张燕燕-应用淤泥和污泥改良人工岛土壤的研究——以双鱼岛为例.doc

题 目：应用淤泥和污泥改良人工岛土壤的研究以双鱼岛为例指导老师：卢昌义、周亮项目负责人：张燕燕应用淤泥和污泥改良迪拜式人工岛土壤的研究以双鱼岛为例摘要 本文以中国首个生态型人工岛双鱼岛为研究对象，研究回填淤泥、弃置污泥及干化污泥肥对于土壤的改良效果，从植被覆盖入手，创建生态自循环快速恢复模式。本文通过实地考察，分析刚完成填海工程的双鱼岛土壤结构、肥力及后期植被栽种所需肥力，评估回填淤泥、弃置污泥、干化污泥肥改良土壤的可行性和改良方式，建立以当地半自然化生态系统为标准的恢复评估体系，提出用于生态快速恢复的适种乡土物种库。有利于实现我国生态型人工岛可持续发展之路，希望国家从立法角度，认同反迪拜的生态自循环模式和理论，并将本文的监测方法、生态恢复模式作为人工岛填海区可持续发展参考方法。关键词 土壤改良 回填淤泥 弃置污泥 干化污泥肥9目录1 引言11.1 研究目的及意义11.2 迪拜模式的不可持续性21.3 可持续发展模式概述31.4 不同贫瘠土地的生态恢复研究31.5生物多样性评价研究现状51.6 福建海岸带土壤特点及不同土壤改良的先例71.7 污泥土壤改良研究进展82 研究区概况102.1 地形地貌102.2 气温温度112.3 土壤土质112.4 海洋水文132.5 降水蒸发143 研究内容及研究方法153.1研究内容153.2 调查工具163.3 调查方法163.4 生物多样性计算方法183.5 数据分析方法194 双鱼岛草本生物多样性调查204.1 双鱼岛草本植物调查204.2 双鱼岛生物多样性调查214.3 本章小结235 南炮台取土区草本生物多样性调查245.1 南炮台草本植物调查245.2 南炮台生物多样性调查255.3 本章小结296 校园草本生物多样性调查316.1 漳州校区草本植物调查316.2 漳州校区生物多样性调查336.3 本章小结387 土壤改良方案397.1 方案初步比选417.2 盆栽实验44结论49参考文献51附录1乡土草本汇总53附录2 推荐信71推荐信71推荐信72推荐信73推荐信74推荐信75推荐信76应用淤泥和污泥改良人工岛土壤的研究以双鱼岛为例1 引言1.1 研究目的及意义“双鱼岛”是中国第一个人工制造的娱乐、休闲、生态型的度假岛屿，投资方及社会各界希望它能体现中国文化、地域文化、海洋文化，真正建成天人合一型、生态型、科技型岛屿，“绿色低碳”是其四大宣传主题之一。但是，人工岛的先天存在不足，岛的基底是盐碱化严重的滩涂，开山挖来的土石本身肥力不够，岛建成后呈现裸地状态，生态脆弱，水土流失严重、生物多样性匮乏，而且岛上没有水源，水和能源需要外界输入，废水固废需要向外界输出，很难构成自循环的生态系统。要避免迪拜棕榈岛那样需要能量与物质的大规模投入才能维持的模式，谈何容易！这也是社会上诟病人工岛项目的主要因素之一。要改变这一印象，除了采用生态工程手段重构生态系统、采用节能减排环保科技减少废物排放、提高资源回用，来实现双鱼岛生态自循环的最终恢复目标。 “绿色低碳”概念包含很多领域，本文从理论策略构建和实证研究两方面，探讨人工岛如何创建生态自循环的“反迪拜”模式。该“反迪拜”模式的思路是：从土壤改良和植被覆盖入手，做好“肥力储备、碳储备”和“生态储备”，提前在土壤中储存今后运营期消耗的物质和能量，完成生态系统循环重建工作第一步。万事开头难，有了肥沃的土壤，才有茂盛的植被，有了茂盛的植被，反过来才能保持水土、涵养水源、避免盐碱化，才有丰富的生物多样性，才能降低地表温度、减少空调等能耗，最终形成物质的有序循环，绿色能源的充分利用，生物“生产者消费者分解者”营养链、食物网的完善，乃至整个人工岛生态可持续的实现。迪拜的反例在先，中国第一个人工度假岛如何“反迪拜”，需要有理论和实例来支撑“绿色低碳”概念，本文项目的工作将会受到社会广泛关注，是很有意义的。从技术的角度看，人工岛比起陆地、滨海区域风力更大，降雨强度变化剧烈，蒸发量也较大，可能通过毛细作用将基底盐碱物质迁移到地表土壤，在海流潮汐方面也较滨海复杂，这种地理状况下，对淤泥回填、污泥改良土壤、适生植被筛选、红树林生态护堤工程建设会产生什么样的影响，与传统生态工程有何不同，也是值得研究的。1.2 迪拜模式的不可持续性在环保影片家园中有提到，迪拜，是世界上最大的建筑工地之一。一个将不可能变成可能的国家。例如在海上建造人工岛。迪拜缺乏自然资源，但依靠石油赚的钱，它可以输入数百万吨原料和来自世界各地的人口。它可以建造大厦、丛林，一个比一个高，甚至在沙漠中建滑雪道。迪拜没有农业，但可以进口粮食；迪拜没有水源，但可以花费大量能源淡化海水，并修建世界上最高的摩天大楼。迪拜阳光充沛，但没有太阳能电池板。