王 飛，陸慶楠，王芝福，張志鵬

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，杭州，311112)

0 引言

20世紀50年代開始，若爾蓋濕地為增加草場面積，提高放牧效益，開始在濕地內大范圍開挖排水溝。排水溝疏干沼澤濕地水分，對濕地造成破壞，導致濕地面積萎縮、減少。2006年，我國正式啟動實施濕地保護項目工程。在保護和恢復濕地的行動號召下，針對如何解決若爾蓋濕地內排水溝大量疏干沼澤濕地水分的問題，相關專家學者及組織機構積極開展實地調研，探尋補救措施，進行保護與恢復[1]濕地的努力實踐。其中，在排水溝內修建擋水壩以蓄存水量是一項切實有效的工程實踐，取得了一定成效。但修建擋水壩工程對若爾蓋濕地恢復所產生的具體生態(tài)效應卻研究甚少，對其流域范圍內土壤質量的研究分析也不多。本文通過總結分析若爾蓋濕地恢復過程中修建擋水壩工程措施研究狀況，擬深入研究若爾蓋濕地修建擋水壩后對其流域范圍內生態(tài)環(huán)境所產生的具體改善效應。

1 濕地簡介

1.1 定義

濕地(wetland)一詞正式起源于20世紀初。關于濕地的定義主要有兩個:一是陸地和水域的交匯處，水位接近或處于地表面，或有淺層積水，至少有一個至幾個以下特征:(1)至少周期性地以水生植物為植物優(yōu)勢種；(2)底層土主要是濕土；(3)在每年的生長季節(jié)，底層有時被水淹；二是指天然或人工、長久或暫時的沼澤地、泥炭地、靜止或流動的淡水、半咸水、咸水區(qū)域，包括低潮時水深不超過6米的海水區(qū)[2]。從科研角度講，各國濕地研究者更傾向于接受第一種定義。但從經營管理方面講，人們更愿意接受第二種定義。

1.2 價值

1997年，美國生態(tài)學家Costanzant提出，濕地[3]生態(tài)系統(tǒng)的服務總價值為10萬億美元/年，是地球三大生態(tài)系統(tǒng)(森林、海洋、濕地)中服務價值最高的生態(tài)系統(tǒng)。2005年，聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估(The Millennium Ecosystem Assessment)將濕地生態(tài)系統(tǒng)服務分為四大類:文化服務、調節(jié)服務、供給服務和支持服務。濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值包括使用價值和非使用價值，使用價值又包括直接使用價值和間接使用價值(見圖1)。直接使用價值是指濕地生態(tài)系統(tǒng)的用途價值，包括消耗性的、有形的資源產品價值和非消耗性的、無形的服務價值。間接使用價值是指濕地生態(tài)系統(tǒng)所具有的載體功能、調節(jié)功能和信息等潛在價值，是無法商品化的價值。非使用價值則是對濕地生態(tài)系統(tǒng)未來利用方式選擇的評價，是獨立于現(xiàn)期利用的價值。正因為濕地生態(tài)系統(tǒng)的巨大開發(fā)利用價值[4]，20世紀初就開始了對濕地的大規(guī)模開發(fā)利用。

圖1 濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值

1.3 若爾蓋濕地

1.3.1 概況

若爾蓋濕地是中國三大濕地之一，分布在四川省若爾蓋縣、阿壩縣、紅原縣和甘肅瑪曲縣、碌曲縣，是長江、黃河上游重要的水源涵養(yǎng)地和長江、黃河流域重要的生態(tài)屏障[5]，黃河30%～40%[6]的水量來自這里，被譽為我國的“中華水塔”。同時若爾蓋濕地也是全球最大的高原泥炭沼澤地，有機碳儲量遠遠高于森林、農田和草原生態(tài)系統(tǒng)[7]，泥炭層厚度最厚達12m[8]，有機質含量大于50%[9]。其平均海拔3500m，屬大陸性高原寒溫帶濕潤半濕潤季風性氣候。年平均氣溫0.7～1.1℃，最低氣溫可達－33.7℃，年平均降水量650～750mm，降雨集中在5～9月，占全年總降水量的80%[10]。若爾蓋濕地具有巨大的生態(tài)價值，富有各類沼澤植被(如木里苔草、毛果苔草、烏拉苔草、藏蒿草等)和草甸植被(如蒿草屬、蓼屬、禾本科草等)[11]，擁有黑頸鶴、梅花鹿、藏鴛鴦、白鸛、小熊貓、牦牛、藏系綿羊、河曲馬等珍稀物種，盛產麝香、蟲草、貝母、鹿茸、雪蓮等珍貴藥材，植物種類1100多種，動物種類250多種。

