海洋一所海洋生态研究中心滨海湿地保护修复科研活动

作者:记者郭松峤  来源:中国海洋报   发布时间:2017-11-03 09:31:55   [打印本页] [关闭窗口]

  无论是海边的柽柳、碱蓬、芦苇丛、红树林,还是海里的珊瑚礁、海草床,都属于滨海湿地。滨海湿地不仅可以为人类提供美丽的景观,还可以净化水质、调节气候,为鱼、虾、贝和鸟类等众多生物提供栖息的生境和迁徙驿站。当台风风暴潮等来临时,柽柳、红树林还是沿海的天然屏障,像“海岸卫士”一样守护着我们的城市。

  然而,受经济利益驱使和人为活动破坏等因素影响,近年来我国滨海湿地正面临着严重退化或消失的危险。对此,国家海洋局第一海洋研究所海洋生态研究中心在湿地保护和湿地修复上开展研究,并将相关科研成果应用到湿地修复、保护工作中,取得了令人瞩目的成效。

(科研人员正在海草床采集草种用于科研和修复)

  深秋的青岛绚丽多姿,记者走进海洋一所海洋生态研究中心进行采访。生态研究中心由两个国家海洋局重点实验室(国家海洋局海洋生态环境科学与工程重点实验室、国家海洋局海洋生物活性物质重点实验室)、两个青岛市重点实验室(青岛市海洋天然产物研究开发重点实验室、青岛市现代分析技术及中药标准化重点实验室)和1个基地(海洋天然产物中试基地)组成,该中心科学家平均年龄40岁。近年来,中心以应用技术为先导,重视基础与应用研究,鼓励自由探索和技术开发,承担并创新完成了北戴河滨海湿地生态修复项目、鳗草种子的萌发及其分子调控探索、海洋保护区理论与实践、滨海湿地固碳能力提升技术等4个滨海湿地修复专题(方向)的研究,效果良好,引起业内的普遍关注。

  北戴河滨海湿地修复:守护候鸟家园

  研究发现,目前世界上共有8条候鸟迁徙路线,其中北戴河是“东亚——澳大利亚”候鸟迁徙路线的重要通道,是我国乃至全球生态多样性保护链条上不可或缺的一环。近年来,作为候鸟迁徙栖息地的北戴河滨海湿地受到不同程度的损害,尤其是新河入海口附近,受损较为严重。在渤海19-3油田溢油事故发生后,滨海湿地覆被植物大面积减少,河口区入海污染物清除功能退化,候鸟栖息地萎缩,严重影响了滨海湿地生态系统重要功能的发挥。为此,海洋一所海洋生态研究中心郑立研究员课题组在国家海洋局蓬莱19-3油田溢油事故赔偿款的资助下,实施了北戴河滨海湿地生态修复工作,力争恢复湿地原有功能,为候鸟迁徙打造安全的驿站。

(改造后的生境吸引了反嘴鹬在条天垄上产蛋)

  “通过滨海湿地植被和微生物群落修复等重点工作,恢复该湿地原状或加快恢复受损湿地生态系统的结构和功能,促进石油烃污染物的降解。”郑立说,通过修复,可以有效改善滨海湿地生境,增加修复区内生物资源数量,从而为秦皇岛高效生态经济区建设提供服务和海洋生态保障。

  新河口湿地的植物群落为碱蓬—芦苇群落。郑立告诉记者,根据文献和实地考察,这个湿地土壤呈淤泥状,部分板结严重,含盐量高。植物优势种为盐地碱蓬,水道边缘伴生着芦苇,同时混生着少量水麦冬。除了溢油污染外,人为活动也是滨海湿地退化的原因。根据2015年卫星地图显示,原湿地东侧临潮处自然形成的堆土带被破坏,地形遭到改变,致使潮水在抵进堆土带时,没有阻挡直接进入湿地,潮汐在湿地形成了内循环,加之新河上游加装了橡胶坝,减弱了新河径流的淡水输入,海水开始倒灌进入湿地,使湿地土壤盐度增高,这也是湿地退化的重要原因之一。

  “一个中心点,二个蓄水区,三条主河道”是项目组湿地修复的地形设计思路。郑立解释,在修复区通过降高度形成两个蓄水区,疏通3条水道分别引入新河河水,促进湿地内水的循环,同时恢复原有堆土带,重新减弱海水的入侵,满足降低湿地土壤盐度这一核心要求。

北戴河滨海湿地(修复前)

北戴河滨海湿地(修复后)