城市的需求永无止境，在这里不着边际的梦想也能变成现实。迪拜是西方模式的顶峰。迪拜的不可持续性的体现有两个典型案例就是种植棕榈树和大型制冷游泳池。迪拜城内的景观树几乎都是棕榈树。这个看起来十分难种植的物质，却能在迪拜是个淡水贵如油的地区，年降雨量不足100 mm，97%以上的淡水要靠海水淡化的地方生存。无水、少土，城市却绿树成荫，听起来真是很神奇。原来城市里一排排树木，树根下都铺设有细细的水管，用水管滴漏法浇灌，促使这些树木健康地生长。在这座城市，使人无法想象的是每棵树一年的养护费用高达2000美元，水的来源都是碧绿的波斯湾海水淡化而成，种植的每一棵树的代价都要在3000美元以上1。2010年完工的帕拉佐瓦萨斯酒店（迪拜最近为那些仍在追求奢华的人而打造的地方）拥有一个820平方米的制冷游泳池，以及一个具备人工制冷能力的海滩，以保护其客人在夏季的50极端炎热气候下不受煎熬，甚至就在游泳池附近设立风机，为客人送来凉风。这制冷工程需要一整天启动巨大的风机进行制冷，其次埋在沙子下的管道泵需要输送制冷剂，二者都需要耗费大量电能。然而，这一计划中，最耗电能的部分，将是在迪拜烈日的炙烤下为整个游泳池提供制冷2。这两个案例足以说明迪拜模式呈现出的景致与当地环境巨大反差有违现在高调提倡的可持续发展的主题。尤其是棕榈树的种植，海水的淡化，客土的输入，非适生植物的强行植入，在带来高昂资源浪费的同时也呈现出这种伪生态系统的丑态，所以这便是本文提到的反迪拜模式。1.3 可持续发展模式概述可持续发展是既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展。它们是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。可持续发展与环境保护既有联系，又不等同。环境保护是可持续发展的重要方面。可持续发展的核心是发展，但要求在严格控制人口、提高人口素质和保护环境、资源永续利用的前提下进行经济和社会的发展。发展是可持续发展的前提；人是可持续发展的中心体；可持续长久的发展才是真正的发展。使子孙后代能够永续发展和安居乐业。在国家提倡可持续发展，低碳环保等发展主题的如今，双鱼岛生态自循环模式的建立，通过生态恢复，土壤改良的方案，达到降低外部资源输入，维护成本，减少化肥使用，来实现生态方面的可持续发展。1.4 不同贫瘠土地的生态恢复研究双鱼岛的土壤是由临近山体的采掘、搬运、填海而成，刚成形的土地没有植被的覆盖而且土质肥力不足又无淡水供应，属于滨海次生裸地，可以算是贫瘠土地的一个类型。本文提出的生态自循环的模式是通过种植当地乡土植物及污泥改良其土壤肥力以到达生态恢复的目的。相似情况的贫瘠土壤生态恢复有以下几个案例。由于双鱼岛是人工填海而成的岛屿与海上岛屿有一定相似性，所以国内海岛的生态修复具有一定的参考价值。与陆地相比，海岛环境独特、生态条件严酷、植被种类贫乏、优势种相对明显、生态环境脆弱，极易受到破坏，且破坏后很难恢复。近年来，随着海岛开发利用以及全球气候异常带来的自然灾害，加速了对海岛生态环境的破坏，一些海岛生态失衡严重3。国内研究中任海、李萍等人指出海岛恢复的限制性因子是缺乏淡水和土壤、生物资源缺乏、严重的风害或暴雨。不同大小的海岛和海岛不同部分的恢复策略不同。海岛恢复的长期利益包括重建海岛的生物群落，再现海岛生态系统的营养循环，恢复海岛的进化过程。海岛恢复的过程比较复杂，最关键的是要选择好适生的关键种4。彭少麟、陆宏芳、梁冠峰回顾了19世纪以来澳门凼仔岛和路环岛2个离岛的植物恢复进程，先锋和重造林群落的组成、结构，水系建设和生物多样性保育工作，评价了该重造林生态系统的直接和间接生态经济价值5。李萍、黄忠良在南澳岛建立次生草坡对照及草坡种植试验样地，观测群落植物多样性、土壤肥力及生物量变化，以探讨海岛退化草坡的植被恢复过程6。廖连招对厦门市无居民海岛猴屿进行生态退化主要原因诊断和生态修复制约因子评估方面的研究，从生物技术和工程技术结合上，提出工程护岸护坡、客土改良、乔木、灌木草合理配置及种植品种选择、生态修复管理等海岛生态保育和生态重建措施7。黄河三角洲的湿地同样面临过度利用生物资源、湿地污染加剧、土壤盐渍话严重，生态功能脆弱、植物群落建群种少，结构简单，覆盖度小等贫瘠化的难题。山东东营环境保护局环境监测站的王兆文提出自然恢复和人工干预的手段，通过人工辅助繁育更新原生植物群落及选育耐盐碱高效的经济型植物来阻止黄河三角洲已出现的石漠化严重的岩溶山地和侵蚀性强烈的干热河谷泥岩坡地等问题发生8。而双鱼岛又为人工采石填海而成的岛屿，填成后其地表仍处于裸露状态，所以在生态恢复中不仅得考虑到滨海、岛屿的生态恢复，同时也要借鉴如裸露山体、裸露矿山、废弃矿区、干热河谷等具有代表性的裸露土壤的生态恢复成果。