崇明前卫村沟渠生态修复示范工程的研究可编辑.docx

1、崇明前卫村沟渠生态修复示范工程的研究可编辑崇明前卫村沟渠生态修复示范工程的研究（可编辑）崇明前卫村沟渠生态修复示范工程的研究 华东师范大学 硕士学位论文 崇明前卫村沟渠生态修复示范工程研究 姓名:周香香 申请学位级别:硕士 专业:生态学 指导教师:张利权 20080401 华r亏(师冤太雪2008届研究生硕士学位论文崇明前卫村沟渠生态修复示范工程研究 摘要 在注重人与自然和谐相处的今天，河道生态问题倍受关注。随着人们对居 住环境和生态环境需求的提高，近年来围绕着城乡地区河道生态修复工程技术、 水体生态系统复育、生态护坡技术等生态修复措施与技术进行了大量研究，河 道整治中的河道护坡技术也由原来的

2、纯工程性措施逐步向生态河道护坡技术发 展。然而，作为一种湿地生态系统和水生廊道系统，农村地区村镇沟渠的生态 环境效应未能引起足够的重视，有关方面的研究也较少。目前，农村地区修建 的沟渠还是主要作为排水和灌溉的渠道。 崇明作为长江口大型的冲积海岛，密集的河网水系是崇明岛五大特色生态 景观之一，在整个岛的生态建设中发挥着独特的作用。随着上海地区城市化过 程的加速，崇明河网水系出现了水体环境污染、生态功能退化、生物迁移廊道 及栖息环境受损等一系列问题。这种现象在崇明前卫村表现得尤为突出，给区 域内居民生活环境以及水环境质量带来日趋严重的问题。为此，在充分借鉴国 结合崇明前卫村的气候、水文、生态内外河

3、网沟渠重建成功经验的基础上，等 具体条件，对前卫村的生态沟渠建设示范工程进行了研究，旨在为崇明生态岛 建设乃至其他地区的生态沟渠建设起到示范作用，以期为农村地区村镇沟渠的 生态重建提供科学的方法和合理的技术。 本研究在前卫村中心区休闲岛原有沟渠生态状况调查研究的基础上，针对 存在的具体问题，对环岛一周约600m的沟渠进行综合改造和修建。采用近自然 生态理念，通过建立由陆地到水体的生态型雨水排水系统，对分散的点源和面 源污染进行拦截，净化，实现“外源”汇集、净化水质，景观观赏的多重功能。 稳定边坡;在疏通沟渠的沟渠坡岸采取土壤生物工程为主的生物护坡技术，基 础上，因地制宜地改造沟渠系统，合理布置

4、氧化塘和沸石处理系统，以净化和 改善水质。 为评估示范工程效果，工程结束后通过地表径流模拟实验及坡岸土壤参数、 生物多样性、沟渠水体总氮和总磷含量等指标对该示范工程进行了评估。结果 表明:与对照相比，使用灌丛垫技术修复后的坡岸土壤剪切力、紧实度和土壤 湿度显著提高 P 0(05 ，坡岸植被延缓径流和去除悬浮物效果显著 尸 O(05 ; 使用柴笼技术修复后坡岸的土壤剪切力和悬浮物去除率显著提高 尸 0(05 ，但 对土壤湿度、紧实度和雨水径流的延滞作用不太明显。示范工程实施后，沟渠 内水质得到明显改善，总氮和总磷含量显著下降 P O(05 ，沟渠坡岸的生境质 量和景观效果得到改善，生物多样性明显

5、增加。坡岸植被稳定边坡效应的研究 华东师冤大学2008届研究生硕士学位论文崇明前卫村沟渠生态修复示范工程研究 结果表明植被冠层对雨水有一定的缓冲截流效应。同时使用了生物护坡的坡岸 土壤有机质和水稳性团聚体 r 0(25mm 含量得到明显提高 尸 0(05 ，并且 两者存在显著的相关关系。 示范工程表明，土壤生物工程是一项极具生命力的坡岸生态修复技术，将 该方法和其他生态修复技术集成具有简单易行、效果明显的特点，同时可以稳 定坡岸、改善沟渠的栖息地质量以及修复大城市郊区村镇沟渠的生态环境。崇 明前卫村沟渠生态修复示范工程在保持沟渠发挥储水和排水的功能的基础上， 遵循人与自然和谐共处的基本原则，充

