水庫(kù)消落帶植被生態(tài)重建研究進(jìn)展

舒喬生　謝立亞　侯新

摘要：指出了水庫(kù)消落帶是維持水生態(tài)健康的重要屏障，由于其生態(tài)過(guò)渡帶的特性，普遍存在水土流失與地質(zhì)災(zāi)害、土壤與水體交叉污染和生物多樣性減少等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，因此消落帶的植被生態(tài)重建顯得極為重要；目前研究主要集中于消落帶的植物適生性、植被生態(tài)重建及其效益等方面，今后應(yīng)加強(qiáng)消落帶植物配置模式、生態(tài)重建機(jī)理和管理方式等研究。

關(guān)鍵詞：植被生態(tài)重建；水生態(tài)效益；消落帶

中圖分類號(hào)：X524文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2014）10000603

1引言

近年來(lái)，我國(guó)水利設(shè)施基本建設(shè)得到了快速、穩(wěn)定的發(fā)展。就重慶市來(lái)說(shuō)，全市共有水庫(kù)2996座，總庫(kù)容為120.63億m3。由于水庫(kù)季節(jié)性水位消漲或因防洪、開發(fā)需要周期性蓄水，使最高水位與最低水位線之間形成了大片消漲區(qū)域，即水庫(kù)消落帶（區(qū)）[1]。水庫(kù)消落帶高差范圍較小的為3～10m左右，最大的三峽庫(kù)區(qū)則達(dá)30m，消落帶面積為349km2。作為水陸交替的過(guò)渡區(qū)，消落帶對(duì)水陸生態(tài)系統(tǒng)起到廊道、過(guò)濾和阻滯的作用，是泥沙、土壤養(yǎng)分和污染物等進(jìn)入水域的最后一道生態(tài)屏障，因此在維持水生態(tài)健康方面具有極其重要的作用[2，3]。然而，因其生態(tài)過(guò)渡帶的特性，水庫(kù)消落帶的環(huán)境因子、植物群落和生態(tài)過(guò)程等均存在明顯的空間變異特征[4]，容易發(fā)生水土流失、土壤水陸交叉污染以及生物多樣性減少等嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題，且這些問(wèn)題表現(xiàn)出隱蔽性、潛伏性、累積性和長(zhǎng)期性，因此消落帶的生態(tài)重建與修復(fù)問(wèn)題越來(lái)越被國(guó)內(nèi)外學(xué)者重視[5]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開展了一些消落帶生態(tài)重建方面的研究，主要集中于水庫(kù)消落帶的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題、植物適生性、植被生態(tài)重建的效益等方面[6～8]。

2消落帶生態(tài)環(huán)境問(wèn)題

研究人員普遍認(rèn)為水庫(kù)消落帶主要存在水土流失與地質(zhì)災(zāi)害、土壤與水體交叉污染和生物多樣性減少等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[9]。

2.1水土流失與地質(zhì)災(zāi)害

由于降水和徑流匯集，水土流失經(jīng)歷了雨滴濺蝕、面蝕、溝蝕等過(guò)程，隨著水流下泄，形成了河岸侵蝕。消落帶是上游流失的水土資源進(jìn)入水體前的最后一站，由于地形的差異性，進(jìn)一步匯集的水流將會(huì)對(duì)消落帶形成強(qiáng)烈的沖刷，水流的分散則會(huì)在消落帶形成堆積，因此該區(qū)長(zhǎng)期處于侵蝕與堆積的反復(fù)變化過(guò)程中。

不僅如此，消落帶內(nèi)干濕交替過(guò)程為水土流失的發(fā)展提供了物質(zhì)和力學(xué)條件。庫(kù)區(qū)水位的上升浸泡會(huì)導(dǎo)致消落帶巖體和土體軟化，土體與基巖間摩擦力減小，降低土壤抗剪強(qiáng)度[10]；水位驟降使帶內(nèi)地下水位短暫高于庫(kù)水位，容易引起地下水出滲或形成碎屑流，帶走土體中的微細(xì)顆粒，產(chǎn)生潛蝕作用[11～14]；而且土體容重由浮容重上升為飽和容重，土體容易發(fā)生下沉、陷落甚至崩落。