裸山具有以下特点：由于山体被人为开挖，遗留的多为岩质边坡，其水土流失程度十分严重，土壤、水分以及有机质缺乏，几乎没有土地生产力，自然条件下植被极难恢复；生态景观遭受破坏，治理裸露山体应该以改善生态景观为主要目标；治理难度大，治理措施的技术含量高，治理投入大；大面积裸露山体将影响局部生态环境的健康发展，影响区域植被间的信息以及能量等流通等特点，所以在治理时植被应选择耐干旱贫瘠，适应性强；根系发达，能够固持土壤，涵养水分；生命力强，管理简单；生长迅速，分枝稠密；树冠浓密，落叶丰富，易于分解。张怀生提出了综合应用植被混凝土生态防护技术的裸露山体生态修复模式。通过搭脚手架打锚杆配筋制模版配置营养土安装微灌系统植苗和种草养护管理的系统工艺流程再配合上乡土植物的先天优势起到了固土护坡、快速复绿、回归自然的生态修复目标，可最大限度地减少人工修复痕迹9。蒙古通辽市扎哈淖尔露天煤矿不仅占压破坏了地表原有植被，而且人为堆垫边坡，土质疏松，极易发生滑坡、塌方。同时，也为土壤风力侵蚀提供了丰富的物质来源，这些裸露边坡含砾石高，温度高、有机质含量低、保水保肥能力差、熟化速度慢，植被重建工作极为困难，极大地破坏了城市环境生态景观。霍振平等人采用客土喷播技术10对露天煤矿外排土场边坡实现生态修复，所谓客土法就是将土壤与有机基材、高分子黏结剂、保水剂、肥料和种子等，按一定比例混合，经过机械充分搅拌均匀后，利用注塞泵和空气压缩机提供的动力，喷射到坡面上，形成适宜植物生长的土壤层，在种子发芽、生长成坪后，可以对边坡的稳定起到有效的保护作，从而达到快速修复生态系统和护坡的目的，同时也加快生态建设步伐，改善因开发建设带来的环境问题，实现经济发展及生态建设双赢。邱媛等人在矿山废弃地的生态恢复提出了有效的使用植物覆盖的方法：用黏土粉煤灰耕作土，石灰矸石耕作土等交错回填；或是表面覆盖熟土层，用于农业和林业，或农林间作；施加石灰石等肥料；或种植草本豆科植物。再采用多品种，多层次、乔灌花草相结合的立体配置形式11。选种时应该选取耐受性强的鸭跖草、蜈蚣草等草本和茼麻、羽叶鬼针草、酸模等超富集植物起到固定和修复作用，其安全与稳定性为生物多样性的改变有着长足的贡献。湖南耒阳市是湖南的重要能源基地和重金属矿产地，是全国50座因可供开发的后备资源不足、面临“矿竭城衰”的严重威胁的资源枯竭型城市之一，矿山关闭后造成大量的废弃土地、遗弃厂矿等遗留给地方政府恢复利用。这些地方的植被盖度往往低于5%12%，生物多样性下降，严重破坏了当地的生态平衡12。研究种植了金银花、杜仲、黄柏三种药用植物后得出效果都很显著且金银花这种草本类的效果最好，实现了初步的生态恢复效果。干热河谷的特点表现在无植被覆盖，水土流失严重，土壤极度贫瘠，土壤结构及其透水性和保水性差。在雨季阶段，虽然降水量多，但绝大部分被流失或被蒸发掉，土壤真正吸收的水分很少，植物能够利用的就更有限。雨过天晴，在强烈的阳光辐射作用下，表土很快呈现出干旱的现象，对植物的生长发育极为不利。干湿季明显的特点，一方面让雨季大量雨水流走，并产生径流侵蚀；另一方面使旱季土壤有效含水量降低，各种植物和土壤微生物存活率低，土壤有机质降低，土壤结构性变差，微生物数量和活性下降，加大了土壤退化强度13。通过在干热河谷的荒山上种植剑麻这种抗旱、耐热、高产的品种，不但可以起到生态恢复的作用，同时带动了当地经济的发展。1.5生物多样性评价研究现状生物多样性可简单表述为生物之间的多样化和变异性及物种生境的生态复杂性，它包括动物、植物、微生物的所有物种和生态系统以及物种所在的生态系统中的生态过程14。所以双鱼岛在生态恢复过程中也需要一套生物多样性评价指标。以下是双鱼岛涉及到的湿地以及次生裸地情况的生物多样性评价指标的案例。张峥等人在面对湿地环境时，在运用有关湿地生态评价方法的基础上，针对我国湿地现状，结合生物多样性的理论与实践，将物种多样性和生态系统多样性作为一级指标。下设2、3，级亚指标，建立了套可操作性较强的湿地生物多样性评价指标体系，并对天津古海岸与湿地自然保护区生物多样性进行了评价15。朱京海等人在辽宁沿海经济带战略环评中，根据科学性、代表性和实用性的原则，提出了生物多样性评价的4个指标，即物种丰富度、生态系统类型多样性、物种特有性和外来物种入侵度。建立了沿海湿地生物多样性评价指标体系，并对沿海湿地生物多样性进行了评价。评价结果表明：辽宁沿海6地市及其4个国家级自然保护区的生物多样性丰富16。该项研究为辽宁沿海经济带的战略开发决策提供了科学的生物多样性保护措施和建议。 次生裸地是指原有植被被破坏，但原有植被影响下的土壤条件仍然存在或受到很少破坏，甚至还残留原有植被的种子或繁殖体的裸地17。虽然双鱼岛属于一类次生裸地，但所处情况比较严重。