长江口生态修复模型的初步研究.docx

1、长江口生态修复模型的初步研究长江口生态修复模型的初步研究水产与生命学院 02班 赵开彬 M120110236一 背景：长江口构型独特。平面上呈喇叭形，窄口端江面宽度5.8公里，宽口江面宽度90公里。60007000年前，长江河口为一溺谷型河口湾，湾顶在镇江、扬州一带。近2000多年来河口南岸边滩平均以40年1公里的速度向海推进，北岸有沙岛相继并岸,口门宽度从180公里束狭到90公里,河槽成形加深，主槽南偏，逐渐演变成一个多级分汊的三角洲河口。长江口水域是上海市重要水源地，同时兼具工农业取水、通航、纳污、围垦、生态等多种功能，长江口已成为上海市建设世界级城市的重要支撑之一，其水资源的开发、利用和

2、保护已成为人们关注的焦点。长江口不仅是多种生物周年性溯河和降河洄游的必经通道，也是亚太候鸟迁徙的主要驿站。近几年出现了将大量滩涂湿地转为城市建设用地的现象，不利于长江口湿地生态系统的保护，如何有序开发长江口滩涂资源，合理保护长江口湿地，对于维持长江口地区生态环境和经济的协调发展有着重大的意义。2 1842年开始有水深测量图。1915年进行了首次水文测验。1958年开展了上自江阴下至口外海滨的大规模水文泥沙测验。1971年以来，围绕长江河口的治理，对河口区的水文、泥沙、沉积、河床演变及工程措施开展了系统深入的研究，并做了模型试验和试验性工程。潮汐在口外为正规半日潮，在口内为不正规半日潮。南支潮差

3、由口门往里递减，口门附近的多年平均潮差为2.66米，最大潮差4.62米，属于中等强度（平均潮差为24米）的潮汐河口。北支潮差较南支稍大。潮流在口内为往复流，出口门后向旋转流过渡，旋转方向为顺时针向。通过口门的进潮量枯季小潮为13亿立方米，洪季大潮时达53亿立方米。长江冲淡水的影响最远可达济州岛附近。枯季盐水入侵一般可至南北支分汊口。盐淡水混合北支为垂向均匀混合型，在南支口门附近枯季大潮出现垂向均匀混合型、洪峰流量大又遇特小潮差时出现高度成层型外，全部及部分混合型出现机率最多。南槽、北槽和北港下段存在上层净流向海，下层净流向陆的河口环流。滞流点附近有最大浑浊带。洪季小潮时常有浮泥出现，航道拦门沙

4、与洪季滞流点位置吻合。长江口外流系有台湾暖流、江浙沿岸流和苏北沿岸流。夏季,台湾暖流增强,苏北沿岸流减弱，长江冲淡水在口门附近先顺汊道方向流向东南,约在东经12230右转向东北或东。冬季，台湾暖流减弱，苏北沿岸流增强，长江冲淡水沿岸南下，成为江浙沿岸流的主要组成部分（见东海）。南港实测最大波高3.2米,向口外海滨波高逐渐增大，曾测得6米波高记录。徐六泾以下,河槽有规律分汊。在科氏力作用下,长江河口存在明显的落潮流偏南、涨潮流偏北的流路分异现象。在涨落潮流路之间的缓流区，泥沙容易淤积形成水下沙洲、沙岛，促使水道分汊。在徐六泾以下被崇明岛分为南支和北支，南支在浏河口以下被长兴岛和横沙岛分为南港和北

5、港，南港在横沙以下被九段沙分为南槽和北槽，从而形成三级分汊四口入海的形势。 在径流与潮流两股强劲动力作用下，河口段河床冲淤多变，主槽摆动频繁。18世纪中叶长江主流重归南支后，北支已日益淤浅，永隆沙至青龙港河段有涌潮，水、沙、盐由北支上口向南支倒灌，但北支在洪季仍偶有泄水、泄沙现象。崇明岛历史上南坍北涨，现在有向苏北并岸的趋势。长江径流基本上由南支排泄，南支河面宽阔，多水下沙洲，河槽演变复杂，目前正处于强烈变化阶段。南港与北港，南槽与北槽的主次关系很易更替。1842年南港为上海港的通海航道。1870年后因南港水深恶化辟北港为主航道，1927年北港上口淤浅，通海航道又改走南港。1958年后北港的分

