽沼濕地的地貌特征及發(fā)育過程的認(rèn)識(shí)，拓展了研究的深度與廣度?？傮w而言，濱海鹽沼濕地的發(fā)育主控因素較多，演化過程復(fù)雜，具體如圖2所示。

圖2 濱海鹽沼濕地的生長(zhǎng)與發(fā)育因素Fig.2 Factors of the growth and development of salt marsh wetlands in coastal areas

2 濱海鹽沼濕地的生態(tài)退化機(jī)制

濕地退化是指在水循環(huán)失衡、土壤理化性質(zhì)改變、外來物種入侵、氣候變化和地形高程變化等自然或人為因素的驅(qū)動(dòng)下，濕地內(nèi)發(fā)生的一系列如景觀格局改變、自然資源受損、生物多樣性降低等現(xiàn)象。同時(shí)，考慮到影響植被群落分布及演替變化的不僅是氣候、水文鹽度和土壤條件等生境因子，人類活動(dòng)也會(huì)對(duì)海岸帶地區(qū)及濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)造成較大影響，進(jìn)而影響該區(qū)域植被的生長(zhǎng)和分布。因此，針對(duì)濱海鹽沼濕地生態(tài)系統(tǒng)近年來面臨的一系列問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其變化及驅(qū)動(dòng)機(jī)制等熱點(diǎn)問題開展了大量的研究工作。

2.1 鹽度脅迫對(duì)濱海鹽沼濕地的影響

鹽度脅迫是影響鹽沼濕地植被分布與演替的主要控制因子之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就水體及土壤鹽度變化如何影響鹽沼濕地植物生理生態(tài)、物種豐富度、群落結(jié)構(gòu)與演替和植被動(dòng)態(tài)等方面開展了大量研究。如Andres等[24]通過分析海面上升速率及水文變化與濕地各種群落變化之間的關(guān)系，得出了淡水流入通過改變水體鹽度減緩了禾本科沼澤向紅樹林環(huán)境過渡的結(jié)論。Coletti等[25]使用水-植被-鹽度模型對(duì)澳大利亞南部的鹽沼濕地進(jìn)行模擬，結(jié)果表明，水文條件變化對(duì)植物群落單一濕地的植被影響非常大。賀強(qiáng)等[26]分析了土壤鹽度變化與黃河三角洲濕地植被空間格局的分布關(guān)系，張華兵等[27]基于遙感影像和GIS技術(shù)分析了自然條件下鹽城海濱濕地土壤鹽度的空間分布特征與植被類型的關(guān)系，結(jié)果均表明，植被類型的空間分布與土壤鹽度梯度變化高度相關(guān)。

適當(dāng)?shù)柠}分會(huì)促進(jìn)鹽沼植物生長(zhǎng)，但是超過耐受閾值會(huì)對(duì)鹽沼植物生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的抑制作用。鹽分過高時(shí)，就會(huì)對(duì)植物形成離子毒害及鹽分脅迫作用，抑制植物的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖過程[28]。如鹽度脅迫致使狹葉白千層植物的株高降低，抑制其葉片生長(zhǎng)，并加速植物死亡[29]。有學(xué)者通過設(shè)置室內(nèi)對(duì)照試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，蘆葦僅能在鹽分小于10 g/kg的土壤中生長(zhǎng)良好[30]。Parihar等[31]得出低鹽分可促進(jìn)鹽沼蘆葦?shù)戎脖簧L(zhǎng)，而在高鹽分作用下鹽沼植物光合速率降低，導(dǎo)致植物無法正常生長(zhǎng)；Cui等[32]研究表明，黃河口濕地鹽地堿蓬植被的生物量隨土壤鹽分的上升呈先增加后減少的高斯分布。此外，Xue等[33]分析了長(zhǎng)江口兩種本土植物和入侵物種互花米草的生物量積累隨鹽分變化的趨勢(shì)，與本土物種相比，互花米草對(duì)鹽分的耐受值最高，并預(yù)測(cè)隨著海平面的上升，互花米草的入侵將加??；王擺等[34]利用高斯模型求解出遼河口潮灘濕地堿蓬的最適鹽分生態(tài)閾值為8.58～15.70 g/kg。因此，不同植被的最適鹽分生態(tài)閾值不同，可根據(jù)不同植物最適鹽分生態(tài)閾值的差異，加大對(duì)鹽分的調(diào)控力度，促進(jìn)濕地植被的生長(zhǎng)定植。

