沿海河道生境特征及植物群落構(gòu)建研究

葉碎高

(浙江省水利河口研究院,杭州 310020)

1 沿海新圍墾區(qū)河道及生境特征分析

1.1 灘涂圍墾及新圍墾區(qū)河道

河道之于陸地生態(tài)系統(tǒng),猶如血脈之于人體,不可或缺。在沿海平原,縱橫交錯(cuò)的河網(wǎng),發(fā)揮著行洪、排澇、輸水、航運(yùn)、景觀及生態(tài)保護(hù)等綜合服務(wù)功能,為沿海平原地區(qū)的生活、生產(chǎn)活動(dòng)提供了不可替代的資源和環(huán)境條件[4]。為此,盡管土地資源寶貴,新圍墾土地上,通常規(guī)劃有8%左右的水面率。按照平均 20 m寬計(jì),土地上有 4 km/km2左右的河道。通過合理開發(fā)和有效保護(hù),今日的灘涂資源,在不遠(yuǎn)的未來(lái),將成為綠意盎然的阡陌,或生機(jī)勃勃的現(xiàn)代化水鄉(xiāng)都市。

健康的河流是圍墾新區(qū),生態(tài)健康與安全的重要基礎(chǔ)保障。浙江省2003年確定的 “萬(wàn)里清水河道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)”是 “水清、流暢、岸綠、景美”,蘊(yùn)含著河道健康的基本要求[5]。一個(gè)健康的河流生態(tài)系統(tǒng),除了應(yīng)具有穩(wěn)定的河床、良好的水循環(huán)系統(tǒng)外,還應(yīng)具有以生物多樣性為基礎(chǔ)的河道自凈能力。而生物多樣性的基礎(chǔ)是良好的生境條件,包括水質(zhì)、土壤、河岸結(jié)構(gòu)等,適宜的河床、河岸結(jié)構(gòu)形式、土壤特性為植物生長(zhǎng)的環(huán)境條件;健康、穩(wěn)定的植物群落,為動(dòng)物、鳥類、昆蟲生長(zhǎng)、繁衍創(chuàng)造環(huán)境條件,不需要人工干預(yù),自然會(huì)形成植物—?jiǎng)游铩⑸镦湕l;植物、動(dòng)物、微生物構(gòu)成相對(duì)完整的生物鏈,使河道具備相應(yīng)的自凈能力[6-7]。由此可見,植物群落對(duì)于河流健康至關(guān)重要。

1.2 沿海新成陸區(qū)河道生境特征分析

總體來(lái)看,新圍墾區(qū)河道植物生境比較差,主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1)河道水流通常呈雙向流特征,水流方向隨著潮位、徑流量的變化而變化,河岸遭受雙向沖刷,容易被淘刷塌岸。

2)土壤及地下水含鹽量高,植物容易受到鹽分脅迫。沿海河道形成的年代不同,其土壤含鹽量也不同。剛剛圍墾形成的河道土壤含鹽量很高,通常＞0.6%,特殊地段如早期鹽場(chǎng)甚至＞1%。通常當(dāng)土壤含鹽量＞0.9%時(shí),不建議馬上開展人工植物干預(yù),等自然淡化、含鹽量下降后再進(jìn)行河道生態(tài)系統(tǒng)重建。

抗性淀粉是一類性質(zhì)并非完全相同的碳水化合物，其抗酶解性質(zhì)與淀粉的品種、來(lái)源、儲(chǔ)存方式及食品加工過程有關(guān)。目前研究最熱門的是RS3，為凝沉的淀粉聚合物。其主要由糊化淀粉經(jīng)冷卻后形成，為凝沉的直鏈淀粉[4]。

3)圍墾區(qū)多為沙性土壤,加之河岸坡陡,持水、持肥能力低,河岸植物易受貧瘠、干旱脅迫。

4)近水面的岸坡,由于水位漲落頻繁、地下水位高,土壤易受澇漬危害。

5)易受風(fēng)浪危害：①濱海地區(qū)風(fēng)大,植株高、樹冠大的植物容易受風(fēng)壓倒伏,并且危害岸坡穩(wěn)定;②在風(fēng)浪淘刷作用下,砂性土壤岸坡容易流失、滑坡甚至塌岸。

