三峽庫區(qū)消落帶植物治理措施

周明濤，楊平，許文年，肖海

(1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，443002，湖北宜昌;2.三峽大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，443002，湖北宜昌)

三峽庫區(qū)消落帶植物治理措施

周明濤1，2，楊平1，許文年1，2，肖海1

(1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，443002，湖北宜昌;2.三峽大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，443002，湖北宜昌)

根據(jù)三峽庫區(qū)消落帶的水土流失程度及庫區(qū)水位變化規(guī)律，將145～152 m、152～170 m、170～177 m的消落帶分別劃為消落帶下端、消落帶中端與消落帶上端，并以三峽庫區(qū)185 m觀景平臺的上游消落帶生態(tài)治理試點(diǎn)為例，采取植物與工程相結(jié)合的治理模式，通過選取植被覆蓋率、物種種類、物種多樣性、植物生長基質(zhì)流失量4類指標(biāo)，對試驗(yàn)區(qū)的生態(tài)修復(fù)效果狀況進(jìn)行監(jiān)測分析。結(jié)果表明:試驗(yàn)區(qū)的植被覆蓋率沿消落帶梯度方向從上至下在觀測期內(nèi)逐年降低;物種種類因受庫水長時間的淹沒有所減少，均勻性隨高程的不同也呈現(xiàn)較大差異，α多樣性指數(shù)在監(jiān)測期內(nèi)隨時間的增長逐年降低;庫岸受庫水的長期浸泡以及浪涌的高頻繁沖刷是消落帶植物生長基質(zhì)流失的關(guān)鍵因素，造成消落帶上下兩端植物生長基質(zhì)流失比中端嚴(yán)重的主要原因?yàn)樾写a(chǎn)生的涌浪，且其隨時間的增長日趨嚴(yán)重。

消落帶;植物治理;三峽庫區(qū)

水庫消落帶是指水庫因季節(jié)性水位漲落而使周邊淹沒土地周期性地出露于水面的一個特殊的區(qū)域［1］。水庫消落帶在庫區(qū)水體與陸岸之間形成一個巨大的環(huán)庫生態(tài)隔離帶，是一種特殊的水陸交錯濕地生態(tài)系統(tǒng)，其水位的周期性漲落將導(dǎo)致水土流失、植被破壞、地質(zhì)災(zāi)害等危害［2－3］，威脅到水利水電工程功能的正常發(fā)揮及庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展［4］。消落帶的生態(tài)環(huán)境具有淹沒時間長、水位漲落幅度大等特征，特別是在一些坡度陡、水流急、土壤難以沉積的河段，植被常常因此完全消失而成為裸地，其產(chǎn)生的景觀不協(xié)調(diào)也將制約三峽庫區(qū)旅游業(yè)的發(fā)展，且治理存在很大困難。目前對庫區(qū)消落帶的研究主要集中在地質(zhì)災(zāi)害防治、土地資源利用、生態(tài)環(huán)境調(diào)控、健康評價體系構(gòu)建與土壤物質(zhì)釋放規(guī)律等方面［5－8］，而對消落帶的生態(tài)治理則鮮有成果，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)也十分有限。

通過對已完建消落帶生態(tài)治理試點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)3年觀測，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的治理技術(shù)在消落帶上下兩端的應(yīng)用存在很大弊端，直接影響了生態(tài)治理成果和景觀效果［9］，及時開展水電工程庫區(qū)消落帶植被生態(tài)恢復(fù)的理論與原則、生態(tài)恢復(fù)工程的技術(shù)和方法、消落帶生態(tài)系統(tǒng)管理方法的研究，具有積極和現(xiàn)實(shí)的意義。筆者以此為出發(fā)點(diǎn)，通過選擇合適的植物，對三峽水電站壩前145～175 m高程的消落帶進(jìn)行植被生態(tài)恢復(fù)的現(xiàn)場試驗(yàn)研究，以期為三峽庫區(qū)消落帶后續(xù)的生態(tài)治理模式提供一定的參考。