所以在次生裸地的恢复中汤举红等人以涪陵地区马鞍乡次生裸地为研究对象，通过不同年限的跟踪调查和多样性分析，研究了次生裸地人工植被恢复过程中群落多样性特征。结果表明，恢复1 年的裸地植被群落物种数量是原生裸地植被的2倍，恢复效果较好。乔木类的重要值降低，而草本类重要值增加，其中禾本科的白羊草的成层效果最好，相对频度与密度最大，表现出了较好的适应性。通过适宜的多种恢复配植方式，可以加快植物群落的演替进程，保持较高的物种丰富度与多样性，但是在群落演替的早期，物种丰富度主要表现在草本层植物的替代与更新18。参照文献，结合历史校园生态调查中运用的生物多样性指标评价体系，本文建立了一种简化的评价方法。1.6 福建海岸带土壤特点及不同土壤改良的先例生态自循环模式的建立同时也需要对土壤的改良，所以必须对福建沿海地区的土壤土质进行调查与研究以及了解滨海或盐碱地区土壤改良的先例。通过文献、资料查找对比得出福建海岸带土壤主要元素背景值19，如表1-1所示。表1-1福建海岸带土壤主要元素背景值Tab.1-1 The background value of Major elements in soil at Fujians coastal zone 元素福建省海岸带（H）福建省中国（Z）p1=H/FP2=H/FCu22.421.620.01.041.12Pb39.034.95Zn83.682.767.71.011.23Cd0.0600.0540.0741.110.81Ni17.413.523.41.290.74Cr40.741.343.90.980.76Hg0.0630.0810.0400.781.58As6.385.79Se0.4390.5110.2160.802.03Co9.487.4111.21.280.85V79.778.376.41.021.04Mn5072804821.811.05F3794104400.920.86Ti0.4200.4880.380.961.10天津市农业资源与环境研究所毛建华，刘太祥等人在天津曹妃甸填海区采用“节水型盐碱滩地物理-化学-生态综合改良及植被构建技术”土壤改良及绿化效果进行了分析。结果表明，实行综合改良后2个月，土壤含盐量由13.07 g/kg降至1.55-1.67 g/kg，地下水矿化度由20 g/L降至10 g/L；土壤有机质、无机养分大幅提高，土壤容重降低；绿化成活率达到98%20。河北省农林科学院滨海农业研究所孙昌禹等人在河北省滨海泥质重盐碱地对土壤盐分进行测定，进行土地整理与改良。然后选择适宜的树种并注意时空配置。在栽植绿化植物时，采取相应的技术措施，以提高绿化植物的成活率。通过精心栽植与养护管理，有效防治病虫害，滨海泥质重盐碱地原土绿化将会取得较好的效果21。塘沽区园林局李东阳提出天津滨海新区盐碱地的改造采用了以生物改良为主，结合物理改良、水利改良、化学改良的综合改良措施。物理、水利改良主要是在盐碱地建排水工程，首先需在盐碱地上开建砂柱、盲沟、集水井等设置，使地下形成网沟系统。随后利用雨水进行脱盐，在滨海新区，经过一个雨季的脱盐，盐碱度可从6降至 3。生物改良措施主要是利用盐生植物进行绿化脱盐。因此我们对滨海新区的盐生植物进行了全面调查，筛选出120种盐生植物和耐盐植物，其中专性盐生植物40 余种（含聚盐植物、泌盐植物和拒盐植物）。利用盐生植物可以拒盐的特性，在不换土的情况下，进行土地绿化，充分发挥植物本身的作用，既改良了盐碱地土壤，又达到绿化盐碱地的景观效果，做到在改良中利用和在利用中改良盐碱地，走出无客土可换的困境，也是对农田资源的保护。在森林公园的建设中，因景观设计需要栽植常用的园林植物，必须采用工程、水利措施和更换客土，成本造价达100 元/m2，而栽植盐生植物，不换土，直接在原盐碱地上绿化，完全可以达到绿化效果，成本费用为10 元/m222。顺德职业技术学院李冬妹等人在山东青岛某滨海待开发的度假村运用工程技术改良、化学改良、生物改良的措施在滨海碱性土壤进行绿化尝试，a后土壤有机质含量从0.32%上升至0.38%，pH从8.2下降至7.5，取得了较为理想的景观效果，并较大幅度地降低了土壤改良的成本。试验区植物配置尝试了少量喜弱酸性土壤的植物并得以成活，说明前期适当的抗性锻炼对后期栽种的存活具有重要的作用23。1.7 污泥土壤改良研究进展在土壤改良的方法上也有了比较新型的方法被不断运用及引入。天津开发区园林绿化公司采用添加粉煤灰、碱渣以及海泥等，为盐渍土改良开辟了新途径。粉煤灰能够很好地增加土壤通透性，但是其颗粒较大、容重小，保水、保肥能力差；碱渣化学成分主要是CaCO3，对土壤的通透性也有着良好效果，但是其pH过高（一般在10以上），对喜中性植物生长不利；海泥主要由粉质黏粒组成，具有土壤的吸附性和代换性，并且含有较高的有机质，但是其颗粒极细，质地黏重，束缚水和含盐量极高，渗透力差。