上海宏波工程咨询管理有限公司 上海青浦 201707
摘要：土壤沉积物是滨海湿地生态系统的重要组成部分。文章对目前常用的土壤改良技术类型的优缺点进行了对比，对不同类型技术的应用特点进行分析。分析认为，植物修复是滨岸湿地土壤改良中较为有效的方式，在上海地区有广泛的工程应用基础。论文在已有工程的基础上，初步探讨了上海地区圈围区植被恢复与土壤性质之间的相关关系，分析了植物修复在滨岸湿地土壤改良中的作用，以期为上海地区滨岸湿地的修复与人工湿地构建提供建议与技术参考。
关键词：滨岸湿地、土壤基底、改良、植物修复、种青
1引言
土壤沉积物在滨岸湿地生态系统中起到重要的作用。一方面，滨岸湿地是净化陆源污染物削减其入海通量的一道天然屏障，土壤作为滨岸湿地生态系统中氮、磷营养盐的主要归宿场所之一，在营养状况的控制和氮、磷循环过程中扮演着十分重要的角色[1]。研究表明，河口沉积物是氮的有效汇库，通常可清除20%~60%的陆源氮负荷[1]。另一方面，滨岸湿地植物是全球陆海物质循环和能量交换的重要环节，在全球生态系统平衡中占有十分重要的地位，有植被覆盖的滨岸系统净化能力远远高于无植被覆盖的系统[2]。
近年来，城市化、施肥、引水、水库修建、滩涂围垦等人类活动以及大尺度全球变化，对滨岸湿地的泥沙冲淤、沉积地貌、生态环境等产生了一系列的影响。这些改变不仅会对土壤沉积物的分布状况产生影响，沉积物中营养盐的循环方式也可能随之发生改变，从而降低了湿地对污染物的截留去除能力。
滨岸湿地土壤改良通过采取工程措施，维护基质的稳定性，提升土壤沉积物中营养物质含量，促进滨岸带植物的有效恢复，湿地面积稳定增加及生态服务功能的提高。
2土壤改良技术类型及应用
不同的修复方式应用的湿地类型有一定区别。物理方式目前主要应用于去除内陆水体底泥污染，化学方式主要应用于小型湿地，微生物修复应用于局部湿地底泥污染的修复。其中，物理方法及化学方法由于成本高、容易造成二次污染等原因，主要应用于小型湿地或湿地局部区域的改良。目前无论在国内还是国际上，植物修复是湿地土壤改良的重点方式，同时也是最有效的修复方式。植物修复多针对自然退化湿地，如黄河三角洲、长江三角洲等自然退化滨海湿地均是以植物修复为主要修复手段。
表1土壤改良技术优缺点分析
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3种青在滨岸湿地土壤改良中的应用
种青指在潮滩不同高程种植芦苇、海三棱藨草等植被，利用植物群落“消浪缓流”降低挟沙力，促使泥沙落淤，加速滩地淤涨发展，属于植物修复的一种方式[3]。利用生物促进滩面淤涨方法具有投资少、实施简便的优点，此外，植物种植后在改良沉积物性质，改善生态环境等方面有显著优点，在工程中得到普遍的肯定和广泛的采用。
根据长江口植被调查数据：芦苇分布在中高潮带，3.0m以上高程芦苇生长良好；藨草在潮间带分布的高程通常是1.5～3.5m，最适生长地段的高程在2～3m，在3.5m以上的滩涂上，藨草不能与芦苇竞争，在滩涂高程1.5m以下的地段，潮水冲击力大，水淹时间长，光照时间相对较少，以至于藨草难以定居和生存[11]。因此，上海地区种青设计充分利用芦苇、海三棱藨草生命力强，根系较发达，易连串生长等繁殖特性，尽可能利用自然扩散增长能力。在中高滩采用移栽法种植，中低滩需选择合适区位，可以通过营养钵法等方式进行探索性种植。4月下旬开始移栽芦苇，5月中旬开始移栽海三棱藨草，以后根据植物成活状况进行补种。
4上海地区圈围区湿地土壤/沉积物分布特征研究
为探讨植物修复对湿地土壤的影响，采样于2019年9月进行，采样地点位于上海市奉贤区、南汇东滩、横沙岛、长兴岛等。研究区已进行大规模的圈围活动，因此采样均在已圈围区进行。已圈围区位于高潮滩，选择淤泥、芦苇湿地、互花米草湿地、苔草湿地、海三棱藨草湿地等不同类型湿地表层5cm底泥，测定TOC、TN、TP含量，观测植物种植对土壤性质的影响。
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图1采样照片
采样结果显示，不同区域淤泥TOC、TN、TP分布较集中，TOC含量0.49%~0.71%之间，TN含量在0.65~0.97g/kg之间，TP含量在0.61~0.77g/kg。
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图2圈围湿地TOC含量分布
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图3圈围湿地TN、TP含量分布