2.2 水文條件對(duì)濱海鹽沼濕地的影響

水文條件(如水位波動(dòng)、淹水時(shí)間、頻率范圍及水文連通度等)影響濱海鹽沼濕地生態(tài)系統(tǒng)的形成、發(fā)育和演替。Magee等[35]利用典型對(duì)應(yīng)分析法探討了美國(guó)波特蘭市濕地植被分布與水位波動(dòng)的關(guān)系，結(jié)果表明，入侵物種對(duì)水位變化具有較高的耐受性，當(dāng)水位出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，入侵物種極易替代本土物種成為濕地優(yōu)勢(shì)植被，破壞濕地生態(tài)平衡。淹水時(shí)間、頻率范圍不僅能通過改變鹽度含量影響鹽沼植被的生長(zhǎng)和分布，還能控制植物種子的擴(kuò)散、定植和生長(zhǎng)等關(guān)鍵過程。Pezeshki等[36]研究表明，在淹水條件下濕地土壤氧化還原電位會(huì)減少，致使植株光合作用降低，不利于濕地植被的生長(zhǎng)。Wang等[18]基于水動(dòng)力模型模擬了遼河口潮灘濕地潮汐淹水的時(shí)空分布特征，結(jié)合鹽沼植被變化分析顯示，蘆葦植被主要分布在淹水時(shí)間較短、鹽分較低的區(qū)域，隨著淹水時(shí)間的延長(zhǎng)及鹽分的升高，使得鹽地堿蓬替代蘆葦成為鹽沼濕地的優(yōu)勢(shì)種群，但當(dāng)淹水時(shí)間超過3.4 h/d時(shí)，此時(shí)鹽分過高，植被生長(zhǎng)將受到抑制。王青等[37]通過野外試驗(yàn)觀察了黃河口濕地潮汐淹水對(duì)堿蓬種子的影響，結(jié)果顯示，較高的淹水頻率及較長(zhǎng)的淹水時(shí)間能促進(jìn)堿蓬種子的萌發(fā)與定植。

前人根據(jù)其功能將濕地水文連通分成兩類[38-39]：一類是結(jié)構(gòu)連通，從空間尺度上描述湖泊、水庫(kù)、河流和沼澤等濕地的水體景觀連續(xù)性；另一類是功能連通，主要關(guān)注水文連通的空間格局與流域間的相互作用。王新艷等[40]探究了黃河口濱海濕地3種水文連通強(qiáng)度下大型底棲生物的群落分布，結(jié)果表明，濕地水文連通性越好，大型底棲生物密度越高，生物多樣性就越豐富；Cook等[41]對(duì)比分析了美國(guó)蒙大拿州孤立濕地及連通濕地兩種濕地類型的植物群落差異，結(jié)果表明，連通濕地的植物群落組成、多樣性和凈生產(chǎn)力均顯著高于孤立濕地。此外，Xie等[42]認(rèn)為，人類活動(dòng)和氣候因素引起的水文連通受阻，會(huì)導(dǎo)致河口濕地泥沙淤泥率下降，海水侵蝕率增加，濕地面積大幅銳減。因此，濱海濕地水文連通性下降，會(huì)引發(fā)濕地生物連通性受損、生態(tài)系統(tǒng)失衡和灘涂面積大幅縮減等一系列負(fù)面影響。

2.3 氣候變化與自然災(zāi)害對(duì)濱海鹽沼濕地的影響

自然因素主要通過氣候變化與自然災(zāi)害擾亂濕地生態(tài)功能。一方面，通過全球/區(qū)域氣溫上升、降水量下降、蒸發(fā)量增加和徑流減少等導(dǎo)致濱海濕地水生態(tài)失衡和土壤鹽堿化加??；另一方面，通過海平面上升、海岸侵蝕或風(fēng)暴潮等海洋災(zāi)害，使濱海濕地面積受損和濕地植被嚴(yán)重退化。Nielsen等[43]調(diào)查了澳大利亞北部灘涂濕地對(duì)氣候變化的響應(yīng)，結(jié)果表明，干燥的氣候會(huì)引發(fā)區(qū)域降水和河流徑流的大幅減少，降低濕地水流補(bǔ)給和水文連通，會(huì)導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)失衡；Cellone等[44]研究表明，由氣候變化引起的海岸侵蝕也能減弱濕地的生態(tài)功能；孫萬龍等[45]基于長(zhǎng)時(shí)間序列遙感影像，探究了黃河口潮間帶濕地景觀格局演替的主要驅(qū)動(dòng)因素，結(jié)果表明，河流徑流量減少加重了土壤的鹽堿化，降低了濕地植被的存活率；Nicholls等[46]研究表明，海平面的上升會(huì)加劇濕地受損程度，并預(yù)測(cè)全球?qū)⒂?0%的濱海濕地因海平面上升而消失。