1.3.2 退化、沙化

若爾蓋濕地地處青藏高原，海拔高、面積大，對全球氣候和環(huán)境變化具有極端的敏感性，是典型的生態(tài)脆弱區(qū)[12]。20世紀50年代以前，若爾蓋濕地還保持著原始沼澤濕地景觀面貌。然而，自20世紀50年代開始，隨著對若爾蓋濕地開發(fā)與利用的逐漸興起，濕地遭到了嚴重破壞，濕地面積急劇減少，出現(xiàn)了大面積的退化、沙化區(qū)，甚至有些地方出現(xiàn)了荒漠區(qū)[13]。僅1966至1986年20年間，自然濕地面積減少了近9.05億m2[14]，現(xiàn)存濕地面積不足50億m2。周國軍(2003)[15]研究發(fā)現(xiàn)，截至2000年，僅若爾蓋縣草地沙化面積就達4.67億m2，還有潛在沙化面積6.1億m2，與20世紀80年代相比，草地沙化以每年12%的速度增長。四川省荒漠化沙化監(jiān)測中心數(shù)據(jù)顯示，2005年若爾蓋縣全縣沙化面積達到6億m2，每年還以11.65%的速度擴展。目前，關于若爾蓋濕地退化、沙化成因已經達成共識，是自然因素與人文因素共同作用的結果。主要有以下幾點:(1)海拔高，氣候寒，生態(tài)環(huán)境脆弱；(2)地質構造、巖性及成土母質的影響；(3)氣溫升高，降水減少，蒸發(fā)量加大；(4)人口增長過快，過度放牧，大量開采泥炭；(5)相關政策決策失誤；(6)大面積開挖排水溝；(7)鼠害嚴重等。

1.3.3 保護與恢復

濕地是“自然之腎”，關于濕地的保護與恢復問題一直以來都是國際社會研究的熱點[16－17]。1996年，?濕地公約?常務委員會在第19次會議上決定，從1997年起，將每年的2月2日定為“世界濕地日”。2000年，我國頒布?中國濕地保護行動計劃?，2006年，我國正式啟動濕地保護工程。若爾蓋濕地的保護與恢復建設工程自20世紀90年代就已經開始，1994年設立了若爾蓋濕地自然保護區(qū)。主要采取以下幾種保護與恢復措施:(1)建立濕地自然保護區(qū)；(2)采取“限牧還濕”，禁采泥炭等政策；(3)治沙種草，營造防護林；(4)建立生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，建立濕地生態(tài)補償機制；(5)優(yōu)化經濟結構，轉變經濟發(fā)展方式，發(fā)展生態(tài)型經濟產業(yè)；(6)加大科技投入，健全科技支撐、技術推廣體系；(7)建立健全相關法律法規(guī)；(8)加大宣傳和教育力度，提高牧民素質；(9)溝壑填堵，修建擋水壩；(10)加強治鼠防蟲力度等。一大批學者就若爾蓋濕地保護與恢復問題進行了深入研究。比如設想在若爾蓋濕地發(fā)展生態(tài)旅游產業(yè)；運用行政措施進行干預指導；建議生態(tài)移民；構想在若爾蓋濕地建立生態(tài)特區(qū)；生態(tài)補償措施；運用內外補償和代際補償?shù)纳鷳B(tài)補償模式。目前，濕地保護與恢復建設工程正如火如荼地進行，已經取得了顯著效果。若爾蓋濕地面積也正在穩(wěn)步恢復，截至2000年僅10多年的保護與恢復期間里，濕地總面積就凈增加3.07萬hm2，濕地率達到9.66%[14]?，F(xiàn)如今，隨著力度的加強，若爾蓋濕地保護與恢復的效果將會愈來愈明顯。

