CN110122154B - 一种贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滩涂湿地环境保护领域，特别公开了一种贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法。该贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法，包括如下步骤：（1）在滩涂湿地上构建中央修复体；（2）在中央修复体四周挖穴坑，用于配置内部保护体；（3）在中央修复体和内部保护体内分别按照土壤层次，在水平和垂直方向上配置混合土；（4）在中央修复体的外围布设凹凸间隔的六边弧形围捻，形成灌草种子截留体；（5）中央修复体、内部保护体和灌草种子截留体组成独立的斑块恢复体；（6）采用至少三个斑块恢复体呈品字形排列组成一个恢复单元体。本发明可操作性强，可就地取材，成本低，土壤水分物理结构明显改善，灌草成活率、保存率和植被覆盖率显著提高。

Description

一种贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法

技术领域

本发明涉及滩涂湿地环境保护领域，特别涉及一种贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法。

背景技术

潮间带贝类死亡之后的壳体及其碎屑，受海水侵蚀，经波浪搬运，在高潮线附近堆积形成的独特地质地貌，即为贝壳堤。贝壳堤作为淤泥质或粉砂质海岸的一种滩脊类型，在北美及墨西哥湾沿岸、苏里南海岸平原、澳大利亚布洛特海湾，以及中国的渤海湾西岸、莱州湾、苏北与长江三角洲一带分布广泛。黄河三角洲分布两道贝壳堤，向北与天津、河北的贝壳堤相连，形成国内独有的贝壳滩脊地带，该贝壳堤与美国圣路易斯安娜州和南美苏里南的贝壳堤并称为世界三大古贝壳堤，是世界上规模最大、新老并存的贝壳堤，在世界第四纪地质和海岸地貌研究中占有极其重要的位置。黄河三角洲贝壳堤既是东北亚内陆和环西太平洋鸟类迁徙重要的中转站和越冬、栖息、繁殖地，也是研究黄河变迁、海岸线变化和贝壳堤岛形成等环境演变的重要基地。因此，在地貌类型的特殊性和生物多样性保护等方面具有重要的生态功能和科学研究价值。

黄河三角洲贝壳堤主要以灌草植物为主，但受潜水埋深浅、地下水矿化度高，盐碱含量较重的影响，导致该区域灌草植被结构单一，生物多样性较低，植被生长缓慢，植被覆盖度较低，植被恢复困难，尤其是灌草种子缺少附着体、发芽率较低，幼苗培育、栽植苗木生长困难，难以发挥其生态防护功能，致使泥质海岸带贝壳堤生态系统退化严重。同时，贝壳砂具有独特的层状物理结构，既不同于一般的石英砂，也与当地海岸带的滨海潮土差别较大，贝壳砂土壤含纯贝壳为主的介质材料达95%以上；其中非毛管孔隙度占比高，透水性大、贮存水分潜能较低的水分物理特征导致该区域灌草植被在生长过程中受水分条件的制约较大。

目前贝壳堤生态系统主要存在灌草植被成活率和保存率低，导致植被覆盖率低，泥质海岸带防护林结构和功能低下。针对泥质海岸带贝壳砂生境水分缺乏导致灌草植被生长受限这一突出问题，以改变贝壳砂水分物理特性，调节孔隙结构，提高蓄水能力为切入点，以改善灌草植被生长适宜的贝壳砂生境，恢复贝壳堤滩涂退化湿地。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种可操作性强、可就地取材、成本低的贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法，以裸露的贝壳堤滩涂湿地为处理对象，包括如下步骤：

（1）在滩涂湿地上，按照长×宽×深为1.0m×1.0m×0.8m的尺寸构建独立的中央修复体，尺寸内的原生境贝壳砂全部挖出备用；

（2）在中央修复体四周挖深80cm、宽40cm的穴坑，用于配置内部保护体；

（3）将原生境贝壳砂与泥质海岸带滨海潮土过筛，按照5-0:0-2的重量比配制混合土，在中央修复体和内部保护体内分别按照土壤层次，在水平和垂直方向上配置混合土；

（4）在中央修复体的外围布设凹凸间隔的六边弧形围捻，形成灌草种子截留体；

（5）中央修复体内栽植灌木树种和草本植物、内部保护体内栽植草本植物，中央修复体、内部保护体和灌草种子截留体组成独立一体的斑块恢复体；

（6）采用至少三个斑块恢复体呈“品字形”排列组成一个恢复单元体。

本发明在贝壳堤这一特殊生态系统内，通过改变贝壳砂粒级结构，降低贝壳砂含量，提高非毛管孔隙度，在水平结构和垂直结构上合理配置贝壳砂与滨海潮土的比例，有效改善水分运移和储存能力，形成适宜灌草植物生长的贝壳砂生境。本发明优化配置内部保护体-中央修复体-外围灌草种子截留体于一体的斑块恢复体，构建“品字形配置”的恢复单元体，在基底面上形成系统的灌草植被恢复群落。