2.4 自然演替對(duì)濱海鹽沼濕地的影響

植物群落自然演替的驅(qū)動(dòng)因素主要包括地面高程、土壤鹽度條件和植物種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系等內(nèi)部因素，以及外來物種入侵等外部因素。以鹽城自然保護(hù)區(qū)為例，通過構(gòu)建濕地自然演替模型，分析濕地植被的演替過程。結(jié)果表明，濕地發(fā)展初期是以光灘的形式出現(xiàn)，隨著灘面營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累，堿蓬作為先鋒物種在灘面定植，并形成單一植物群落，由于堿蓬植被能通過加速泥沙淤積與減少土壤鹽堿度的方式促進(jìn)蘆葦植被在灘面上定植，因此，在演替后期蘆葦極易通過種間競(jìng)爭(zhēng)替代堿蓬成為優(yōu)勢(shì)種群[47]。伴隨全球/區(qū)域生物流動(dòng)性增加，植物物種間極易發(fā)生跨區(qū)域轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，當(dāng)植物在另一區(qū)域中生長(zhǎng)不受限制時(shí)，其數(shù)量會(huì)呈幾何級(jí)增長(zhǎng)，最后變成入侵物種，并擠壓本土植物的生長(zhǎng)空間，擾亂當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)[48]?；セ撞葑畛醣蛔鳛樯鷳B(tài)工程物種引入中國(guó)，由于其對(duì)氣候、土壤和鹽度等生態(tài)環(huán)境具有極強(qiáng)的耐受性，在灘涂上迅速繁殖擴(kuò)張，成為中國(guó)濱海濕地危害性最強(qiáng)的入侵物種[49]。與本土物種相比，互花米草繁殖能力強(qiáng)、耐水淹、耐高鹽的特點(diǎn)賦予其極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，幫助互花米草快速在灘面上入侵并成為優(yōu)勢(shì)物種[50]。此外，互花米草的入侵，使得植被多樣性嚴(yán)重受損，并改變了土壤的理化性質(zhì)，對(duì)底棲動(dòng)物群落產(chǎn)生了負(fù)面影響[51]。

2.5 人為因素對(duì)濱海鹽沼濕地的影響

圍墾、農(nóng)牧業(yè)發(fā)展、水利工程和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等人類活動(dòng)，通過改變濕地水文條件和土壤理化性質(zhì)直接導(dǎo)致濕地退化。在水文條件方面，人類為了追求經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，在灘涂濕地上建造大量養(yǎng)殖池、農(nóng)田、城鎮(zhèn)和道路等基礎(chǔ)設(shè)施，致使?jié)竦厣嫌魏恿鞯牡斎肓繙p少，濕地水生態(tài)全面失衡[52]；防潮大堤、水庫(kù)等水利設(shè)施的建設(shè)使?jié)竦厮倪B通受阻，自然濕地面積顯著減少[53]。Zhang等[54]指出，長(zhǎng)江口修建的海堤、防波堤和丁壩3種堤防工程改變了水動(dòng)力條件，使得海水在漲落潮汐作用下無法通過潮溝進(jìn)入濕地腹部，阻礙了海洋與濕地間水分、養(yǎng)分和沉積物質(zhì)的交換。Day等[55]揭示了人為因素對(duì)美國(guó)巴拉塔利亞濕地水文條件和水流路徑的影響，結(jié)果表明，人們?cè)谵r(nóng)業(yè)種植過程中挖掘大面積的排水溝渠使得上游河流徑流不經(jīng)過濕地直接流入海水中，導(dǎo)致濕地?zé)o法及時(shí)獲得淡水補(bǔ)充，鹽度嚴(yán)重失衡。在土壤理化性質(zhì)方面，由于人類在生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的廢水、養(yǎng)殖池中的污水，以及農(nóng)業(yè)活動(dòng)中形成的化學(xué)農(nóng)藥殘留富含的大量重金屬、揮發(fā)酚等有機(jī)/無機(jī)化合物等，它們?cè)诮涤昊驈搅髯饔孟驴裳睾拥辣惠斔偷綕竦貎?nèi)部，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)改變，從而使?jié)竦刂参锶郝浯竺娣e死亡[56-57]。