2 若爾蓋濕地中的溝壑狀況

若爾蓋濕地中的溝壑是在人文因素和自然因素共同作用下形成的。導致若爾蓋濕地退化、沙化的各因素中溝壑排水是關鍵因素。人工開挖排水溝自1955年開始，主要是為了疏干沼澤濕地水分、增加草場面積、提高放牧效益、發(fā)展畜牧業(yè)。開溝排水也是國內外廣泛采用的開發(fā)利用濕地的一種方式，如北歐各國的排水泥炭地林業(yè)[18]。若爾蓋濕地尤其以1965年至1973年這8年間開挖排水溝最為嚴重。截至2000年，開挖排水溝以及自然沖蝕形成的溝壑總計1600多條，總長達1200km，累計改造沼澤濕地面積21億m2，占當時若爾蓋濕地面積的43.5%[19]。自然沖蝕形成的溝壑有泥炭底質溝和水成土質溝，形狀大都為U型或V型。這些溝壑致使?jié)竦匮刂皾竦兀莸椋嘶莸椋郴莸椋车兀哪钡姆较蚰嫦虬l(fā)展，同時加劇了水土流失的嚴峻情況，使這片20世紀50年代前還保持原始沼澤濕地景觀面貌的海拔最高、面積最大[20]的濕地遭到了嚴重破壞。研究發(fā)現(xiàn)，疏水排干會直接影響若爾蓋濕地有機碳的積累；泥炭地排水后將使泥炭地面積萎縮、壓實和下沉，增加土壤容重；張驍棟(2015)[14]研究發(fā)現(xiàn)，開挖排水溝后，若爾蓋濕地土壤表層有機質分解加速，土壤中碳、氮及其他營養(yǎng)元素含量明顯下降，濕地面積減少，沼澤破碎化程度加重。周文昌(2016)[21]研究發(fā)現(xiàn)，由于溝壑排水，導致泥炭地深層土壤有機碳儲量降低，其值約為(574.01±66.86)tC/萬m2，較正常水平減少38%。泥炭地有機碳儲量的減少將導致空氣中二氧化碳濃度的增加，進而進一步加劇溫室效應，形勢嚴峻。自2000年開始，雖然已經停止開挖排水溝，但已存在的排水溝在5－9月份集中降雨、草皮破壞、泥土外漏的影響下，其溝壑深度和寬度在不斷增加，并向源頭擴展，其對疏干沼澤的影響愈發(fā)嚴重。開溝排水成了濕地破壞的重要因素，如何解決如此數(shù)量碩大而長度又長的排水溝所帶來的濕地破壞問題和采取什么措施能有效恢復濕地建設已迫在眉睫。

3 擋水壩工程措施效果評價

3.1 擋水壩建設工程

目前，針對若爾蓋濕地數(shù)量眾多的排水溝所造成的疏干沼澤濕地水分的惡劣影響[22]，開始采取在排水溝中修建擋水壩的措施來進行治理。修建擋水壩以蓄存水量，能有效提升沼澤濕地地下水位，進而可以幫助恢復濕地面積，提高濕地生態(tài)環(huán)境質量。Xiang S(2009)[20－23]也提出填堵溝壑能提升地下水位，有助于若爾蓋濕地沿著“沙地－草甸－濕地”的方向恢復。王育禮(2010)在“環(huán)境污染與大眾健康”學術會議上也提出了對濕地溝壑進行填堵和改造的建議。在全球環(huán)境基金組織的支持下，若爾蓋濕地地區(qū)超過200km的溝壑被填埋，幫助恢復了5億m2的濕地和1000萬m2的湖泊濕地。修建擋水壩既避免了填埋溝壑所需龐大勞動力和對濕地再破壞的麻煩，又對恢復濕地良好水狀況、恢復濕地植被大覆蓋和土壤好肥力、增加物種多樣性和提高生態(tài)系統(tǒng)自我調節(jié)能力起到了不可估量的作用。同時蓄存水源成為湖泊、水庫，為濕地景觀畫上濃墨重彩的一筆，對促進區(qū)域社會、經濟的發(fā)展大有裨益。

