貴州紅楓湖水庫(kù)消落帶類(lèi)型劃分及其生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)

夏品華,林 陶,鄧河霞,薛 飛,蔣 瑤,李秋華

(貴州師范大學(xué)貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州貴陽(yáng) 550001)

貴州紅楓湖水庫(kù)消落帶類(lèi)型劃分及其生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)

夏品華,林 陶,鄧河霞,薛 飛,蔣 瑤,李秋華

(貴州師范大學(xué)貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州貴陽(yáng) 550001)

水庫(kù)消落帶;生態(tài)修復(fù);紅楓湖水庫(kù);喀斯特地區(qū);貴州

水庫(kù)消落帶是防止水體污染的最后一道生態(tài)屏障,恢復(fù)或重建消落帶植被是水庫(kù)水質(zhì)管理的一項(xiàng)重要措施,也是當(dāng)前水庫(kù)水體污染控制的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一。消落帶類(lèi)型劃分可為消落帶分區(qū)規(guī)劃治理提供指導(dǎo)。根據(jù)喀斯特山區(qū)水庫(kù)消落帶自然結(jié)構(gòu)的質(zhì)地和坡度,將紅楓湖水庫(kù)消落帶分為河口型消落帶、庫(kù)灣灘地消落帶、土質(zhì)緩坡消落帶、礫質(zhì)坡地消落帶和巖質(zhì)岸坡消落帶 5種類(lèi)型,對(duì)各種類(lèi)型的消落帶特征進(jìn)行了分析,并提出了紅楓湖水庫(kù)消落帶生態(tài)恢復(fù)的設(shè)計(jì)原則與工程模式。紅楓湖水庫(kù)消落帶生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)表明,恢復(fù)與重建后的消落帶系統(tǒng)生物多樣性增加、生態(tài)功能增強(qiáng)。

水庫(kù)消落帶是指水庫(kù)正常低水位和最高水位線(xiàn)之間的區(qū)域,是水位反復(fù)周期性漲落形成的干濕交替區(qū),由水陸系統(tǒng)交錯(cuò)構(gòu)成的邊緣生態(tài)系統(tǒng)。由于周期性的反季節(jié)水淹、地表徑流和波浪淘蝕、人為干擾等因素的影響,水庫(kù)消落帶生態(tài)環(huán)境十分脆弱。三峽水庫(kù)建成后產(chǎn)生的消落帶環(huán)境問(wèn)題引起了人們的高度關(guān)注,消落帶的生態(tài)恢復(fù)與重建已成為研究熱點(diǎn)。構(gòu)建穩(wěn)定的消落帶植物群落看似簡(jiǎn)單,實(shí)則是一個(gè)世界性難題[1]?；謴?fù)消落帶植被系統(tǒng)是發(fā)揮消落帶屏障功能的重要措施。

紅楓湖水庫(kù)位于清鎮(zhèn)市、平壩縣和安順市西秀區(qū)境內(nèi),是貴州中部目前最大的人工水庫(kù),紅楓湖水庫(kù)消落帶植被恢復(fù)重建工程已被貴陽(yáng)市委、市政府確立為富營(yíng)養(yǎng)化治理的重點(diǎn)工程。我們?cè)趯?duì)紅楓湖水庫(kù)消落帶調(diào)查的基礎(chǔ)上,本著分類(lèi)簡(jiǎn)單化、利于工程應(yīng)用的原則,對(duì)消落帶類(lèi)型進(jìn)行了劃分,提出了消落帶植被恢復(fù)的概念性模式,旨在為消落帶分區(qū)規(guī)劃治理,建立消落帶的恢復(fù)和管理模式奠定基礎(chǔ)。