3 濱海鹽沼濕地的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

根據(jù)濱海鹽沼濕地受損程度可將濕地生態(tài)恢復(fù)分為主動(dòng)恢復(fù)和被動(dòng)修復(fù)兩種，前者是指濕地受損不超過其負(fù)荷且可逆的情況下，濕地內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)自然恢復(fù)的過程；后者是指濕地受損較嚴(yán)重且不可逆的情況下，利用生態(tài)技術(shù)或生態(tài)工程人為修復(fù)或重建濕地的過程。相關(guān)研究人員根據(jù)濕地退化的驅(qū)動(dòng)因素，因地制宜地提出了一系列修復(fù)技術(shù)與工程措施，以達(dá)到修復(fù)濕地植被、恢復(fù)濕地生態(tài)功能的效果。在修復(fù)的過程中，主要采用的技術(shù)方法有濕地生境恢復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)和生物-生境聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等[58]。

3.1 濱海鹽沼濕地生境恢復(fù)技術(shù)

濱海鹽沼濕地生境恢復(fù)技術(shù)可細(xì)分為基底改造、水生態(tài)恢復(fù)和土壤理化性質(zhì)恢復(fù)三類[59]。

3.1.1 基底改造技術(shù) 基底改造技術(shù)是指采用工程措施改造濕地地形地貌，達(dá)到減少灘面水土流失、促進(jìn)本土植物生長(zhǎng)繁殖和抵御海岸帶侵蝕等目的。如在美國(guó)密西西比河流域利用高壓噴霧疏浚技術(shù)顯著抬升了退化濕地地形，使修復(fù)后鹽沼植被覆蓋度達(dá)到修復(fù)前的3倍，取得了較好的生態(tài)恢復(fù)效果[60]。人類為減緩海水侵蝕引發(fā)海岸線后退的現(xiàn)象，陸續(xù)發(fā)展出硬海岸線工程和軟海岸線工程兩種基底改造技術(shù)。其中，硬海岸線工程主要是采用混凝土或?yàn)r青修筑防波堤、人工護(hù)岸和丁壩等基礎(chǔ)設(shè)施，可有效防止海水侵蝕和洪水暴發(fā)，但這一方法存在明顯弊端，它會(huì)通過阻斷濕地與外海的水文連通，危害濕地的生物多樣性及泥沙輸運(yùn)平衡。因此，隨著認(rèn)識(shí)的提高，人們開始引入軟海岸線工程這一生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，它是指在原有硬質(zhì)海岸工程附近通過種植植物、放置巖石或添加圍擋的生態(tài)方式，達(dá)到改善生物棲息環(huán)境、減弱風(fēng)浪侵蝕、增加美觀度和穩(wěn)定海岸線等效果[61]。

3.1.2 水生態(tài)恢復(fù)技術(shù) 根據(jù)工程措施的不同，可將水生態(tài)恢復(fù)技術(shù)分為水質(zhì)修復(fù)與水文恢復(fù)兩類。水質(zhì)修復(fù)是指人為采取各種水體凈化措施和污水處理技術(shù)控制水體富營(yíng)養(yǎng)化、消除水體有害微生物和凈化水體的技術(shù)。如陳雪初等[62]采用以“生態(tài)凈水、強(qiáng)化沉淀、清水涵養(yǎng)”為核心的水質(zhì)生態(tài)修復(fù)技術(shù)，成功恢復(fù)了上海市鸚鵡洲濕地生境。具體做法為：首先，在生態(tài)前置庫(kù)種植大量沉水植物與鹽生植物群落，利用植物的富集吸收作用消除水體中部分懸浮物、有機(jī)物和氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；其次，以改進(jìn)土壤為基底在表面流濕地放置碎石并種植蘆葦，可有效去除水體中有害藻類、氨氮和無機(jī)磷等污染物，達(dá)到水體深層凈化的效果；最后，利用清水涵養(yǎng)塘防止有害藻類的暴發(fā)，并為濕地提供潮汐水源，完成退化濕地的水生態(tài)恢復(fù)過程。

