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海洋恢复生态学
1.5.5.6.2 二、 技术方法
二、 技术方法

(一)资源环境特征调查技术方法

利用实地调查、遥感测量以及文献资料查找等手段对海岛的自然状况,包括地理、土壤、水文、气候及动植物种群数量与分布等进行调查。

1.海岛基本信息调查

可采用现场测量、取样、拍照、摄像等方式记录下海岛的基本信息,也可以通过卫星遥感等获取相关信息。

2.自然资源和环境调查

包括土壤调查、植被物种调查、植被群落样地调查、植物资源综合调查以及岛陆动物、潮间带生物和岛基底栖藻类和底栖动物调查等。调查方法主要包括目视鉴别法及样地法。

3.海岛生态破坏区调查

采用现场拍照、摄像和笔记的方式记录下海岛生态破坏区域的影像和文字资料。也可采用地形图调绘,航片判读、地形图与实地调查相结合的方法进行调查(毋瑾超等,2013)。

(二)海岛开发利用现状调查

即调查海岛上土地利用情况、电力系统、水利设施等开发状况。

(三)确定恢复目标

根据海岛调查结果,针对具体问题,明确需要重点恢复的区域,并确定适宜的恢复目标。

(四)工程设计与修复技术方法

工程修复技术方法包括岛陆护坡,海岛沙滩修复、人造梯度湿地等。

1.岛陆护坡工程

传统的岛陆护坡工程主要考虑的是工程结构的安全性及耐久性,多采用砌石、混凝土或钢筋混凝土等硬材料,隔断了水域生态系统和陆地生态系统的联系,海洋生物栖息地减少,同时导致周边水域污染,其生态过程遭到破坏等一系列问题。如今岛陆护坡工程技术方式有很大的改进,如绿化混凝土、植草三维土工网、三维植被网、金属线材填石六角格宾网等,一定程度上解决了传统岛路护坡存在的问题(唐伟等,2013;图13-18)。

图13-18 岛陆护坡工程

2.潮间带工程修复技术

海岛潮间带有岩礁、泥滩和沙滩等不同类型,针对各自特点,可以通过人工鱼礁、人造沙滩、人工导流堤、人工海藻场等工程修复技术恢复岛屿潮间带(廖连招,2013)。

3.连岛坝工程整治技术

连岛坝是为了交通方便而建造的陆连岛或岛连岛的连岛坝,但其影响坝体两侧水体交换,对生态环境产生不良影响。连岛坝工程整治包括全部拆除工程和部分拆除工程。

部分拆除工程主要包括以下几个步骤:考察并选择适当的拆除部分;选择对环境伤害最小的拆除方式;拆除后及时清理场地;对拆除后的生态环境进行评估。

全部拆除工程主要包括以下步骤:从各个方面对拆除的必要性进行考虑;选择合适的拆除方式;彻底拆除坝体,避免残留;清理场地;监测评估拆除后环境变化。

4.海岸防护技术

可根据自然条件采取以下四种结构保护海岸免遭破坏。

(1)丁坝。适用于沿岸输沙为主,且主要为单向输沙的海岸(图13-19)。

图13-19 丁坝示意图

(2)离岸堤。适用于横向输沙为主的海岸,也可拦截沿岸输沙(图13-20)。

图13-20 岸堤示意图

(3)海滩捕沙。适用于横向泥沙运动的岸滩,不能用于沿岸输沙海岸。

(4)护岸。护岸不宜单独使用,而要与其他工程方法结合使用(图13-21和图13-22)。

图13-21 护岸示意图

图13-22 水泥仿木护岸桩示意图

5.固体废弃物处理技术

(1)固体废弃物收集:对废弃物进行分级分类,并根据不同分类分别进行处理。有居民海岛可根据面积大小采取上门收集和定点收集的方式,并及时对街道等进行清扫。海面废弃物可用打捞船收集并存放。

(2)固体废弃物的处理:废纸、玻璃等制品属于可回收废弃物,可进行回收利用。不能回收利用的废弃物可打包转运至大陆处理,也可采用微生物降解或卫生填埋的方式处理。焚烧是传统的处理方法,可在垃圾焚烧炉中进行,但该方法可能对环境产生更大的污染,一般不采用。排泄物可用微生物降解处理。

6.海岛土壤改造技术

土壤改造主要针对盐碱化、沙化及水土流失严重的土壤。

(1)人工干预技术。用于表层土壤修复,如建造人工梯田、挡水墙、挡风栅栏等。

(2)施肥。施肥可补充土壤中的营养成分,促进植物的生长。肥料包括有机肥和无机肥,一般两者搭配使用。根据不同的土壤条件采取合理的施肥方式,包括散施肥法(均匀施肥)和泥球施肥法(集中施肥),控制用量,改善土壤条件。

