CN103314763B - 一种退化高原湖泊湿地微改造植被恢复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境保护和生态工程技术领域，涉及微地形改造与植被恢复。利用相对较小的人员和资金投入，设计一种适合退化高原湖泊湿地植被恢复的方法。该方法主要由本底评价、选择性封育减畜、对湿地地形微改造和筛选植物群落或植物带构建四个阶段构成。本发明对高原湿地植被恢复速度有加速作用，构建湿地植被生态系统，改善退化湿地环境质量。

Description

一种退化高原湖泊湿地微改造植被恢复方法
技术领域
本发明属于环境保护和生态工程技术领域，涉及微地形改造与植被恢复。
背景技术
国外对湿地的恢复研究开展的较早，美国主要通过工程措施和湿地重建，欧洲主要通过工程、生物措施和湿地重建来恢复湿地。现在湿地恢复工作多数从湿地基质、水文过程、水环境、湿地生物与生境恢复四个方面展开，其中湿地基质和水文过程改善与管理都涉及到一定的物理地形改造、土壤更换、水文联通与水位改变过程。其中微改造在湿地恢复中应用广泛，其核心内容为微地形改造和植被恢复，该方法操作投入较低，是许多湿地恢复的首选。
微地形的处理应用在园林景观中使用最为广泛，一般指在平地中依照天然山水地貌进行改造或人为造出的自然起伏、变化不大的地面地貌，已经发展出平板式、自然式、台地式、混合式等几种形式。湿地恢复中的微地形改造是指在不破坏湿地原有的天然基底前提下，对局部地形进行恢复与景观营造，在原理上与园林景观中的微地形应用相同，然而由于最终目标的差异所发展的形式略有不同，其多数都是为了改善湿地基质地形、水文过程和湿地生境。由于土方量的扩大，在较大湿地恢复工程中，微地形改造将会升级为小地形，按照地形功能特征划分湿地地形可划分为浅滩、开敞水面、生境岛、深水区、岸带、急流水带、滞水带等。地形改造所使用的方法包括平整局部地形、营造生境岛、挖掘多浅池、营造浅水湾、修建引水渠蓄水渠等。
高原湿地是一种特殊的湿地类型，其中湖泊与沼泽湿地在我国西藏、青海、新疆、甘肃、四川和云南6省均有分布。近30年来，由于自然环境的变化再加上人为活动的加剧，高原湿地总体呈现水位降低、水质下降、草场超载、垦后湿地土壤质量下降等趋势。对高原湿地进行恢复遇到一些不同于平原或沿海湿地的特殊问题，例如当地植物生长季时间短多集中在5-8月，平均温度低；高海拔的工程操作需要更多的资金投入；当地的人文和经济发展水平在一定程度上制约了恢复工程的开展等。高原湿地拥有独特的地貌特征、水文环境、土壤特点和较为丰富的生物种类，且多位于江河源头，其特殊的生态服务功能极为重要，但生态系统脆弱，需要更好的保护，已经开始退化的湿地迫切需要恢复。
目前我国的湿地恢复研究多集中在平原的滨海、湖泊和河流地区，主要针对湿地水体污染问题，实施农业与工业生态治理工程，运用潜流人工湿地（如：华南农业大学发明的“复合水平潜流人工湿地处理污水的系统及处理方法”专利号201110370614.5； 重庆大学发明的“一种修复微污染水体的方法及潜流人工湿地系统”专利号201110151325.6； 张四海发明的“垂直潜流式人工湿地净化污水的方法”专利号201010541998.8等）和表面流人工湿地技术（如：山东国瑞环保产业有限公司的实用新型发明“一种河流水质净化系统”专利号201020561214.3；南昌大学的实用新型发明“ 表面流人工湿地布水-跌水复氧系统” 专利号201020142523.7等）净化湿地水质，同时结合植被生态恢复技术（如：浙江大学发明的“大幅提高表面流人工湿地净化效率的植物半裸露种植方法”专利号201110347269.3 ； 东北师范大学发明的“用芦苇根茎移栽重建和恢复湿地植被的方法”专利号 201010290814.5； 中国科学院武汉植物园发明的的“一种利用荷花构建三峡水库消落带湿地植被的方法”专利号 200910273270.9等）对面源污染进行控制和治理。由于高原湿地地广人稀、少有工矿企业，因此由工农业污染引起的水质恶化导致的湿地退化现象很少，气候干旱、人为排水导致湿地摄入水量减少、放牧过度、乱挖滥采、生活污水流入是高寒湿地退化的主要原因。针对这些特点目前国内相关专利仅有四川国策环保实业工程股份有限公司发明的 “高原高寒地带污水处理方法”专利号200410081473.5该技术仅提供高原地区水质净化的方法，对高原湿地植被及生态恢复均无涉及。