水文恢復(fù)是指通過疏浚河道、建造水壩和修筑引水渠等人工措施改善區(qū)域濕地水文水動(dòng)力條件，加強(qiáng)水文連通并重建濕地生態(tài)水平衡的技術(shù)。水文連通強(qiáng)調(diào)了水文相關(guān)各因素的循環(huán)交換程度，其主要以潮溝為媒介，連通兩個(gè)地理單元上的眾多物質(zhì)流，可以促進(jìn)水陸相互作用，加速潮灘濕地上水流、植被、生物、土壤泥沙和營(yíng)養(yǎng)鹽等物質(zhì)的交換，構(gòu)成整體潮灘區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的循環(huán)輸移過程。Van Proosdij等[63]監(jiān)測(cè)了加拿大芬迪灣濕地在施加水文恢復(fù)措施后，濕地植被、魚類、沉積物和水文條件的變化，結(jié)果表明，堤壩開口和修建潮溝不僅促進(jìn)了潮汐水道的延伸，還加強(qiáng)了濕地與海洋間的水文連通，使修復(fù)后濕地的植物群落豐富度顯著增加，魚類棲息地和生物密度大幅上升。Brown等[64]為解決潮汐水動(dòng)力對(duì)濕地土壤的沖刷，將排水溝渠內(nèi)的殘留濕地土壤移植到退化濕地中進(jìn)行試驗(yàn)，成功恢復(fù)了美國(guó)紐約東部濕地植物群落。大連海洋大學(xué)張明亮團(tuán)隊(duì)[65]提出了鹽地堿蓬植被修復(fù)的濕地水文調(diào)控技術(shù)體系，通過采用水動(dòng)力模型及泥沙輸運(yùn)模型(圖3(a))，優(yōu)化潮溝數(shù)量、長(zhǎng)度、深度、寬度和曲率等參數(shù)(圖3(b))，形成濕地水文調(diào)控技術(shù)，合理引導(dǎo)潮汐水體進(jìn)出濕地，改善內(nèi)部水流狀況，延長(zhǎng)濕地滯水時(shí)間，促進(jìn)鹽沼植物種子定植，實(shí)現(xiàn)了鹽沼濕地的自然恢復(fù)。

圖3 遼河口濱海鹽沼濕地植被生境水文修復(fù)技術(shù)Fig.3 Hydrological restoration techniques for vegetation habitat in coastal salt marsh wetland of Liao River Estuary

3.1.3 土壤理化性質(zhì)恢復(fù)技術(shù) 土壤理化性質(zhì)恢復(fù)是指通過增強(qiáng)土壤肥力、改良濱海鹽堿土和降低土壤污染等技術(shù)修復(fù)受損土壤，重建濕地生物多樣性的技術(shù)。針對(duì)濱海鹽堿土的改良，總體基于因地制宜的可持續(xù)發(fā)展原則，當(dāng)土壤鹽堿化不嚴(yán)重時(shí)，以自然恢復(fù)為主，當(dāng)鹽堿化嚴(yán)重且植被無法存活時(shí)，可借助人為措施對(duì)鹽堿土進(jìn)行修復(fù)。如采用潮灘深耕淺翻、平整土地等技術(shù)措施，可顯著改變土壤通氣性，有效提高鹽地堿蓬種子的截留量、種子發(fā)芽率和幼苗的存活率，達(dá)到對(duì)潮灘濕地鹽地堿蓬植被的恢復(fù)[66]；采用生物炭技術(shù)，通過調(diào)控土壤中微生物炭(MBC)的利用效率及細(xì)菌群落組成，增加土壤團(tuán)聚體中碳的積累，提升土壤吸收碳與固存碳的能力，從而恢復(fù)濱海濕地作為天然“藍(lán)碳”的特征和功能[67]；采用種植合適植物群落的途徑，植物類型及密度變化對(duì)土壤總氮、總磷及重金屬去除效果有較大的影響，種植適宜的植物群落對(duì)受損濕地土壤的恢復(fù)有顯著效果。由此可見，通過增加灘涂通氣性、改良灘涂土壤、降低土壤污染等方式均能有效修復(fù)濱海鹽沼濕地生境[68]。