本发明的更优技术方案为：

步骤（3）中，原生境贝壳砂与泥质海岸带滨海潮土常规处理后过2.00mm筛，将过筛后的贝壳砂与滨海潮土混合，其中，1号混合土为质量比为5:1的贝壳砂与滨海潮土的混合土，2号混合土为质量比为3:1的贝壳砂与滨海潮土的混合土，3号混合土为质量比为1:1的贝壳砂与滨海潮土的混合土，4号混合土为质量比为1:2的贝壳砂与滨海潮土的混合土；经改良后的贝壳砂混合土其通气、透水性能比较适宜，极大改善了贮存水分的能力，利于植物生长。

步骤（3）中，中央修复体内由下向上，底部0-20cm用过1.00mm筛后的滨海潮土填充，20-30cm用1号混合土填充，30-40cm用2号混合土填充，40-50cm用3号混合土填充，50-70cm用4号混合土填充，70-75cm用原生境粒径＞1.0mm的贝壳砂覆盖；75-80cm高度处不再填充，留有5cm的空隙层，以收集雨水、种子和枯枝落叶等。

步骤（3）中，内部保护体分为紧邻中央修复体的0-20cm的内侧A层和20-40cm位置的外侧B层；内侧A层由下向上，底部0-20cm用过1.00mm筛后的滨海潮土填充，20-30cm用2号混合土填充，30-50cm用未处理的滨海潮土填充，50-60cm用3号混合土填充，60-70cm用4号混合土填充；外侧B层全用过1.00mm筛的滨海潮土填充；内侧A层剩余70-80cm的表土层10cm不再填充，称为低穴岛，用于自然散播种子的截留区域，并可利用60-70cm处填充的4号混合土进行生长发芽；外侧B层起到减弱透水性、保水保肥的作用。

步骤（4）中，所述围捻的高度为0-10cm、宽度为5cm；围捻形状设置为三边高三边低，且高低边对称分布，最低处形成单个口宽为3-5cm的进入口，利于植物灌草种子随风口进入中央修复体内，主要跌落于内部保护体水平方向外侧B层留存的低穴岛，这是种子截留、贮存、发芽生长的适宜区，可与原栽植灌草植物形成一体。

步骤（5）中，中央修复体内栽植2-3株灌木树种，配合草本植物形成灌草立体配置，其栽植的灌木成活率和保存率达85%以上，人工撒播的混合草本种子发芽率达90%以上。内部保护体的外侧B层区域，草本密度达5-11株/cm²，多呈聚集状分布。

步骤（6）中，两相邻斑块恢复体的高边和低边位置对应，且两者的行间距为2.0m×3.0m，有效提高植被覆盖度。

本发明主要依据孔隙结构分形和地下水-土壤系统水分运移理论，研发了泥质海岸带贝壳堤生态系统滩涂退化湿地灌草植被的土壤体培育及灌草种子截留、发芽生长技术，极大提高了中央修复体灌草植被的成活率，以及灌草种子截留区的发芽率，增强了柽柳、杠柳、酸枣等灌木的成活率和保存率，提高了植被覆盖率，生态防护效能显著。

本发明可操作性强，可就地取材，成本低，土壤水分物理结构明显改善，土壤持水性和供植物生长利用的有效水分显著提高，灌草成活率、保存率和植被覆盖率显著提高，适宜在广大贝壳砂生境滩涂退化湿地实施。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明斑块恢复体的平面结构示意图。

图中，1中央修复体，2内部保护体，3灌草种子截留体，4进入口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解释，以便于理解本发明的技术特点。