另外，消落帶地質(zhì)、水文、植被發(fā)生改變，造成侵蝕營(yíng)力復(fù)雜、方式多樣。水土流失不僅包括水蝕，被浸沒(méi)的松散土體會(huì)發(fā)生波浪淘蝕，消落帶土體還有可能發(fā)生蠕動(dòng)、滑坡和坍塌等重力侵蝕。除消落帶本身土壤侵蝕外，由于土體結(jié)構(gòu)和植物的破壞，消落帶上部庫(kù)岸巖體和土體會(huì)出現(xiàn)滑坡、危巖崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

2.2土壤與水體交叉污染

消落帶土壤不僅存在水土流失、泥沙淤積，而且土壤本身也存在宏觀和微觀的環(huán)境問(wèn)題，如水文變化影響土壤理化性質(zhì)，土壤對(duì)水流的阻滯和過(guò)濾造成自身無(wú)機(jī)和有機(jī)養(yǎng)分的變化、土壤重金屬的污染[15]。

作為水陸生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)、能量輸送和轉(zhuǎn)化的活躍地帶，消落帶既是水體污染的“源”，又是污染防治的緩沖帶。水位下降時(shí)，庫(kù)區(qū)周邊水土流失產(chǎn)生的泥沙、生活垃圾及土地利用的面源污染物會(huì)部分短暫淤積在消落帶內(nèi)，對(duì)水體的污染形成了緩沖作用；另一方面，水位上升會(huì)使岸邊暫存的污染物進(jìn)入水體，導(dǎo)致庫(kù)區(qū)水體發(fā)生N、P和重金屬污染，波浪上涌亦會(huì)使水體中漂浮物滯留岸邊形成岸邊污染帶。

2.3生物多樣性減少

水庫(kù)開發(fā)性水源蓄泄一般在枯水期蓄水、豐水期泄洪，這種逆自然的水位漲落導(dǎo)致水陸形成與氣候規(guī)律相違背，許多本土的陸生動(dòng)植物發(fā)生消亡、遷移或變異，生物種類大幅減少，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性降低、脆弱性增加[16]。

3消落帶植被重建研究進(jìn)展

由于消落帶具有特殊的水文環(huán)境（水陸交替）、地形條件（高差大、坡度較陡）和土壤條件，這將直接影響著植物種類的篩選和植被配置模式，因此其植被重建技術(shù)是世界公認(rèn)的難題[17]。

由于常年周期性的水位變化，消落帶土壤水分呈梯度性變化[18]，決定了水淹時(shí)間和土壤濕度是植物群落組成和空間分布的主要限制性因子。楊朝東等[19]于三峽庫(kù)區(qū)秭歸太平溪港消落帶調(diào)查表明，水位156～150m消落帶的植物萌發(fā)較早，水位150～145m植物僅生長(zhǎng)20d左右，消落帶內(nèi)植物約16科27種；三峽水庫(kù)腹心的白夾溪，同高程消落帶植物有96種，分屬36科73屬[20]。

就植物本身而言，耐水性決定其成活和生長(zhǎng)狀況。研究表明[21]，由于水（濕）生植物枝葉存在大量的氣孔連接根部，保證在淹水時(shí)氧氣可輸送至根部，達(dá)到較強(qiáng)的耐水性，因此消落帶植物重建主要選擇水（濕）生植物。如方華等[17]選擇李氏禾進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)3年觀測(cè)表明其在水域可正常生長(zhǎng)10 個(gè)月；靖元孝等[22，23]發(fā)現(xiàn)水榕、水翁在干旱、潮濕、半淹狀態(tài)下均能生長(zhǎng)，全淹條件下存活期為60d，主要是由于這些植物具有較發(fā)達(dá)的氣生根和水生不定根[24]。植物生理研究表明，落羽杉在淹水后水下樹干細(xì)胞壁變薄、胞間通氣量加大、氣生根加速生長(zhǎng)，間歇性淹水甚至?xí)?duì)生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用[21]。

然而耐水淹能力不僅與植物的種類有關(guān)，亦與個(gè)體高度、生長(zhǎng)狀況有關(guān)。由于消落帶在坡度、水位消漲方面有一定差異，植物在不同消落帶耐水能力不盡相同[25]。如有些高度較大的植物可以在坡度較陡、水位高差較大的區(qū)域種植；有的植物如鋪地黍、李氏禾則具有廣泛的適應(yīng)性。比較系統(tǒng)性的研究為付奇峰等[26]，選擇10種植物對(duì)不同坡度、土質(zhì)的多種消落帶進(jìn)行試驗(yàn)，篩選出各類消落帶的適生植物。

