人工替代栖息地的效益初探：以长江口为例

高宇　赵峰　张婷婷　侯俊利　庄平

随着全球经济的高速发展，人们对能源、活动空间等需求日益增加，大型水利工程建设、滩涂围垦等成为获取能源、拓展空间的重要手段。然而，这些大型工程对江河湖泊的水文、底质及生活在其中的水生生物均产生极大影响，最突出的是直接造成大量水生生物的栖息地遭破坏，致使产卵场、索饵场等丧失，严重影响生物群落结构的稳定和多样性，甚至威胁整个区域的生态平衡。加紧开展水生生物受损栖息地修复和重建已成为各国管理部门的迫切任务和科研工作者的研究热点。

长江口生境条件得天独厚，孕育了丰富的生物资源，是我国渔业资源的宝库。长江口“三场一通道”（产卵场、索饵场、越冬场和洄游通道）的重要功能使其成为全球渔产潜力和生物多样性最高的区域之一，也是长江流域和东海区渔业资源的重要补充地。仅长江流域淡水渔业产量就占我国淡水渔业总量的60%，在我国渔业发展中具有极其重要的战略地位。针对长江口湿地资源遭破坏和侵占及“三场一通道”功能下降的现状，中国水产科学研究院东海水产研究所河口渔业研究室的科研团队利用生态学原理，构建漂浮型人工替代栖息地（artificial floating alternative habitat）进行生态修复，开创了长江口立体生态修复新模式，也为其他水域生态修复提供了借鉴。该技术模式的应用将为鱼类等水生生物的产卵、索饵、越冬提供重要栖息地，重建被修复水域的食物网结构，丰富和优化水生生物群落结构，在一定程度上缓解长江口功能衰退的速度，减缓长江口水域荒漠化的趋势。这种人工替代栖息地如果得到产业化推广，将带动相关工程和材料产业的发展。可见，长江口人工替代栖息地立体生态修复技术模式具有显著的生态、社会和经济效益。

人工替代栖息地的发展

日本科学家首先在1920年创建了以吸引鱼类产卵、修复产卵场为目的的人工替代栖息地，此后德国、韩国、澳大利亚、加拿大、中国、印度、西班牙、英国、美国等陆续开展了人工替代栖息地的构建及其功能研究，但主要目的还是净化水体、美化环境等。人工替代栖息地上的植物的根系与水体直接接触的，为湿式人工替代栖息地，反之为干式人工替代栖息地。目前，应用最广的构建方式为有框架的湿式人工替代栖息地，约占总量的70%。人工替代栖息地的构建分为单体和联体2种方式，每个单体长2～3米，可设计成长方形、正方形和三角形等。单体或联体的整体性在构建人工替代栖息地过程中十分重要，尤其是在风浪较大的水体中。

漂浮型人工替代栖息地也被称作漂浮型人工湿地（artificial floating wetland）、人工浮岛（artificial floating island）、生物浮床（floating raft）等，是目前快速有效重建滨海河口湿地的方法。它是上下两层结构，上层种植挺水植物，主要吸引因滩涂丧失而缺乏栖息环境的水禽；下层种植沉水植物，能充分利用水下空间，有效利用各类水生植物的根系及微生物和基质的复合联动效果，重建水生生物特别是滩涂依赖性鱼类的产卵场和索饵场。研究证明，漂浮型人工替代栖息地对于鱼类集群产卵和幼鱼索饵具有显著的促进作用。中村圭吾（Keigo Nakamura）等人在日本霞浦湖的研究发现，建立漂浮型人工替代栖息地的区域与对照区相比，鱼类生物量提高200倍以上，鱼类平均生物量比值为267：1；鱼类以1龄幼鱼为主，同时还吸引到许多捕食性种类，生物多样性十分丰富。中山嘉文（Yoshifumi Nakayama）等人在日本琵琶湖的人工替代栖息地实践中，发现建立漂浮型人工替代栖息地的水域鱼卵密度高达56600个/米，说明水生生物特别是鱼类已将人工替代栖息地当作重要的繁衍场所。

我国在池塘生态养殖中也逐步引入人工替代栖息地理念，以净化水体和促进养殖的发展。高阳俊等人在淀山湖千墩浦河口实施人工替代栖息地工程，利用多种水生植物浮床系统净化水质，有效改善了千墩浦来水水质和外围水质。中国水产科学研究院东海水产研究所于2012年开始在位于长江口南支北港的青草沙水库周边水域建立漂浮型人工替代栖息地，并逐步推广到长兴岛邻近水域、崇明东旺沙水闸内侧河道和外侧潮沟等不同河口水域。