1 消落帶分區(qū)

三峽水利樞紐工程建成后，三峽水庫在每年10月開始蓄水，到11月上旬水庫水位由145 m逐漸上升至175 m;此后至翌年1—4月，水位由175 m逐漸降低至156 m，至5月下降到145 m，在5—9月汛期內(nèi)，水庫一般保持145 m水位運(yùn)行，夏季水位低而冬季水位高。隨著每年水位在145～175 m之間的變化，在庫區(qū)兩岸會形成水位漲落高差達(dá)30 m且與水位自然漲落節(jié)律相反的消落帶，如圖1所示。

結(jié)合三峽水庫水位調(diào)度計劃與現(xiàn)場觀測資料，可得三峽庫區(qū)夏季防洪水位在145～152 m之間，冬季蓄水水位在170～177 m范圍內(nèi)，以此對庫區(qū)消落帶岸坡在梯度方向進(jìn)行分區(qū)，分區(qū)結(jié)果見圖2。

圖1 三峽庫區(qū)水位變化圖Fig．1 Variation of water level in Three Gorges Reservoir Area

圖2 三峽庫區(qū)消落帶分區(qū)示意圖Fig．2 Three Gorges Reservoir Area water－levelfluctuating－zone partition schemes

2 試驗(yàn)區(qū)概況

以三峽庫區(qū)185 m觀景平臺上游145～177 m高程部位的消落帶生態(tài)治理試點(diǎn)和觀測區(qū)為例。治理區(qū)長167 m，斜高32.5 m，面積5 427.5 m2。該區(qū)域坡度較緩，邊坡比為1∶2，治理范圍區(qū)的原有表層土基本流失殆盡，剩下堅(jiān)硬貧瘠的土石層，缺乏植被適宜生境，除了少量狗牙根(Cynodon dactylon)及霸王草(Overlord grass)，坡面幾乎沒有植被生長。

三峽庫區(qū)消落帶生態(tài)環(huán)境是一種人為創(chuàng)造出來的特有生態(tài)環(huán)境，其適宜物種應(yīng)具備耐水淹、低溫、弱光、低氧等特點(diǎn)［10］，當(dāng)前可滿足此條件的植物物種極少。依據(jù)物種多樣性、生態(tài)適應(yīng)性、鄉(xiāng)土植物、抗逆性等原則，結(jié)合試點(diǎn)工程所在地氣候條件及庫區(qū)水位消漲規(guī)律的特點(diǎn)，選取狗牙根、香根草(Vetiveria zizanioiaes)、疏花水柏枝(Myricaria laxifflora)、水蓼(Polygonum hydropiper)、馬棘(Indigofera pseudotinctoriaMatsum)、火棘(Pyracantha fortuneana)、水昌蒲(Acorus calamusL.)、香蒲(Typha orientalis)為試驗(yàn)物種。

試驗(yàn)區(qū)治理于2008年4月，所采取的措施為:首先在消落帶145～177 m區(qū)域內(nèi)設(shè)置菱形框格梁，以加固原有庫岸邊坡，接著向框格梁內(nèi)回填人工建植土至菱形框格梁表面，以作為植物生長基質(zhì)，最后將事先選配好的物種進(jìn)行撒播或栽種，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理。

3 監(jiān)測指標(biāo)與方法

以三峽185 m觀景平臺上游已完建消落帶生態(tài)治理試點(diǎn)項(xiàng)目為對象，自2008年9月開始，對145～177 m范圍內(nèi)的消落帶邊坡進(jìn)行連續(xù)調(diào)查，形成一系列觀測資料，監(jiān)測分析對象包括植被覆蓋率、物種種類、物種多樣性、植物生長基質(zhì)流失量。依據(jù)庫水位變化及植被返青效果，每年9月份進(jìn)行試驗(yàn)區(qū)監(jiān)測。

