三峽重慶庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)消落帶植被生態(tài)修復(fù)示范探析

黃祁聰，周 坤，羅 睿，先旭東，

(1.重慶現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院，重慶 401120；2.重慶市園林技工學(xué)校，重慶 400014)

1 引言

消落帶是指因季節(jié)性水位漲落而使水庫(kù)高低水位之間周期性出露的特殊區(qū)域[1]，屬典型的生態(tài)過(guò)渡帶，消落帶植被具有過(guò)濾泥沙和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、保持水土、穩(wěn)定河岸系統(tǒng)、保護(hù)生物多樣性等多種生態(tài)功能，并兼具景觀美學(xué)功能[2,3]。自2010年10月26日三峽水庫(kù)正式蓄水至175 m后，在長(zhǎng)江兩岸形成垂直落差約30 m(145～175 m)的永久消落帶。三峽重慶庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)消落帶主要分布于重慶主城區(qū)、萬(wàn)州、忠縣、巫山、奉節(jié)、云陽(yáng)等22個(gè)區(qū)(縣)，面積約52 km2，占整個(gè)庫(kù)區(qū)消落帶總面積的15%[4]。受水文周期性節(jié)律變化、產(chǎn)業(yè)活動(dòng)等影響，消落帶面臨生態(tài)系統(tǒng)功能退化、物種多樣性降低、生態(tài)環(huán)境惡化、自然災(zāi)害頻發(fā)和景觀破碎化等系列生態(tài)問(wèn)題。三峽庫(kù)區(qū)消落帶生態(tài)治理亦成為世界級(jí)難題，相關(guān)研究陸續(xù)展開。主要有從植物區(qū)系[5]、植被狀況[6]、群落數(shù)量[7]、室內(nèi)水淹模擬植物生理生態(tài)[8～10]等角度篩選適生植物種類，從物種組成、群落結(jié)構(gòu)及分布格局等方面來(lái)分析水庫(kù)蓄水對(duì)消落帶植被的影響[11～13],在重慶主城嘉陵江石門段[14]、長(zhǎng)江江北嘴段[15]和九龍外灘段[16]等區(qū)域開展生態(tài)修復(fù)示范等。位于庫(kù)尾的重慶主城消落帶面臨著冬季深水淹沒(méi)和夏季汛期頻繁的含沙量洪水淹沒(méi)雙重影響，給生態(tài)修復(fù)示范帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，開展重慶主城區(qū)長(zhǎng)江消落帶生態(tài)修復(fù)工程具有重要示范意義。本文以重慶主城區(qū)長(zhǎng)江朝天門大橋段消落帶為例，選擇適生植物種類和實(shí)用工程措施，構(gòu)建植物群落，開展朝天門大橋段1.05 hm2消落帶研究示范實(shí)踐，從植物種類組成、群落組成和多樣性指數(shù)等指標(biāo)綜合評(píng)估階段性試驗(yàn)成效，總結(jié)城鎮(zhèn)濱江消落帶的生態(tài)修復(fù)方法和技術(shù)，以期為具有季節(jié)性水位變化的城市濱江消落帶生態(tài)修復(fù)提供參考。

2 修復(fù)區(qū)域概況

項(xiàng)目修復(fù)區(qū)位于長(zhǎng)江干流北岸、江北區(qū)北濱二路南側(cè)朝天門大橋下，地理坐標(biāo)E 106.5764 ，N 29.5832。長(zhǎng)210 m，均寬51 m，面積約1.05 hm2。消落帶174～176 m較平坦，有大量修建濱江路棄石；中下部坡度20°～25°，屬于淺丘陵型消落帶，東側(cè)基質(zhì)以壤土+塊石為主，西側(cè)為回水灣區(qū)，基質(zhì)為沙土+礫石，且有漁船和大型躉船停靠。原生植被以狗牙根(Cynodondactylon)、棒頭草(Polypogonfugax)為主，有零星叢狀野青茅(Deyeuxiaarundinacea)、甜根子草(Saccharumspontaneum)，植被蓋度約20%。項(xiàng)目區(qū)每年面臨秋冬季長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月深水和夏季汛期20 m深度頻繁淹沒(méi)，以及躉船涌浪影響，水土流失嚴(yán)重，物種多樣性低，景觀效果差。

3 項(xiàng)目生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

消落帶生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)思路主要是根據(jù)項(xiàng)目區(qū)不同海拔高程水位變化和淹沒(méi)梯度，選擇適生植物種類，科學(xué)構(gòu)建植物群落，并輔以實(shí)用工程措施，逐步恢復(fù)消落帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。

3.2 植物選擇

遵循適地適樹原則，選擇能適應(yīng)主城消落帶嚴(yán)酷生境條件生長(zhǎng)的、保持水土能力較高、生長(zhǎng)較快、耐水淹能力強(qiáng)兼具一定景觀觀賞價(jià)值的植物運(yùn)用于項(xiàng)目區(qū)植被修復(fù)。主要有喬木南川柳(Salixrosthornii)、楓楊(Pterocaryastenoptera)，灌木秋華柳(Salixvariegate)、中華蚊母(Distyliumchinense)，草本卡開蘆(Phragmiteskarka)、甜根子草、野青茅、狗牙根、扁穗牛鞭草(Hemarthriacompressa)和塊莖苔草(Carexthomsonii)等10種。