1.3 新圍墾區(qū)河道存在的主要問題

由于上述特殊生長(zhǎng)環(huán)境的限制,只有耐鹽、耐旱、耐澇、耐貧瘠的植物才能適應(yīng)在新圍墾區(qū)河岸生長(zhǎng)。如果不加以人工干預(yù),在成陸后的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),河道及其兩岸都難以形成穩(wěn)定、健康的植物群落。

東南沿海地區(qū)雨量充沛,降雨集中、雨強(qiáng)較大,沒有植被保護(hù)的陡坡河岸,極易產(chǎn)生水力侵蝕。另外由于風(fēng)浪、船行波影響,沒有植物根系保護(hù)的河岸容易遭受波浪淘刷,進(jìn)而出現(xiàn)塌岸現(xiàn)象。

圍墾區(qū)土壤多為砂性土,土壤持水性能差,雖然全年降水量不小,但表面土壤經(jīng)常處于干燥狀態(tài)。沿海、濱海地區(qū)風(fēng)大,如江蘇鹽城市日平均風(fēng)速≥4 m/s的年平均日數(shù)為63.3～156.8 d[8],浙江舟山市一年四季均有大風(fēng)出現(xiàn),年大風(fēng)日數(shù)23.8～125.7 d,最大風(fēng)速24～46 m/s[9]。水利部《土壤分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》 (SL190-2007)規(guī)定：“日平均風(fēng)速≥5 m/s,全年累計(jì)30d以上,的 (沿海、濱海)沙質(zhì)土壤地區(qū),應(yīng)界定為風(fēng)力侵蝕區(qū)?！卑凑者@一標(biāo)準(zhǔn),浙江、江蘇多數(shù)地區(qū)都屬于風(fēng)力侵蝕區(qū)。在大風(fēng)作用下,表面土壤顆粒極易啟動(dòng),產(chǎn)生風(fēng)力侵蝕,造成周邊環(huán)境沙塵污染及圍墾區(qū)土壤資源損失。

“岸綠”是 “景美”的物質(zhì)基礎(chǔ),缺乏植物的土地、河道,景觀格局單調(diào),不利于圍墾土地的后續(xù)開發(fā)利用。

沒有植物的河道、河岸,動(dòng)物、微生物因缺乏合適的生境和食物而難以生長(zhǎng)繁衍,難以形成健康的河流生態(tài)系統(tǒng),河道自凈能力差。

由此可見,營(yíng)造適宜的植物生境條件,構(gòu)建健康穩(wěn)定植物群落,對(duì)于圍墾新成陸土地及其河道都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 物種選擇及群落構(gòu)建原則

沿海河道,尤其是新圍墾土地上的河道生態(tài)建設(shè),不同于一般平原河道生態(tài)建設(shè),也不同于一般的沿海土地綠化,既要滿足河流生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的要求,又要克服沿海河道惡劣植物生境條件的限制,同時(shí)又不能影響河道主導(dǎo)功能的正常發(fā)揮,是一項(xiàng)異常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在植物種類選擇時(shí),要充分考慮河道生境特征和植物的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性,遵循因地制宜、適地適樹原則,生態(tài)功能優(yōu)先、經(jīng)濟(jì)適用性原則,以鄉(xiāng)土植物為主的原則,物種多樣性、物種共生相融性原則等基本原則[10-11]。

