三峽庫區(qū)消落帶生態(tài)修復策略研究與實踐

趙琴 陳教斌

摘要 消落帶因其環(huán)境特殊性所帶來的環(huán)境與生態(tài)問題一直是國內外研究的難題。該研究以三峽庫區(qū)為例，在分析消落帶的特點和生態(tài)環(huán)境問題的基礎上，綜述了消落帶生態(tài)修復策略的研究現狀及其實踐進展，并展望了今后三峽庫區(qū)消落帶的環(huán)境治理和生態(tài)修復策略研究的方向及重點。

關鍵詞 三峽庫區(qū);消落帶;生態(tài)修復

中圖分類號 X171.4文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2018）34-0005-03

為了滿足水利工程、防洪發(fā)電和排淤等需求，我國在全國各地修建了多處大型水庫，在水庫運行時，由于庫區(qū)水位周期性消漲使得周圍庫岸在最高和最低水位線之間形成了季節(jié)性淹沒和出露的消落帶[1]。三峽水庫作為世界上最大的水利樞紐工程，是一處典型的人工消落帶，建成完工后采用“蓄清排濁”的運行方案，使得三峽庫區(qū)每年形成高達30m高差的消落帶，由此而帶來的一系列環(huán)境和生態(tài)問題日益明顯和突出。

1 三峽庫區(qū)消落帶的主要特征

1.1 反自然枯洪規(guī)律

三峽工程完全建成后，冬季蓄水發(fā)電，夏季泄水防洪，庫區(qū)水岸由原來的冬陸夏水變?yōu)槎年懀◣烨昂髱靺^(qū)的生態(tài)環(huán)境發(fā)生極大的變化[2]。1.2 消落幅度大 水庫運行以來，夏季的汛期水位降到145 m，冬季蓄水至175 m，每年形成高達30 m高差的消落帶，給庫區(qū)植被的生存帶來極大的考驗 [3]。

1.3 生態(tài)類型復雜多樣 由于消落帶水位周期性消漲，庫岸不同高程的消落程度不同，加上土壤基質、坡度、濕度等方面的差異以及人類頻繁活動的干擾，消落區(qū)域物種關系和生態(tài)類型復雜多樣。

2 三峽庫區(qū)消落帶的生態(tài)問題

2.1 岸邊環(huán)境污染

消落帶是物質能量輸送與轉化的活躍地帶，庫岸的生活及工業(yè)垃圾、農作物殘留化肥農藥等污染物直接進入水體，導致水體污染和富營養(yǎng)化，加上消落區(qū)域缺乏固有植被的攔截過濾，自凈能力低下，極容易形成岸邊水陸交叉污染帶。

2.2 水土流失、地質災害

水位的周期性漲落對庫岸的侵蝕、沖擊和浪淘極大地破壞了土壤的結構和穩(wěn)定性，可能引起泥石流、滑坡、崩塌等地質災害，加上雨徑流的沖刷，使得表層土壤水土流失嚴重。

2.3 生物多樣性降低及生態(tài)系統(tǒng)受損

三峽水庫運行以來，庫岸原有陸生植被難以適應水位消漲的惡劣環(huán)境，逐漸消亡或變異，生物多樣性降低，同時生態(tài)系統(tǒng)類型減少，結構脆弱、功能退化。

2.4 疾病隱患

岸邊水陸交叉污染帶容易滋生各種病菌和病原體，加上消落區(qū)域泥沙淤積，使得病菌難以擴散，容易誘發(fā)各類流行疾病，危害動植物的健康和生長。

3 生態(tài)修復策略研究與實踐

針對庫區(qū)消落帶所引發(fā)的一系列環(huán)境生態(tài)問題，大量專家和學者對三峽庫區(qū)消落帶的環(huán)境治理以及生態(tài)修復進行研究和實踐嘗試。植被作為生態(tài)功能的主體，在消落帶生態(tài)修復中至關重要，目前消落帶生態(tài)修復的問題主要是在兩個方面：一是適合消落環(huán)境植被篩選; 二是提供適應植被生長的環(huán)境，對三峽庫區(qū)消落帶生態(tài)修復的研究也大多集中在適合水淹植物物種的篩選以及適宜植物生長的生境構筑兩方面。