3.2 濱海鹽沼濕地生物修復(fù)技術(shù)

濱海濕地生物修復(fù)技術(shù)是指利用生態(tài)系統(tǒng)中的生物(動(dòng)植物或微生物)降低濕地污染物濃度，并使其恢復(fù)到自然生態(tài)水平的過程。現(xiàn)有生物修復(fù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)和植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。

3.2.1 植物修復(fù)技術(shù) 根據(jù)前人研究結(jié)果，可將植物修復(fù)技術(shù)分為兩種：一種是基于生境恢復(fù)技術(shù)，利用植物自身對(duì)污染物的吸收、降解、揮發(fā)和富集等作用，修復(fù)濕地水生態(tài)環(huán)境或土壤理化性質(zhì)，構(gòu)建濕地植被適宜生境，恢復(fù)原有濕地斑塊及群落組成[69]；另一種是基于植物物種選育和移栽技術(shù)，通過人工播撒種子或引入其他繁殖體(幼苗、根莖)的方式，優(yōu)化鹽地堿蓬、蘆葦?shù)戎脖蝗郝浣Y(jié)構(gòu)[66,70]。有學(xué)者認(rèn)為，蘆葦植被一方面可通過生物吸附作用去除含油工業(yè)廢水中的化學(xué)需氧量、生化需氧量和油脂，另一方面可通過改進(jìn)細(xì)菌菌落活性的方式提升微生物對(duì)土壤污染物的降解速率[71-72]。隋皓辰等[73]利用保水材料研發(fā)出一種新型鹽地堿蓬固態(tài)種子產(chǎn)品，該種子具有耐鹽、高保水和高吸水的特點(diǎn)，不僅能通過加速種子沉降速率促進(jìn)種子定植，還能通過抵御鹽度脅迫釋放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而提高種子的萌發(fā)率與存活率。此外，胡忠健等[74]在長(zhǎng)江口濱海濕地對(duì)比分析了低、中、高3種密度的海三棱藨草球莖種植方案，與低密度球莖種植相比，種植中、高密度的海三棱藨草球莖對(duì)恢復(fù)受損濕地的效果最佳。綜上所述，修復(fù)過程中采用適宜的種植模式可顯著提高鹽沼植物的存活率，提升濕地修復(fù)成功率。

此外，互花米草具有極強(qiáng)的入侵性，其在中國(guó)濱海潮灘地區(qū)的快速增長(zhǎng)對(duì)當(dāng)?shù)厣钞a(chǎn)生較大的危害。根據(jù)不同高程下幾種生境的互花米草生長(zhǎng)特性，謝寶華等[5]提出了“貼地刈割”“刈割+梯田式圍淹”“刈割+翻耕”等物理法防治方案，可快速、有效地控制互花米草的擴(kuò)散速度和入侵規(guī)模。

3.2.2 微生物修復(fù)技術(shù) 微生物修復(fù)技術(shù)是指土壤中土著菌或人工培養(yǎng)菌落，通過微生物的降解作用將土壤中有毒污染物轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)的過程?；诰鋵?duì)油的降解，葉淑紅等[75]探究了微生物對(duì)遼東灣油污染濕地的修復(fù)效果，結(jié)果表明，與單菌落相比，混合菌對(duì)油的降解率更高，且添加適量表面活性劑可促進(jìn)菌落繁殖并加快油的降解速率，添加適量H2O2可增強(qiáng)菌落對(duì)油的分解能力，因此，利用微生物能有效修復(fù)遼東灣濕地因石油開采而出現(xiàn)的土壤油污染現(xiàn)象。此外，Pinar等[76]分離出一株Klebsiellaoxytoca細(xì)菌，該細(xì)菌在適宜條件下不僅能有效去除土壤中的硝酸鹽，而且避免了產(chǎn)生亞硝酸鹽而造成的二次污染。