6、流量已大于南港。四条入海汊道均存在航道拦门沙，其滩顶水深除北支外，一般在 6米左右，比较稳定。在径流、潮流和盐淡水异重流作用下，有洪季淤、枯季冲，小潮淤、大潮冲的变化规律。南槽浅滩是长江河口最大的航道拦门沙，水深不足7米的滩长25公里左右,不足10米的滩长达60余公里，成为入海航道的天然障碍。在口外，有水下三角洲,面积约1万多平方公里。其上端为拦门沙滩顶，下界水深约3050米，北面与苏北浅滩相接，南面越大戢、小戢叠覆在杭州湾的平缓海底之上。水下三角洲沉积物主要来自长江，但也与苏北海岸和杭州湾存在着泥沙交换。长江河口港埠众多。中国最大的海港上海港扼长江咽喉。年吞吐量1982年近9000万吨。19

7、75年，通海航道水深已浚深到7米。每年入海离子径流量为14823万吨，占全国入海总离子径流量的43。大量营养物质输入海，使长江河口及其邻近海域形成中国最大的渔场。河口土地资源潜力很大。据1978年测图量计，在南北支分汊口以下，零米等深线以上的滩地面积有779平方公里，2米以上的有1239平方公里,5米以上的有2833平方公里。据统计，近30年来，仅上海市就围垦了约80万亩土地。长江口 - 长江口渔场 所在海区：东海北部位于长江口外，北接吕泗渔场，其范围为31003200N,12500E以西海区，面积约为10000平方海里。物理环境：水温年平均表层为1618.7，盐度年平均表层为12.832.5

8、，水深245米。水文环境：有长江、钱塘江两大江河的冲淡水注入，东边有黑潮暖流通过，北侧有苏北沿岸水和黄海冷水团南伸，南面有台湾暖流北进,沿海有舟山群岛众系的岛屿分布，营养盐类丰富,有利于饵料生物的繁衍。游泳生物：长江口渔场以1997年10月调查为例，游泳生物61种，小黄鱼占25.09%，龙头鱼占13.18%，银鲳占13.11%，带鱼占12.40%，灰鲳5.98%浮游动物：长江口渔场以1997年10月调查为例，浮游动物共有140种，精致真刺水蚤占34.387%，双生水母占5.697%，长尾类幼体占5.557%，长刺小厚壳水蚤占4.927%，帽形真哲水蚤占4.07%浮游植物：长江口渔场以1999年

9、7月调查为例：共有26种浮游植物，细长翼根管藻占96.25%，三角角藻占1.21%，纺锤角藻占0.61%，具槽直链藻占0.51%，洛氏角毛藻占0.4%底栖生物：长江口渔场以1997年10月调查为例，底栖生物85种，不等亮毛蚶占70.47%，海葵占7.52%，齿腕拟盲蟹占3.37%，胀毛蚶占2.10%，日本角吻沙蚕占1.84%。渔业生产：主要捕捞对象 带鱼、小黄鱼、大黄鱼、绿鳍马面鲀、白姑鱼、鲳鱼、鳓鱼、蓝点马鲛、鲐鱼、鲹鱼、海蜇、乌贼、太平洋褶柔鱼、梭子蟹、细点圆趾蟹和虾类等 主要渔期：410月 底形底质：底质粉砂、砂 渔场性质：东海带鱼主要产卵场之一，夏秋季鲐、鲹等中上层鱼类成鱼和幼主要索饵

10、场，是底拖网作业的良好区域,成为全国最著名的渔场。该海区重要的作业类型还有灯光围网,流刺网和帆张网等。二 模型：1发展史：欧美国家早在20世纪70年代就提出生态修复的理念并将之应用于受损的水环境,以保持和恢复湖泊、河流、湿地等水环境的生物完整性,改善和促进系统功能的正常发挥。随着修复技术研究的深入,这一理念逐渐渗透到受损的陆地生态系统,如废弃农田的修复 1 、废弃矿场的修复 2 等。例如欧洲诸国和日本在过去的20年间,通过恢复河流或湖泊原有的形态及周边植物群落来修复受损的水生态系统 325 ; 再如德国在过去的50年间通过种植松树,利用松树根系的自然根菌系统来改良废弃矿场的酸性高盐度土壤,在森