1 水庫(kù)消落帶的生態(tài)功能

水庫(kù)消落帶作為水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,是水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)與陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的過(guò)渡區(qū),具有重要的生態(tài)功能。良好健康的消落帶系統(tǒng)應(yīng)該具備以下生態(tài)功能[2-4]:①固岸護(hù)坡。水庫(kù)消落帶對(duì)岸坡的保護(hù)功能主要是通過(guò)植被來(lái)實(shí)現(xiàn)的。植被的莖葉可以減緩地表徑流,減少侵蝕;岸坡的植被層可以減小庫(kù)岸一側(cè)水流流速,降低水流沖刷作用;植被的根系通過(guò)與土壤的相互作用,增加根際土層的機(jī)械強(qiáng)度,甚至直接加固土壤,起到固土護(hù)坡的作用。②截留徑流污染物。在水落干時(shí),消落帶具有典型的緩沖帶功能,通過(guò)減緩徑流,截留泥沙和非點(diǎn)源污染物質(zhì)入湖,減少水庫(kù)淤積與污染。③凈化水質(zhì)。在水淹時(shí),消落帶能滯納水體中的懸浮物質(zhì),分解、吸收水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),降低水體的富營(yíng)養(yǎng)化水平。④維系生物多樣性。不同的消落帶微生境給各種生物創(chuàng)造了適宜的生存條件。⑤美化景觀。不同類(lèi)型的消落帶植被美化了消落帶景觀。

2 紅楓湖水庫(kù)消落帶面臨的主要問(wèn)題

水庫(kù)消落帶生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱,自然和人為因素的破壞都會(huì)導(dǎo)致消落帶生態(tài)功能的失衡或削弱。氣候變化、植被演替、生物入侵、沉積作用、水質(zhì)惡化、不合理的水資源利用、湖濱灘地或濕地資源過(guò)度開(kāi)發(fā)等原因都可能導(dǎo)致湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)的退化[5]。紅楓湖水庫(kù)是典型的喀斯特山區(qū)河道型水庫(kù),建成運(yùn)行以來(lái),消落帶生態(tài)環(huán)境問(wèn)題突出:波浪淘蝕和水土流失嚴(yán)重,植物群落結(jié)構(gòu)單一,消落帶緩沖功能基本喪失,環(huán)境污染嚴(yán)重。

3 紅楓湖水庫(kù)消落帶類(lèi)型及特征

3.1 紅楓湖水庫(kù)消落帶類(lèi)型劃分

消落帶分類(lèi)的任務(wù)就是要揭示客觀存在的空間結(jié)構(gòu)、生態(tài)過(guò)程和生態(tài)功能的差異,為湖濱帶分區(qū)管理、分區(qū)治理、恢復(fù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)[6-7]。消落帶分類(lèi)應(yīng)遵循以下原則:①綜合性原則。消落帶特定生態(tài)系統(tǒng)的形成是人為活動(dòng)和自然因素耦合作用的結(jié)果,要綜合考慮各種影響因子和表現(xiàn)方式,建立多指標(biāo)分類(lèi)體系。②主導(dǎo)性原則。表征消落帶特點(diǎn)的因素眾多,只能選取最能體現(xiàn)消落帶特點(diǎn)的因素。③確定性原則。應(yīng)確保不同人員應(yīng)用分類(lèi)系統(tǒng)判定類(lèi)型的一致性,起到定性的作用。④適用性原則。包含有兩個(gè)層面的意思,一是選取的劃分依據(jù)要具有可操作性,簡(jiǎn)單易行;二是所分的類(lèi)型要在實(shí)際工作中簡(jiǎn)單易用,符合管理和利用的需要。

根據(jù)劃分原則,結(jié)合紅楓湖水庫(kù)消落帶管理的需要,選取消落帶質(zhì)地和坡度作為一級(jí)分類(lèi)指標(biāo),將其分為 5類(lèi),即土質(zhì)緩坡消落帶、庫(kù)灣灘地消落帶、河口型消落帶、礫質(zhì)坡地消落帶和巖質(zhì)岸坡消落帶。

3.2 紅楓湖水庫(kù)消落帶特征

土質(zhì)緩坡消落帶。土質(zhì)緩坡消落帶是紅楓湖水庫(kù)分布最多的一種類(lèi)型,常與耕地或坡地連接,地勢(shì)梯度不大,呈明顯的緩坡?tīng)?無(wú)洼地、溝渠。土壤貧瘠,粒徑較大。植物成片分布,非耕作地植物為多年生草本植物,無(wú)喬灌植物分布,耕作地則多為一年速生草本植物。部分地段由于受坡面雨水的沖刷,侵蝕嚴(yán)重,植物無(wú)法定居,形成裸露的土質(zhì)坡地。水位變化和水動(dòng)力作用強(qiáng)烈,不適合沉水植物和挺水植物生長(zhǎng)。人為干擾以放牧和耕作兩種形式為主。