2.1 因地制宜、適地適樹原則

每一種植物都有其生態(tài)適宜性,不同的植物適宜不同的生長(zhǎng)環(huán)境。為了使人工種植的植物能健康生長(zhǎng)、繁衍,應(yīng)根據(jù)不同的立地條件,選擇適宜的植物種類。沿海地區(qū),尤其是新圍墾區(qū)河岸土壤含鹽量較高,植物易受鹽分脅迫,應(yīng)選用耐鹽性的植物,如木麻黃 (Casuarina equisetifolia)、海濱木槿 (Hibiscus hamabo)、濱柃 (Eurya emarginata)、檉柳 (Tamarix chinensis)、鹽地堿蓬 (Suaeda asalsa)等。而在河道常水位附近的坡段,土壤水分含量較高,植物易受澇漬脅迫,并且是高含鹽率的澇漬脅迫,應(yīng)選擇耐水濕同時(shí)耐鹽性的植物種類,如檉柳、秋茄 (Kandelia candel)、蘆葦(Phragmites australis)等?？嚅?(Melia azedarach)、池杉 (Taxodium ascendens)也能在浙江沿海河道附近生長(zhǎng),晚秋季節(jié),池杉與水面輝映,景色誘人。但池杉樹干高大粗壯,苦楝樹冠大,在行洪斷面內(nèi)種植,影響行洪;在沿海地區(qū)河道種植,受臺(tái)風(fēng)影響易倒伏并連累河岸安全。因此,應(yīng)適地適樹、因地制宜地選擇適宜植物種類。

2.2 生態(tài)功能優(yōu)先、經(jīng)濟(jì)適用性原則

植物具有生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、景觀等多種功能。在河道生態(tài)建設(shè)中,植物種類選擇應(yīng)以生態(tài)功能優(yōu)先,包括植物改良土壤、保持水土、攔截面源污染、提高河道自凈能力等,適當(dāng)考慮景觀功能、經(jīng)濟(jì)功能。植物的存在,能改變區(qū)域景觀格局,自然具有景觀功能。位于村鎮(zhèn)附近或交通要道兩側(cè)的河道,植物種類選擇時(shí),則應(yīng)充分考慮植物的景觀效果。在空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,利用喬冠草相結(jié)合營(yíng)造高低有別、錯(cuò)落有致的立體結(jié)構(gòu),河道沿線配置不同群落的植物,漸進(jìn)過渡,避免單調(diào)乏味和變化突兀。在色彩配置上,要確保常年有綠、色彩季相合理變化,除利用植物開花調(diào)節(jié)色彩變化外,還可以樹葉的不同顏色,營(yíng)造更加自然、持久、健康的豐富多彩的植物環(huán)境[12]。

經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性主要考慮在植物種類選擇時(shí),考慮苗木價(jià)格低廉、植保養(yǎng)護(hù)方便。如條件允許,可適當(dāng)考慮部分植物的產(chǎn)出效益。

2.3 以鄉(xiāng)土植物為主的原則

這一原則具有兩方面的意義：①本土植物苗木來(lái)源充足、價(jià)格低廉,質(zhì)保養(yǎng)護(hù)方便;②引進(jìn)外來(lái)植物需合理評(píng)估、嚴(yán)格控制、謹(jǐn)慎選擇,避免造成外來(lái)植物入侵。在這方面,我國(guó)有著慘痛的教訓(xùn)。鳳眼蓮,俗稱水葫蘆 (Eichhornia crassipes)、喜旱蓮子草,俗稱水花生 (Alternanthera philoxeroides)、一枝黃花Solidago canadensis L.)、互花米草 (Spartina alterniflora Loise)等都因有其長(zhǎng)處才被引進(jìn)中國(guó),如水花生是侵華日軍作為馬飼料于上世紀(jì)30年代從南美洲引進(jìn)中國(guó)的;水葫蘆上世紀(jì)初作為觀賞植物從巴西引進(jìn),50、60年代作為速生豬飼料推廣,后來(lái)又被作為靜水植物種植;一枝黃花是1953年作為觀賞植物從加拿大引進(jìn)的。但由于缺乏原產(chǎn)地的天敵制約,生態(tài)適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng),又沒有相應(yīng)的人為控制措施,這些植物很快就成為外來(lái)入侵物種、生態(tài)殺手,引起一系列生態(tài)問題,國(guó)家為此付出了沉重的代價(jià)[12]。為此,在河道生態(tài)建設(shè)過程中,應(yīng)堅(jiān)持以本土植物為主的原則,避免把 “生態(tài)建設(shè)”工作的成果變成 “生態(tài)破壞”。