1)植被覆蓋率。指植物綠葉的垂直投影面積與土壤總面積之比［11］，可作為植被整體生長情況的評價指標(biāo)。觀測方法:根據(jù)圖2，在試驗(yàn)區(qū)消落帶的上端、中端和下端沿水平方向各隨機(jī)設(shè)置3個面積為1 m×1 m的樣方，測量每個樣方的植被覆蓋率，并求出對應(yīng)區(qū)域的平均值。

2)物種種類。物種種類數(shù)量的變化可反映物種適應(yīng)消落帶嚴(yán)酷生境的生存能力，物種數(shù)量越多，植被群落的穩(wěn)定性越高［12］。試驗(yàn)中，分別調(diào)查上述9個樣方內(nèi)所出現(xiàn)的物種數(shù)。

3)物種多樣性。α多樣性指數(shù)為生物群落內(nèi)的多樣性，是反映群落內(nèi)部物種數(shù)量和相對多度的一個指標(biāo)［13－14］，采用香農(nóng)－威納指數(shù)(Shannon－Wiener指數(shù))來計算，其公式為

式中:H為物種多樣性指數(shù);s為物種數(shù);Pi為屬于種i的個體在全部個體中的比例，Pi=Ni/N，Ni為第i種個體數(shù)，N為物種個體總數(shù)。

4)植物生長基質(zhì)流失量。指試驗(yàn)治理區(qū)框格梁內(nèi)回填土的流失厚度，反映了框格梁內(nèi)植物生長基質(zhì)的侵蝕破壞情況。觀測方法:在單個樣方內(nèi)的不同部位，用直尺測量土層表面與框格梁表面之間的距離5次，用其平均值來表示植物生長基質(zhì)流失量。

4 結(jié)果與分析

4.1 植被覆蓋率

經(jīng)過近6個月的管理養(yǎng)護(hù)，在2008年9月第1次監(jiān)測時，145～152 m區(qū)域內(nèi)的植被受庫水浪涌的沖刷影響較大，152 m以上區(qū)域植被長勢良好，整個試驗(yàn)區(qū)植被覆蓋率為76.1%;10月份水庫開始蓄水，至11月份蓄水至175 m，在此時間段內(nèi)，植被完全被淹沒，在缺氧、缺光、低溫等條件下，植物存活和生長的條件得不到滿足，大部分枯死。2009年1月，庫區(qū)開始緩慢泄水，水位逐漸降低，至5月底水位降低到145 m，在此過程中，試驗(yàn)區(qū)的植被逐漸露出水面，未枯死的植被逐漸返青，但庫水位消落時氣候炎熱，消落帶土壤干燥缺水，也不利于植物生長。在2009年9月第2次監(jiān)測時，植被覆蓋率為37.5%。經(jīng)過同樣的一個庫水淹沒周期，在2010年9月第3次監(jiān)測時，植被長勢較差，不形成完整群落，植被覆蓋率僅有26.9%。由于受庫水淹沒時間、淹沒水深、淹沒水溫等因素影響，消落帶上、中、下3區(qū)域3年的平均植被覆蓋率分別為61.9%、50.2%和28.4%。整體來看，植被受水淹、水庫調(diào)度、浪涌沖刷、雨季降雨沖刷等影響，再加上風(fēng)浪沖刷造成消落帶土壤侵蝕等因素，嚴(yán)重影響了植物的定居與生長;因此，試驗(yàn)區(qū)的植被覆蓋率在觀測期內(nèi)逐年降低，且沿消落帶坡面從上至下整體呈下降趨勢。

4.2 物種種類

2008年9 月第1次監(jiān)測時，試驗(yàn)區(qū)除了人為引進(jìn)的狗牙根、香根草、疏花水柏枝、水蓼、馬棘、火棘、水昌蒲、香蒲8種物種之外，還出現(xiàn)了回填土攜帶的自生物種，如霸王草。2009年9月第2次監(jiān)測時，因試驗(yàn)區(qū)在蓄水期長時間遭水淹，生存環(huán)境惡劣，抑制了植被的生長，導(dǎo)致馬棘、水昌蒲、香蒲3種植物死亡。2010年9月第3次監(jiān)測時，又有火棘死亡，保留下的耐性物種基本能適應(yīng)三峽庫區(qū)消落帶的惡劣環(huán)境。