不同植物湿地土壤TOC、TN、TP含量差异较大，TOC含量在0.22%~1.86%之间，TN含量在0.11~1.47g/kg之间，TP含量在0.48~0.81g/kg。TOC、TN最高值均出现在青草沙芦苇湿地，这与芦苇湿地生产力较高，湿地芦苇建群时间长有关，TP最高值出现在横沙苔草湿地。TOC、TP最低值出现在南汇海三棱藨草湿地，海三棱藨草为长江口盐沼植被的先锋物种，其生产力较低，单位面积生物量仅为互花米草和芦苇群落的25%，因此，其底质中C、N储量水平较低。TN最低值出现在南汇互花米草湿地，可能与湿地底质较粗、湿地形成年份较短有关系。因此，土壤结构组成所受影响因素较复杂，可能与植物种类、沉积物粒度、高程、湿地圈围年份及方式等综合因素有关。本研究目前收集的样本数量有限，需结合更多文献数据及长期的监测进行深入研究。
5结论与讨论
植物种青是人工生态促淤的主要措施，主要是利用滩涂植物的消波纳潮、缓流促淤、地基固结等多重作用[4]。滩涂植物的摩阻作用加速了向岸边传播的波浪能量的损耗，在植物生长茂密的滩涂，当植物冠顶未被淹没时水面非常平静，几乎没波动；植物对底层流速具有较大的滞缓效应，其茎叶对悬浮细颗粒泥沙具有黏附作用，缓流使水体挟沙能力降低，因而能加速泥沙沉积，同时水深的减少进一步加快了波浪能量的耗损；植物具有密集交错的地下根茎系统，对土壤具有较强的固结作用，大大提高了滩涂的抗冲能力，故有植物的滩涂淤积速度远远高于光滩的淤积速度[11]。20世纪70年代后期和80年代南汇东滩在高潮位浅滩采用种植芦苇，中潮位附近播种秧草，据实测数据显示+3.0m高程芦苇滩年淤积厚度0.33m，+2.5m高程藨草滩年淤积厚度0.21m[3]。崇明东北岸边滩芦苇滩年淤积厚度0.2～0.3m；90年代中期九段沙种青促淤观测表明，年淤积厚度0.3m[3]。可见，中高潮滩种青将水体中的泥沙拦截加速滩地淤涨效果明显[3]。
滨岸湿地的盐沼植物由于具有很高的生产力而在整个生态系统生源物质循环和对营养物质的截留功能中起着十分重要的作用[5]。通常有植物生长湿地对磷的去除率高于无植物生长的湿地。研究发现，滨岸湿地植物海三棱藨草可以通过根系对磷的吸收和自身有机质降解干扰磷素的正常累积和迁移，并在土壤中形成了明显的水平和垂直的浓度梯度分布[6]。芦苇湿地对TP的截留量为26kg.hm-2.a-1，互花米草和光滩的截留量则分别为36.754kg.hm-2.a-1和0.042kg.hm-2.a-1。
盐沼植被对土壤全氮储量分布起着重要作用[7]。中、高潮滩具有较长的成滩历史，经历过相对于低潮滩更长时间的沉积作用。同时，高潮滩植被也经过长时间演替由先锋物种海三棱藨草演替为目前的优势物种芦苇，其生物量长期积累，因此以芦苇群落为主体的高潮滩土壤全氮储量高于其他潮滩带[8]。而互花米草作为外来物种，其植被的净光合速率、叶面积指数和生产力都高于本土植被[9]（，使得互花米草区（中潮滩）比海三棱藨草区（低潮滩）及无植被生长的光滩区具有更高的生物量和氮转化能力，因此，以互花米草群落为主的中潮滩区域土壤全氮储量相对较高[10]。海三棱藨草群落位于低潮滩区域，作为长江口盐沼植被的先锋物种，其生产力较低且受外源沉积物影响较大，所以其土壤氮储量略高于光滩区[7]。
湿地植物具有很高的净初级生产力和固定大气中的能力，成为抑制大气升高的碳汇，湿地植被碳储量正是其碳汇功能大小的保障，在全球碳循环中占有重要地位。芦苇、互花米草和海三棱藨草3种植物年固碳能力分别为1877、1855和274.1g·（m2·a）-1，分别是中国陆地植被平均固碳能力［494g·（m2·a）-1］的380%、376%和55.5%，以及全球植被平均固碳能力［405g·（m2·a）-1］的463%、458%和67.7%[12]。
综上，在上海地区，以种青为代表的植物修复技术对滨岸湿地土壤有很好的改良效果，是适用于滨岸湿地土壤改良的核心技术之一。
参考文献：
[1]，刘杰，长江口潮滩无机氮界面交换研究，[J]华东师范大学，2006.
[2]，吉晓强，崇明东滩水沙输移及植被影响分析，[J]华东师范大学，2008.
[3]，李九发，戴志军，应铭，上海市沿海滩涂土地资源圈围与潮滩发育演变分析，[J]自然资源学报，2007.
[4]，卢干利，长江口滩涂区域生物促淤护滩工程试验研究，[J]中国水运，2019.
[5]，邵学新，吴明，杭州湾潮滩湿地磷素截留效应研究，[C]第五届中国湖泊论坛论文集，2015.
[6]，邵学新，潮滩湿地植物对磷素迁移转化及截留的影响机制研究，[J]浙江大学，2014.
[7]，陈怀璞，张天雨，葛振鸣，崇明东滩盐沼湿地土壤碳氮储量分布特征，[D]生态与农村环境学报，2017.
[8]，葛振鸣，王天厚，施文或，崇明东滩围垦堤内植被快速次生演替特征，[J]应用生态学报，2005.
[9]，邓自发，安树青，智颖飙，外来种互花米草入侵模式与爆发机制，[J]生态学报，2006.
[10]，张利权，雍学葵，海三棱藨草种群的物候与分布格局研究，[J]植物生态学与地植物学学报，1992.
[11]，赵金梅，浅谈植物促淤在滩涂开发与可续发展中的实际应用-以2019年度上海滩涂生物种青工程为例，[J]现代园艺，2019.
[12]，邵学新，李文华，吴明，杭州湾潮滩湿地3种优势植物碳氮磷储量特征研究，[J]环境科学，2013.