三峽庫區(qū)消落帶生態(tài)修復(fù)文獻(xiàn)綜述

盧 彬

（重慶交通大學(xué)，重慶400000）

水庫消落帶是因?yàn)樗畮煨钏蛘咝购槎雇恋刂芷谛员凰蜎]或出露水面的特殊區(qū)域，消落帶具有特殊的能量交換、物質(zhì)循環(huán)和生態(tài)格局動(dòng)態(tài)特征，對(duì)水庫工程安全和水生態(tài)環(huán)境具有重要作用。國內(nèi)有關(guān)消落帶的研究起步比較晚，早期消落帶的研究，主要是以水庫岸線穩(wěn)定、泥沙淤積、水庫工程以及水質(zhì)安全問題為側(cè)重點(diǎn)。伴隨三峽水電站建設(shè)形成了消落帶，學(xué)者們才開始關(guān)注庫區(qū)消落帶生態(tài)系統(tǒng)，推進(jìn)庫區(qū)生態(tài)修復(fù)。因而，近幾年研究主要以水庫消落帶生態(tài)系統(tǒng)的健康、變化機(jī)制為主，研究方向主要集中在植被干濕交替、土壤微生物作用、生態(tài)格局演化等方面。

隨著水庫對(duì)區(qū)域環(huán)境的作用和影響增加，其消落帶生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性、邊緣性和過渡性極易引發(fā)水土流失、泥沙淤積、水陸地交叉污染、生境退化、生物多樣性銳減等問題。消落帶是陸域集水區(qū)泥沙、有機(jī)物、化肥和農(nóng)藥進(jìn)入水域前的最后一道生態(tài)屏障，也是水體循環(huán)調(diào)節(jié)的緩沖帶，在凈化陸域集水區(qū)面源污染、穩(wěn)定庫岸、防止水土流失、提供生物生境、維持水陸動(dòng)態(tài)平衡等方面都提供了不可替代的生態(tài)服務(wù)功能。三峽庫區(qū)兩岸由于兩季水位的巨大落差，常年禿露，嚴(yán)重影響消落帶生態(tài)功能，所以研究消落帶的生態(tài)修復(fù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

國內(nèi)學(xué)者圍繞三峽庫區(qū)消落帶的生態(tài)修復(fù)開展了深入且廣泛的研究工作，本文通過查閱消落帶生態(tài)修復(fù)相關(guān)的發(fā)表文獻(xiàn)，對(duì)現(xiàn)有的研究方向進(jìn)行了提煉與總結(jié)，對(duì)現(xiàn)有的成果技術(shù)進(jìn)行綜述，為今后的研究工作提供參考和借鑒。

1 消落帶修復(fù)研究概況

1.1 早期研究

早期研究未深入到生態(tài)修復(fù)方面，主要包括水庫岸線穩(wěn)定、泥沙淤積、水庫工程以及水質(zhì)安全問題等。水庫消落帶對(duì)于水庫兩岸的穩(wěn)定性、入庫泥沙和水庫水質(zhì)具有重要的意義，與普通河流面臨的環(huán)境問題相似，比如，生活垃圾、工業(yè)固體廢物在三峽水庫消落帶中隨意堆放，沿岸地區(qū)向三峽水庫中大量排放污水廢水，嚴(yán)重影響了三峽水庫的水質(zhì)健康，水庫消落帶農(nóng)田和工廠密集，導(dǎo)致水庫水體多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)，水庫消落帶的植物群落退化，庫區(qū)環(huán)境污染嚴(yán)重。

1.2 消落帶土壤

張淑娟通過長(zhǎng)達(dá)10年的研究，發(fā)現(xiàn)周期性的水位漲落和反復(fù)干濕交替作用對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)影響顯著，其改變了土壤抗剪強(qiáng)度，加速了團(tuán)聚體破碎，顯著降低了團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。水位高程越低，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)變化越顯著，淹水時(shí)間越長(zhǎng)，團(tuán)聚體越不穩(wěn)定。因而，在水位上升和驟降過程及反復(fù)干濕交替作用下，消落帶土壤物理、化學(xué)和力學(xué)特性將發(fā)生巨大變化，降低了消落帶坡地土體穩(wěn)定性，往往導(dǎo)致土壤侵蝕加劇，植物生長(zhǎng)基質(zhì)流失?，F(xiàn)有的相關(guān)研究方向主要包括土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤侵蝕、金屬污染等。就土壤侵蝕問題，現(xiàn)存技術(shù)主要有混凝土、半混凝土以及土質(zhì)-植物工程技術(shù)。鋼筋混凝土工程雖然可以有效固坡，但成本高、景觀效果差、不利于植物生長(zhǎng)，而半混凝土或土質(zhì)-植物工程技術(shù)可以促進(jìn)植物與土壤的良性互動(dòng)。因而，目前最佳的治理措施是植物護(hù)坡。就植物方面，學(xué)者們展開了廣泛研究。土壤侵蝕的治理是植被恢復(fù)研究開展的起源。對(duì)于植物的選擇，朱凱等人提出主動(dòng)修復(fù)，即種植適應(yīng)性強(qiáng)的植物，對(duì)于土壤飽和導(dǎo)水率的影響大于被動(dòng)修復(fù)（修復(fù)自然草地）。對(duì)于土壤基質(zhì)的運(yùn)用，賀秀斌等人提到水庫有62%左右<15°的旱地與臺(tái)地，容易形成局部性滯留水體，自然排水緩慢，妨礙植被恢復(fù)的有效利用，需挖掘快速排水溝渠排干。