11、林化的同时,土壤,植物,微生物和营养盐的循环等诸多生态因素的相互联系与作用逐渐被恢复 2 。这些生态修复立足于生态系统的自然恢复能力,所进行的人工干预主要集中在环境和植被,尽可能减少或去除人为的干扰,只对极为不利的环境因素加以人工干预。对于整个生态系统而言,环境是动植物赖以生存繁衍的自然条件,同时植被不仅通过保持水土、调节气候等功能影响着环境因素的稳定性,同时又为微生物和动物提供了觅食和栖息场所。因此,生境和植被的恢复是生态系统本底条件的恢复,即生态修复的第一步。与欧美国家不同,我国快速的人口增长和经济发展导致了生态系统的严重退化。以水生态系统为例,我国75%的湖泊, 90%的河流和50%的地

12、下水都受到不同程度的污染 4 ,这一现实决定了污染治理中人工干预的力度必然较大。然而,随着生态系统的功能逐渐被认识,污染治理已经从以往的化工型单元操作走向了生态型治理,如各种组合生态塘被大量地研究和应用于城市污水处理中 6 ,将污染物的处理纳入生态系统的物质循环之中成为环境治理的新趋势。同时,生态修复也逐渐被大量应用于国内水环境的治理之中,如天津七里海 7 、太湖 8 、洞庭湖 9 等。其中,大多数研究都是通过利用水生植物来吸收水体中过量的营养盐,以此降低水体富营养化。目前,湖滨带植被群落对面源污染的截流和吸收作用受到越来越多学者的关注。然而,通过修复受损生态系统的结构进行态修复的事例还不多见

13、,文章将介绍长江口水生生态修复的最新理论和成果。2 模型介绍： 由于得天独厚的地理优势,长江口地区自古就是人类集居和发展的地方,人类经济活动如渔业捕捞、滩涂围垦等都不可避免地会给河口生态系统造成一定的影响。因此,从可持续发展的战略角度出发,在大力开展经济建设的同时应考虑对受损的河口生态进行修复。基于这个认识,从2001年起中国水产科学研究院东海水产研究所先后在长江口进行了中华鲟幼鱼、中华绒螯蟹、底栖生物的增殖放流,旨在通过生物的人工增殖移植来恢复长江口地区的生物多样性和生态系统的结构。下面就以2002年和2004年在长江口南北导堤进行的底栖动物试验性放流为例,探讨如何对深水航道建设中遭到破坏的

14、底栖生物群落加以修复 18,19 。修复生态系统的关键在于生态系统结构的恢复。对受损的生态系统而言,选取适应退化生境的物种并合理配置生态结构和层次,建立稳定健康的生态系统结构将是修复的主要指导思想。在长江口的生态修复中,选取了双壳贝类牡蛎作为重建生态系统结构的关键物种。在河口生态系统中,牡蛎扮演着十分重要的生态功能,主要有以下3 个方面。( 1)水体净化功能:作为滤食性底栖动物,牡蛎能有效降低河口水体中的悬浮物、营养盐及藻类,并能在其软组织中累积大量的重金属离子 18, 19 ; (2)栖息地功能:牡蛎礁是具有较高生物多样性的海洋生境,它为许多底栖动物和鱼类提供了良好的栖息与摄食场所; (3)

