水利工程建設(shè)中生物量的變化及其環(huán)境影響

王繹思,丁 俊,張 良,周建蘭

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430064)

水利水電工程建設(shè)用地一般指修建水利工程設(shè)施占用和影響的土地，例如堤防堤身占?jí)?、開渠挖道、水庫(kù)大壩修建及蓄水淹沒區(qū)域等。本文涉及的工程建設(shè)用地指對(duì)原有堤防加高培厚后堤身新增的占地部分。陸地生態(tài)系統(tǒng)生物量測(cè)定，則指一定地段面積內(nèi)某個(gè)時(shí)期生存著的活有機(jī)體的數(shù)量。

當(dāng)水利工程建設(shè)完成時(shí)，區(qū)域內(nèi)土地的利用方式由農(nóng)業(yè)耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，其景觀的組成與結(jié)構(gòu)、陸生生態(tài)環(huán)境與生物量都發(fā)生了相應(yīng)的變化。目前，已有水利工程建設(shè)對(duì)陸生生態(tài)環(huán)境影響的相關(guān)研究[1- 4]，本文從工程建設(shè)前后不同土地類別地表生物量變化的角度預(yù)測(cè)和表征建設(shè)項(xiàng)目對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)的影響，并探討土地類別改變后對(duì)當(dāng)?shù)貛?lái)的生態(tài)效應(yīng)。深入了解工程區(qū)域陸生生態(tài)環(huán)境的影響程度，對(duì)于制訂建設(shè)區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施有著十分重要的指導(dǎo)意義。

相關(guān)文獻(xiàn)表明，生物量的測(cè)定與生物群落類型有關(guān)，不同土地類別、不同生物群落的生物量有著明顯的差異。以不同群落[5- 7]的尺度來(lái)測(cè)定生物量已經(jīng)形成了一套較為成熟的研究方法，特別是對(duì)植物群落生物量的研究已有大量的報(bào)道。受條件所限，本文重點(diǎn)探討主要陸生植物群落的生物量變化對(duì)當(dāng)?shù)仃懮鷳B(tài)的影響。

1 工程介紹與分析方法

1.1 工程背景介紹

湖北省洪湖東分塊蓄滯洪區(qū)蓄洪工程?hào)|荊河堤防加固工程設(shè)計(jì)范圍為東荊河右堤的部分堤段，長(zhǎng)42.236km。為考察工程占地對(duì)陸生生態(tài)的影響，本文選取樁號(hào)為25+550至28+500全長(zhǎng)2.95km的堤段作為典型斷面研究，并以堤角線向外擴(kuò)100m的土地面積定為此次分析影響的范圍。本文重點(diǎn)分析工程完成后對(duì)范圍內(nèi)陸生生態(tài)生物量的影響情況，找出影響生態(tài)環(huán)境的重要因子，同時(shí)提出相應(yīng)的修復(fù)措施。工程占用土地類別面積情況見表1。

1.2 陸生生態(tài)生物量分析方法

參考吳進(jìn)[8]等的研究成果，根據(jù)不同土地類別的生態(tài)結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)確定其優(yōu)勢(shì)種群，并作為測(cè)定生物量的主要依據(jù)。

研究表明[9]，旱地地表生物量的23.74%是由小麥產(chǎn)量組成，查閱相關(guān)資料表明當(dāng)?shù)匦←湲€產(chǎn)值約197kg，據(jù)此可推算出當(dāng)?shù)睾档厣锪?；水田的地表生物量采用全收割法，借鑒相關(guān)文獻(xiàn)[10]，可推算濕灌方式下水稻生物量；本次涉及林地多以護(hù)堤林為主，根據(jù)相關(guān)研究南方楊樹各組分生物量的報(bào)道[11]可知林地總生物量；草地生物量參考湖北省草地生物量統(tǒng)計(jì)資料[12]；坑塘及住宅用地不計(jì)陸生生物量；水利建設(shè)用地考慮堤防草地護(hù)坡，按草地生物量取系數(shù)折算。不同土地類別生物量統(tǒng)計(jì)見表2。

表1 工程占用土地類別、面積情況

表2 不同土地類別生物量統(tǒng)計(jì)

2 工程對(duì)陸生生態(tài)環(huán)境影響預(yù)測(cè)與分析

2.1 工程區(qū)生態(tài)體系分析

景觀生態(tài)學(xué)法是通過(guò)研究某一區(qū)域、一定時(shí)段內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)類群的格局、特點(diǎn)、綜合資源狀況等自然規(guī)律，以及人為干預(yù)下的演替趨勢(shì)，并揭示人類活動(dòng)在改變生物與環(huán)境方面作用的方法[13]。景觀生態(tài)學(xué)認(rèn)為景觀由斑塊、基質(zhì)和廊道組成，其中基質(zhì)是景觀的背景地塊，是景觀中一種可以控制環(huán)境質(zhì)量的組分。判定基質(zhì)有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即相對(duì)面積大、聯(lián)通程度高、有動(dòng)態(tài)控制功能。