4.3 物種多樣性

通過對試驗(yàn)治理區(qū)植被的生長情況及生態(tài)修復(fù)效果的監(jiān)測，框格梁內(nèi)連續(xù)3年監(jiān)測與計算的物種α多樣性指數(shù)見表1。

表1 框格梁內(nèi)物種的α多樣性指數(shù)Tab．1 Species alpha diversity index within frame space beam

可見，框格梁內(nèi)物種α多樣性指數(shù)在監(jiān)測期內(nèi)隨時間增長而降低。經(jīng)分析，試驗(yàn)區(qū)在2008年9月第1次監(jiān)測時，種植植物種類沒有變化，而且增加了回填土攜帶的自生物種，豐富度增加，且種類中個體分配比較均勻，物種 α多樣性指數(shù)最高，達(dá)到2.013。2009年9月第2次監(jiān)測時，因試驗(yàn)區(qū)遭受過長時間水淹，生存環(huán)境惡劣，抑制了植被的生長，導(dǎo)致馬棘、水昌蒲、香蒲3種植物死亡，使得物種種類減少且受水位變化及淹沒時間影響，種類之間個體分配的均勻性隨高程不同呈現(xiàn)較大差異，沿坡面從上至下逐漸降低，物種 α多樣性指數(shù)降低為1.605。2010年9月第3次監(jiān)測時，又有火棘死亡，保留下的耐性物種基本能適應(yīng)惡劣環(huán)境，但群落的均勻性下降較大，致使物種α多樣性指數(shù)下降為1.353。

4.4 植物生長基質(zhì)流失量

通過現(xiàn)場觀測，框格內(nèi)植物生長基質(zhì)流失情況隨時間增長愈趨嚴(yán)重。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致消落帶岸坡遭侵蝕破壞的主導(dǎo)因素為涌浪對岸坡的長期沖刷。框格梁內(nèi)不同年份植物生長基質(zhì)流失量觀測值見圖3。2008年9月第1次監(jiān)測時，夏季防洪期間，庫區(qū)水位基本保持在145 m左右小幅度波動，長期處于相對穩(wěn)定狀態(tài)［15］，而浪涌對消落帶下端高頻率的沖刷，導(dǎo)致消落帶下端植物生長基質(zhì)流失嚴(yán)重;消落帶上端和中端不受庫水位影響，雨季降雨成為消落帶上端、中端坡面植物生長基質(zhì)侵蝕的最主要原因，但此時坡面植被整體長勢良好，對保持岸坡水土流失起到了較大作用，因而第1次監(jiān)測時植物生長基質(zhì)流失量相對較小。2008年9月到2010年9月，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)植物生長基質(zhì)流失量逐年增加，主要原因?yàn)槌跗诎镀挛幢粠焖蜎]，植被生長較好，根系發(fā)達(dá)，有較強(qiáng)的水土保持功能;第2次觀測時，因?yàn)閹焖L時間淹沒，植被覆蓋率降低，因而植物生長基質(zhì)流失加劇;第3次觀測時，庫水長期淹沒，以致物種數(shù)量急劇減少，植被群落稀疏，且植被長勢較差、覆蓋率低，以及水位變化過程中，飽和土體強(qiáng)度及抗沖刷性能下降，浪涌對消落帶的沖刷，進(jìn)一步加劇了植物生長基質(zhì)的流失。