15、能量耦合功能:牡蛎能将水体中大量颗粒物输入到沉积物表面, 支持着底栖碎屑生产 18, 19 。2002年和2004 年,在长江口南北导堤及其附近水域进行了巨牡蛎的增殖放流(图1) ,并已取得初步成效 11215 。为检验巨牡蛎放流试验效果,分别于2004年4月、2004年9月、2005年6月对长江口导堤及附近水域的牡蛎种群、生态系统进行了跟踪监测。表1显示了放流后牡蛎种群数量和附近水域底泥内底栖动物的变化。可以发现,巨牡蛎密度和生物量均呈指数增长;同时,放流后,长江口导堤附近水域底栖动物物种数、密度和生物量均有所增加。因此,牡蛎增殖放流极大地增加了长江口牡蛎种群的数量,改善了导堤附近水域生态系

16、统结构与功能,已将航道工程中的南北导堤逐步建成一个长达147 km、面积达75 km2的自然牡蛎礁生态系统,开创了国内河口生态修复工程的先河。3 模型结果：,研究发现,巨牡蛎对重金属具有很强的生物富集能力(表2) 。各种重金属的BCFs (Bio2Concentration Factors,生物富集因子)之间差异较大,其变化范围为102 104 ,其中Cu、Zn、Cd 的BCFs较大, 而Hg的BCFs最小。BSAFs (Biota2Sediment Accumulation Factors,生物/沉积物富集因子)结果表明,牡蛎体内Cu、Zn、Cd和As的含量分别是沉积物的27、23、17和1

17、1倍,但其体内的Pb和Hg含量相对于沉积物并未表现出富集。综合分析来看,巨牡蛎对Cu、Zn和Cd的富集能力较强,对6种重金属平均富集能力的大小顺序为: Cu Zn Cd As Pb Hg。结果表明,巨牡蛎对Cu、Zn和Cd的富集能力较强,其BCFs分别为( 14. 28 2. 41 ) 103、(12. 75 2. 02) 103和( 14. 51 3. 71 ) 103 ,Cu、Zn 和Cd 的BSAFs分别为26. 78 4. 53、23. 24 3. 69和16. 62 4. 25,巨牡蛎对6种重金属富集能力的大小顺序为: Cu Zn Cd As PbHg。经估算,整个长江口导堤巨牡蛎的

18、现存量约为106. 5万t,鲜肉约为17. 5万t,其对养分、重金属的累积量分别为: N 1 462 103 kg、P 100 103 kg、Cu 24 745 kg、Zn 58 257 kg、Pb 609kg、Cd 254 kg、Hg 0. 18 kg、As 329 kg。经评估,长江口导堤巨牡蛎去除营养盐和重金属所产生的环境效益价值约为317万元t/年,等同于净化河流污水731万t/年,相当于一个日处能力约为2万t的大型城市污水处理厂;巨牡蛎提供的栖息地价值约为510万元/年,合计生态服务价值约为827万元/年。4优缺点：生态修复旨在通过重建生态系统的结构来恢复其原有的生态功能。随着污染加

19、剧、过度捕捞和大型工程的建设,长江口的水生生态系统已呈现出全面退化状态,尤其是赤潮的频发和饵料生物的显著降低,严重破坏了长江口生态系统的结构和功能。为此先后进行4次大规模的长江口生态修复工程,包括3080尾特大规格的中华鲟、2.5万只中华绒螯蟹成体等的增殖放流,其中,2002年和2004年进行了长江口导堤底栖生物的生态修复工程。近年来的监测结果显示,长江口生态修复工程极大地增加了长江口导堤及附近水域底栖动物的密度和生物量,丰富水生生物多样性,并每年提供817万元的生态服务价值,相当于一个投资规模约为2万t的大型城市污水处理厂。三 作用意义：结合长江口深水航道工程开展河口地区的生态修复,为经济高

20、速发展下的生态保育修复工作提供了一个新的思路。但是生态系统的复杂性决定了修复工作的长期性和艰巨性。尤其是在当前,国家加大对海洋生物资源的保护和修复力度下,许多渔业部门都也在开展鱼苗放流工作。如何将有限的资金发挥出最大的生态效应是值得海洋科学研究者们深思的问题除了谨慎地选取放流种群之外,还应深入细致地研究放流后,恢复物种与退化环境之间的相互作用及受损生态结构与功能随时间的动态变化。由于河口地区与湖泊相比具有较大的开放性,因此短期内局部生态系统的变化可能难以在整体上有所表现。为此,上述研究可以先在一个相对封闭的人工系统中进行并建立修复模型,以此预测生态系统可能的变化并与长期监测的结果加以比较分析,