6、分利用农村现有的自然环境，兼顾沟渠 治理、水质净化、生境恢复和景观建设的有机协调，使修复后的沟渠达到了“水 清、岸绿、景美、畅游”的水生态建设目标。 关键词:村镇沟渠生态修复土壤生物工程示范工程崇明前卫村 华孽师籀太亏2008届研究生硕士学位论文崇明前卫村沟渠生态修复示范工程研究 ABSTI认CT iS betweenhumanandthenature a Tbachievea harmOny being becoming rIehab?itatiOnof hOt wOrIdwidejntherecent decades，andeCOIOgical topic be of ha、，ebeen

7、Studies to One thesetasks(There many ri、，e鸭appears rehabi?tatiOnofnVer bc thintheruraIandu巾an fOcusedOn eCoIOgicaI systems inthe areasasa demand0n and enVir1 nments grOwing better?Vingec0109icaI hasbeen frOmthe recent restOrationOfnVer deVeIOped yearS(The systems Of tothemeasurescombinedthe tradjtiO

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9、g large YangtzeEstua哆，The riverne?r1whichan r(oIeinthewhOIe IsIandhasadense pIaySimportant As haVebeen isIand( urbanizatiOn，there a?nsequenceOf陷pid many aswater in lslandSuch pO?utiOn，degradatiOn ec0IOgicalpr(obIemsChongMing as inriVerhab?tsand of functionssuch damages biologicaI ecoIogicaI Island c

10、omdOrS(ThesewassenousinQianWei p巾bIems VIIlage，ChongMing waterenVironmentS( whichwas a th陀atentOthe and becOminggr0,，ing IiVing ademonstrationforthe 1nthis and studywedesigned project perfonlled ofditchesin which becomea nehab?itatjon Qianwei ecoIOgicaI V?Iage may insimiIar feas(bfemOdeIforthe lsIan

11、daswe?asforOtherareas ChOngmjng COnditionS( a fOrthe Based0na fOrthe made area，we syntheticpIan surVey study t0 an fromland demonstra“on project(ByCOnstrudingecoIogicaIdrainage water the fnDmscatteredand nOnpoint body: pOssibIepo?utants pOints a of sOurcescouIdbe and theditchhadfUndion interceptedpu

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13、offsimuIation via project andthemeaSurements aS Of SO?Shear expenment paramete倦sUchStrength， V 华东师菇太擘2008届研究生硕士学位论文崇明前卫村沟渠生态修复示范工程研究 thatthe resultsshOwed ditch ditchwater slOpes biodiversity;andquality:The enhancethesOiIshear cOuId restored bys0?biOengineeringsignjficantIy thefonlled had andmoistur

14、e Content，and VegetatiOn strength，Compactness mnofrand liVe e能Ctson retarding remoVingTSS 尸k0(05 (AppIying significant rate C0uId increasesOiIshear andTSSrem0Val fascines significantIy strength andmojsturecontent ef伦ctson P 0(05 ，but(ts jncreasingso?compaCtness nOt the 0fthe and run011Fwere retardin

15、g significant(声恨erimplement TP we陀 total?ncentrationsofNand inditchwater demonstratIon p?ject，the Oftheditch decreaSed theaestheticVaIueand biodiVersity signIficantly:whiIe of with were biologicaItechniques slope improVedgreatIy(TheIntegration restoratiOnmeasurescouldstabilizeditch and rI Ve Other i

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17、 ，、fhich betweenthem( iStheuseof matenalStocOnStruct SO讣 biOenginee订ng IiVingpIant functjOnsandcan that sOme and StruCtureS eC0109ical pe向m1 engineering for stabiIizatiOnandsite陀StOratiOnOf ane仟ectivemeans prov(de s10pe 0f withOther nve巾anks(The ec0109iCaI integratiOnbiOlOgicaIlechniques t0theruraIa

18、rea(The resto阳tionmeasuresise仟ectiveand pI(cabIe ap IsIand dItchafterreStoratiOninQianwej Vj?age，ChOngming ecOIOgical ditch achieveda?OrdinatiOnthe rl?COnstruCtiOn，waterri们catiOn， amOng pu tOtherIjIeof reStOratiOnand habitat hamlOny Iandscapebu(Iding，acC0rding the Of manand hasbeen tOachjeVe between

19、 nature，(It ecOIOgjcaI prOved gOaI and C0nstrLJCtionOfwater is pIeasing( bOdy，whichcleargreen，unblOcked wOrds:ditcheSat restOration:sOiI Vi?ages:eCOIOgiCaI biOengineering: Key of demonstratjon p九 jeCt:QianweiV?IageChongmingCounM 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包

