采煤沉陷区湿地服务功能浅析

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  摘 要:针对南湖采煤沉陷区的地形、地质特点、河流、水文状况以及气候条件,介绍湿地的成因、构造湿地原则和模式,分析由采煤沉陷区改造成的人工湿地生态系统具有的保护生物多样性、调节气候、净化水质和降解污染物、旅游休闲、科研教育及物质生产六种服务功能。
  关键词:采煤沉陷区 湿地 服务功能
  中图分类号:X171.1 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2012)012-101-02
  唐山是一座矿业城市,境内煤炭资源十分丰富,随着130多年的煤炭开采,造成了大面积的采煤塌陷。因采煤造成的地表塌陷面积已达2.14万hm2,形成大小塌陷积水坑53个,积水总面积2093 hm2,最大积水深度12米,绝产耕地达4000hm2。给周边的生态环境造成了严重破坏。唐山市针对不同情况,积极探索各种治理模式,有的建设成湿地生态景观公园,有的复垦成耕地或建设用地,有的则建成渔业养殖场,使昔日扬尘四起、寸草不生、污水横流,垃圾如山的不毛之地变成了一片片“绿洲”和市区湿地公园。近12平方公里水面的南湖湿地公园,已成为人们休闲、娱乐的好去处。
  湿地作为一种重要的生态系统,被称为“地球之肾”。据研究,全球湿地面积只占陆地总面积6.4%,却储存了全球土壤中大部分的有机碳,绝大多数鸟类的生存或繁殖都离不湿地。根据《湿地公约》:“湿地系指不问其为天然或人工、长久的、暂时性的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带、带有或静止、或流动、或为淡水、半咸水体者,包括低潮时不超过6m的水域”。根据这一定义,南湖采煤沉陷积水区属于人工次生湿地。湿地作为地球上水陆间相互作用的独特生态系统,具有水域和陆地生态系统双重特性,是地球生态环境重要组成部分,具有多项生态服务功能。
  1南湖采煤沉陷区概况
  南湖采煤沉陷区位于唐山市中心区南部2公里处,处于城市南向发展的轴线上。具体地理位置为东经117€?1′—119€?9′,北纬38€?5′—40€?8′,总面积约27.76平方公里。
  1.1地形、地质特点
  南湖采煤沉陷区原为开滦唐山矿,刘庄煤矿和增盛煤矿的采沉区,百余年的煤炭开采,造成了地表下沉(含波及区)总面积达2.08万公顷,形成的塌陷坑积水总面积3.14万亩。面积1800公顷的南部采煤下沉区是其中面积较大的区域,该处有塌陷积水区800公顷。该区域经过多年沉陷已基本趋于稳定。
  1.2河流、水文状况
  南湖采煤沉陷区地下水属平原孔隙潜水。水位埋深在0.5米~12米之间,年水位变幅在1.3米~2.5米之间。相关的河流主要为陡河、青龙河。
  陡河属于冀东沿海水系,该河上游有两大支流,一支为管河,发源于迁安县的管山,河长33公里,流域面积为263平方公里;另一支为泉水河,发源于丰润县马庄户,河长38.5公里,流域面积239平方公里。两支流自北向南于双桥附近汇合后称为陡河,再向西南穿过唐山市区进入丰南市,经稻地、尖子沽、柳树圈等地,于涧河村东汇入渤海。
  青龙河发源于曹家口北甄庄一带,河道经马驹桥、刘火新庄(北新道桥),过京山铁路桥新线,进入市区,经河沿庄村向南到南新道桥,然后弯曲而下过刘家过道桥与开滦风井6#塌陷坑汇合,过黄龙桥后进入将军坨塌陷区,即开滦唐山矿的8#、10#塌陷坑。过京山铁路69#桥后为丰南段王家河,至68#铁路桥进入煤河。
  1.3气候条件