发明内容
本发明的目的是利用有关湿地原有的地形地貌，通过湿地局部微地形的保护和改变以及合理的植物配置，来达到较小投入但加快湿地 自然恢复速度的目标。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
1. 进行湿地恢复工程之前，对有关湿地的地形地貌和植被退化情况进行调查，并使用层次分析法对整体湿地退化程度进行评价，划分出临界退化、轻度退化、中度退化和重度退化地区。
2. 对临界退化和轻度退化的的典型原生沼泽湿地采取围栏封育减畜方法，形成木桩铁丝网围栏，并进行人工看管。
3. 物理基底设计方法应用于中度或重度退化沼泽湿地，依据水底地形微调，进一步加大已有的水体深度，将挖出来的土壤堆垫在水体四周，使中心区更深，从0.2-0.5米加深到0.5-1.0米，同时选植物根系发达的固土植物，防止四周土壤滑向水体中心区。
4. 微地形改造技术应用于地势平坦、宽度10米以上、坡度小于15度的季节性淹水中度或重度退化沼泽草甸和高寒草甸湖滨岸带，增加浅水湾，在功能上用于蓄水，水位保持在1-2米之间，在湾底和湾脊上各种植水生、陆生和水陆交替植物群落。在宽度10米以上的起伏地形沼泽草甸和高寒草甸湖滨岸带，连续挖掘多个浅池种植挺水植物，在年降雨量大于900mm的地区用水泥砂浆卵石在池边修建排水明沟。在沼泽草甸和高寒草甸的漫滩地带修建梯形水渠以恢复水流疏通，逐渐恢复湿地自然演替功能。
5. 在适应海拔高、温度低、能净化水质且生长迅速的植物种类中，对出芽率较高品种采取直播，出芽率较低品种采取根茎移植的方法来进行栽培；根据优势群落对土壤与水深情况的不同要求，按照水深逐次进行人工种植，形成深水—浅水—近岸具层次结构的浮叶植物+沉水植物+挺水植物+高寒草甸植物群落或群落带。对水体总氮含量较高的湿地，应在植物枯萎季节之前对湿地植物进行收割；对水体总磷含量较高的湿地，不需要对其进行收割。
6. 在水深0.2-1米处，高原湿地沼泽草甸选择的挺水植物包括杉叶藻群落（Com. Hippuris vulgaris）、刘氏荸荠群落（Com. Eleocharis liouana）、茭草群落（Com. Zizania caduciflora）、水毛茛群落（Com. Batrachium bungei）、水葱群落(Com. Scirpus validus)、水蓼群落(Com. Polygonum hydropiper)、华扁穗草群落（Com. Blysmus sinocompressus）；在水深1-1.5米处的原生沼泽选取浮叶植物牙齿草群落（Com. Potmogeton tepperi）和荇菜群落（Com. Nymphoides peltatum）；在水深1.5-2米的原生沼泽选择沉水植物穗状狐狸藻群落（Com. Myriophyllum spicatum）、马来眼子群落（Com. P. malainus）、金鱼藻群落（Com. Ceratophyllum demersum）；在高寒草甸上选择蕨麻群落（Com. Potentilla anserina）、车前群落（Com. Plantago asiatica）、西伯利亚蓼群落（Com. Polygonum sibiricum）、华扁穗草群落（Com. Blysmus sinocompressus）、云生早熟禾（Com. Poa nubigena）、斑唇马先蒿群落（Com. Pedicularis longiflora var. tubiformis）、苔草sp.（Com. Carex sp.）。