1.实施地段的原土壤环境

恢复地段的生境：泥质海岸带贝壳堤滩涂退化湿地，地下水水位1.5-2.0m，土壤相对含水量为45%-50%，土壤容重在1.21-1.25g/cm³ 之间，土壤中贝壳砂含量达90%以上，粗砂粒含量达56%-72%，土壤含盐量在0.25%-0.30%，pH值在7.67-7.83之间，植被覆盖率低于3%。总体表现为滩涂退化湿地植被稀少，土壤容重低，粗砂粒含量高，非毛管孔隙度大，土壤颗粒分形维数低，雨水渗透能力强，保水保肥能力差。

2.灌草栽植斑块恢复体的主要构成及技术参数

该灌草栽植修复体主要由三部分构成，一是中央修复体1，二是内部保护体2，三是外围灌草种子截留体3。与传统的土壤改良方法不同，该方法在水平和垂直结构上，以孔隙结构改良和蓄持水分能力提升为目标，来改善贝壳堤滩涂退化湿地的灌草植物生长生境。

（1）将裸露的贝壳堤滩涂湿地，按照长×宽×深为1.0m×1.0m×0.8m构建为独立的小斑块中央修复体1，原生境贝壳砂全部挖出备用；

（2）在每斑块中央修复体1四周挖深80cm，宽40cm的穴坑，以配置内部保护体2；然后将中央修复体1和内部保护体2分别按照土壤层次，在水平和垂直方向上配置不同比例的改良贝壳砂；

（3）在中央修复体1的外围布设一定弧度的六边棱型围捻，以形成有效的灌草种子截留体3。

3.灌草栽植中央修复体的贝壳砂改良构建技术

（1）贝壳砂的孔隙结构改良技术

混合土的配置：先将原生境贝壳砂与泥质海岸带滨海潮土按常规方法处理后均过2.00mm筛，将过筛后贝壳砂与滨海潮土按照不同重量配比进行混合，以形成不同孔隙和储水性能的混合土。共需配置4种混合土，具体为：1号混合土，贝壳砂:土壤为5:1；2号混合土，贝壳砂:土壤为3:1；3号混合土，贝壳砂:土壤为1:1；4号混合土，贝壳砂:土壤为1:2。配置好的混合土可用于填充中央修复体1，以及内部保护体2和灌草种子截留体3。

（2）中央修复体1垂直结构上混合土的填充技术

依据从下到上的土壤层次，按照土壤深度分别填充不同配比的混合土，主要通过改变土壤非毛管孔隙度，调节贝壳砂的水分物理性状，最底层以保水、表土层以抑制土壤蒸发为主，中间层起到有效涵蓄降雨量和调节植物生理用水的作用。改良后的贝壳砂从底土层到表土层呈现总孔隙度逐渐减小，非毛管孔隙度占比增加；持水能力逐渐增强，颗粒分形维数逐渐增加的趋势；以彻底改变原贝壳砂生境透水性大，降雨淋洗造成跑水跑肥的弊端。

①将80cm深度内的原贝壳砂全部挖出，底部Ⅰ层0-20cm用原生境过筛后1.00mm下的滨海潮土（粒径＜1.00mm）进行填充。因为滨海潮土土壤容重高，孔隙度低，细砂粒和粉黏粒含量可达80%以上，透水性差，可起到较好的保持土壤上层渗透的涵蓄降雨量；

②Ⅱ层20-30cm采用1号混合土（贝壳砂:土壤为5:1），该层混合土孔隙度较大，主要起到通气透水的作用；

③Ⅲ层30-40cm采用2号混合土（贝壳砂:土壤为3:1），Ⅳ层40-50cm采用3号混合土（贝壳砂:土壤为1:1）。第Ⅲ-Ⅳ层主要通过调节土壤孔隙度，改变毛管孔隙度和非毛管孔隙度的比例，以达到灌草生长适宜的孔隙比，并储存雨水渗透下来的有效降雨量；

④Ⅴ层50-70cm采用4号混合土（贝壳砂:土壤为1:2），该土壤层直接用于灌草植物材料的栽植，有效调节了土壤的孔隙比，通气透水性最佳，适宜植物生长；

⑤Ⅵ层70-75cm覆盖原生境粒径＞1.0mm的贝壳砂，主要起到覆盖作用，以减少蒸发量；75-80cm高度处不再填充，留有5cm的空隙层，以收集雨水、种子和枯枝落叶等。