  稳定的根际微生物群落结构可以保证生态系统微环境对污染物的去除效率,维护湿地环境的生态平衡,此项技术是项目组修复工作的一项全新尝试。“通过添加滨海湿地土著根际微生物,有助于污染物的降解,净化河口水质,也能促进退化区碱蓬植被的生长,并形成独特的自然景观。此外,碱蓬植被的恢复也有助于该区域微生物群落的稳定,添加的土著植物根际修复菌,在植物——微生物协调作用下,将大大增强该区域石油烃污染物的降解能力,加快实现湿地生态环境的自我恢复。”郑立说。

  地形整理、土壤降盐、碱蓬种植、微生物菌剂的制备及喷洒……截至目前,项目组完成了主要修复工作,湿地修复示范区面积110亩。通过对修复区域的评估调查,结果显示植被覆盖率从原来的30%增加到70%以上,植物种类以碱蓬、水麦冬和芦苇为主,湿地内部环境参数生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、石油烃等均达一类水质标准,生态环境明显改善。

  在社会效益方面,滨海湿地修复后将带动秦皇岛市滨海生态观光旅游业的发展。修复区具有自然观光、旅游、娱乐等功能,将作为北戴河典型的滨海湿地景观,形成红毯铺地、溪流穿行、海鸟点缀的自然生态景观。

  金秋十月,记者走进新河口滨海湿地,只见一大片红绿相间的碱蓬、芦苇、水麦冬焕发出勃勃生机,好似铺上了一层“红地毯”,吸引了不少候鸟在此栖息繁殖,大量游客前来观光游览……

  海草种子萌发研究:助力“蓝色海湾”工程

  海草种子萌发研究:助力“蓝色海湾”工程海草床是与红树林、珊瑚礁并称的重要海洋生态系统,具有固定营养物质、改善水质等生态效益。海草床生物多样性丰富,是海参、海胆、虾蟹、贝类和鱼类等经济生物资源的养护温床,也是海龟、儒艮等许多珍稀濒危生物赖以生存的栖息场所。

  鳗草又名大叶藻、大叶草,为多年生沉水草本植物,是我国北方重要的海草资源,曾广泛分布于我国渤、黄海海域。受海洋环境污染,围填海等人类活动的影响,鳗草分布范围逐渐萎缩,生态功能受到严重影响。

  针对鳗草海草床受损现状,海洋生态研究中心张学雷研究员课题组,在山东半岛桑沟湾海域开展了种子萌发相关理论与种子播种现场修复工作。

  张学雷团队首先在野外进行了种子萌发活动的周年跟踪观测工作。鳗草种子有休眠特性,大部分要到来年1月~4月份才能自然萌发,导致存活、萌发率低,能成苗长大的更是寥寥可数。其次,开展了降盐调控鳗草种子萌发的研究,发现低盐甚至淡水环境显著提高种子萌发率、缩短萌发时间。低盐环境诱导萌发后的种子适应、转入正常海水能发育为海草幼苗。在此基础上,开展了鳗草种子萌发的诱导技术探索研究和分子调控机制初步研究,以期为利用种子繁殖修复鳗草场提供理论和技术参考。

  在修复技术应用方面,团队还与山东农业大学合作,开发研制了海草种子播种机,申请了发明专利,并用于现场鳗草播种修复试验。

  通过上述工作,张学雷带领研究组建立了较为完备的鳗草种子人工促萌、幼苗培育、草场生境修复等方法体系,为我国北方海域海草床修复和“蓝色海湾”等生态修复项目提供了必要的理论与技术支持。

  海洋保护区选划:保护优先有限利用

  在世界范围内看,海洋保护区被证明是保护海洋生态系统的有效形式,是当今国际广泛采取的海洋生态保护措施。

  海洋生态研究中心张朝晖副研究员课题组是国内最早开展海洋保护区理论和实践研究的团队之一。课题组长期聚焦滨海湿地生态保护修复工作的理论与实践,围绕国家海洋局业务需求,践行“基于生态系统的海洋综合管理”理念,依据“存量优质化,增量高效化”的思路,借鉴国内外研究成果,加强滨海湿地保护区理论与实践研究,开展滨海湿地生态系统保护和修复工作,逐步形成特色,取得一系列成果。

  为推动海洋保护区相关工作,课题组自2014年起已连续3年组织全国海洋保护区/海洋公园培训研讨会,现已发展成为海洋保护区工作人员一年一度的交流盛会。

  作为技术支撑单位,课题组大力协助地方开展保护区能力建设、提升管理效能,编制了山东昌邑海洋生态国家级海洋保护区、莱阳五龙河口滨海湿地国家级海洋特别保护区等20余个保护区的总体规划。