庫(kù)灣灘地消落帶。地處平緩地方,多與水田地相連,地勢(shì)和水力梯度變化較小,有洼地,部分形成天然的濕地,有明顯的集水溝渠。土壤肥力較高。植物種類(lèi)較緩坡消落帶豐富,有濕生植物分布。受人類(lèi)干擾最強(qiáng)烈,大多數(shù)被圍墾造田,破壞嚴(yán)重,緩沖帶功能基本喪失。

河口型消落帶。河口型消落帶是入湖河道與水庫(kù)交互作用而成的一種獨(dú)特的消落帶類(lèi)型,根據(jù)地貌整體發(fā)育情況可進(jìn)一步劃分為河口陡岸型和河口灘地型。山區(qū)河口由于強(qiáng)烈的下切作用,常形成陡峭的河口湖岸。河口灘地一般為人口密集地區(qū),人為干擾強(qiáng)烈,灘地多被圍墾造田,濕生及水生植被破壞嚴(yán)重,生態(tài)功能基本喪失。紅楓湖水庫(kù)羊昌河河口消落帶即為典型的河口灘地型消落帶。

礫質(zhì)坡地消落帶。礫質(zhì)坡地依山傍水,地勢(shì)梯度大,庫(kù)岸陡峭,由于地形的原因,寬度較小。礫石和泥土混雜,給植物生長(zhǎng)創(chuàng)造了一定條件,匍匐莖植物的生長(zhǎng)對(duì)該岸的穩(wěn)定發(fā)揮了重要的作用。根據(jù)坡度大小,礫質(zhì)坡地消落帶又可劃分為礫質(zhì)陡岸型和礫質(zhì)緩坡型兩種類(lèi)型。由于陸上土層較薄,且存在眾多不穩(wěn)定性因素,如滑坡、泥石流等,生態(tài)環(huán)境比較脆弱,一旦破壞,恢復(fù)起來(lái)十分困難。紅楓湖水庫(kù)礫質(zhì)坡地消落帶分布較為分散,常與土質(zhì)緩坡消落帶交互在一起。

巖質(zhì)岸坡消落帶。與礫質(zhì)坡地消落帶一樣,依山傍水,地勢(shì)梯度大,庫(kù)岸陡峭,寬度較小。庫(kù)水長(zhǎng)期的沖刷作用,使得表土已被沖刷殆盡,植物很難生長(zhǎng),僅在狹縫中有少量泥土供植物生長(zhǎng)。巖質(zhì)岸坡消落帶可分為巖質(zhì)陡岸型、巖質(zhì)緩坡型和人工堤岸型三種類(lèi)型,是喀斯特山區(qū)水庫(kù)典型的消落帶類(lèi)型,構(gòu)成消落帶獨(dú)特的生態(tài)景觀。該類(lèi)型人為干擾較小,對(duì)水庫(kù)水質(zhì)影響不大,不需要人工治理。紅楓湖水庫(kù)碼頭及北湖的很多地方均為該類(lèi)型。

4 紅楓湖水庫(kù)消落帶生態(tài)恢復(fù)與重建

4.1 紅楓湖水庫(kù)消落帶生態(tài)恢復(fù)與重建的目標(biāo)

消落帶原有的生態(tài)系統(tǒng)因水庫(kù)建設(shè)而發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的變化,而新生的水庫(kù)消落帶是因水庫(kù)水位變化而產(chǎn)生的特定生態(tài)系統(tǒng),極其脆弱,要形成健康的水庫(kù)消落帶系統(tǒng),須在一定的條件下經(jīng)過(guò)若干年的演替才有可能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前,人們通常采用人工手段來(lái)恢復(fù)與重建消落帶生態(tài)系統(tǒng),發(fā)揮其應(yīng)有的功能,當(dāng)然,能否成功還有待實(shí)踐檢驗(yàn)。消落帶生態(tài)恢復(fù)與重建的總體目標(biāo)是通過(guò)采用生態(tài)工程手段,改善生境和恢復(fù)植物,逐步恢復(fù)消落帶退化生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,最終達(dá)到消落帶生態(tài)系統(tǒng)的自我維持和良性循環(huán)狀態(tài)。