3.1 植被篩選研究

植物的篩選是消落帶生態(tài)重建需要解決的關鍵問題之一，消落帶因其特殊的生態(tài)環(huán)境對植被的生存有著極高的考驗，作為消落帶生態(tài)修復的物種必須具有好的耐淹性能、發(fā)達的根系和良好的固土效果以及減污截污的能力。已有許多研究者對三峽庫區(qū)消落帶植被的群落結構和耐淹性進行了大量調查研究，開展了消落帶適生植物的篩選，并通過大量淹水模擬試驗對植物的耐淹耐旱程度進行了測試，初步研究成果表明：池杉、落羽杉、水松、楓楊、秋華柳、南川柳、地果、新銀合歡、水紫樹、桑樹、疏花水柏枝、枸杞等木本植物，狗牙根、牛鞭草、喜旱蓮子草、香附子、蘆葦、虉草、雙穗雀稗、羊茅、香根草、鋪地黍、菖蒲、水蓼等草本植物能耐一定程度水淹，可以考慮列為消落帶植被恢復物種[4] 。

其中池杉、水松和落羽杉在生理學上具有喜水和耐水淹的特征，適宜栽植在水分飽和的土壤環(huán)境中[5-6]。秋華柳和地果的淹水試驗表明，在淹水深度為5 m和10 m時，二者的植株露水后均可以恢復正常生長，在淹水深度為15 m、20 m和25 m時，植株出水后難以恢復正常生長[7]。桑樹能夠較強適應干旱和水淹交替的環(huán)境[8]。在短期全淹和半淹環(huán)境下，枸杞均表現出一定程度的耐受性[9]。楓楊在淹水試驗過程中，其葉片的各項生理指標均表現出多種積極的適應性特征;對疏花水柏枝的生理生化特性研究表明，它是一種對水淹和干旱適應能力較強的物種[10]。新銀合歡幼苗適宜于土壤水分飽和或偏干旱環(huán)境下生長[11]。

值得注意的是，雖然不同消落地區(qū)由于淹水強度帶來的環(huán)境梯度效應基本一致，但原生植被的種類組成、地形、人為干擾強度及土地利用方式并不完全相同，土壤基質和消落程度的差異，適合消落帶生態(tài)恢復的植被結構并沒有統(tǒng)一的模式，必須因地適宜，根據不同消落區(qū)域的特殊情況選擇適合生態(tài)修復的植被結構。

3.2 植被生境構筑的研究 庫區(qū)水位周期性消漲過程中，水體對庫岸的長期沖刷、侵蝕和浪淘使得土壤結構被破壞，植被生長基質極不穩(wěn)定，植被難以扎根生存。因此，如何通過一定的工程輔助措施來構筑適合植被修復重建的生長環(huán)境十分重要。學者們對于適宜植物生長的生境構筑的研究大致可以歸納為對駁岸土壤基質進行加固的生態(tài)護坡技術研究，以及對駁岸進行形態(tài)上的改造使其適應水位消長的水位變動適應性的策略研究。

3.2.1 生態(tài)護坡技術的研究與實踐。

（1）噴射綠化護坡技術。國內的噴射護坡綠化技術運用最廣的主要有兩種，由三峽大學開發(fā)的植被混凝土護坡綠化技術[12]和由西南交通大學開發(fā)的厚層基材護坡綠化技術[13]。二者的基本思路都是將有強度的混凝土材料和植被這兩者的優(yōu)點相結合，將植物種子和水泥、泥土、有機肥、保水劑、黏合劑、消毒劑等材料相混合，結合網和錨桿等支撐材料，在邊坡巖土上噴射形成植物的生長層。這兩種技術主要區(qū)別是所用黏合劑、有機質的類型和比例不同，所形成生長層的pH、抗侵蝕性能和強度等方面有一些區(qū)別，應結合不同消落區(qū)域的土壤情況選擇性應用。裴得道等[14]

模擬了涌浪環(huán)境對30°和45°消落帶邊坡植被混凝土的侵蝕過程，實驗結果表明，植被混凝土生態(tài)護坡技術能夠很大地增強邊坡的抗侵蝕能力

。孫超等[15]在植被混凝土生態(tài)護坡技術的基礎上開發(fā)出適用于50°以下坡度護坡的防沖刷基材生態(tài)護坡技術（PEB），通過在河南燕山水庫巖石岸坡上展開的實踐表明，該技術具有良好的抗沖刷和使生態(tài)受損的巖石邊坡較快恢復的性能，與植被混凝土生態(tài)護坡技術相比具有價格優(yōu)勢，在類似邊坡的處理上可以廣泛應用。

（2）混凝土構件護坡技術。 鮑玉海等[16]先后提出了自鎖定消浪植生型生態(tài)護坡技術和串珠式柔性護岸技術。二者的原理都是通過一種自鎖定植生型生態(tài)護坡構件相互串聯形成柔性護坡結構，無需砂漿砼施工，僅依靠鋼筋相互串聯和構件體自嵌銜接，鉸鏈式地覆蓋在消落帶坡面，在磚體種植穴中種植狗牙根、桑樹、牛鞭草、香根草等耐水淹植被，在消落區(qū)域形成連續(xù)的護坡緩沖帶，減緩水位消漲對土壤沖擊和浪蝕。相比之下，串珠式柔性護岸技術采用更加靈活的設計，能夠克服單個構件體積太大、重量太重的缺點，更加便于材料的運輸與施工[17]。