工程完工后，調(diào)查范圍內(nèi)的土地類別面積變化情況如圖1所示。由圖1可知，工程建設(shè)前旱地面積所占相對(duì)面積較大，約為54.56%，為調(diào)查區(qū)域內(nèi)的主要生態(tài)組成，借鑒景觀生態(tài)學(xué)的研究方法，可以認(rèn)為旱地為研究范圍內(nèi)的基質(zhì)。工程完工后，旱地面積占45.82%，仍是研究范圍內(nèi)相對(duì)面積較大的組分。因此，工程的建設(shè)對(duì)區(qū)域內(nèi)景觀生態(tài)組成并沒有產(chǎn)生本質(zhì)的改變，區(qū)域基質(zhì)依然是耕地，工程對(duì)區(qū)域自然體系異質(zhì)化程度和阻抗能力影響總體較小。

圖1 工程建設(shè)前后土地面積比重

研究范圍內(nèi)，除旱地所占比例下降較大外，林地所占比例由9.16%降為4.59%，水利建設(shè)用地所占比例由12.56%上升到29.24%。由此可知，工程占用地類主要以旱地、林地為主，施工完成后原耕地與林地轉(zhuǎn)為水利建設(shè)用地。工程占地將使得該區(qū)域植被占?jí)?，生物個(gè)體部分損毀。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，工程占?jí)旱拇蠖鄶?shù)為護(hù)堤林，主要以楊林和旱柳林為主，林中群落組成簡(jiǎn)單，均為當(dāng)?shù)爻Ｒ姺N類，此類物種在評(píng)價(jià)區(qū)周圍的其他區(qū)域有廣泛的分布。因此，本工程建設(shè)不會(huì)造成植物種類的消失。

2.2 工程區(qū)總生物量分析

工程完成前后不同土地類別總生物量變化情況見表3。從表3可知，草地以及水利建設(shè)用地在研究范圍內(nèi)所占的總生物量比重較小。同時(shí)，由于工程所占水田面積很小，故工程建設(shè)前后水田的總生物量變化不大。因此，水田、草地和水利建設(shè)用地不是本次研究范圍內(nèi)影響生物量變化的重要因子。

工程建設(shè)前后總生物量變化情況如圖2所示，由圖2可知，范圍內(nèi)林地總生物量由525.66t下降為262.24t，下降率為49.89%；旱地總生物量由263.57t下降為221.33t，下降率為16.03%。結(jié)合數(shù)據(jù)具體分析說(shuō)明，林地的占用對(duì)范圍內(nèi)的生態(tài)變化有顯著影響，是本次研究范圍內(nèi)制約陸生生態(tài)生物量的重要影響因子。因此，通過(guò)補(bǔ)充林地面積可以一定程度上補(bǔ)償工程建設(shè)占地對(duì)當(dāng)?shù)仃懮锪康挠绊?，同時(shí)起到還原生態(tài)水平的作用。

表3 不同土地類別總生物量統(tǒng)計(jì)

圖2 工程建設(shè)前后總生物量變化情況

2.3 工程區(qū)陸生生物量補(bǔ)償措施

本次堤防建設(shè)完工后，總計(jì)損失生物量299.53t，其中林地的損失生物量占262.23t，為了減緩工程建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)仃懮锪康挠绊懀紤]補(bǔ)增一定面積的林地來(lái)補(bǔ)償當(dāng)?shù)乜偵锪康膿p失，達(dá)到工程建設(shè)前總生物量水平。

結(jié)合堤防建設(shè)區(qū)的功能需求和水利條件,可以在沿堤角邊水利用地的管理范圍內(nèi)恢復(fù)與重建護(hù)林帶，修復(fù)因工程占地而導(dǎo)致的總生物量下降，為各種生物提供棲息場(chǎng)所。同時(shí)，通過(guò)選擇合適的植物種類和物種配置,在有限空間內(nèi)形成喬、灌、草相結(jié)合的立體群落景觀,增加景觀異質(zhì)性和穩(wěn)定性[14]。

通過(guò)計(jì)算表明，工程完工后，在水利建設(shè)用地范圍內(nèi)劃出2.04hm2作為護(hù)堤林地開發(fā)，增加陸生生物量，達(dá)到工程建設(shè)前的885.51t，見表4。

表4 總生物量平衡表

3 結(jié)論

近年來(lái)，我國(guó)水利水電工程建設(shè)取得了突出成績(jī)。然而，隨之而來(lái)的生態(tài)環(huán)境影響也日益明顯。雖然水電開發(fā)的景觀生態(tài)影響評(píng)價(jià)引起了越來(lái)越多的關(guān)注，但如何定量評(píng)價(jià)環(huán)境影響的相關(guān)研究卻很少。本文在基于生物量計(jì)算[15- 17]和水利工程景觀生態(tài)建設(shè)[18- 20]已有成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同土地類型所含有不同生物量來(lái)定量分析水利建設(shè)項(xiàng)目對(duì)陸生景觀生態(tài)帶來(lái)的影響。研究表明：水利工程建設(shè)占地對(duì)原有景觀基質(zhì)的影響較小，當(dāng)?shù)氐耐恋匦再|(zhì)仍以農(nóng)業(yè)耕地為主；不同土地類型中林地的減少將顯著影響當(dāng)?shù)仃懮偵锪浚瑫r(shí)也是評(píng)價(jià)生態(tài)影響的重要因子；通過(guò)在水利建設(shè)用地范圍內(nèi)重建一定面積的護(hù)林帶能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)總生物量的補(bǔ)充，減小工程占地后對(duì)環(huán)境造成的不利影響。