  唐山市属暖温带半湿润季风气候,春季干燥多风,夏季酷热多雨,秋季天高气爽,冬季雪少风寒,四季分明。一月平均气温-6.3℃,七月平均气温25℃,年平均气温11℃;全年降水量436毫米,年降水分布不均匀,冬春季干旱少雨,雨量集中在6-8月份,雨量充沛,约占全年降雨量的70%以上。
  2采煤沉陷区湿地的形成和构建
  2.1湿地的形成
  南湖采煤沉陷区湿地是由于地表岩层塌陷、地下水位上渗而形成的,也就是由于采煤塌陷引起地表变形、地下水渗流,使原有的地下排水系统失效而在地表形成淡水沼泽或池塘,部分地区由于长年积水,大片水面相融相连从而形成湖泊。 湖泊的水除了地下渗水之外,还有来自天然的降水、西郊污水处理厂进行处理的水,以及青龙河和唐河引来的水。
  2.2湿地的构建原则和模式
  因地制宜是构建沉陷区湿地的基本原则。在沉陷区治理过程中,根据沉陷程度,结合沉陷区地形、地质特点、河流、水文状况及气候条件,对难以恢复成耕地的沉陷区,与污水处理厂排放的尾水相结合,构成深浅不一的沟河湖泊。对于沉陷程度较轻的区域,如水深不超过0.5m的水体,可以构建成以芦苇为主的净化型湿地,此类湿地可以引种鸢尾、菖蒲、莲、香蒲等挺水植物,春季时,降水不足,此类湿地水位较低,便于芦苇、菖蒲等水生植物的萌发;夏初雨季来临时,可以大量储集自然降水,保持湿地的水位,进一步促进水生植物的生长发育。净化型湿地系统,由于芦苇等水生植物的种植,可以强化污水中沉积物的滞留和水质的改进。因此,可以将污水处理厂排放的尾水引入该湿地,对污水尾水进行深度处理,达到净化目的。这样不仅修复和利用了沉陷区,而且储存截留了水资源,减少解决“城市尾水”的投资。同时可以保持干旱少雨季节该湿地的土壤含水量,维持湿地生态系统的稳定性。
  对于水深超过1.0m的水体,而周边又无过度地带,这种区域栽种挺水植物、浮叶植物有一定困难,可构建成养殖型湿地,结合区域水生植物区系特点引种一些沉水植物,以维持生态系统稳定性。
  结合沉陷区自然地理特点,在一些小型河流湖泊区区域,可以引种一些鸢尾、菖蒲、香蒲、水竹等湿生植物,构建成景观型湿地。景观型湿地在引种湿地植物时既要考虑观赏价值又要有净化功能,从而对地表径流既有良好的过滤净化作用,同时也可以营造亲水环境。
  3采煤沉陷区湿地的服务功能   3.1保护生物多样性功能
  湿地生态系统介于水陆之间,具有丰富的动植物物种。湿地的水文条件是湿地生态系统区别于陆地生态系统和深水生态系统的独特属性,湿地土壤是湿地另一主要特征,是有利于水生植物生长和繁殖的无氧条件的土壤,有机物含量很高。并且湿地生态系统具有显著的边际效应,具有过渡性,大多是水、陆两种生态环境的结合部,由于生态环境的多样性,从而湿地具有的物种更加丰富,生物多样性中也蕴藏着丰富的遗传资源,许多濒危物种和珍稀动植物都是以湿地作为庇护、生存和繁衍的屏障。随着对南湖湿地生态环境的持续修复和改善,已有野鸭、灰鹤、白鹭等近50种野生鸟类陆续赶来栖息,南湖湿地逐渐成为越来越多的动植物的栖息地,目前这里生长着各种植物80科209属348种,其中挺水植物、浮水植物和沉水植物达到了20余科40余种;各种动物33科57种,其中哺乳类3种、爬行类2种、鸟类49种、两栖类3种。因此,无论是从经济学还是生态学观点看,湿地都是最具有价值和生产力最高的生态系统。
  3.2调节气候功能
  湿地调节气候功能是通过湿地以及湿地植物的水循环和大气组分的改变调节局部地区的风、温度、湿度和降水状况等气候要素。一方面湿地水分通过蒸发作用形成水蒸汽,然后又以降水的形式降到周围地区;另一方面湿地植物的根系从土壤中吸收水分,然后通过植物茎叶的气孔以水汽的形态逸入大气中,积聚到一定程度,形成降雨,水体的蒸发作用可以使周围地区的酷热降温,空气湿度增加,从而调节当地的湿度和温度,减轻干旱、风沙、土壤沙化等过程。另外,湿地内丰富的植物群落,不但能够湿润空气,润泽水土,而且湿地植物在有机物形成过程中,能够吸收大量的二氧化碳气体,并放出氧气,并且具有吸收、吸附空气中的粉尘及携带的各种病菌的功能,从而起到净化空气、调节大气组分的作用。唐山南湖已形成良好的湿地生态系统,有11.5平方公里的湖面面积,相当于两个杭州西湖。湿地植物种类已达300多种,其中挺水植物、浮水植物和沉水植物达到了20余科40余种,湿地对气候的调节功能将逐渐显现。