2.4 物種多樣性原則

棄渣場(chǎng)、臨時(shí)堆土場(chǎng)等臨時(shí)綠化可以撒播單一速生物種,如狗牙根 (Cynodon dactylon L)、高羊茅 (Festuca arundinacea)甚至小麥 (Triticum aestivum Linn)種子。一些地方政府為了趕進(jìn)度,在城市周邊的河岸鋪設(shè)馬尼拉草皮 (cynodon dactylon),早期的植生混凝土噴播也只有單一的草籽。但草本構(gòu)成的植物系統(tǒng)是低等生態(tài)系統(tǒng),任何單一的物種抵抗自然災(zāi)害能力都比較低,難以穩(wěn)定、持久。喬冠草結(jié)合、植物多樣性及物種共生相容性原則是確保河道植物群落穩(wěn)定、健康生長(zhǎng)、繁衍的基礎(chǔ),也是營(yíng)造動(dòng)物、微生物物種多樣性生境的基礎(chǔ)。所以盡管沿海河道適應(yīng)植物較少,但也應(yīng)盡量營(yíng)造多樣性的植物群落,群落內(nèi)的植物之間應(yīng)能共生相容,以利于群落健康、穩(wěn)定[14]。

3 物種選擇與群落構(gòu)建

根據(jù)河道生態(tài)建設(shè)要求、沿海河道植物生境特征及物種選擇原則,課題組經(jīng)過5 a多時(shí)間在浙江省慈溪市、溫嶺市、椒江區(qū)、三門縣、定海區(qū)、海寧市等縣 (市、區(qū))沿海試點(diǎn)、示范河道試驗(yàn)研究,優(yōu)選出適合沿海河道生態(tài)建設(shè)的植物20多種,成功構(gòu)建了6個(gè)健康穩(wěn)定的植物群落。

3.1 物種選擇

根據(jù)物種選擇原則,針對(duì)河道不同坡位的生境特征,選擇適宜的植物種類。

3.1.1 洪水位以上岸坡及坡頂植物

該坡段是營(yíng)造濱水緩沖帶、沿岸景觀帶的主要空間,選擇耐旱、耐鹽、耐貧瘠的植物,并應(yīng)喬冠草相結(jié)合。適宜的喬木樹種有木麻黃、旱柳(Salix matsudana)、弗櫟 (Quercus virginiana)、絨毛白蠟 (Fraxinus velutina)、洋白蠟 (Fraxinus pennsylvanica)等。灌木樹種可選擇檉柳、海濱木槿、南方堿蓬 (Suaeda australis)、夾竹桃(Nerrium indicum)、海桐 (Pittosporum tobira)、濱柃、蠟楊梅 (Myrica cerifera)、秋茄 (Kandelia candel)、苦檻藍(lán) (Myopprum bontioides)。草本植物可選擇鹽地堿蓬、狗牙根、紫花苜蓿 (Medicago sativa L)、白茅 (Imperata cylindrica var.major)等。

3.1.2 適宜水位變幅區(qū)岸坡的植物

常水位與洪水位之間的坡岸,水位頻繁變化,經(jīng)常遭受波浪沖刷,是容易產(chǎn)生土壤侵蝕、塌岸的坡段。植物根系對(duì)錨固土壤、提高土壤的抗侵蝕能力具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。該坡段土壤含水率高,宜選擇耐澇、耐鹽植物。由于處于河道行洪斷面,不宜種植池杉等高大喬木?？晒┻x擇的喬木樹種有木麻黃、旱柳、弗櫟 (Quercus virginiana)、絨毛白蠟、洋白蠟、水紫樹 (Nyssa aquatica)等。灌木可選擇檉柳、海濱木槿、濱柃、蠟楊梅、秋茄、苦檻藍(lán)等樹種。草本植物可選鹽地堿蓬、狗牙根、白茅、蘆葦、蘆竹 (Arundo donax)等耐鹽、耐澇植物。