4.2 紅楓湖水庫(kù)消落帶生態(tài)恢復(fù)與重建模式

根據(jù)紅楓湖水庫(kù)消落帶恢復(fù)的目標(biāo)、各類(lèi)型消落帶特征及功能特點(diǎn)制定修復(fù)模式,大致分為植被生態(tài)模式、水塘濕地模式、河口濕地模式及保育模式4種,詳見(jiàn)表 1。

表 1 紅楓湖水庫(kù)消落帶生態(tài)恢復(fù)與重建模式

4.3 紅楓湖水庫(kù)消落帶生態(tài)恢復(fù)與重建試驗(yàn)

4.3.1 試驗(yàn)概況

以生態(tài)演替理論為指導(dǎo),采用生物措施,2009年 4月在紅楓湖水庫(kù)滴澄關(guān)消落帶進(jìn)行生態(tài)修復(fù)試驗(yàn),以期恢復(fù)與重建消落帶的結(jié)構(gòu)和功能,其目的是要再現(xiàn)一個(gè)能夠自我維持、更新的生態(tài)系統(tǒng)。

滴澄關(guān)消落帶位于紅楓湖管理處,水位變幅為 5 m,即1 235—1 240 m,為典型的礫質(zhì)坡地型消落帶。因此,采用植被生態(tài)模式進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)根據(jù)消落帶內(nèi)不同水位梯度的變化規(guī)律,人為將消落帶分為 3個(gè)層次:第一層次即水位線(xiàn)為1 235—1 238 m高程的消落帶,第二層次即水位線(xiàn)為 1 238—1 240 m高程的消落帶,第三層次即 1 240—1 246 m高程的水庫(kù)緩沖帶。第一層次水位變化大,種植牛鞭草、狗牙根和白花三葉草等能耐受長(zhǎng)時(shí)間水淹的草本植物;第二層次種植能夠耐受較小水位變化的植物柳樹(shù)、意楊、水杉等;第三層次主要種植景觀植物香樟、火棘、金葉女貞和紅楓等。試驗(yàn)面積 1 500 m2,共計(jì)種植各種植物 30余種 2萬(wàn)余株,形成了喬灌草植被帶。

4.3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)結(jié)果表明:第一層次內(nèi) 3種草本植物均能存活生長(zhǎng),但牛鞭草的長(zhǎng)勢(shì)較狗牙根和白花三葉草好,尤其是在水位1 237 m以下;第二層次種植的喬木按存活率排序?yàn)榱鴺?shù) ＞意楊 ＞水杉,但植株長(zhǎng)勢(shì)均不好,可能是消落帶土質(zhì)貧瘠以及秋冬季水淹的緣故;第三層次種植的植物存活率在 90%以上,植株長(zhǎng)勢(shì)良好。消落帶植被得到修復(fù)后,植被蓋度由原來(lái)的 40%增加到70%以上,植物由單一的草本植物變成由喬灌草構(gòu)成的立體植被系統(tǒng),生物多樣性明顯增加;水土流失和坡面侵蝕大為減少,有效減少了泥沙的淤積。

試驗(yàn)區(qū)因控制人為干擾,原有植物比對(duì)照區(qū)的生長(zhǎng)旺盛,生物量大,這是植被蓋度增加的一個(gè)主要原因。因此,保護(hù)原有植被、防止人為破壞是消落帶植被恢復(fù)的一種有效措施,而人工引種植物則是試驗(yàn)區(qū)植被蓋度快速增加的主要原因。