(3)动物改良技术。引进土壤动物,改变土壤的结构。例如,引进蚯蚓,可疏松土壤、分解污染物,其粪便还可作为土壤肥料。

(4)植被种植。植被可改善土壤性质,具有保水固氮等作用。

7.水污染处理技术

水污染主要包括生活污水、工业废水及行船油污等。

(1)物理法。①沉淀法:适用于固体污染,固体污染物沉降后与水分离。②格栅法:使用金属栅条制成框架,以60°~70°的倾角置于废水流经区域,可用于截留块状污染物。

(2)生物法。即用好氧微生物、兼性微生物和厌氧微生物对污染物或氮、磷等物质进行分解。也可种植植物吸收富营养化水体中的氮、磷。

(五)植物物种选择

由于海岛具有海风大、土壤盐碱度高、水分缺乏、土壤贫瘠等特点,因此在选择树种时需要特别考虑这几点因素。根据不同的土壤和气候条件选择合适的树种,一般选择本地树种,适当引进外来树种,以乔木和灌木为主,多种树种混合种植,营造不同层次的植被景观。

(六)植被恢复技术方法

针对不同自然条件的海岛,植被恢复的技术方法也有所不同。

1.盐碱地植被恢复技术

(1)土壤改良。盐度0.4%以上的土壤需要通过化学(施肥)、生物或物理(设置隔离层、排盐沟等)方法进行改良,盐度0.4%以下的土壤可直接种植耐盐碱植物进行恢复。

(2)种植时间。一般选择春秋两季温度适宜时期进行建植,此时雨水较多,土壤含盐量下降,利于植物存活。

(3)建植密度。应根据恢复地区条件确定适宜的种植密度,一般种植密度较大,株行距为1.5m×2.0m,可根据实际情况进行调整。

(4)建植技术。①容器苗法:将苗木在容器中培育一段时间后再植于造林地,可提高成活率。②插条法:对于抗逆性强、适于插扦的树种可采取插条的方法种植。插穗长度一般为20~40cm,直径0.5~1.5cm。将插条的2/3埋入土中并浇水。③环涂栽植法。在树苗根茎交界处涂白涂剂,减少土壤盐碱对根茎的腐蚀,提高成活率。④ 平穴浅栽法。由于土壤表层含盐度较低,可将土壤平整后采取浅栽法(30cm内),并浇水2~3次。⑤ 饱水移植法。树种水分饱和时进行移植,有利于减少移植伤害并促进移植后的恢复。

2.裸露山地与迎风坡粗骨土立地植被恢复技术

海岛裸露山地一般土壤较为贫瘠、缺乏水分,石砾、岩体较多,需种植具有保水固土作用且抗海风能力较强的植被。少石砾薄土山地常以乔木为主,乔木、灌木混合种植;多石砾薄土山地常以灌木为主,乔木、灌木混合种植;岩体为主的山地,则要以藤本植物为主,乔木、灌木、藤本植物结合种植,以增加植被覆盖率。

(1)清理造林地。将造林地中有可能对建植植被生长产生影响的物体清除。

(2)挖穴。定植植被前挖杯状坑以便移植植被,可达到保水的作用,体积以30cm×30cm×30cm或40cm×40cm×30cm为宜。

(3)施肥。在杯状穴中施肥,改良土壤条件。

(4)植被定植。①容器苗法:先将树苗在保水纸袋中栽培,再一起移植至坑穴中。此方法耗时较长,但可减少灌溉次数,植株成活率高。②直播法:直接将种子播种至杯状穴中。此方法较为省时,可减少水土流失,但成活率低,可用种衣包裹种子后直播。

3.受损山体边坡植被恢复技术

边坡可分为坡顶边坡、坡面边坡、马道边坡及坡脚边坡几种类型。不同的边坡植被种类需求不同。坡顶边坡要以藤蔓为主;坡面边坡中坡度大于65°的岩石坡面,以藤本植物为主,辅以小乔木和灌木;坡度小于65°的岩石坡面,按比例种植草本植物、乔木和灌木植物;泥质坡面要以木本植物为主,乔木、灌木、草本植物结合种植;马道边坡以乔木和灌木为主,乔木、灌木、草本植物、藤本植物相结合;坡脚边坡需先回填种植土,再定植乔木灌木为主,乔木、灌木、草本植物、藤本植物相结合的林地。

(1)机械喷播法。适用于坡度缓的岩体边坡和风化土质边坡。①厚层基质喷播:主要包括坡面清理、铺钉网、喷附植生基质、混喷植物种子及前期护养等步骤。②客土吹附:包括坡体修整、混喷植物种子和前期护养三个步骤。