3.1.3 常水位以下植物

常水位以下可以生長(zhǎng)的是水生植物。水生植物的選擇、種植應(yīng)以改善水禽、魚類、貝類及微生物的生境條件,提高河道水體的自凈能力,維持水生態(tài)系統(tǒng)健康為主要目標(biāo),城區(qū)河道中的水生植物可適當(dāng)考慮景觀要求?？梢栽谒掳镀录敖逗拥追N植蘆葦、蘆竹、海三棱藨草 (Scirpus mariqueter)等挺水植物、沉水植物。根據(jù)沿海河道的特點(diǎn),在缺乏切實(shí)可行的控制措施的情況下,不宜種植漂浮植物[14]。

3.2 植物群落構(gòu)建

自然界的植物既不是單獨(dú)生長(zhǎng),也不是雜亂無(wú)章地組合在一起的,而是遵循一定的規(guī)律而集合成群地生長(zhǎng)的。單獨(dú)生長(zhǎng)的植物,例如水邊的蘆葦蕩、水面上瘋長(zhǎng)的水葫蘆、人工種植的草皮等,往往是不健康、不穩(wěn)定的,其生態(tài)服務(wù)功能也受到一定的限制。在特定空間或特定生境下,植物種群有規(guī)律地組合、生長(zhǎng)在一起,物種之間及其與環(huán)境之間相互影響、相互作用,具有一定的外貌及結(jié)構(gòu),執(zhí)行一定的功能,這樣的植物組合就是植物群落。群落內(nèi)的植物具有相同或相近的生態(tài)習(xí)性,對(duì)環(huán)境有相近的要求,物種之間相容共生,或者群落內(nèi)的一個(gè)物種依賴于另一個(gè)物種而生存,甚至一個(gè)物種供給另一個(gè)物種最適之需[15]。人工構(gòu)建的植物群落也應(yīng)該遵循自然界群落內(nèi)植物共生相容的規(guī)律,力求群落健康、穩(wěn)定地生長(zhǎng)、繁衍,并與河道環(huán)境相適應(yīng)。

本課題在慈溪市選擇了兩個(gè)試點(diǎn)圍墾河道,一個(gè)是半掘浦,另一個(gè)是水云浦,本文以半掘浦為例,闡述沿海河道植物群落構(gòu)建及研究成果。用“滄海桑田”這個(gè)詞描述慈溪的歷史是最恰當(dāng)不過了,全市1 154 km2的陸域面積中,有775 km2是圍墾而成的平原,而且這個(gè)面積還在不斷擴(kuò)大。在反對(duì)圍墾之聲此起彼伏的今天,值得著重指出的是,這些圍墾土地中的相當(dāng)一部分是北宋之前的1 000 a間自然淤漲而成的陸地,所謂 “秦海漢涂唐灶”,說(shuō)的就是從海面到灘涂再到農(nóng)田的 “滄海桑田”變遷過程。隨著人口的增長(zhǎng)、技術(shù)的進(jìn)步,到了北宋?咸平年間 (998～1003),人們才逐步踏上向?yàn)┩恳锏氐娜斯ご儆賴鷫ㄖ?而新中國(guó)成立后的60 a間,只是圍墾速度加快而已[16]。

半掘浦位于慈溪市新浦鎮(zhèn),2007年4月成陸的圍墾區(qū)內(nèi),試驗(yàn)、示范長(zhǎng)度約2.9 km。堤頂高程5.5 m,河底高程-0.87 m,河道常水位1.83 m,河岸坡比約1∶3。該試驗(yàn)點(diǎn)位于北亞熱帶南緣季風(fēng)氣候區(qū),年均氣溫15.8℃,無(wú)霜期平均244 d,多年平均降水量約1 350 mm。項(xiàng)目實(shí)施前,僅在坡底水邊附近長(zhǎng)有少量雜草,生長(zhǎng)不良,岸坡上基本沒有植物,見圖1。