21、从而为河口地区这类开放性生态系统修复提供理论基础和决策依据。参考文献 1 R ITTER N P, UPTA IN C E, LA IR K D, et a .l From we tland to agr iculture to upland: La rg e􀀁scale resto ration of re tired ag r icu lture lands in the San Joaquin V a lley, Ca lifornia C / / SER􀀁 s 16th Annual Internationa lConfe rence. V icto

22、r ia, B. C. , 2004. 2 H􀀁TTL R E, WEBER E. F orest eco system deve lopment in po stm ininglandscapes: a ca se study of the Lusatian lign ite distr ict J. Naturw issenschaften, 2001, 88: 322􀀁329. 3 姜德文. 荷兰等欧洲国家生态修复所思所见 J. 中国水土保持, 2004( 5) : 45. 4 张维昊, 张锡辉, 肖邦定. 内陆水环境修复技术进展 J. 上海环境科学,

23、 2003, 22( 11) : 811816. 5 WASHITAN I I. P lant conse rvation ecology for managemen t& resto ration of riparian habita ts o f low land Japan J. Pollution Ecology,2001, 43:189􀀁195. 6 王宝贞, 王琳. 水污染治理新技术􀀁􀀁 􀀁 新工艺、新概念、新理论 J .北京: 科学出版社, 2004. 7 吕绍生. 七里海湿地的生态修复 J. 城市环境与城市

24、生态, 2003,16( 5): 4547. 8 陈荷生. 太湖生态修复治理工程 J. 长江流域资源与环境, 2001, 10( 2): 173􀀁178. 9 欧伏平, 黄艳芳, 田琪, 等. 洞庭湖区内湖生态环境现状及修对策 J. 内陆水产, 2003, 28( 12): 36􀀁38. 10 陆健健. 河口生态学M . 北京: 海洋出版社, 2003. 11 陈亚瞿, 叶维均, 徐兆礼, 等. 长江口滨海湿地生态特征及生态修复M / /汪松年. 上海湿地利用和保护. 上海: 上海科学技术出版社,2005: 115􀀁121. 12 陈亚瞿,

25、 李春鞠, 徐兆礼, 等. 长江口生态修复M / /汪松年. 上海市水生态修复的调查研究. 上海: 上海科学技术出版社, 2005: 129134. 13 陈亚瞿, 金镠, 谈泽炜. 长江口生态系统生物修复工程二底栖动物的增殖放流 C / /韦鹤平, 汪松年, 洪浩. 海峡两岸水资源与水环境保护论坛. 西安: 陕西人民出版社, 2003: 241245. 14 陈亚瞿. 长江口滨海湿地的生态特征及修复M / / 汪松年. 上海湿地的开发利用保护. 上海: 上海科学技术出版社, 2003: 115121. 15 陈亚瞿. 长江口水生态修复的理论与实践M / /上海水利学会. 人与自然和谐发展的水

26、环境治理理论与实践. 北京: 中国水利水电出版社, 2005: 302306. 16 郑元甲, 陈雪忠, 程家骅, 等. 东海大陆架生物资源与环境M . 上海:上海科学技术出版社, 2003. 17 国峰. 长江口湿地生态资源利用现状及其保护 C / /韦鹤平, 汪松年, 洪􀀁 浩. 海峡两岸水资源暨环境保护上海论坛论文集. 西安: 陕西人民出版社, 2002: 278􀀁283. 18 全为民, 张锦平, 平先隐, 等. 巨牡蛎( Cras sos tr ea sp. ) 对河口环境的净化功能及其生态服务价值评估 J . 应用生态学报, 2007, 18( 4) :871876. 19 全为民, 沈新强, 罗民波, 等. 河口地区牡蛎礁的生态功能及恢复措施 J . 生态学杂志, 2006, 25( 10) : 12341239.【作者简介】陈亚瞿( 1938 ), 男, 研究员, 教授, 主要从事河口生态学研究。( 20070410收稿; 20070415修回)