下表为中央修复体1土壤垂直结构填充明细表：

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经过改良后的贝壳砂其通气、透水性能比较适宜，极大改善了贮存水分的能力，利于植物生长，每中央修复体1可按常规方法栽植2-3株柽柳、杠柳和酸枣等当地生长适宜的贝壳堤乡土灌木树种，并配置一定的砂引草、大穗结缕草、青蒿、蒙古蒿等当地的贝壳堤优势草本植物，形成一定的灌草立体配置。考虑到当地水分条件，该区域暂不适宜种植乔木树种。灌草种植后进行常规管理即可。

4.内部保护体2的贝壳砂改良填充技术

内部保护体2主要是将配置好的混合土分别按照深度80cm间隔20cm宽（共40cm宽）进行不同水平和垂直土壤层次的填充，以让外侧的贝壳砂层减弱透水性起到保水作用，内侧的贝壳砂层起到通气透水、利于灌草种子截留后成活。

具体改良技术为：在栽植灌草中央修复体的四周挖沟宽40cm，然后分紧邻中央修复体1的内侧A层0-20cm，外侧B层20-40cm分别进行改良贝壳砂填充。

（1）紧邻中央修复体1的内侧水平方向A层0-20cm宽、80cm深的土体填充方式为：底部Ⅰ层0-20cm深度的土层，用原生境过筛后1.00mm下的滨海潮土（粒径＜1.00mm）进行填充；Ⅱ层-Ⅲ层20-50cm深度的土层，从下到上分别填充10cm深度的2号混合土（贝壳砂:土壤为为3:1）和20cm深度的原状滨海潮土；Ⅳ层-Ⅴ层50-70cm深度的土层，从下到上每隔10cm分别填充3号混合土（贝壳砂:土壤为1:1）和4号混合土（贝壳砂:土壤为1:2）；Ⅵ层剩余70-80cm的表土层10cm不再填充，称为低穴岛，用于自然散播种子的截留区域，并可利用填充的Ⅴ层4号混合土进行生长发芽。

（2）中央修复体外侧水平方向B层20-40cm宽、80cm深度的土体填充均用原生境过筛后1.00mm下的滨海潮土（粒径＜1.00mm）进行填充，以起到减弱透水性、保水保肥的作用。

如上所述，内部保护体2的土壤垂直结构填充明细表如下：

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5.灌草栽植修复体中外围灌草种子截留体3的研发技术

在中央修复体1的外围，需布设高度0-10cm不等、宽5cm的弧形围捻，一是为储存雨水，二是为收集自然散落的灌草种子。

（1）为有效截留植物种子，围捻形状设置为三边高三边低，并且高低边对称分布（即高边对应低边），形成一定弧度的六边棱型；

（2）六边棱型最高处为10cm，最低处与地表平行，形成相对稳定的三个进入口4，最低处口宽设置为3-5cm；

（3）低矮一边棱型利于植物灌草种子随风口进入修复体内，主要跌落于内部保护体水平方向外侧B层留存的10cm宽的低穴岛，这是种子截留、贮存、发芽生长的适宜区，可与原栽植灌草植物形成一体。

6.贝壳堤退化湿地斑块恢复体的配置构建技术

在贝壳堤滩涂退化湿地修复区，为有效提高植被覆盖度，在具体配置上：

（1）可采用至少3个斑块恢复体“品字形”排列作为一个恢复单元体，其中每斑块恢复体的行间距为2.0m×3.0m；

（2）每独立斑块恢复体之间的高边和低边围捻也需对称分布，即每独立斑块修复高边对应另一独立斑块恢复体的低边，以在区域范围内充分形成风口，利于灌草种子的截留和储存。

7.效果分析

（1）土壤水分物理结构明显改善

通过对栽植灌草植被中央修复体的改良，修复区贝壳堤生态系统的毛管孔隙度提升了25%-32%，降低了占总孔隙百分比较高的非毛管无效大孔隙；细砂粒和粉黏粒含量提高30%-62%，土壤平均重量直径提高15%-23%；土壤颗粒分形维数提高28%-32%，极大改善了贝壳砂孔隙结构。灌草栽植区根系层的土壤总孔隙度为45%-53%，粒径＞0.25mm的水稳性大团聚体含量占团聚体总量的75%-81%，水气关系比较协调，可形成较好的土壤水分物理结构。