圖1 未經(jīng)植物干預(yù)的沿海河道Fig.1 Coastal river bank without plantation

試驗(yàn)研究開始于2008年4月,至今已歷時(shí)3 a多,歷經(jīng)坎坷,終見成效,固土護(hù)坡、防治水土流失,防治沙塵、改善小區(qū)氣候,調(diào)整景觀格局、優(yōu)化視覺效果等生態(tài)效益、社會(huì)效益明顯。但在試驗(yàn)之初,困難重重,物種選擇、群落構(gòu)建、植物種植等都存在許多不確定性因素。起初由于項(xiàng)目采購(gòu)程序限制,種植時(shí)間拖到了天氣比較炎熱的4月下旬,植物總成活率受到明顯的影響。由于鹽分影響,有些植物只能利用土球中的土壤和養(yǎng)分短時(shí)間內(nèi)存活,出現(xiàn)假活現(xiàn)象。而另一些植物剛接觸高含鹽量的土壤就 “死了”,但隨著土壤在雨季的淡化,又 “復(fù)活了”,出現(xiàn)假死現(xiàn)象。經(jīng)優(yōu)選、優(yōu)化,并采取輔助措施后,植物成活率、生長(zhǎng)狀況明顯改善。目前,河岸植物與標(biāo)準(zhǔn)海塘一起,組成了一道亮麗的沿海風(fēng)景線,圖2是目前的景象。河道坡岸林草植被覆蓋率、郁閉度、三維綠量等明顯提高,水土流失現(xiàn)象減少,小區(qū)氣候條件改善。更為可喜的是,隨著人工種植植物的生長(zhǎng),生境條件不斷改善,其它本土植物,尤其是草本植物不斷增加,生長(zhǎng)狀況良好,對(duì)植物群落的穩(wěn)定、健康、可持續(xù)生長(zhǎng)、繁衍打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著植物的生長(zhǎng),昆蟲、鳥類的種類、數(shù)量也明顯增加,從側(cè)面也印證了小區(qū)環(huán)境的改善。經(jīng)試驗(yàn)研究與觀測(cè)分析,推薦表1所列4種植物組合作為優(yōu)良植物群落,推薦給類似條件的沿海河道使用。

圖2 植物干預(yù)3 a后的沿海河道景觀Fig.2 Coastal river bank 3 years after plantation

表1 慈溪市半掘浦河岸植物配置表Table 1 Plant communities for Banjuepu river in Cixi City

4 結(jié)論與建議

沿海新圍墾區(qū)具有高鹽、風(fēng)大、潮濕與干旱交替脅迫等特征,河岸植物生長(zhǎng)環(huán)境惡劣,如不進(jìn)行人工植物干預(yù),在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),很難形成健康、穩(wěn)定的植物群落。河岸水土流失嚴(yán)重,旱季易生沙塵,影響周邊環(huán)境。開展沿海河道植物技術(shù)試驗(yàn)研究,促進(jìn)河岸植物生長(zhǎng),改善河道生態(tài)環(huán)境是非常必要的。

課題組在政府相關(guān)部門的支持、資助下,歷經(jīng)5 a多,在浙江省沿海各地選取多處試點(diǎn)河道,開展試驗(yàn)、觀測(cè)和研究,優(yōu)選出20多種適合浙江沿海河道環(huán)境生長(zhǎng)的物種,構(gòu)建了6個(gè)植物群落,配合建設(shè)了4個(gè)示范工程。試驗(yàn)、示范河道岸坡林草覆蓋率、郁閉度逐年提高,三維綠量不斷增加,土壤有機(jī)質(zhì)含量、抗侵蝕能力明顯提高,土壤侵蝕減少,顯著改善了沿海河道生態(tài)環(huán)境。研究成果在浙江省各地得到普遍推廣應(yīng)用,部分研究成果被寫入浙江省河道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),前來(lái)參觀學(xué)習(xí)的外省同行絡(luò)繹不絕。

植物的生長(zhǎng)、繁衍應(yīng)能改善動(dòng)植物、微生物的生境條件,增加河道生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性,進(jìn)而提高河道對(duì)水質(zhì)的自凈能力。待條件成熟時(shí),將以本課題建立的試點(diǎn)、示范河道為基礎(chǔ)平臺(tái),開展長(zhǎng)期、定量觀測(cè)和試驗(yàn)研究。

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