由于人工替代栖息地的功能和服务的多面性及不确定性，同时长江口还拥有国际重要湿地，涉及国际共同利益和效益，为保障长江三角洲地区的环境保护和资源可持续开发，迫切需要将长江口人工替代栖息地的生态效益、社会效益和经济效益放在同等重要的地位进行评估，为长江口的生态文明建设奠定基础。

人工替代栖息地的生态效益

从食物链和食物网的营养结构及能量流动来看，人工替代栖息地具有重要的生态效益。目前长江口受损滩涂湿地生态修复的一项关键性研究是，认识人工替代栖息地立体生态系统的营养结构，进一步研究其能量流动的特征，从而为评价人工替代栖息地的生态修复效果提供理论依据。首先，查明人工替代栖息地的水生生物（鱼、虾、蟹、螺、昆虫等）的种类、密度及其单位体积的生物量。其次，研究这些水生生物的食性，弄清它们之间的营养结构和食物网关系。再次，调查人工替代栖息地的植物生长状况。在上述本底调查的基础上，建模分析人工替代栖息地的能量流动，估算单位面积的人工替代栖息地生态效益。人工替代栖息地的生物多样性除了可有效保证自身系统的稳定，发挥生态效益外，也是人类活动干扰下生态系统中物种的重要基因库，能增加种群的遗传多样性，创造一个挺水植物、沉水植物和水生动物和谐共存的人工系统，恢复甚至提高生态系统的生态价值。

在评估生态价值的实践中发现，漂浮型人工湿地构建后的生态修复过程中，随着芦苇地下茎的不断生长，浮排上逐渐出现各种水生昆虫、软体动物、虾、蟹等。其中在修复早期，浮排表面有水淹没的地方，出现较多的为昆虫的幼虫，最多为水虻幼虫和库蚊幼虫，蠼螋、龙虱、田鳖、水蜘蛛和豆娘的幼虫也有出现。在青草沙水库邻近水域构建的实验区内，浮游动物及其幼体平均总丰度为71.1个/米，是对照区的4倍以上；水生昆虫平均密度达44.5个/米；鱼类超过22种，且多为稚幼鱼，鱼卵和仔鱼平均总丰度为5.34个（条）/米，是对照区的1.5倍以上，同时鱼类的生态位宽度较大、重叠度低。随着修复的继续进行，填充浮排的材料老化，芦苇根出现一些腐殖质的植物碎屑，为钩虾提供了食物，钩虾出现并迅速增加。随后在芦苇根上逐渐生出新芽时，浮排上平坦的竹片和芦苇的茎部有较多椭圆萝卜螺，也有少量白旋螺。在修复后期，芦苇根部和浮排材料的夹缝中有大量虾和蟹，其中虾类主要为秀丽白虾，也有少量中华米虾；蟹类有狭额绒螯蟹和中华绒螯蟹，后者从蚤状幼体、大眼幼体，到壳宽约2厘米的小中华绒螫蟹均有大量分布。在青草沙水库邻近水域构建的实验区内，鉴定出附着的水生动物18种，虾、成蟹、螺类平均密度达134.6只/米，中华绒螫蟹仔蟹和扣蟹密度每平方米超过百只。

由此可见，上述人工替代栖息地的生物组成与分布在周围的其他浮游生物共同组成微观生态系。通过这种替代栖息地的构建和本地土著植被的种植，使该水域的生态环境得剑改善，为鱼类等生物提供了良好的栖息环境。上述生物在修复区的大量出现及广泛分布也为该水域的鱼类等生物提供了丰富的饵料，为其他水生生物提供栖息地和索饵场。在此基础上研究它的营养结构，弄清它的能量流动特征，确定这一人工立体生态系统的总消耗量、总输出量、总呼吸量、总生产量、聚合度、连接指数、系统杂食性指数等生态学指标，从而为评价人工替代栖息地修复受损生态系统和维持生物多样性等方面的生态效益提供理论基础。

人工替代柄息地同样具有自然湿地的净化水质和过滤的作用，有利于长江口保持良好的水质和水域功能。它如同“沉积箱”和“转换器”，其独特的吸附、降解和排除水中污染物、悬浮物和营养物的能力，使潜在的污染物转化为资源。这一过程涉及复杂界面的滤过过程和生存于其间的生物群落与其环境间的相互作用，可以拦蓄径流中的悬浮物，移出和固定营养物、有毒物质、沉淀沉积物等物质，降低水体富营养化程度，降解污染物或使其转化为低害或无害形式。以青草沙水库邻近水域实验区为例，人工替代栖息地系统中无土栽培的土著植物芦苇，根系特别发达，深入水下40～50厘米处，可吸收碳、氮量分别为73.46克/米和2.62克/米；漂浮型人工代替栖息地示范区修复面积为3860米。按每公顷速生林每年吸收6吨碳计算，它的碳汇能力相当于0.05公顷速生林。此前已有研究证明，挺水植物群落对水体中砷、铬、铜、汞、镁、锰这6种重金属元素具有较强的吸附作用，成为稀释和净化污水的场所。