（2）土壤持水性和供植物生长利用的有效水分显著提高

栽植灌草植被的中央修复体1土壤水分物理结构显著改善，有效涵蓄降雨量提高38%-43%，有效饱和蓄水量提高30%-42%。贝壳砂本身的层状物理结构和持水性能较好的滨海潮土合理配比后，土壤持水能力和土壤水的有效性显著提高，其中以Gardner模型求解的持水能力是原生境贝壳砂持水能力的1.12-1.53倍。

（3）灌草成活率、保存率和植被覆盖率显著提高

通过上述内部保护体2+中央修复体1+外围灌草种子截留体3设置为一体的斑块恢复体系构建，显著改善了土壤水分的物理结构，明显提高了土壤蓄持水分的能力。内部保护体2低穴岛可截留当地的砂引草、青蒿、蒙古蒿、杠柳和柽柳等种子，多呈聚集状分布，草本密度在5-11株/cm²；中央修复体1栽植的柽柳、杠柳等灌木成活率和保存率达85%以上，人工撒播的混合草本种子发芽率达90%以上。

Claims (8)

1.一种贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法，以裸露的贝壳堤滩涂湿地为处理对象，其特征为，包括如下步骤：（1）在滩涂湿地上，按照长×宽×深为1.0m×1.0m×0.8m的尺寸构建独立的中央修复体，尺寸内的原生境贝壳砂全部挖出备用；（2）在中央修复体四周挖深80cm、宽40cm的穴坑，用于配置内部保护体；（3）将原生境贝壳砂与泥质海岸带滨海潮土过筛，按照5-0:0-2的重量比配制混合土，在中央修复体和内部保护体内分别按照土壤层次，在水平和垂直方向上配置混合土；（4）在中央修复体的外围布设凹凸间隔的六边弧形围捻，形成灌草种子截留体；（5）中央修复体内栽植灌木树种和草本植物、内部保护体内栽植草本植物，中央修复体、内部保护体和灌草种子截留体组成独立的斑块恢复体；（6）采用至少三个斑块恢复体呈品字形排列组成一个恢复单元体。

2.根据权利要求1所述的贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法，其特征在于：步骤（3）中，原生境贝壳砂与泥质海岸带滨海潮土常规处理后过2.00mm筛，将过筛后的贝壳砂与滨海潮土混合，其中，1号混合土为质量比为5:1的贝壳砂与滨海潮土的混合土，2号混合土为质量比为3:1的贝壳砂与滨海潮土的混合土，3号混合土为质量比为1:1的贝壳砂与滨海潮土的混合土，4号混合土为质量比为1:2的贝壳砂与滨海潮土的混合土。

3.根据权利要求2所述的贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法，其特征在于：步骤（3）中，中央修复体内由下向上，底部0-20cm用过1.00mm筛后的滨海潮土填充，20-30cm用1号混合土填充，30-40cm用2号混合土填充，40-50cm用3号混合土填充，50-70cm用4号混合土填充，70-75cm用原生境粒径＞1.0mm的贝壳砂覆盖。

4.根据权利要求2所述的贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法，其特征在于：步骤（3）中，内部保护体分为紧邻中央修复体的0-20cm的内侧A层和20-40cm位置的外侧B层；内侧A层由下向上，底部0-20cm用过1.00mm筛后的滨海潮土填充，20-30cm用2号混合土填充，30-50cm用未处理的滨海潮土填充，50-60cm用3号混合土填充，60-70cm用4号混合土填充；外侧B层用过1.00mm筛的滨海潮土填充。

5.根据权利要求1所述的贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法，其特征在于：步骤（4）中，所述围捻的高度为0-10cm、宽度为5cm；围捻形状设置为三边高三边低，且高低边对称分布，最低处形成单个口宽为3-5cm的进入口。

6.根据权利要求1所述的贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法，其特征在于：步骤（5）中，中央修复体内栽植2-3株灌木树种，配合草本植物形成灌草立体配置。

7.根据权利要求4所述的贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法，其特征在于：步骤（5）中，内部保护体的外侧B层区域，草本密度为5-11株/cm²。

8.根据权利要求1所述的贝壳堤滩涂退化湿地的修复方法，其特征在于：步骤（6）中，两相邻斑块恢复体的高边和低边位置对应，且两者的密度为2.0m×3.0m。

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