本发明在充分考虑高原湿地交通不便，当地居民经济和文化水平有待提高等条件，提出一种成本较低，操作较简便的退化湿地植被恢复方法，可加快湿地恢复演替速度，保存当地优势种群数量，改善湿地水质，增加湿地蓄水容量和时间，恢复湿地水禽栖息地生境。
附图说明
图1是浅水湾+水生植物+陆生植物+缓坡绿地恢复模式图。其中，①湿地蓄水水面②湿地浅水湾③水生植物④水陆交替植物⑤陆生植物⑥雨季水位⑦旱季水位⑧湖底。
图2是多个浅池+挺水植物恢复模式图。①浅池②雨水搜集沟③旱季水位④雨季水位。
具体实施方式
(一)  该方法在云南省迪庆州中甸县城西北部纳帕海高原湖泊湿地进行示范。纳帕海2011年统计面积3435hm2，其中草甸面积2316.8hm2，草地面积8.1hm2，浅水区面积614hm2，深水区面积496.1hm2。其具体实施方式如下：
纳帕海依拉草原一带300亩试验地。该地区由于地处迪庆县城附近，人工开挖排水沟使湿地大部分时间处于排水疏干状态，有的低洼地沼泽水深不足10cm，而干涸的部分主要被用于放牧和骑马旅游，不仅沼泽类型发生改变，进行着沼泽-沼泽化草甸-草甸的演替过程，而且湿地植被严重退化。如果进一步破坏地表植被，则会进入草甸-荒漠化地-荒漠演替过程。
1. 进行退化湿地的恢复之前，对湿地的退化原因、水体质量、土壤类型以及湿地植物种类及其特性做调查，使用层次分析法对湿地生态系统退化程度进行诊断，确定试验地中沼泽、沼泽湿地、草甸和猪拱草甸的分布范围，为后续开展恢复工程做好前期准备。
2.  根据试验地中沼泽湿地的凹凸地形，挖掘已形成水体的凹形地形，并将挖出来的土壤堆垫在水体四周，使中心区更深，从0.2-0.5米加深到0.5-1.0米，同时种植根系发达的水葱（Scirpus validus）40株/ m2，防止四周土壤滑向水体中心区。
3. 利用有关湿地区域内各种生态因子的梯级变化，各类动植物相应利用与其生物习性相适应的部分，避免相互竞争，在沼泽湿地上增加浅水湾用于蓄水，水位保持在1-2米之间，在湾底种植水葱（Scirpus validus）40株/ m2，在湾脊上按照30平方米/斤播撒泥浆混合的刘氏荸荠（Eleocharis liouana）、茭草（Zizania caduciflora）和华扁穗草（Blysmus sinocompressus）1:1:1混合种子。
4. 在退化严重的沼泽草甸和高寒草甸湿地修建梯形水渠恢复水流，根据瞬时降雨量1mm/min，汇水面积1公顷按照公式计算得出所建明渠排水量应大于1.67m3/s ，建成横截面积大于0.55平方米，水渠深度1米的水泥砂浆梯形排水明渠，联通相对独立的各片湿地，高地势地区则营造成山坡景观，作为黑颈鹤等水禽栖息地。
5. 在沼泽湿地宽度10米以上的起伏地形条件下，连续挖掘3个米深1米深浅池。
6. 5月底，试验地水深大于1米的原生沼泽湿地处于临界和轻度退化状态，故仅采取封育减畜方法恢复湿地植被；水深0.2-1米沼泽湿地及浅池移植水葱（Scirpus validus）40株/ m2、刘氏荸荠（Eleocharis liouana）50株/ m2和杉叶藻（Hippuris vulgaris）50株/ m2；高寒草甸地区用泥浆混合二歧马先蒿（Pedicularis dichotoma Bonati）、三色马先蒿（Pedicularis tricolor Hand.-Mazz.）、椭圆叶花锚（Halenia elliptica D. Don）草种1:1:1按照25平方米/斤播撒。
第二年5月，试验地原生沼泽湿地恢复面积并无增加，湿地沼泽草甸面积由原来的约358平方米增加到约476平方米，水深也由平均的0.2-0.5米深增加到0.5-1米深，同时高寒草甸面积相对缩小，进行植被恢复地区植物多样性增加，从原来的4种主要植物种类增加到5种。