  3.3净化和降解污染物功能
  被誉为“地球之肾”的湿地,具有沉淀、排除、吸收和降解有毒物质的过滤作用,滞留和降解水中污染物、悬浮物和营养物、净化水质是湿地的一个重要服务功能。湿地的净化作用是一复杂的过程,此过程既有物理作用、也有化学和生物作用。物理作用主要通过湿地“土壤—植物”构成的天然过滤器完成的,污水进入湿地,经过湿地土壤及密集的植物茎叶和根系,水流的速度逐渐减缓,流速减慢有利于污染物、悬浮物和杂质的沉淀和排除,并逐渐在基质中沉积下来。化学作用主要是湿地孔隙中有机微生物提供的酸性环境及多种酶,通过化学沉淀、吸附、离子交换、拮抗、氧化还原反应等作用吸附、转化和降解水中的重金属和杂质。生物作用包括微生物作用和植物作用,微生物作用是指湿地土壤和根际土壤中的微生物如细菌对污染物的降解;植物作用是指大型植物如芦苇、香蒲以及藻类等挺水、浮水和沉水植物,它们在生长过程中能够在其组织中富集金属及一些有害物质,很多植物还能参与解毒过程,对污染物质进行吸收、代谢、分解及积累,起到降解的作用,从而使污水净化。生物作用是湿地环境净化功能的主要方式。
  唐山南湖湿地主要的水生植物为芦苇和香蒲,芦苇素有“第二森林”的美誉,芦苇不仅对水体中的污染物具有吸收和分解作用,而且对大肠杆菌、酚、氯化物、重金属悬浮物等有明显的净化作用。南湖湿地在降解污染物、净化城市污水等方面将逐渐显示出其巨大的潜力。
  3.4旅游休闲功能
  湿地生态系统由于具有清波荡漾的河流、烟波浩瀚的湖泊、野生动物聚集的沼泽、水面多种多样的浮水和挺水植物以及各种鸟类和鱼类,充分展示着大自然的灵韵,吸引着四面八方的游人。其独特的自然景观,具有较大的旅游观光潜力,适度地开展湿地的生态旅游是对湿地生态系统资源开发和保护的最佳途径。唐山南湖湿地由于保持了湿地系统的完整性及景观的多样性,被建设部批准为“国家城市湿地公园”。目前这里生长的挺水植物、浮水植物和沉水植物达到20余科40余种,各种动物、鱼类达30余种;荷叶田田,树枝依依,如画的风景可与江南媲美,被誉为"北方西湖"。唐山南湖湿地公园的建成,在改造和恢复因采煤沉陷所毁坏的生态环境的同时,提高了土地价值和生态指数,为公众提供了休闲娱乐场所,使人民不需远足就可接近自然、领略大自然的风光,湿地公园开园1年多来已接待游客450余万。
  3.5科研教育功能
  唐山市采煤沉陷区湿地不仅包含着的丰富的历史文化遗产,同时还为地质条件类似矿区生态环境的恢复提供了宝贵的经验。唐山南湖湿地因采煤沉陷治理而成,是典型的人工次生湿地生态系统,对于涵养城市水源、维持区域水平衡、调节区域气候、降解污染物、保护动植物群落的多样性及特殊代表性发挥着重要的作用,为教育和科学研究提供了对象、材料和试验基地,在城市湿地的研究中占重要地位,具有很高的科学研究及教育价值。
  3.6物质生产功能
  湿地生态系统能够为人类提供大量的农产品和原材料,这里的农产品指大农业中的农产品,包括种植业、林业、和渔业等方面。唐山南湖湿地公园内生产的产品主要包括有煤炭的开采、芦苇的生产以及部分土地上农作物、经济林生产。主要农作物及经济林类型有:小麦、玉米、桃、板栗、核桃、苹果、龙爪枣林、葡萄、李、杏等。
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