  滨海湿地处于海陆两大生态系统交界之处,是公众了解海洋、亲近海洋的重要空间资源,课题组坚持“保护优先、有限使用”的基本原则,编制了江苏小洋口国家级海洋公园、辽宁凌海大凌河口国家级海洋公园等选划论证报告,侧重建立海洋生态保护与海洋旅游开发相协调的管理方式,鼓励在保护海洋生态功能的前提下,合理发挥特定区域的生态旅游功能,从而实现生态环境效益与经济社会效益的双赢。

  在保护选划的同时,张朝晖常在各类论坛上呼吁建立“滨海湿地网络”。“目的是通过互联互通,将各类独立的滨海湿地地区组成不同空间的相互合作、协同运作的集合体,从而实现单个滨海湿地无法达到的目标。”他说。

  除保护选划外,课题组还长期从事滨海湿地生态修复工程的研究。盐地碱蓬形成的红地毯景观是我国北方滨海滩涂湿地上一道靓丽的风景,是许多海鸟赖以栖息的重要生境,也是“南红北柳”湿地修复项目的重要内容。国内相关研究和实践较多,但滩涂水文改造的成本较高,是当前限制修复项目实施的重要因素,如何以较低成本实现滩涂湿地生态服务功能,成为摆在科研人员面前的一道难题。

  对此,2016年起,课题组与东营市海洋与渔业局展开合作,在垦利区现代渔业示范区海堤外的700亩高潮带滩涂开展试验研究,探索盐地碱蓬湿地修复的新模式,目前已取得初步成效。

  令课题组惊喜的是,修复区目前鸟类活动痕迹明显,水洼附近有大量脚印。在今年6月中下旬调查人员先后发现4处反嘴鹬巢,每巢产卵3枚。调查当天,调查人员接近繁殖区时,雄鸟起飞盘旋并鸣叫示警。这意味着通过修复,湿地生态有效改善,鸟类栖息地和迁徙通道得以初步恢复。

  滨海湿地固碳能力提升技术及应用:柽柳碳汇能力提升

  滨海湿地具有固碳的作用,在全球碳循环过程中扮演着重要角色。北方沿海的盐碱地大多属于规模较大的滨海湿地。如何才能更好的发挥其固碳能力?海洋生态研究中心主任、研究员王保栋课题组研究出全新方法——柽柳平茬复壮技术。

  “平茬复壮指对有萌蘖能力的乔木、灌木,砍除根茎以上部位全部枝条,使之重新萌发和健康生长的一种抚育措施。”王保栋介绍,利用柽柳萌蘖和分枝能力的生物学特点,定期平茬可促进柽柳快速生长,且越割越旺。

  课题组2012年~2016年在山东昌邑海洋生态保护区内滨海柽柳林湿地开展了柽柳平茬复壮实验和应用示范研究,令课题组惊奇的是,柽柳的固碳异常高,平茬柽柳总碳储量比平茬前提高了87%,成熟柽柳每年每平方米能固碳0.5公斤左右,是优质的碳汇林。

  王保栋表示,平茬技术促进了柽柳的更新复壮和快速生长,增加了柽柳地上的枝条的产量,极大提高了柽柳的生物量和固碳能力。此外,与栽种柽柳相比,该技术还具有操作简单、成本低的优势,每亩地仅需要几十元的成本。该项技术为“南红北柳”工程提供了有力科技支撑。

  此外,课题组还与河北省农林科学院滨海农业研究所、东营市海洋环境监测预报中心在黄河口退养还滩湿地进行植被修复和固碳能力提升研究。

  据悉,退养还滩湿地为滨海盐土区,土壤结构性差,容重较高,土壤盐分高达4.76%,与海水相当,超过植物生长的极限,植被覆盖率极低,其治理与修复是世界性难题。

  盐分是限制植被生长的主要因素,降盐淋盐是植被修复的前提条件。课题组经过多年努力,研发了以“降盐淋盐、改变湿地水文特征”为目标的土壤微地形改造模式,以植物耐盐性阈值为降盐目标的水盐调控技术和耐盐植被播种技术。2014年4月在黄河口退养还滩湿地开展了100亩的植被修复的应用示范,进行了土壤微地形改造,利用雨水淋盐,降低土壤盐分,栽植了耐盐植物盐地碱蓬、柽柳和芦苇。土壤的盐分降低至1%以下,植被成活率达70%以上,湿地固碳能力显著提高。

  回望过去,海洋生态研究中心砥砺奋进,勇于担当,敢于作为,以实际行动践行着习近平总书记关于“绿水青山就是金山银山”的重要发展理念,为守护滨海湿地默默付出。展望未来,中心将继续以习近平总书记系列讲话精神为指引,坚持人与自然和谐共生,努力提高科研水平,为建设海洋强国做出更大的贡献。