此外，研究还发现，人工替代栖息地具有促淤效果，这主要通过水上植物消浪、缓流和对邻近水域的稳固作用来实现，从而有利于先锋植被的生长，进一步吸引鸟类来栖息，同时兼有防风抗浪的护岸作用。

人工替代栖息地的社会效益

在长江口部分水域构建漂浮型人工替代栖息地示范点（区）网络系统，这将会起到良好的示范作用，并能通过社会调查法估算其对整个长江三角洲地区及其他河口区所产生的辐射作用。

人工替代栖息地的社会效益主要包括旅游休闲、文化、教育及科学研究等价值。人工替代栖息地推广示范区的构建体现了独有的社会公益特质，将为长江三角洲地区的经济发展和就业做出积极的贡献。例如，结合黄浦江两岸用地调整和功能开发，通过人工替代栖息地改善滨江生态环境，可开辟独具特色的公共活动风景线，构建具有现代都市特征的可移动式的滨江景观带和休闲旅游带；结合苏州河综合整治，以蜿蜒曲折的自然流向为主轴，通过构建人工替代栖息地，可进一步挖掘体现两岸自然与人文相融合的和谐发展理念的新景观，形成水质清洁、环境优美、文化内涵丰富的滨水景观亮点。人工替代栖息地的景观水系功能定位，不仅有利于防汛排涝，而且可护岸护堤，保障城市生态安全。利用它的自净能力，可以改善内河水质。通过多种挺水植物的组合，能改善城市景观多样性，促进水上旅游，提升休闲品位，发展相关高科技生态产业。景观水系建设一方面需疏浚整治河道，恢复生态环境，另一方面要结合两岸绿化林带和特色居住区的开发，以顺应自然的构思，将流水和人工替代栖息地景观融为一体，体现亲水、自然、生态、文化和人性化的有机结合。

随着三峡工程的建设，长江口来沙来水量的减少，导致自然栖息地淤长速度减缓，加之围垦速度大于淤长速度，长江口滩涂栖息地逐渐体现出“稀缺性”价值。因此，要围绕上海建设生态型城市的目标，以及长江三角洲范围内湿地保护和管理的合作，着力推进人工替代栖息地的建设。人工替代栖息地示范区也可成为向社会普及野生动植物及生态保护知识的重要基地，有助于提高市民的栖息地保护意识，在伞社会树立新的资源环境观。

如果能建立长江口栖息地生物多样性信息系统及水生生物栖息地动态演变数据库，一方面可以开展植物多样性就地保护和持续利用的研究，另一方面可以在保护区外，采用人工替代栖息地以建成该地生物多样性就地保护的重要基地。依托崇明东滩国际重要湿地的全球碳通量野外观测站，监测受损栖息地修复前后的固碳能力差异，可逐步发展受损栖息地的生态修复途径和方法。完善数据采集、布点系统、分析测试和数据处理等监测体系的建设，可监测生态系统健康状况，准确、及时、全面地反映和预报长江口柄息地质量现状和发展趋势，初步建成栖息地健康质量监测服务平台，为长江口及全国野生动植物管理、迁徙物种监测、污染源控制、栖息地保护规划等提供科学依据和决策基础。根据人工替代栖息地可复制性，适当开展观鸟等生态旅游性质的多种经营活动，既可提高示范区自身的经济实力，又可为提高周边地区居民生活水平、促进其他产业发展创造良好条件，从而实现栖息地利用方式由第一产业向第三产业的过渡。

人工替代栖息地的经济效益

长江口人工替代栖息地构建后，将为水生生物提供重要的栖息场所，从而增加生态系统产生的产品的价值，如河口区鱼类资源量和苗种产出量会呈现一定增长态势，是其带来的直接经济效益。人工替代栖息地也为长江口鱼类亲本增殖放流提供了契机，可极大提高增殖放流效率、减少增殖放流费用。人工替代栖息地的推广应用还会带动本地区相关工程和材料生产厂家的发展，增加其经济效益。