3.2.3 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù) 經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)期的實(shí)踐，雖然微生物修復(fù)技術(shù)與植物修復(fù)技術(shù)在恢復(fù)受損濕地中取得了一定成效，但二者均存在明顯缺點(diǎn)。其中，微生物修復(fù)技術(shù)中使用的細(xì)菌/真菌菌株一般只適用于在室內(nèi)理想條件下分解土壤中污染物質(zhì)，當(dāng)應(yīng)用到無植被覆蓋的室外土壤時(shí)，由于生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，微生物往往無法發(fā)揮其降解污染物的作用，濕地恢復(fù)效果不明顯[77]。由于植物自身存在一種生態(tài)閾值，且植物對(duì)重金屬等有毒物質(zhì)的吸收能力有限，因此，當(dāng)濕地內(nèi)污染物濃度高于其耐受值時(shí)，不僅無法發(fā)揮植物的富集作用，還會(huì)導(dǎo)致植被大面積死亡，加重濕地受損程度[78]。基于此，現(xiàn)有研究提出一種植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，該方法通過在野外種植大面積植被，并添加各類促進(jìn)生物降解、植物生長(zhǎng)和植被修復(fù)的微生物，可最大程度地發(fā)揮植物-微生物對(duì)受損濕地的聯(lián)合修復(fù)作用。

3.3 多修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用

由于單個(gè)生物或生境修復(fù)技術(shù)對(duì)于恢復(fù)濕地生態(tài)系統(tǒng)具有局限性，因此，隨著研究的深入，受損濕地總體經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從單一到復(fù)合的修復(fù)過程。Hinkle等[79]記錄了1996—1998年在新澤西州特拉華河口開展的“河口增強(qiáng)計(jì)劃”，主要利用堤壩開口和主、次潮溝開挖等工程恢復(fù)了區(qū)域水文水動(dòng)力條件(水生態(tài)恢復(fù))，結(jié)合植被重建工程成功恢復(fù)了河口鹽沼植被覆蓋度(植物修復(fù))。美國(guó)學(xué)者探索總結(jié)了牙買加灣濕地的生態(tài)修復(fù)過程：采取回填土的方式抬升濕地微地形(基底修復(fù))，以減少濕地因鹽度脅迫出現(xiàn)的土地鹽堿化現(xiàn)象；采取外來移栽和原位移栽相結(jié)合的方式，有效修復(fù)植被群落結(jié)構(gòu)；搭建防風(fēng)網(wǎng)，以減少砂質(zhì)基底流失；在濕地邊緣，利用原生的互花米草和基底堆構(gòu)形成植物島丘，以促進(jìn)鹽沼植物自然演替[80]。大連海洋大學(xué)張明亮團(tuán)隊(duì)結(jié)合種子春化、預(yù)處理、微地形改造和定植大型底棲動(dòng)物(雙齒圍沙蠶)等多種技術(shù)進(jìn)行鹽地堿蓬種植，構(gòu)建了遼河口潮灘濕地“水文-土壤-生物”聯(lián)合修復(fù)模式：提出種子經(jīng)歷自然春化過程的鹽地堿蓬冬季種植技術(shù)，能使種子以高含水量更早適應(yīng)環(huán)境，吸收潮灘土壤中的氧氣和養(yǎng)分等要素，從而提前生根發(fā)芽，縮短生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)間；通過土壤微地形改造，能夠有效提高種子定植；投放沙蠶，通過生物擾動(dòng)作用顯著提高沉積質(zhì)內(nèi)水環(huán)境的氧氣流通，改善土壤的微生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。該修復(fù)技術(shù)實(shí)施后，種子定植效果明顯，濕地植被面積大幅度提高(圖4)。

圖4 水文-土壤-生物聯(lián)合作用下的鹽地堿蓬植被修復(fù)效果Fig.4 Restoration effect of Suaeda salsa vegetation under the combined action of hydrology-soil-biology

4 存在問題及展望

4.1 鹽沼濕地退化機(jī)制及修復(fù)技術(shù)中存在的問題

雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)濱海鹽沼植被退化機(jī)制及修復(fù)技術(shù)開展了較多的工作，但相關(guān)研究還有很多機(jī)理問題尚不明晰，其修復(fù)技術(shù)主要圍繞單一生態(tài)要素來開展，未能充分體現(xiàn)出“以自然恢復(fù)為主的系統(tǒng)修復(fù)”理念，還有系列技術(shù)難題亟須攻克，主要包括以下幾個(gè)方面：

1)缺乏從多學(xué)科角度對(duì)濱海鹽沼濕地退化機(jī)制的研究。從學(xué)科研究方向來看，針對(duì)濱海鹽沼濕地的研究較多，缺乏從地學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、資源科學(xué)和植物學(xué)等多學(xué)科融合的系統(tǒng)研究，相關(guān)研究未能從多學(xué)科綜合視角來探討濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化機(jī)制、景觀格局演化、生境因子和鹽沼植物的互作機(jī)制等問題。