土壤中金屬元素帶來的潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不容小覷，重金屬的積累會(huì)影響土壤中的生物活性以及營養(yǎng)供給。李艷艷等人調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前金屬含量分布呈現(xiàn)上游及下游較高，庫區(qū)中游較低的空間分布格局，且隨淹沒周期增加，金屬元素存在向江水中遷移的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。該方向的發(fā)表文獻(xiàn)主要圍繞三峽庫區(qū)土壤中氮、磷元素、重金屬元素含量和其間的循環(huán)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，而現(xiàn)有研究仍然存在一些問題，如對(duì)于多種金屬元素的復(fù)合污染研究相對(duì)缺乏、各金屬元素背景值的科學(xué)確立仍待商榷、金屬元素動(dòng)態(tài)影響機(jī)理缺乏系統(tǒng)性研究、重金屬在土壤-水體-植物系統(tǒng)中遷移變化等的研究較少。

1.3 植被恢復(fù)

現(xiàn)有庫區(qū)消落帶治理多采用植被修復(fù)技術(shù)，該方向研究主要從穩(wěn)固消落帶邊坡、篩選適生植物方面出發(fā)，分為生物技術(shù)措施和生物結(jié)合工程技術(shù)措施，主要依靠植物自身生長(zhǎng)起到防止水土流失的作用。為此，國內(nèi)外學(xué)者從消落帶植被出發(fā)做了大量研究，主要集中在消落帶植被演替、消落帶植被構(gòu)成、消落帶適生植物篩選、消落帶植被恢復(fù)限制因素以及恢復(fù)模式等方面。楊好星等人指出消落帶植被恢復(fù)受水位節(jié)律、浪涌、氣候以及降雨等因素的影響。因而，進(jìn)行植被恢復(fù)，必須注重消落帶類型的歸類合理性以及植物選擇的匹配度，從而使植物達(dá)到最佳的生長(zhǎng)狀態(tài)，提高消落帶植被的恢復(fù)效果?，F(xiàn)如今，消落帶的適生植被主要包括狗牙根、香草根、桑樹、落羽杉、蒼耳等喬灌草本植物，但因地制宜，應(yīng)根據(jù)各類消落帶的具體情況通過栽培引種、結(jié)合生理生態(tài)指標(biāo)測(cè)量等方式，統(tǒng)計(jì)植物保存率和生長(zhǎng)量來篩選具體的適宜物種。除此之外，一些學(xué)者還考慮到恢復(fù)模式選擇的影響，即消落帶各區(qū)域上下段的植被種類以及層次的安排。

所謂生物技術(shù)，即根據(jù)消落帶的坡度、土壤、海拔等環(huán)節(jié)條件構(gòu)建多種復(fù)合植被的技術(shù)，利用這類種植模式達(dá)到效果。而生物結(jié)合工程技術(shù)就是利用植物生長(zhǎng)和工程改造，在保護(hù)水土的同時(shí)提高消落帶生態(tài)功能?，F(xiàn)有的工程輔助技術(shù)包括唐定丹等人提出的復(fù)合錨墊生態(tài)修復(fù)技術(shù)、鐘榮華等人提出的消落帶串珠式柔性護(hù)岸技術(shù)、簡(jiǎn)尊吉等人提出的生態(tài)袋護(hù)坡技術(shù)等。

該研究方向雖然被廣泛利用，但仍然存在植物的生理生態(tài)響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制不明確、植物生長(zhǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)不力、生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展演變難以明了、實(shí)踐周期長(zhǎng)等難題。

2 現(xiàn)存研究成果技術(shù)

現(xiàn)有相關(guān)研究技術(shù)較多，主要圍繞土壤侵蝕及植被恢復(fù)展開研究，挑選以下幾個(gè)技術(shù)代表進(jìn)行討論。

2.1 混凝土菱形框格梁

該技術(shù)主要利用混凝土菱形框?qū)吰逻M(jìn)行防護(hù)，然后通過覆蓋草皮的方式從外觀上達(dá)到綠化效果。該技術(shù)需要大量使用混凝土、鋼筋等建筑材料，且施工難度大、成本高，雖然從外觀上考慮了一定的景觀效果，但并未從根源解決問題，與生態(tài)修復(fù)理念并不契合。