污水厂污泥堆肥后用于该地区盐渍土的改良是一个一举两得的办法。既能够避免污泥造成的二次污染，又能改善当地土壤性状。但是由于该污水厂生产的污泥特性与其他污泥不同（主要是盐度较高），因此在堆肥工艺上要有所调整。在堆肥的施用上，要充分考虑堆肥的性质和土壤特点，在改良土壤的同时不危害环境24。 造纸污泥堆肥方法：实验室堆肥采用两个1m3的保温砖砌成的发酵池，底座安装了强制通气管，定时曝气。由于污泥不是疏松的物料，容易结块，不利于好氧发酵，因此在堆肥时应加入调理剂与膨松剂，满足堆肥工艺对物料的要求。调理剂选用鸡粪及少量尿素，以调节C/N比，膨松剂为造纸厂备料工段的废渣，比如旧树皮或草屑；为了加速堆肥，还添加了自制的发酵菌，它是一类富含纤维素降解菌的有机肥料，比如：马粪、米糠、食用菌菇渣与糖厂滤泥等。造纸污泥好氧发酵40 d后，生物转化为堆肥产品。污泥农用成分分析与栽培作物生物量的测定均按土壤农业化学分析方法进行25。2 研究区概况本文将双鱼岛全岛及取土区设为研究区，考虑到双鱼岛本身的地理概况包括地形地貌、气温温度、本身的土壤土质、潮汐、降水以及自然灾害可能会给双鱼岛上的土壤性质产生影响。所以本文通过资料调查了双鱼岛的地理概况，并结合土壤背景值分析双鱼岛的土壤质量。2.1 地形地貌“双鱼岛”为福建省的重点建设项目，规划面积约2.2 km2。地处招商局漳州开发区的中心位置，位于厦门湾南岸，九龙江出海口，与台湾的大小金门岛隔海相望。距漳州中心城市约40 km，厦门岛约5 km，如图2-1所示。图2-1 双鱼岛区域位置Fig.2-1 Double Happiness Islands regional position双鱼岛所在的开发区原始地貌以丘陵台地和滨海地貌为主，其中丘陵和台地面积占整个开发区的70%以上。2.2 气温温度龙海市周边海域属南亚热带海洋性季风气候，四季气候温暖湿润，冬无严寒，夏无酷暑。根据龙海市气象台1951-1999年的气象资料统计，主要气象要素的多年平均特征如下：气温：年平均气温21.1 C，极端最高气温38.3 C，极端最低气温-0.2 C。最热月份为7-8月份，最冷月份为1-2月份。降水：多年平均降水量为1444.7 mm，年最多降水量1782.3 mm，年最少降水量为938.5 mm，降水量主要集中在49月份，日最大降水量达209.6 mm。风：常年主导风向为东北东向，次为东南东向。秋、冬季多偏北风，春、夏季多偏南风。年定时平均风速2.2 m/s，定时最大风速为28.0 m/s，（风向WNW），出现在1973年7月30日。多年平均大风（8级以上）为4.6天。雾：多年平均雾日为16.3天，年最多雾日为26天，雾一般出现在每年12月至翌年6月，以34月为多。相对湿度：多年平均相对湿度77%，38月湿度较大，9月至翌年2月较干燥。2.3 土壤土质根据漳州开发区人工岛项目预可行性研究报告（送审稿）26，工区沿线岩土主要由全新统海积（Q4m）淤泥（或淤泥混砂）、冲洪积（Q4al-pl)亚粘土、全新统（Q3al-pl）中粗砂、第四系残破积（Qel-dl）及基岩为燕山晚期第二次侵入的中粒花岗岩（r53（1)b).现分述如下：淤泥（Q4m）：场地均有分布，厚度变化较大为1.322.9 m，主要在东南侧海域较厚。深灰灰黑色，表层为流塑状，中下部为流软塑状，成分由粘、粉粒组成，上部含贝壳或砂，下部总体质较纯。该层属高压缩性质土，强度低。中砂（Q4al-pl）：少量分布，厚度3.5 m、2.5 m。呈浅灰色为主，饱和，松散状，成分主要由石英组成，含泥约10%，局部夹有团块状淤积物，力学强度一般。粘土（Q4al-pl）：粉质粘土属坡积成因。主要分布在东侧海域，呈现浅灰、浅黄色，主要由粘粉粒及不等的沙粒组成。砂砾（Q3al-pl）：灰黄色为主，饱和，稍密中密状，成分主要由石英组成，含泥约10%，力学强度一般较好。残积砂质粘性土（Qel）：该层为花岗岩风化残积形成。呈灰黄或灰白等花斑色，可塑状为主，该层系花岗岩风化产物。该层天然状态下力学强度较高，工程性能较好，但该层又属特殊性土具有泡水易软化、崩解的不良特性。全风化花岗岩：一般岩芯呈土状，浸水易崩解、软化。强风化花岗岩：浅黄色为主，杂浅灰色，一般岩芯呈砂杂土状（下部为碎块杂砂状），手捻易散，浸水也具崩解、软化特性。