试验结果表明：微改造植被恢复方法加快了湿地沼泽草甸的生态恢复速度。用较小的投入和相对简单的操作加速退化高原湿地的植被恢复。
 (二)在云南省迪庆州中甸县城东部碧塔海高原湖泊湿地进行示范。碧塔海片区面积26869hm2，平均海拔3200m，植被类型从湖边开始包括沼泽、沼泽草甸、草甸、灌丛、灌木林、落叶松林、硬叶常绿阔叶林等类型。选取10亩碧塔海木栈道沿湖滨带水深0-0.3m处的沼泽与沼泽草甸进行微地形改造与植被恢复试验，并设置对照。
1. 对试验区进行调查，划分为湖滨浅水生境、湖滨沼泽、沟谷沼泽3个类型。在湖滨浅水生境的湾底种植杉叶藻-水毛茛 （Hippuris vulgaris-Batrachium bungei），在湾脊上按照30平方米/斤播撒泥浆混合刘氏荸荠（Eleocharis liouana）、木里苔草（Carex muliensis）、苔草sp．（Com. Carex sp.）1:1:1混合种子。
2. 根据试验地中湖滨沼泽湿地的凹凸地形，挖掘已形成水体的凹形地形，并将挖出来的土壤堆垫在水体四周，使中心区更深，从0.3米加深到0.5米，同时种植根系发达的水葱（Scirpus validus）40株/ m2，防止四周土壤滑向水体中心区。
3.  沟谷沼泽在宽度10米以上的洼地，连续挖掘3个1米深浅池。5月底，试验地水深0.2-1米沼泽湿地及浅池移植刘氏荸荠（Eleocharis liouana）50株/ m2和水毛茛（Batrachium bungei）50株/ m2，按每25平方米/斤用泥浆混合华扁穗草（Blysmus sinocompressus）草种播撒。沟谷沼泽平亢地地区按照25平方米/斤播撒泥浆混合华扁穗草（Blysmus sinocompressus）、木里苔草（Carex muliensis）、矮地榆（Sanguisorba filiform）1:1:1混合草种。
第二年5月，试验地湖滨带对照区湖滨沼泽和谷沟沼泽属于自然封育减畜恢复方法其面积并无增加，水体质量、主要植被种类没有显著变化。进行微地形改造的湖滨沼泽湿地水深由平均0.3米增加到0.5米，湿地采样点水体总氮、总磷含量由地表水环境质量标准Ⅳ类变成Ⅱ类，化学需氧量由地表水环境质量标准Ⅳ类变成Ⅲ类。同时沟谷沼泽平亢地采样点内植物多样性增加，从原来的3种主要植物种类增加到4种。
试验结果表明：微改造植被恢复方法改善了湖滨沼泽湿地的水体质量，且增加了植物多样性。用较小的投入和相对简单的操作加速了退化高原湿地的植被恢复。

Claims (7)

1.一种对退化的高原湖泊湿地进行微地形改造植被恢复的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1）在退化湿地上做退化程度调查，使用层次分析法对整体湿地退化程度进行评价，划分出临界退化、轻度退化、中度退化和重度退化的地区；
2）在临界退化和轻度退化的湿地周围修建围栏进行封育减畜；
3）在不破坏或改造湿地原有总体基底结构的基础上，对中度退化和重度退化的沼泽草甸和高寒草甸进行局部地形恢复或保护来实现湿地生境的营造和改善；
4）针对高原湿地温度较低生长季集中在5-8月的特点，选择适应海拔高、温度低、能净化水质且生长迅速的植物种类，构成深水—浅水—近岸具层次结构的浮叶植物+沉水植物+挺水植物+高寒草甸植物群落或植物带。
2.根据权利要求1所述的恢复方法，其特征在于步骤3）使用的方法包括物理基底设计和微地形改造法，物理基底设计采取退田还地，平整局部地形，根据地貌起伏特征在凹形地形上挖浅池，在凸型地貌上造台田，进一步加大已有的水体深度，使中心区更深，从0.2-0.5米加深到0.5-1.0米，将挖出来的土壤堆垫在水体四周，同时选植根系发达的固土植物栽种；微地形改造技术为在湖滨岸带的沼泽草甸和高寒草甸增加浅水湾、依据地形连续挖掘多个浅池、修建梯形水渠恢复水流。