溝中建壩的方式目前有土石壩、土石袋筑壩、土石和土石袋相結合筑壩、木板壩和小型混凝土重力壩等方式。土石壩是一種歷史悠久而應用又廣泛的壩型。它就地取材，可以節(jié)省大量水泥、木材、鋼材等，同時施工技術簡單、工序少，操作方便。而且土石壩結構簡單，工作可靠，便于維護和管理，同時適應地基變形能力強。采用土石和土石袋相結合的筑壩方式，先將當?shù)赝潦盥裼跍现?，上面碼齊土石袋，再覆以牛糞、草皮等，水流可以從土石袋之間的縫隙中流向下游，在一定程度上能達到蓄水而又不致潰壩的目的，既方便快捷又節(jié)約成本，還能達到預期效果，是目前若爾蓋濕地地區(qū)采用最多的一種筑壩方式。重力壩主要依靠壩體自重來維持自身穩(wěn)定和滿足強度要求，耗用大量混凝土、水泥等材料，成本相對較高，在若爾蓋高原濕地地區(qū)也不易施工。但它相對安全可靠，抵抗?jié)B漏、漫頂、地震等能力強。目前僅甘肅尕海濕地保護區(qū)采用溢流式混凝土重力壩，重力壩的應用相比于土石與土石袋相結合的筑壩方式來說，應用少得多。紅原日干喬濕地保護區(qū)則采用木板壩的筑壩方式，應用范圍也很小。

圖2 若爾蓋濕地地區(qū)常見筑壩方式

3.2 效果評價

張明(2010)[12]對若爾蓋濕地修建擋水壩的例子就工程措施、恢復情況作出了定性評價，并對建壩技術優(yōu)化提出建議。劉旭(2016)[23]就已經建造完成的微型擋水壩作了對比與分析，指出溝中建壩能有效達到“填溝還濕”的目的，濕地面積、水位提升效果明顯，對濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復起到了積極效果。甘肅瑪曲縣黃河首曲濕地保護區(qū)采用的是土石壩筑壩方式，建壩蓄水后，流域范圍內土壤有機質含量，全氮、全磷含量明顯增高。表層土壤有機質含量為52.8%，而土壤垂直剖面0.6m處有機質含量僅為8.5%，表層土壤有機質含量是垂直剖面0.6m處的6.21倍，表明建壩后對其流域范圍內土壤恢復起到了顯著而積極的作用。若爾蓋縣排水溝中大多采用土石袋筑壩的方式，上覆牛糞或草皮，通過重力下沉和礫石的反濾作用來達到雍高水位的目的。若爾蓋縣花湖大壩建成后，積水區(qū)土壤有機碳、全氮和含水率都比非積水區(qū)高，有機碳含量高2.4～2.7倍，全氮高2.2～3.2倍[25]。在若爾蓋縣阿西鄉(xiāng)阿西村(102°57′27″E，33°46′54″N)調研取樣發(fā)現(xiàn)，擋水壩建成3天后其周圍土壤含水率明顯提高，表層0～0.1m處土壤含水量為62.52%，而垂直剖面0.7m－0.9m處則為37.71%，提高了1.66倍。紅原縣一大壩(102°37′25″E，33°10′39″N)采用土石與土石袋相結合的筑壩方式，沿溝修建4道壩(見圖3)，建壩后其兩岸植被生長茂盛，流域范圍內土壤含水量大都在150%～300%之間。修建擋水壩對若爾蓋濕地恢復起到了積極作用。

圖3 紅原縣一大壩俯視 (單位:m)

擋水壩建成后，其對若爾蓋濕地恢復所起到的具體效應，可以從其水源涵養(yǎng)功能[11，26]和濕地土壤質量情況來分析。水源涵養(yǎng)功能主要包括對土壤持水(蓄水)能力、土壤容重大小以及孔隙狀況的研究，包括測定其容重、含水率、最大持水量、毛管持水量、最小持水量、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等指標。土壤質量是指土壤肥力質量、土壤環(huán)境質量及土壤健康質量三方面的綜合度量，即土壤在生態(tài)系統(tǒng)范圍內，維持生物的生產能力、保持環(huán)境質量及促進動植物健康的能力。土壤質量指標包括土壤物理學指標，土壤化學指標和土壤生物學指標。Larson和Piece提出的最小數(shù)據(jù)集(Minimum Data Set，MDS)中包括的土壤質量指標有有機碳、速效養(yǎng)分、pH、電導率、質地、根系深度、容重、水分傳導率和有效持水量。Doran和Parkin后來將微生物生物量和可礦化的N加入到MDS中。田應兵[27－28]研究發(fā)現(xiàn)，在若爾蓋濕地生態(tài)恢復過程中，濕地土壤的恢復演替以及土壤有效水分和養(yǎng)分含量的變化均表現(xiàn)出與濕地生態(tài)環(huán)境條件變化的一致性，土壤有機質的數(shù)量變化、分布特征及品質變化均表現(xiàn)出與濕地生態(tài)條件和環(huán)境變化的高度一致性，生態(tài)恢復有利于濕地土壤肥力的提高，同樣，土壤質量的改善也能反映出濕地生態(tài)環(huán)境的恢復。熊遠清(2011)[11]研究發(fā)現(xiàn)，土壤持水量與有機質含量、毛管孔隙度和總孔隙度呈顯著正相關，與土壤容重呈顯著負相關，土壤有機質也與容重呈顯著負相關，與毛管孔隙度和總孔隙度呈顯著負相關。我國也有學者從土壤pH值、電導率[29]、有機碳儲量等方面來研究了若爾蓋濕地地區(qū)的土壤質量。因此，在研究分析排水溝內修建擋水壩后對濕地生態(tài)系統(tǒng)的具體恢復效應時，就可以從其流域范圍內土壤質量和水源涵養(yǎng)功能兩個方面來間接反映排水溝內修建擋水壩對濕地恢復所產生的效果。