2)空間尺度孤立和時(shí)間尺度單一限制了對(duì)濱海鹽沼濕地的深入研究。從研究方法上來看，由于濱海鹽沼濕地生態(tài)系統(tǒng)的特殊性和復(fù)雜性，鹽沼植物在生長(zhǎng)過程中受控因素較多，目前，相關(guān)研究多在局部空間尺度和較短的時(shí)間尺度上開展，而針對(duì)整體范圍和多時(shí)間尺度的綜合研究不足，導(dǎo)致基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較少，難以從整體上把握濱海鹽沼濕地的動(dòng)態(tài)變化特征及其演變機(jī)制。

3)多修復(fù)技術(shù)融合應(yīng)用不足，影響了濱海鹽沼濕地的修復(fù)效果。在修復(fù)的系統(tǒng)完整性方面，目前，國(guó)內(nèi)濱海鹽沼濕地的生態(tài)修復(fù)沒有按照系統(tǒng)化修復(fù)路線開展實(shí)施，相關(guān)工作更多的是使用簡(jiǎn)單的濱海濕地修復(fù)工程措施，聚焦于單一濕地的生態(tài)修復(fù)技術(shù)與實(shí)踐，缺乏對(duì)濱海鹽沼濕地生態(tài)全過程的全局性考慮。

4.2 未來重點(diǎn)研究方向

根據(jù)目前研究中存在的問題，未來可在以下幾個(gè)方面重點(diǎn)開展研究。

1)多學(xué)科視角下的濕地退化機(jī)制研究。綜合研究水文、生態(tài)環(huán)境、生物過程與鹽沼植被生境過程的交互作用是今后開展研究的主要方向之一。有必要在區(qū)域尺度上探究水文、鹽度、水環(huán)境及濕地生境變化對(duì)鹽沼植物生理生態(tài)指標(biāo)的影響，以及探討鹽沼濕地植物、生物種群對(duì)其生境環(huán)境要素的反饋適應(yīng)及調(diào)節(jié)機(jī)制，綜合分析鹽沼植被與其生境各要素間的互饋關(guān)系。

2)多種技術(shù)手段運(yùn)用下的立體化和連續(xù)性研究。未來可基于高分辨率遙感衛(wèi)星、無人機(jī)及多環(huán)境因子(水文、生態(tài)、水環(huán)境)等在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)大范圍的濱海鹽沼濕地開展立體化、同步化研究，積累濱海鹽沼濕地的整體性、長(zhǎng)期性和連續(xù)性資料，為濱海濕地退化的定量化研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

3)多種生態(tài)修復(fù)技術(shù)的融合應(yīng)用。在對(duì)濕地進(jìn)行修復(fù)過程中，考慮到水文及動(dòng)力過程是濱海鹽沼濕地的基礎(chǔ)要素，因此，多種生態(tài)修復(fù)技術(shù)融合應(yīng)用時(shí)應(yīng)以水文修復(fù)技術(shù)為基礎(chǔ)，融合多學(xué)科交叉的修復(fù)技術(shù)來指導(dǎo)濕地修復(fù)工程實(shí)踐，這是未來的研究工作重點(diǎn)。但需要注意的是，在修復(fù)過程中，首先要秉承基于自然解決方案的修復(fù)理念，堅(jiān)持以自然恢復(fù)為主、人工干預(yù)為輔的原則，才能充分發(fā)揮濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)與調(diào)節(jié)能力，增強(qiáng)生態(tài)修復(fù)成效的可持續(xù)性。

4)定量化評(píng)估外來物種的入侵風(fēng)險(xiǎn)并提出防治措施。作為外來物種之一，互花米草對(duì)鹽沼潮灘的原生生態(tài)系統(tǒng)帶來較大的負(fù)面環(huán)境效應(yīng)。因此，在今后的研究中，需要進(jìn)一步對(duì)互花米草入侵后的原生濱海鹽沼群落生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行評(píng)估，從生態(tài)系統(tǒng)角度量化分析互花米草入侵風(fēng)險(xiǎn)，并提出有效的互花米草防控技術(shù)與治理方法，從而更好地對(duì)原生生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

致謝：陳旭和楊訸晴碩士研究生參與了本文的文獻(xiàn)收集與整理!