在淤泥与污泥改良人工岛土壤改良研究项目中，创新小组成员通过采集双鱼岛土壤进行土壤肥力的检测如表2-1所示：表2-1 双鱼岛土壤的肥力Tab.2-1 The fertility of the soil in Double Happiness Island土壤指标pH值有机质g/kg速效磷mg/kg速效氮mg/kg全磷g/kg全氮g/双鱼岛土5.781.520.02590.3750.02360.2247表2-2 南方东部丘陵区红壤（自然土壤）肥力状况评价标准（南方红壤退化机制与防治措施研究专题组，1999）Tab.1-2 Southern hilly region of red soil (Eastern natural soil fertility evaluation standard)养分水平有机质g/kg速效磷mg/kg速效氮mg/kg全磷 g/kg全氮g/kg肥沃35101501.01.75轻度缺乏25-355-10100-1500.6-1.01.25-1.75中度缺乏15-252.5-550-1000.2-0.60.75-1.25严重缺乏152.5500.21.5m的频率仅占0.4%。（4）台风台风为该区主要的灾害性天气，每年7月和8月为台风季节，据19601999年间统计资料，影响本区的台风共有13次，年平均3.3次。其中龙海市1999年的一次重大台风为9914号台风正面袭击龙海市港尾镇镇海角，台风登陆时最大风力超过12级。当台风登陆时，经常出现狂风暴雨，巨浪以及风暴潮灾害严重威胁海岸工程的安全。（5）风暴潮福建沿海是风暴潮的多发区之一。19562000年45年之间，本省沿海台风引起增水52 cm以上的共197次，年平均发生4.4次。近10年来，福建沿海的风暴潮灾害呈频繁趋势，全省或部分岸段的高位潮超过当地警戒水位24次，其中1990年和1994年分别达5次和3次。台风暴潮在灾害是突发性的，但作用强，破坏性大，对海岸地貌、海底地形和滨海沉积物运移都有较大的影响。台风掀起的汹涌狂浪冲击海岸、冲毁码头和护堤岸，而且强烈地冲刷岸滩沉积物，使原有海岸剖面发生急剧变形。（6）暴雨主要出现在49月，集中在68月。龙海洪涝灾害，龙海市日最大降雨量达209.6 mm。其中1997年5月7月发生“5.6”普降暴雨，总雨量达304 mm，其中角美镇552.7 mm，海澄镇417.5 mm。同年8月2日又受到登陆香港的9710号台风影响，龙海市8月13日总降雨量达196.2 mm。9914号台风带来的特大暴雨过程降雨量达142.3200 mm。2.5 降水蒸发“双鱼岛”地处厦门湾，其春雨季（34月）降水量约为200.5 mm，占全年17.5%；雨季（56月）降水量361.8 mm，占全年31.6%；台风季（79月）降水量390.7 mm，占全年34.1%。该地区年平均蒸发量为1651.3 mm，7月的蒸发量最大，可达到200.2 mm，2月蒸发量最少，仅73.4 mm。46月最为潮湿，降雨量大于蒸发量；最干燥的为10月、11月，蒸发量为降雨量的56倍。773 研究内容及研究方法3.1研究内容本文提出“反迪拜”生态自循环模式，即提出利用生态恢复和土壤改良的方法来实现，由于此项目的研究涉及方面横广，所以本文仅从生态恢复方面入手，探讨解决双鱼岛生态自循环系统先天不足的方案。本文还提出一种简化的生态恢复情况监测评价方法，用于评价人工岛生态系统恢复状况及恢复速度，即采用Simpson辛普森多样性指数和Shannon-Weaver香农-威纳指数进行评价。该评价方法用空间代替时间，寻找标志本地生态系统演替、恢复状况的关键时间点与对应物种组合，其关键在于找到初始值、自然恢复5-10年特征值、当地背景值等指标。本文以双鱼岛内岛（恢复1年左右）作为生态系统恢复的初始值研究区，以取土区（自然恢复5-8年）作为特征值研究区，以漳州校区作为当地背景值研究区。通过生态调查及数据分析来证明生态恢复下双鱼岛生物多样性的丰富度与指数由于自然恢复的效果，考虑生态适宜性、生物多样性、植物群落自然演替等条件，再加上乡土植被覆盖的方法，达到保持水土，涵养水源，而后能丰富生物多样性，最终达到改变加速次生裸地恢复，物质的有序循环，绿色能源能够充分利用，建成“反迪拜”模式的绿色型人工岛屿。（1）本文以双鱼岛已填成的双鱼岛开始出现少数植被生长的情况，双鱼岛是“反迪拜”生态自循环模式提出且要实现这一模式的新型人工岛屿，所以在岛进行生态调查是有必要的，通过数据真实反映1年时间双鱼岛上的生态恢复情况，提出面对当前双鱼岛所要建立何种改良的模式。（2）由于南炮台附近山体作为双鱼岛的长期取土区域，其土层性质与双鱼岛本质是相同的，利用南炮台取土区附近5-8年的自然恢复效果，可作为双鱼岛未来在自然环境下植被生长的预计情况，所以南炮台生态调查可作为自然恢复效果的有力依据。（3）同处于开发区内，漳州校区的生态恢复工程已经较为完善，通过收集查找2012、2013年校区5号楼预留用地的生态调查的数据分析，可作为经过生态加速恢复后双鱼岛未来植被生长情况，同时也可与南炮台生物多样性调查数据进行比较。