(2)植苗法。适用于坡度30°以下的泥质边坡、强风化缓坡及坡脚边坡和马道边坡。

(3)凿坑法。适用于中风化的软质岩石边坡及缓坡。①人工造坑法:土壤较疏松地段可采取人工凿挖的方法。②植生袋围堰造坑法:在坡面小平台或凹陷处,用装有营养基质的植生袋围堰形成坑穴,再在坑内回填土。③石砌围栏造坑法:人工不易造坑处可用石块堆砌围栏,再在坑内回填土。

(4)人工撒播法。适用于马道边坡、坡脚边坡、风化缓坡,可采用块播、穴播或条播的方式。

(七)景观恢复技术方法

海岛景观生态恢复的研究也越来越引起重视。例如,2005年厦门首先开始对西海域的部分无居民海岛进行了生态景观恢复设计,取得了明显效果。2007年底,福建省分批开展了无居民海岛生态修复工程,改善受损的红树林、珊瑚礁、海草床等生态系统的水文环境条件,对被破坏的沙滩、泥滩、礁石滩等实施清理整治,使海岛生态系统的结构和功能得到有效恢复(庄孔造等,2010)。

(八)监测、管理与保护

1.恢复后监测

海岛监测内容主要包括海岛自然属性及其变化、海岛开发利用及其变化、海岛管理与执法情况和特殊用途海岛情况。由于海岛具有远离陆地、人烟稀少、交通不便的特点,海岛监测主要采取以航空遥感为主,辅以船舶巡航、卫星遥感、登岛调查、和专项调查的方法(林宁等,2013)。

2.恢复后管理与保护

(1)定植植被管理与保护。植被定植后,要进行抚育养护,定期浇水、除草、施肥;防治病虫害,感染病虫害的植株要及时移除;歪倒植株扶正支撑,死亡植株及时补植等。

(2)水资源保护。海岛普遍缺乏淡水,因此水资源的保护对海岛恢复尤为重要。①制定相应法律规范,对海岛淡水开采和使用进行限制,加强淡水污染惩罚措施。②开发污水处理技术,实现水资源循环使用。③植树造林,涵养水源,防止水土流失。④ 修建水库,可在降水丰沛时储存淡水,降水量较大、可修建水库的海岛适用。⑤ 通过蓄水池等收集雨水,但该方法收集的淡水只能用于灌溉,不能饮用。⑥ 海岛海水资源丰富,可通过多种技术方法淡化海水。不同类型、不同面积、能源匹配方式不同的海岛适宜的海水淡化方式不同(表13-7)。⑦ 修建坑道井(图13-23),其可收集基岩裂隙水,且水质较好,一般不需要净化处理,可直接饮用。

表13-7 海岛海水淡化模式

注:RO为反渗透法;MED为多效蒸馏法。

图13-23 坑道井示意图

(九) 海岛生态恢复管理与保护方法

近年来海岛生态问题日益引起有关部门的重视,但我国海岛生态恢复的研究与国外相比还相对滞后。《中华人民共和国海岛保护法》的出台为海岛生态恢复的研究提供了良好的机会(庄孔造等,2010)。

(1)加强海岛生态系统种群和群落关系的研究,为海岛生态恢复提供理论基础。

(2)查清海岛生态现状包括外来物种及生态受损状况等。

(3)设立海岛生态恢复典型示范区,并推广成功经验。

(4)建立生态恢复统一技术标准,在此基础上针对不同海岛生态系统编制特定的恢复方案。

(5)在生态恢复的同时,还以应加强生态恢复的管理工作,建立合理的管理机制(庄孔造等,2010)。

(6)建立多渠道的海岛生态恢复投资体系。

要探索建立海岛生态恢复建设的多元化投融资机制, 充分发挥市场机制作用,吸引社会资金的投入。应综合运用经济、行政和法律手段,研究制定有利于海岛生态恢复建设的投融资、税收等优惠政策,拓宽融资渠道,吸引各类社会资金参与海岛生态恢复建设。

(7)加强海岛生态恢复的宣传工作,积极吸收志愿者进入海岛生态恢复实践中。

(十)海岛保护相关法律

《中国人民共和国海岛保护法》:由中华人民共和国第十一届全国人民代表大会常务委员会第十二次会议于2009年12月26日通过,自2010年3月1日起施行。

《厦门市无居民海岛保护与利用管理办法》:2004年6月4日厦门市第十二届人民代表大会常务委员会第十二次会议通过,2004年7月22日福建省第十届人民代表大会常务委员会第十次会议批准,自2004年11月1日起施行。