通過現(xiàn)場觀測，試驗(yàn)區(qū)不同方位植物生長基質(zhì)流失情況如圖4所示。整體來講，消落帶下端植物生長基質(zhì)流失量大于消落帶上端，中端最小。原因在于消落帶下端長期浸泡在庫水中，經(jīng)常處于飽和狀態(tài)，導(dǎo)致其強(qiáng)度和抗沖刷性能降低，且行船產(chǎn)生的涌浪高頻率地沖刷岸坡，加速了回填土的流失，因而植物生長基質(zhì)流失最嚴(yán)重;消落帶上端浸泡時間及涌浪沖刷時間相對消落帶下端較短，因而其植物生長基質(zhì)流失值相對較小;消落帶中端因蓄水及放水過程中水位變化較快，受涌浪沖刷幾率小，植物生長基質(zhì)的流失主要由雨季降雨沖刷及重力侵蝕所引起，因此，相對于消落帶上端及下端其值較小。

圖3 框格梁內(nèi)不同年份植物生長基質(zhì)流失量Fig．3 Plant growth matrix loss within frame space beam for different years

圖4 不同方位植物生長基質(zhì)流失量Fig．4 Plant growth matrix loss in different directions

5 結(jié)論與建議

1)水淹、水庫水位調(diào)度、浪涌沖刷、降雨沖刷等嚴(yán)重影響著消落帶植物的定居與生長，試驗(yàn)區(qū)的植被覆蓋率在觀測期內(nèi)逐年降低，且沿消落帶梯度方向從上至下也逐漸降低。

2)試驗(yàn)區(qū)受庫水長時間水淹，生存環(huán)境惡劣，抑制了植物生長，導(dǎo)致物種種類減少;水位變化及淹沒時間不同，物種的均勻性隨高程不同呈現(xiàn)較大差異，且試驗(yàn)區(qū)物種α多樣性指數(shù)在監(jiān)測期內(nèi)隨時間增長而降低。

3)庫水長期浸泡庫岸以及浪涌的高頻率沖刷是消落帶植物生長基質(zhì)流失的關(guān)鍵因素，且行船產(chǎn)生的浪涌是造成消落帶上下兩端植物生長基質(zhì)流失量比中端嚴(yán)重的主要原因;試驗(yàn)區(qū)框格梁內(nèi)植物生長基質(zhì)流失情況隨時間增長愈趨嚴(yán)重。

針對三峽庫區(qū)消落帶治理現(xiàn)狀，建議在以后的工作中進(jìn)一步研發(fā)相應(yīng)的植物生長基質(zhì)穩(wěn)固技術(shù)，并繼續(xù)篩選或馴化適宜于消落帶生長的兩棲植物，并針對三峽庫區(qū)消落帶的水土侵蝕狀況，對消落帶采取分區(qū)分塊治理措施，在消落帶坡岸上沿梯度方位，對不同的區(qū)域采用不同的灌草物種搭配與工程相結(jié)合的綜合治理模式。

6 參考文獻(xiàn)

［1］杜逢彬，陳繼平，石金胡.三峽庫區(qū)消落帶環(huán)境問題及生態(tài)環(huán)境評價治理［J］.城市勘測，2009(2):150－153

［2］蘇維詞，楊華，羅有賢，等.三峽庫區(qū)漲落帶的主要生態(tài)環(huán)境問題及其防治措施［J］.水土保持研究，2003，10(4):196－198

［3］周彬，朱曉強(qiáng)，楊達(dá)源.長江三峽水庫庫岸消落帶地質(zhì)災(zāi)害防治研究［J］.中國水土保持，2007(11):43－45

［4］Su Weici，Liu Jinping，Zhang Junyi.The main ecological issues of water－level－fluctuating zone and the strategies in Three Gorges reservoir area［J］.Remote Sensing，Environment and Transportation Engineering，2011，1:8679－8682

［5］陳梓云，彭夢俠.三峽庫區(qū)消落帶土壤中重金屬鉻調(diào)查與分析［J］.四川環(huán)境，2001，20(1):53－54

［6］王炯.三峽庫區(qū)消落地的利用與管理問題研究［J］.西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)版，2003，1(1):35－38