20、含其他个人已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究做出重大贡 献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名: 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名: 导师签名:互峄 漏g(6(h 日 日 期: 期:丛!I!( 华东师范太学2008届研究生硕士学位论文崇明前卫村

21、沟渠生态修复示范工程研究 第一章绪论 1(1研究背景 在注重人与自然和谐相处的今天，河道生态问题倍受关注。生态河道建设 是融现代水利工程学、环境科学、生物科学、生态学、美学等学科为一体的水 利生态工程。它以保护和创造生物良好的生存环境和自然景观为前提，在具有 一定强度、安全性和耐久性的同时，还应充分考虑其生态效果，把受人类严重 干扰和破坏的河道修复成为水体与土体、水体与生物相互涵养、适合生物生长 的近自然状态的河道。随着人们对居住环境和生态环境需求的提高，近年来围 绕着城乡地区生态河道建设对河道生态修复工程技术、水体生态系统复育、生 态护坡技术等生态修复措施与技术进行了大量研究，河道整治中的河

22、道护坡技 术也由原来的纯工程性措施逐步向生态河道护坡技术发展 郭青海等，2005; et et 潘树林等，2005;周跃，2000;Arheimenal，2003;Bainaal，2000 ， 而作为一种湿地生态系统和水生廊道系统，农村地区村镇沟渠的生态环境效应 未能引起足够的重视，有关方面的研究也较少 郝敏等，2005;姜翠玲等，2004; Geissenet a1，2006 。目前，农村地区修建的沟渠还是主要作为排水和灌溉的 渠道。 合理的利用沟渠，为人类带来了巨大的经济效益，同时也维护和改善了整个 生态环境。一些依靠雨水补足农业的国家 比如约旦 使用沙沟储水的功能，收 et 获降水 Ma

23、jedal，2000 。有些国家利用湿地中的沟渠系统恢复或者改善湿地 的湿度 Tucker 化的功能，维持了河流和湿地水质 周训华等，2004;姜翠玲等，2005 。在一 些农业景观中，沟渠的存在为一些物种的保存和扩散、传播提供了合适的生境和 廊道，增加了景观的生物多样性。 人工沟渠的修建影响了整个流域乃至更大范围上的水循环，改变了水在不同 陆地或水体的滞留时间和汇流路径，引起水文功效的改变。人工沟渠具有一定的 深度和宽度。当暴雨发生的时候，沟渠利用自身容积和植被缓冲带蓄持降水，阻 滞,部分地表径流。沟渠系统通过侧向和纵向径流将整个流域的雨水收集起来并 分散储存，造成水迁移路径大规模的改变。法

24、国利用修改了的TOPoG水文模型计 算出了人工网络 包括沟渠、树篱、公路和河流 的汇水面积，并得出沟渠收集 et 的水量要大于公路和树篱当时小于河流的一般结论 Nadiaal，2004 。人工沟 华(亏(师冕大学2008届研究生硕士学位论文崇明前卫村沟渠生态修复示范工程研究 渠的修建也促进了降水的重新分配，改变了降水的入渗、蒸发和功效。沟渠的存 在可能会使降水迅速的流入沟渠中，即使少部分渗透到土壤中，也会通过壤中流 的形式最后汇入沟渠，沟渠又会作为输水廊道将洪水排出，缩短了洪水在沟渠控 制区的滞留时间，使整个区域像一个巨大的漏斗，降水落到地面就被沟渠迅速的 排出。人工沟渠能蓄持一部分洪水，又可

25、以作为溢洪道将洪水迅速的排出，因此 人工沟渠可以调节洪峰径流，减少洪灾发生的可能性。例如沟渠系统自身的容积 和植被缓冲带为蓄持洪水提供了空间和条件。 沟渠系统利用自身的物理、化学和生物机制滞留一定化学元素，维持了沟渠 同时作为物质输出的源和通道，沟通了控制区系统及整个区域元素的循环，和外 界的联系，但是也加快了物质元素的丧失，并可能对外界环境造成污染。沟渠作 为化学元素的转化器和汇，吸收和转化周围环境输入的物质元素，加速了周围区 域物质的流失。沟渠的存在改变了区域的水文状况，使大量的化学元素随地表或 地下径流流入到沟渠中，造成区域化学物质的输出，改变了其化学元素循环，引 起周围环境质量的下降。