5 討 論

水庫(kù)消落帶作為特殊的生態(tài)系統(tǒng),引起了廣泛關(guān)注。水庫(kù)消落帶的顯著特點(diǎn)是水位落差大、反季節(jié)性,如三峽水庫(kù)消落帶落差高達(dá) 30m,淹沒(méi)時(shí)間由天然湖泊的夏季汛期變?yōu)槎?這使得消落帶植被恢復(fù)成為世界性的難題[1],而絕非簡(jiǎn)單的造林植草。水庫(kù)與天然湖泊的生態(tài)學(xué)特征有很多不同之處[8],同樣水庫(kù)消落帶與天然湖泊湖濱帶也具有很大的區(qū)別,主要表現(xiàn)在水庫(kù)水位變化較天然湖泊要大,天然湖泊水位主要受流域降雨的影響,通常與降雨量呈正相關(guān),而水庫(kù)水位受人為調(diào)節(jié)的影響,雨季因防洪而運(yùn)行低水位,旱季因蓄水而運(yùn)行高水位,這種反季節(jié)和高落差變化的特點(diǎn)給水庫(kù)消落帶的生態(tài)修復(fù)帶來(lái)極大的困難。因此,在借鑒湖濱帶生態(tài)修復(fù)的同時(shí),應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)水庫(kù)消落帶水文特征的特殊性。紅楓湖水庫(kù)水位季節(jié)性變化通常為豐水期 5—8月份運(yùn)行最低水位,根據(jù)紅楓湖管理要求,控制最低水位線(xiàn) 1 235 m,枯水期 9月至翌年 4月份運(yùn)行高水位,具有明顯的反季節(jié)特征。

消落帶的類(lèi)型劃分目前還沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)范,有關(guān)研究報(bào)道也少見(jiàn)。不同專(zhuān)家學(xué)者從不同的角度或出于不同的目的,由不同的劃分依據(jù)而得出不同的劃分結(jié)果。本研究出于消落帶生態(tài)修復(fù)的目的,將喀斯特山區(qū)水庫(kù)消落帶劃分為土質(zhì)緩坡消落帶、庫(kù)灣灘地消落帶、河口型消落帶、礫質(zhì)坡地消落帶和巖質(zhì)岸坡消落帶 5種類(lèi)型,具有很強(qiáng)的操作性。

消落帶生態(tài)恢復(fù)的難點(diǎn)之一是適宜植物的稀少性[3]。因此,進(jìn)行礫質(zhì)坡地型消落帶植被生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)的目的主要是篩選出適宜消落帶的植物?？墒?什么樣的植物才能算是適宜消落帶的呢?當(dāng)前的研究主要是通過(guò)植物的水淹耐受性來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)的[9-10],即僅考慮消落帶植物的存活問(wèn)題,而我們認(rèn)為適宜消落帶的植物還應(yīng)該有發(fā)達(dá)的根系、較強(qiáng)的固土能力等。筆者通過(guò)對(duì)紅楓湖水庫(kù)消落帶植物的調(diào)查發(fā)現(xiàn),牛鞭草(Hem-thriaaltissima)是一種在消落帶廣泛適應(yīng)的植物。牛鞭草群落固土能力強(qiáng),恢復(fù)生長(zhǎng)快,長(zhǎng)期水淹后,能在落干三四天后長(zhǎng)出新芽,且新芽可以快速集聚光合產(chǎn)物為其恢復(fù)生長(zhǎng)提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

水庫(kù)消落帶系統(tǒng)可以通過(guò)自然演替形成,但是需要很長(zhǎng)的時(shí)間,并且往往僅有草本植物。因此,人工恢復(fù)與重建消落帶植被生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)是水庫(kù)消落帶系統(tǒng)建立的主要措施。在具體實(shí)施中,要根據(jù)消落帶的類(lèi)型采取不同的植被恢復(fù)模式,以維系消落帶的景觀多樣性,盡量保持原有的生境。

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X171.4

A

1000-0941(2011)06-0058-03

貴州省社發(fā)攻關(guān)項(xiàng)目(S Y 20103176);貴陽(yáng)市社發(fā)攻關(guān)項(xiàng)目(201053)

夏品華(1981—),男,貴州黔西縣人,講師,碩士,主要從事環(huán)境生態(tài)修復(fù)研究。

2010-12-15

(責(zé)任編輯 徐素霞)