［7］熊俊，袁喜，梅朋森，等.三峽庫區(qū)消落帶環(huán)境治理和生態(tài)恢復(fù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.三峽大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2011，33(2):23－28

［8］Su Weici，Liu Junping，Yang Hua，et al.A preliminary study on land exploitation and utilization models of waterlevel－ fluctuating zone(WLFZ)in the Three Gorges Reservoir area of Chongqing ［J］.Advanced Management Science，2010，3:228－232

［9］楊平.恢復(fù)生態(tài)學(xué)在隔河巖庫區(qū)消落帶生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用［J］.三峽大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2011，33(4):11－14

［10］布東方，胡金明，周德民，等.不同水位梯度下的小葉章種群密度［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2006，25(9):1009－1156

［11］田靜.基于遙感實(shí)驗(yàn)下的植被覆蓋率反演［D］.長春:吉林大學(xué)，2004

［12］趙常明，陳偉烈，黃漢東，等.三峽庫區(qū)移民區(qū)和淹沒區(qū)植物群落物種多樣性的空間分布格局［J］.生物多樣性，2007，15(5):510－522

［13］程瑞梅，肖文發(fā)，李建文.長江三峽庫區(qū)草叢群落多樣性的研究［J］.山地學(xué)報，2005，23(4):502－506

［14］馬克平，黃建輝，于順利，等.北京東靈山地區(qū)植物群落多樣性［J］.生態(tài)學(xué)報，1995，15(3):268－277

［15］蘇維詞，張軍以.河道型消落帶生態(tài)環(huán)境問題及其防治對策［J］.中國巖溶，2010，29(4):445－450

Plant management measures on water-level-fluctuating-zone in Three Gorges Reservoir Area

Zhou Mingtao1，2，Yang Ping1，Xu Wennian1，2，Xiao Hai1

(1.College of Civil Engineering＆ Architecture，China Three GorgesUniversity，443002，Yichang，Hubei;2.Engineering Research Center of Eco－environment in Three Gorges Reservoir Region，Ministry of Education，China Three Gorges University，443002，Yichang，Hubei:China)

According to the degree of soil erosion and the change rule of water level of water－levelfluctuating－zone in Three Gorges Reservoir Area，this paper divided the water－level－fluctuating－zone into three zones，145－152 m(bottom zone)，152－170 m(middleend zone)，170－177 m(top zone)respectively.The ecological management mode of combing plant and engineering measures were conducted at the 185 m observation platform upstream in Three Gorges Reservoir Area.Four kinds of indices including vegetation coverage，species，species diversity，the loss of plant growth matrix.were selected to analyze the effect of ecological restoration.The results show that the vegetation coverage along with the slope surface of water－level－fluctuating－zone from up to down reduced year by year in experimental observation period.As submerged by water for a long time，the types of species reduced，the uniformity presented great difference with different elevation，and the alpha diversity index reduced as time goes on during the monitoring period.Bank soaking and frequent surge scouring for a long time led to the loss of plant growth matrix，and the surge which produced by voyaging was the main reason led to the loss at the bottom and the top part being more serious than the middleend section.The loss of plant growth matrix became more serious as time goes by.

water－level－fluctuating－zone;plant management;Three Gorges Reservoir Area

2012－01－04

2012－05－13

三峽大學(xué)博士啟動基金“植被混凝土生態(tài)基材脹縮恢復(fù)性研究”(KJ2011B006);國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)課題“陡坡消落帶生態(tài)防護(hù)的土壤改良和穩(wěn)固技術(shù)研究及示范”(2008ZX07104－003－03);三峽大學(xué)研究生科研創(chuàng)新基金“含水率及溫度對植被混凝土基材脹縮規(guī)律研究”(2011CX023)

周明濤(1979—)，男，博士。主要研究方向:邊坡生態(tài)修復(fù)與庫區(qū)消落帶綜合治理。E－mail:zmt@ctgu.edu.cn

(責(zé)任編輯:宋如華)