人工替代栖息地的直接经济效益可用产品的市场价格来估算。科斯坦萨（Robert Costanza）等人估算，滨海河口湿地有最高的单位面积生态系统服务价值。如果人工替代栖息地的生态系统服务功能达到自然栖息地水平，价值约为14 785美元/（公顷·年）。

漂浮型人工替代栖息地通过对邻近水域传递的稳固作用，减缓海浪和水流的冲击速度，从而减少海浪侵蚀，降低海堤的造价。科斯坦萨等人的研究表明，100米宽的芦苇能减少50%的波浪能并增强沉积物积累（20～30厘米/年）；英国有盐沼的海堤造价为1.4万英镑/千米，而没有盐沼的海堤造价高达30万英镑/千米。

此外，漂浮型人工替代栖息地可以防止地势较低的沿海地区的淡水资源受到盐水入侵的影响，减轻滨海河口区咸水的倒灌。2013-2014年冬季，长江口青草沙水库先后遭受8次以上的咸潮冲击，其间青草沙水库都紧急关闭取水口，蓄水量创出历史最低。而监测发现，在邻近水域构建的漂浮型人工替代栖息地却发挥了一定的缓解作用。

长江口人工替代栖息地的直接经济效益是提供了大量人类生活所需的物质资料和服务产品，主要有芦苇、鱼、干净的水等可直接换算的经济价值。人工替代栖息地的间接经济效益评估则需要根据生态系统服务功能类型来估算。特别是季节性迁徙的水鸟、鱼类常超越国界，是一种国际性资源，尤其是某些水禽、鱼类已处于濒危状态，保护它们是人类的共同责任和义务，只有通过相关国家共同的保护行动，才能收到良好的效果。这不仅能使当地直接获得生态和经济效益，也将树立作为在有关国际公约履行方面健康、良好的负责大国形象，有助于在国际关系方面发挥更大影响力。人工替代栖息地的间接经济效益实际上是其生态效益的经济衍生品，也是长江口最主要的经济效益。

人工替代栖息地的前景

在长江口水域构建人工替代栖息地的案例中，修复区水生生物群落结构与对照区相比更完善，形成微观生态系，有利于水生动物产卵、索饵和栖息，技术上可行。但从项目实施来看，还存在诸多问题有待进一步完善和优化，主要体现在以下三个方面。

其一，由于成本相对较高，目前构建的人工替代栖息地面积有限，无法充分发挥其生态功能，效果有限。建议相关部门加大支持力度，扩大中试范围，尽快在长江几推广，加速长江口生态环境的改善。

其二，目前人工替代栖息地的主要框架材料为钢管和楠竹等，尽管具备一定的刚性和柔性，但未经历过台风等恶劣天气的考验。今后应加强具有高科技和多用途的新材料选择，筛选出适于长江口水域环境特点的定制材料，优化和完善人工替代栖息地构建技术，保证其牢固性、实用性和经济性。

其三，需加强人工替代栖息地的生态功能研究，完善和优化研究方案及研究方法，进一步阐明人工替代栖息地的作用机制，建立完整的理论基础。

为了更好地构建长江口栖息地资源监测站点，实现数据的科学采集、科学分析，从而能精确和客观地评估人工替代栖息地的效益，“十三五”期间，建议设立长江口栖息地资源监测中心，涵盖自然栖息地资源和人工替代栖息地，负责长江口栖息地监测技术规程制定、野外监测调查、动态分析和预测，定期编制栖息地资源消长报告及社会化服务等，为人工替代栖息地布局提供基础依据。随着人工替代栖息地维护和管理的深入开展，研究人工替代栖息地监测的内容、指标体系、程序、技术手段、数据处理和贮存等方面的课题，将是当前研究的方向和重点。

建议定期对长江口栖息地资源进行全面调查，重点是栖息地的分布、类型、形成、发育、演化、生物种类及其特征等，并建立完备的图文资料数据库，提升构建人工替代栖息地的能力。这在为保护长江三角洲生态资源提供决策依据的同时，进一步提高建设生态型城市的基础生态空间保障能力，逐步形成适应长江三角洲城市群的栖息地保护管理体系，促进长江三角洲经济、社会和环境的全面协调发展。

在总结长江口案例经验的基础上，应加快人工替代栖息地技术向其他河口海湾区域推广及其规模化和工厂化应用。与此同时，要着重加强其生态功能监测及作用机制的理论基础研究，形成完整的生态修复理论体系。

[本项目受国家自然科学基金（N0.31400410）、长江口青草沙水库邻近水域生态修复专项和中国水产科学研究院东海水产研究所基本科研业务费资助。]