3. 根据权利要求2所述方法的应用，其特征在于物理基底设计所述的植物根系发达的固土植物为茭草、水葱（Scirpusvalidus）30-50株/m2、水蓼（Polygonum hydropiper）30-40株/m2、荇菜(Nymphoidespeltat)20-30株/m2。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于微地形改造技术所述在湖滨岸带的沼泽草甸和高寒草甸上增加浅水湾为保持水位在1-2米之间，在湾底和湾脊上各种植水生、陆生和水陆交替植物群落。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于微地形改造技术所述在沼泽草甸和高寒草甸挖掘多个浅池为在宽度10米以上的起伏地形条件下，连续挖掘多个1-2米深的浅池，在年降雨量大于900mm的地区用水泥砂浆卵石在池边修建排水明沟。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于微地形改造技术所述在沼泽草甸和高寒草甸上修建梯形水渠恢复水流为当湿地水源不足且整片湿地无法互相连通的情况下，在水源上游修小水闸，在湿地地区修建梯形水渠恢复水流，梯形水渠根据降雨量按照公式Q=16.67×ψ×F×i=A×v，其中Q为雨水设计流量，单位为m3/s，16.67为转换系数，ψ为径流系数0.1，F为汇流面积，单位为km2，i为平均降雨强度，单位为mm/min，A为水流有效断面积，单位为m2，v为流速，单位为m/s和建造水渠所用的材料所决定的流速来计算所需明渠有效断面积，其中粘土最大流速1.2m/s，草皮护面1.6m/s，干砌块石2.0m/s，浆砌块石或浆砌砖3.0m/s，混凝土4.0m/s，联通相对独立的各片湿地，高地势地区则营造山坡景观，作为水禽栖息地。
7.根据权利要求1所述的恢复方法，其特征在于所述的适应海拔高、温度低、能净化水质且生长迅速的植物种类为在水深0.2-1.0米处，高原湿地沼泽草甸选择的挺水植物包括杉叶藻群落（Com. Hippuris vulgaris）、刘氏荸荠群落（Com. Eleocharis liouana）、茭草群落（Com. Zizania caduciflora）、水毛茛群落（Com. Batrachium bungei）、水葱群落(Com. Scirpus validus)、水蓼群落(Com. Polygonum hydropiper)、华扁穗草群落（Com. Blysmus sinocompressus）；在水深1-1.5米处的原生沼泽选取浮叶植物牙齿草群落（Com. Potmogeton tepperi）和荇菜群落（Com. Nymphoides peltatum）；在水深1.5-2米的原生沼泽选择沉水植物穗状狐狸藻群落（Com. Myriophyllum spicatum）、马来眼子群落（Com. P. malainus）、金鱼藻群落（Com. Ceratophyllum demersum）；在高寒草甸上选择蕨麻群落（Com. Potentilla anserina）、车前群落（Com. Plantago asiatica）、西伯利亚蓼群落（Com. Polygonum sibiricum）、华扁穗草群落（Com. Blysmus sinocompressus）、云生早熟禾群落（Com. Poa nubigena）、斑唇马先蒿群落（Com. Pedicularis longiflora var. tubiformis）、苔草群落（Com. Carex sp.）。
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