以上是一些關(guān)于單種類型的植物篩選和重建的研究，根據(jù)生物多樣性原則，不同各類植物配置模式的研究亦很重要。戴方喜等[27]從生態(tài)系統(tǒng)學(xué)角度，提出消落帶生態(tài)修復(fù)概念和關(guān)鍵問(wèn)題，指出生態(tài)重建需解決的關(guān)鍵問(wèn)題是植物的遴選和正確配置。袁興中等[28]針對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶存在的問(wèn)題，探索消落帶資源生態(tài)友好型模式，包括基塘工程、林澤工程、植物浮床工程、生態(tài)保育技術(shù)等，研究表明，基塘工程非常適合三峽水庫(kù)消落帶，有助于改善消落帶環(huán)境，保護(hù)和恢復(fù)消落帶動(dòng)植物多樣性。廣義來(lái)說(shuō)，模式配置不僅指以上的單項(xiàng)工程選擇，而且包括縱向和橫向多種工程的相互結(jié)合。水庫(kù)從縱向可分為集中來(lái)水區(qū)、漫流匯水區(qū)、相對(duì)靜止蓄水區(qū)，不同區(qū)域的生態(tài)條件和生態(tài)問(wèn)題亦不同，采取的措施亦不相同。如集中來(lái)水區(qū)的消落帶水位較低，應(yīng)選擇比較耐旱的濕生植物；漫流匯水區(qū)水位變化相對(duì)較大，應(yīng)選擇兩棲植物為主；相對(duì)靜止蓄水區(qū)水位相對(duì)較高，應(yīng)以耐水淹植物為主。從橫向上來(lái)看，水庫(kù)消落帶可分為淹沒(méi)區(qū)、干濕交替區(qū)和旱地區(qū)，根據(jù)不同高程、水位和土壤條件配置不同的植物，營(yíng)造喬、灌、草結(jié)合的立體空間。

2014年10月綠色科技第10期

舒喬生，等：水庫(kù)消落帶植被生態(tài)重建研究進(jìn)展自然與生態(tài)

4消落帶生態(tài)重建效益研究

消落帶生態(tài)重建效益主要表現(xiàn)為固土護(hù)岸、保持生物多樣性、防止水體污染和景觀等方面，并且可以為農(nóng)林牧漁業(yè)生產(chǎn)基地提供條件。

多年生草本能有效地緩沖徑流對(duì)庫(kù)岸的沖擊和侵蝕、攔截淤泥，有助于維持庫(kù)岸穩(wěn)定，如莫熙穆等對(duì)消落帶植物固土和護(hù)岸效果進(jìn)行研究表明，水榕、水翁混交林具有顯著的綠化固土和護(hù)岸效果，9年生水榕保水、保土效果分別為69.3 %和97.9 %[21]。

消落帶植物能過(guò)濾、沉淀營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、殺蟲劑、微生物等，對(duì)庫(kù)區(qū)水體的水質(zhì)具有良好的保護(hù)作用，草本植物如香蒲、藨草、蘆葦，木本植物如池杉、落羽杉、水榕，均能較好地凈化和保護(hù)水質(zhì)[29，30]。關(guān)于消落帶植物保護(hù)水質(zhì)的研究較多[31]，在此不再贅述。

另外，消落帶地區(qū)土壤水分含量高，土地肥沃，是發(fā)展農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)的理想基地，加上對(duì)養(yǎng)分的截持和攔阻，土壤養(yǎng)分較高，該區(qū)成為生產(chǎn)力較高的林地和耕地；較高的生物多樣性水平意味著較高的經(jīng)濟(jì)效益。

由于消落帶對(duì)水體的水質(zhì)影響極大，死亡植株往往又導(dǎo)致水質(zhì)的二次污染，因此在進(jìn)行消落帶植被恢復(fù)和開發(fā)利用的同時(shí)，更應(yīng)注重植物的后期維護(hù)管理，保護(hù)植物多樣性。

5研究與展望

當(dāng)前消落帶植物恢復(fù)的研究主要集中于水淹植物篩選及其污染控制等方面，今后研究應(yīng)側(cè)重于針對(duì)不同類型水庫(kù)的植物配置模式及其效益、植物生態(tài)修復(fù)機(jī)理，以及水庫(kù)消落帶的林業(yè)利用模式和管理方式。

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