在调查统计后同样可以得出开发区适生植被的种类，从而筛选出最佳的生态植被对双鱼岛进行覆盖，加之提出利用淤泥与污泥对双鱼岛土壤改性的方法，从而达到加速生态恢复，降低后期经济投入的目的，做到“反迪拜”模式，从而形成双鱼岛的生态自循环的模式。3.2 调查工具本文调查所用工具如表3-1。表3-1 生态调查工具表Tab.3-1 Instrument chart of ecological survey 工具名称数量备注皮尺（50m）1个用于样地范围的确定（双鱼岛2020 m，南炮台1010 m）钢卷尺（5m）1个用于草本高度的测量辅助测杆（1m）4根用于1 m1 m草本样方范围的确定铅笔1支用于调查数据的记录记录表1份用于调查数据的记录三角板1个用于样方、样地直角的确定3.3 调查方法本文调查指标包括：调查区域植被覆盖度、样地植被覆盖度、草本样方覆盖度；物种数指标及种类；生物多样性指标，含Simpson辛普森多样性指数和Shannon-Weaver香农-威纳多样性指数及相应的均匀度指数。（1）调查样地的设置及规格：双鱼岛、漳州校区、取土区。（2）现场估算调查区域植被覆盖度，并通过全景照片复核。如图3-1、3-2、3-3所示，双鱼岛覆盖度5%，南炮台取土区90%，漳州校区98%。图3-1 双鱼岛概况Fig.3-1 General Situation of Double Happiness Island图3-2 南炮台取土区概况Fig.3-2 General Situation of South Fort borrow area图3-3 漳州校区概况Fig.3-3 General Situation of Zhangzhou Campus（3）现场估算样地植被覆盖度，并通过拍摄样地照片复核。（4）草本样方调查方法：在样地内通过随机抛掷自制的1 m1 m的方框确定布点位置。调查3-5个11 m的草本样方，记录样方内所有草本植物种类名称、株数/丛数、覆盖度（%）、距地面平均高度（m），记入草本调查记录表。测量步骤如下：不知名的草本植物，可记为未知A、未知B。株数/丛数以草本植物基部的分株/分丛为准。在样方法中的覆盖度测算，样方法中的覆盖度实质上指的是该物种的投影盖度，即该物种垂直投影面积/样方面积。覆盖度的调查，在1 m1 m的样方内通过看照片预估，或是整理历史数据后以此作为盖度指标，用百分数表示。用钢卷尺测量草本植物的平均高度。（5）物种识别及记录，现场识别，通过拍照或采集标本复核。3.4 生物多样性计算方法调查中采用Simpson辛普森多样性指数和Shannon-Weaver香农-威纳多样性指数两种算法对草本植物进行统计计算，来评价样地物种多样性的状况。辛普森多样性指数（Simpsons diversity index）和香农-威纳指数（Shannon-Weiner index）的计算公式如表3-2、表3-3所示。表3-2 辛普森多样性指数公式Tab.3-2 Formula of Simpsons diversity index指数类型公式多样性指数最大多样性指数均匀度表3-3 香农-威纳指数公式Tab.3-3 Formula of Shannon-Weiner index指数类型公式多样性指数最大量最小量均匀度式中S为物种数目，即为物种的丰富度，Pi为属于种i的个体在全部个体中的比例，Ds为物种的辛普森多样性指数，H为物种的香农-威纳指数。除了多样性指数外，均匀度是指群落中全体物种个体数目的分配状况，它反映的是各物种个体数目分配的均匀程度。均匀度指数的计算公式见上表ED、EH。3.5 数据分析方法物种识别及清单整理：植物物种识别是通过CVH中国植物数字标本馆（）获取拉丁名，科属。按照所属植物门，科属拉丁文首位字母排序，同一科属内通过种名拉丁文首位字母排序，形成表格。用提出的生态评价方法对双鱼岛、南炮台、漳州校区的生态情况进行评价，分析自然恢复与加速恢复的差别。同时对漳州校区2012、2013年的生态调查的数据进行对比分析，加之2013年3月之后漳州校区有进行一次灌木草本的清除，对此时期之后重新长出的灌木草本进行的生态调查，综合三次生态调查植物出现的频率，从而则有助于乡土植物的筛选。4 双鱼岛草本生物多样性调查4.1 双鱼岛草本植物调查本次调查是直接登上双鱼岛进行实地调查，沿着已填成的双鱼岛进行草本的调查与识别，其概况图如3-1所示。根据本次实地调查，双鱼岛项目规划范围及其周边评价区位，现状生态基线背景中常见的主要植物资源种类，约有植物17种，分别12科17属。其中：没有出现蕨类植物以及裸子植物，被子植物计12科17属17种（包括变种和亚种）。详细分类如表4-1所示。