2.2 串珠式柔性護(hù)岸技術(shù)

該技術(shù)從消減波浪沖刷、固持消落帶土壤為目的出發(fā)，提出依靠鋼筋相互串聯(lián)和構(gòu)件體自嵌銜接鉸鏈?zhǔn)礁采w消落帶坡面，在磚體種植穴中種植耐濕植物的自鎖定消浪植生型生態(tài)護(hù)坡技術(shù)和串珠式柔性護(hù)岸技術(shù)。通過灌木和草本植被地上茂密莖葉的水文效應(yīng)和地下根系纏繞對(duì)土壤的錨固力學(xué)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)固土護(hù)坡，使之既穩(wěn)定消落帶表層，又能恢復(fù)遭破壞的自然生態(tài)環(huán)境，印證了植物-工程相結(jié)合的消落帶生態(tài)護(hù)坡理念。

2.3 生態(tài)袋護(hù)坡技術(shù)

該技術(shù)主要是將生態(tài)袋堆疊在消落帶上，各袋體聯(lián)結(jié)相扣，在袋中種植植被，從而解決土壤流失帶來的植被難以恢復(fù)的問題。生態(tài)袋由聚丙烯或聚酯纖維材料制成，性能良好，對(duì)于土壤基質(zhì)可以就地取材，避免了能源高消耗、建筑材料高污染。但該技術(shù)受土壤營養(yǎng)成分持久力的制約，且對(duì)植物耐旱耐淹性能具有較高的要求。

2.4 復(fù)合錨墊生態(tài)護(hù)坡技術(shù)

該錨墊主要由土壤固化墊、植物海綿、植物保護(hù)墊以及錨索四部分組成。通過植物海綿這種新型的栽培基質(zhì)代替土壤基質(zhì)，保護(hù)墊增強(qiáng)植物抗沖刷能力與生長(zhǎng)能力，固化墊提供坡面防護(hù)、解決排水問題，箭頭錨固定物件以及坡面淺層，它們各司其職、共同作用，為植物的適應(yīng)生長(zhǎng)創(chuàng)造一定的可能性。就目前看來，消落帶的土壤存在是是否制約消落帶植被恢復(fù)的瓶頸。這種技術(shù)減少了植被恢復(fù)對(duì)于土壤基質(zhì)的依賴性，創(chuàng)造了更高的利用價(jià)值、更好的利用性能。

3 展望與討論

本文從三峽庫區(qū)消落帶目前所面臨的問題出發(fā)，對(duì)消落帶生態(tài)修復(fù)相關(guān)的研究概況進(jìn)行了總結(jié)。針對(duì)消落帶生態(tài)修復(fù)研究方法，國內(nèi)學(xué)者展開了廣泛研究，并不斷進(jìn)行優(yōu)化，本文圍繞幾個(gè)具有代表性的技術(shù)成果進(jìn)行了整理與總結(jié)。經(jīng)過多年的優(yōu)化調(diào)整，在消落帶生態(tài)修復(fù)方面取得了豐碩成果，然而研究仍有不足之處，需要進(jìn)一步討論。

（1）現(xiàn)有研究中對(duì)土壤本身的研究較少。消落帶水位漲落、干濕交替，對(duì)土壤的影響是巨大的，然而消落帶土壤研究比較困難，目前仍然缺少系統(tǒng)性研究，生態(tài)影響機(jī)制的研究并不完善。

（2）植被恢復(fù)方面研究較多，其解決方案也是在逐步優(yōu)化，但就目前而言，恢復(fù)技術(shù)大多依賴土壤，植被在土壤中生長(zhǎng)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)并未實(shí)現(xiàn)，生態(tài)機(jī)理的發(fā)展尚未明確。

（3）現(xiàn)存技術(shù)中尚未出現(xiàn)兩全的方案，造價(jià)低的技術(shù)，依賴土壤的營養(yǎng)基質(zhì)的持久度且對(duì)植物有較高要求。不依賴土壤中營養(yǎng)成分的技術(shù)，則需要利用高分子材料，造價(jià)較高。

4 結(jié)束語

總的來說，通過對(duì)三峽庫區(qū)消落帶研究概況以及相應(yīng)技術(shù)的探討與總結(jié)，當(dāng)下應(yīng)該優(yōu)化對(duì)植物的選取布置，明晰植物與土壤的作用機(jī)制，考慮各地區(qū)消落帶的差異，研究適應(yīng)性較強(qiáng)、造價(jià)較低的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。