（3）香根草雙層加筋復合植被柔性板塊技術。香根草雙層加筋復合植被柔性板塊技術的基本原理是通過對植物群落進行加筋處理，使其莖部與根部相互連鎖產生生物錨固作用，形成雙層網狀立體防護柔性板塊結構，有效防止水流對庫岸的浸蝕與沖刷破壞，在三峽庫區(qū)長江北岸秭歸縣香溪河口的消落帶生態(tài)防護的試驗區(qū)，對香根草雙層加筋復合植被柔性板塊技術展開了應用并取得良好的效果[18]。

3.2.2 水位變動適應性策略研究。??? 在坡面地勢較陡以及對于坡面地形比較復雜的地段，由于長期的涌浪沖刷，土壤流失嚴重，大量巖石裸露在外，普通固土護坡技術在此難以發(fā)揮作用，便可采取一定的水位變動適應性策略盡可能在消落區(qū)域蓄水，為植被提供穩(wěn)定的水環(huán)境，使植被能夠更好地適應水位變動，在高水位和低水位時均能夠保持正常生長。

（1）燕窩植生穴。吳江濤等[19]在湖北清江隔河巖庫區(qū)消落帶生態(tài)恢復實踐中，構造燕窩植生穴用以種植耐水淹陸生灌木和挺水植物，并取得了良好的效果。

（2）分層蓄水策略。劉平等[20]在太極湖濕地公園設計策略中提出了利用梯田式矮壩、反坡梯田、魚鱗坑進行分層蓄水的策略，根據場地高程確定修筑高度2 m的小型壩體，以達到分層蓄水的目標。該策略的提出為消落帶生態(tài)修復策略提供了新的思路。

（3）基塘系統(tǒng)。澎溪河濕地自然保護區(qū)的實驗區(qū)的生態(tài)恢復中運用了多功能基塘系統(tǒng)，經過多年的淹沒考驗，如今基塘結構依舊穩(wěn)定，植物生長情況良好，系統(tǒng)生態(tài)服務功能高效，生態(tài)效益良好[21]。在三峽水庫消落帶實施的多功能基塘是應對季節(jié)性水位變化的一項生態(tài)工程嘗試，它為消落帶生態(tài)修復提供新途徑的同時，也強調了生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的整體性優(yōu)化和生態(tài)系統(tǒng)服務功能持續(xù)性提升的思想。

（4）九宮格綠化種植盤技術。王加權等[22]針對濱河消落帶綠化，提出創(chuàng)新型九宮格綠化種植盤技術，該技術的優(yōu)點在于水可以通過種植盤的圓柱形底盤形成物理繞流，使得種植盤能在水面漂浮并保持相對穩(wěn)定，實現陸生植物向水面移植，減小水體消落對植被種類的限制，給三峽庫區(qū)消落帶的生態(tài)修復提供了新的思路和途徑。

4 展望

消落帶的環(huán)境治理和生態(tài)修復是一項系統(tǒng)而又復雜的工作，如何在保障河岸安全性與泄洪需求的前提下，盡可能增強河岸的滲透性，構建穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，實現消落帶的自我調節(jié)和修復，還需要研究者們長期的探索和實踐。

4.1 深入消落帶適生植物篩選的研究

研究者已經通過消落帶植物普查、基地種植實驗、淹沒模擬實驗等方法對適合消落帶植被恢復的植物進行篩選并取得了一定的成果，在此基礎上進一步深入對消落帶適生植物篩選的研究仍是消落帶生態(tài)修復的重點。

4.2 加強工程輔助措施技術的研究

由于消落帶駁岸基質的不穩(wěn)定性，工程輔助護岸措施尤為重要，雖然已有大量學者和專家們提出各種工程輔助措施，但均對駁岸有一定的坡度限制以及僅停留在輔助草本植物和低矮灌木扎根生存，能夠不受坡度限制，與喬木相結合的創(chuàng)新型工程輔助措施仍有待進一步研究。

4.3 因地制宜，分類治理

消落帶類型多種多樣，不同消落區(qū)域由于坡度、濕度、土壤類型、消落程度的區(qū)別而千差萬別，同一區(qū)段不同高程的水淹環(huán)境和土壤基質也有一定區(qū)別，因此消落帶的治理沒有固定的模式，必須因地制宜，分類治理方能取得良好效果。

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