26、比如通过三江平原排水沟渠的研究发现，三江平原沼泽 湿地由于沟渠排水导致大量离子，营养元素和重金属元素丧失，是造成沼泽退化 的原因之一 张芸，2001 。沟渠周围及其内部生长着大量的植被，这些植被带 的存在有利物质元素的截流。Bouldin等 2004 对美国密西西比河三角洲景观农 业排水系统调查结果显示，具有有限或没有植被缓冲带的排水沟渠，水体营养水 平最高，随着覆盖度的增加，悬浮物质减少。沟渠对各种形态的氮磷具有较好的 et 滞留作用，能有效降低入河沟渠中潜在毒性的影响 曲向荣，2000;Bouldina1， et 2004;Louchanal，2004 。MatsAs仃Dm 2001 通过

27、两小溪流水的物理化学 属性 西芬兰 对比，一条溪流的上游林地经过挖沟处理，另一条没有 成对流域 方法 ，研究发现虽然人工排水沟对流量过程线没有任何重要影响，但是它导致 控制机制的变化。 来说有一个沟渠作为化学元素的源和通道，将化学元素缓慢或即时地放出，为整个流域 提供原始物质，沟通了沟渠系统与周围环境之间的物质联系，也可能导致整个沟 渠系统物质元素的单向丧失，沟渠系统外环境的污染，以及破坏人工沟渠与区域 或流域的水文和物理状况。人工沟渠的修建对生物及其生境产生重要的影响。 GmotjaIls等 2005 在研究长期排水对湿地物种丰富度的影响时发现，沼泽地中 丧失的许多物种在沟渠中存活下来，沟渠

28、保留了湿地30,以上的物种。人工沟渠 往往作为破碎化景观生境斑块之间的自然廊道，可以为鸟类和其他动物提供水 源、食源和迁徙廊道，维持区域的食物链，同时增加人的视觉效果和农业景观的 et et al，2003;Endelsaal，2002 。人工沟渠自然条件和物种 可视性 Ca甲eIltier 2 华(亏(师冤太亏2008届研究生硕士学位论文崇明前卫村沟渠生态修复示范工程研究 and 的自身特点影响沟渠及其邻近景观的生物多样性 Bn砌nsmim，2003 。通 Data 过研究英国一些人工沟渠中Red B00k RDB 3种淡水腹足类动物分布发现， et 沟渠水质、植被和人类活动对这些物种有重要

29、影响 Watson al，2004 。对C?,M et BRJDGESHII冱WICl江N沼泽的ODONATA研究发现 MiIlllal，2002 ，蜻蜓 目昆虫对沟渠的应用特别不同。新开挖的位置有很少岸边植被的遮蔽，区域雄性 和正在产卵的雌性昆虫尤其多;而凹槽密布的位置很少被成体使用。但是，有大 量淹水和浮水大型植物生长的沟渠比新开挖的或植被遮蔽性很差的位置支持更 多的幼体;而交替清除的沟渠加大了成体昆虫对沟渠的使用，也使其在保护区获 得繁殖成功。通过物种丰富度正在退化的草地沟岸的研究发现，高营养可能导致 and 物种入侵，由此降低物种多样性 TuckerAcFenlall(2000 。 人

30、工沟渠与水流、化学元素、生物及其生境的相互作用产生了水文效应，影 响了元素的生物地球化学循环及其生境。但是，人工沟渠生态环境效应的产生并 不是简单的两两叠加，而是物质流、信息流等多种流和多种沟渠生态系统交互作 用的结果。再加上人类和自然的干扰、系统的反馈机制、生物的放大效应和景观 的格局、过程和尺度效应，都可能对整体生态环境产生影响。人工沟渠通过改变 地表或地下水位影响元素的生物地球化学循环路径、速度和功效，由此影响土壤 性状和植物的生长发育，改变了整个区域的生态环境。例如，沟渠通过排水改善 了土壤内盐分循环，而长期不适灌溉会导致盐分积聚在土壤表面造成土壤盐渍 化;沟渠通过调控地表或地下水位改变其氧化还原环境，影响了元素的吸收和释 放能力，同时也促进或抑制了植物的生长;沟渠通过调控湿地水位影响其春季和 夏季土壤湿度的持续时间，而这个时期恰恰是农作物或湿地鸟类等的关键时期 尹澄清等，1995 ，因此利于湿地鸟类的保护。 不同结构的人工沟渠具有不同的功能 调节地表径流、滞留污染物和维持生 物多样等 ;不同结构的沟渠系统具有不同的汇集和向外扩散能流、物流与信息