双鱼岛上所见的种类：盐肤木Rhus chinensis、青葙Celosia argentea、驳骨丹Buddleja asiatic、藿香蓟Ageratum conyzoides、小飞蓬Conyza canadensis、一点红Emilia sonchifolia、鼠曲草Gnaphalium affine、千里光Senecio scandens、美洲蟛蜞菊Wedelia trilobata、地桃花Urena lobata、马齿笕Portulaca oleracea、商陆Phytolacca acinosa、羊蹄Rumex japonicus、龙葵Solanum nigrum、山黄麻Trema orientalis、芦竹Arundo donax、菝葜Smilax china。表4-1 双鱼岛草本植物分类Tab.4-1 Classification of the shrubs in Double Happiness Island科名种名.蕨类植物门.种子植物门-1 裸子植物亚门-2 被子植物亚门-2-1 双子叶植物纲1. 漆树科Anacardiaceae（1）盐肤木Rhus chinensis 2. 苋科Amaranthaceae（2）青葙Celosia argentea3. 醉鱼草科Buddlejaceae（3）驳骨丹Buddleja asiatica4. 菊科Compositae（4）藿香蓟Ageratum conyzoides （5）小飞蓬Conyza canadensis （6）一点红Emilia sonchifolia （7）鼠曲草Gnaphalium affine （8）千里光Senecio scandens （9）美洲蟛蜞菊Wedelia trilobata 5. 锦葵科Malvacea（10）地桃花Urena lobata 6. 马齿苋科Mollugoniaceae（11）马齿笕Portulaca oleracea 7. 商陆科Phytolaccaceae（12）商陆Phytolacca acinosa 8. 蓼科Polygonaceae （13）羊蹄Rumex japonicus9. 茄科Solanaceae（14）龙葵Solanum nigrum 10. 榆科Ulmaceae（15）山黄麻Trema orientalis -2-2 单子叶植物纲11. 禾本科Gramineae（16）芦竹Arundo donax 12. 百合科Liliaceae（17）菝葜Smilax china4.2 双鱼岛生物多样性调查由于双鱼岛大部分区域仍处于裸露状态，所以在岛上选取地带主要以有植被覆盖区域，在创新项目小组成员的协作下，依照章节3所述方法进行生物多样性调查，调查点的编号为样方1、样方2，样方调查的样方面积为20 m20 m，如图4-1所示在每个样方内随机选取5个1 m 1 m的草本样方如图4-2所示，调查内容包括种类、株数/丛数、科属、平均高度、覆盖度等指标参数。图4-1 双鱼岛调查样方示例（样方2）Fig.4-1 Quadrat sample of the survey in Double Happiness Island (Quadrat 2)图4-2 双鱼岛草本样方示例Fig.4-2 Quadrat sample of the shrubs in Double Happiness Island双鱼岛近岸位置：样方1（2422.853N，11803.997E）位于双鱼岛的西北方位，样方内物种种类共有芦竹、羊蹄，高度为0.841.6 m，植被稀疏，覆盖度在7%左右。随机选取5个草本样方，草本样方1A，为空白样方，草本样方1B，物种为芦竹，数量1株，草本样方1C，物种为芦竹，数量1株，草本样方1D，物种为羊蹄，数量1株，草本样方1E，为空白样方。根据上述草本样方，计算生物多样性各项指标如表4-2所示，辛普森多样性指数Ds为0.4844，香农-威纳多样性指数H为0.9774。由于物种数量仅1-2种，生物多样性指数太低，讨论均匀度没有意义。样方2（2422.857N， 11804.059E）位于双鱼岛西北方位，种类为芦竹，树高0.671 m，覆盖度在27%左右。随机选取5个草本样方，草本样方1A，物种为芦竹，数量1株，草本样方1B，为空白样方，草本样方1C，为空白样方，草本样方1D，物种为芦竹，数量1株，草本样方1E，物种为芦竹，数量1株。根据上述草本样方，计算生物多样性各项指标如表4-2所示，辛普森多样性指数Ds为0，香农-威纳多样性指数H为0。由于物种数量仅有1种，生物多样性指数太低，讨论均匀度没有意义。生物多样性指数如表4-2所示。表4-2 双鱼岛草本样方生物多样性指数表Tab.4-2 Index table of the shrubs quadrat biodiversity in Double Happiness Island 指标物种数目S最大多样性指数Dmax辛普森多样性指数DS均匀度ED最大量