4 發(fā)展趨勢與展望

4.1 發(fā)展趨勢

20世紀80年代開始，遙感技術開始應用于濕地調查。2000年開始，對若爾蓋濕地的研究也逐步深入，方法呈現(xiàn)多樣化、現(xiàn)代化。利用3S技術對若爾蓋濕地景觀格局[30－32]進行調查發(fā)現(xiàn)，若爾蓋濕地景觀格局趨于復雜化、破碎化，景觀格局多樣性呈均衡發(fā)展。孫妍[33]通過破碎化指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，若爾蓋濕地原始完整連續(xù)分布的基質景觀變化為破碎的廊帶景觀和零星分布于草甸中的小斑塊景觀。在1989年～2012年間，通過王晶的研究成果顯示，在其選定的若爾蓋濕地固定范圍內，濕地總面積及生態(tài)系統(tǒng)服務功能均呈現(xiàn)出持續(xù)衰減趨勢。景觀格局變化是自然因素[34]和人文因素綜合作用的結果，其中人文因素占據(jù)主導作用。而人文因素中一項大范圍的對濕地的損害就是開挖排水溝。受濕地保護與恢復熱潮，人類意識提高及文明進步的影響與帶動，解決這些排水溝疏干沼澤濕地水分的問題，已是大勢所趨。對溝中建壩的工程實踐以及其對若爾蓋濕地恢復所產生的生態(tài)效應研究也勢必會受到越來越多人的關注。

2005年開始，若爾蓋濕地地區(qū)開始嘗試摸索在排水溝中修建各種類型的擋水壩。溝中建壩工程是一項省時、省力、省錢的有效而關鍵的好方法。目前，若爾蓋濕地已經開展了比較多的小規(guī)模的溝中建壩工程，也建成了花湖大壩這樣的大工程，對其流域范圍內濕地的恢復起到了顯著作用。但是，溝中建壩范圍還不夠廣，擋水壩建成后面臨的安全評價、病害整治以及后期維護、管理措施還不夠完善，數(shù)量眾多的排水溝仍需要治理。所建擋水壩大都壩高不超過3m，在集中降水情況下容易致使一些水壩產生破壞性裂縫、發(fā)生管涌現(xiàn)象、甚至被沖毀和發(fā)生潰壩。極端氣溫對擋水壩的影響也很大，凍脹造成壩體、壩基變形破壞，局部壩體、壩基滲漏現(xiàn)象時有發(fā)生。張明(2010)對溝中建壩的施工方法、壩址選擇、材料、維護等方面提供了一些建議；劉旭(2016)也對在石渠縣使用的微型擋水壩的優(yōu)缺點進行細致分析，并對其壩型、尺寸、材質等方面進行論述，對微型擋水壩的改進提出優(yōu)化建議。但若爾蓋濕地偌大的地區(qū)加之溝壑填堵工程的范圍之廣、之大，現(xiàn)有的有關溝中建壩工程的研究還是不夠完善。隨著溝中建壩工程的開展，對其效應、評價特別是定質評價等方面的研究也必將成為新的研究熱點。

4.2 展望

若爾蓋濕地地區(qū)的研究焦點目前大都在于氣候變化、現(xiàn)狀、退化原因、恢復重建措施、生物多樣性變化、生態(tài)服務價值、濕地資源可持續(xù)發(fā)展利用、歷史生態(tài)學等。對濕地恢復重建、生態(tài)補償理論及實踐、當?shù)厣贁?shù)民族文化的傳承、濕地生態(tài)服務價值等方面需要進一步加強、拓展和深化研究。