3.3 植物配置

遵循三峽水庫(kù)水位調(diào)節(jié)運(yùn)行規(guī)律，按海拔高程分段進(jìn)行植物群落配置。165 m以下高程，全年淹沒(méi)時(shí)間長(zhǎng)7～8月，混合栽植低矮草本植物狗牙根、扁穗牛鞭草、塊莖苔草等，礫石生境以塊莖苔草、狗牙根為主；壤土生境以扁穗牛鞭草為主，沙土生境以狗牙根為主；在165～170 m高程，團(tuán)狀栽植秋華柳、卡開蘆、甜根子草等，混栽扁穗牛鞭草、野青茅等；在170～176 m高程，團(tuán)狀栽植中華蚊母、甜根子草等，且在175～176 m高程以品字形栽植2排楓楊和南川柳。

3.4 實(shí)用工程

消落帶水位變化頻繁，不同于常規(guī)市政園林綠化，植株經(jīng)常受到洪水沖刷，甚至被沖走，嚴(yán)重影響其成活率。因此，考慮江水流速快、土壤扎根難、淹沒(méi)時(shí)間較長(zhǎng)的實(shí)際情況，需要針對(duì)不同植物類型，采取相應(yīng)工程措施固定植株，提高其留存率和成活率。栽植灌木或高草時(shí)，在種植坑四周用8～10 cm的石塊(去棱角)或卵石固定土球后，再填種植土，搗實(shí)；或直接在栽植的小苗灌木和草本根基地表壓卵石或石塊固土；喬木可采用三角樁輔助固定。在西側(cè)回水區(qū)，沿江迎水面設(shè)置石籠或圍堰，減緩水流沖擊；在水位變化頻繁的172 m高程，設(shè)置“W”字形種植槽形成小區(qū)域的“回水”，沉積淤泥，逐步改善土壤肥力條件。

4 修復(fù)效果評(píng)估

4.1 調(diào)查及統(tǒng)計(jì)方法

項(xiàng)目于2015年5月建設(shè)完成。在項(xiàng)目建設(shè)前2014年4月、建設(shè)后一年即2016年6月和建設(shè)后5年暨2020年6月，對(duì)項(xiàng)目生態(tài)修復(fù)區(qū)開展定量調(diào)查。植物群落調(diào)查采用樣方法[14]。按高程將消落帶生態(tài)修復(fù)示范區(qū)劃分為3個(gè)梯度帶，即下部(165 m以下)、中部(165～170 m)和上部(170～176 m)。在每個(gè)梯度帶內(nèi)，順河水流向每隔30 m設(shè)定一個(gè)樣方，設(shè)5個(gè)，共計(jì)15個(gè)。其中喬木樣方面積為10 m×10 m，灌木或高草樣方面積5 m×5 m，草本樣方面積1 m×1 m。調(diào)查記錄樣方內(nèi)植物種類、優(yōu)勢(shì)種和植物株高、株數(shù)、基徑、冠幅等，并記錄樣方外伴生植物。以重要值數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行植物群落的組成分析，選取Patrick豐富度指數(shù)R、Shannon-Wiener指數(shù)H和Pielou均勻度指數(shù)J描述植物群落結(jié)構(gòu)特征。

4.2 修復(fù)效果評(píng)價(jià)

4.2.1 物種組成

朝天門大橋段消落帶生態(tài)修復(fù)區(qū)不同時(shí)期各高程植物種數(shù)變化見(jiàn)表1。植被生態(tài)修復(fù)前(2014年4月)，朝天門大橋段消落帶在三峽大壩水庫(kù)春季泄庫(kù)后自然恢復(fù)了1個(gè)月，沉積在泥土中的植物種子開始大量萌發(fā)生長(zhǎng)，植物種類較豐富，約有26種，主要是棒頭草、水苦荬(Veronicaundulata)、土荊芥(Dysphaniaambrosioides)等一年生草本植物。植被生態(tài)修復(fù)初期(2015年6月)，除生態(tài)修復(fù)人工栽植了南川柳、楓楊、中華蚊母、卡開蘆等植物外，沉積泥沙中草本植物大量萌發(fā)，因而植物種類最多，高達(dá)43種。經(jīng)歷5次夏季汛期和冬季蓄水完整淹水周期后(2020年6月)，項(xiàng)目區(qū)植物種數(shù)高達(dá)36種，其中165 m以下物種數(shù)較多，中上部隨著卡開蘆、甜根子草等高草的生長(zhǎng)，許多一年生草本植物生態(tài)位被侵占，種子或未獲得足夠萌發(fā)條件，或種子萌發(fā)后面獲取生長(zhǎng)資源有限而死亡。

表1 朝天門大橋段消落帶示范區(qū)不同時(shí)期植物種數(shù)

4.2.2 植物群落結(jié)構(gòu)分析

植被生態(tài)修復(fù)前(2014年4月)，朝天門大橋段消落帶植被主要是由棒頭草、水苦荬、革命草等構(gòu)成的一年生草本植物群落，其重要值分別為0.1131、0.1125和0.0522。植被生態(tài)修復(fù)一年后(2015年6月)，修復(fù)區(qū)植被初步形成以南川柳、卡開蘆、甜根子草、狗牙根等為主的復(fù)合群落。進(jìn)行植被生態(tài)修復(fù)五年后(2020年6月)，在165 m以下高程形成以狗牙根、卡開蘆等多年生草本為建群種的植物群落，其重要值分別為0.2920和0.1343；在165～170 m高程形成卡開蘆-狗牙根+扁穗牛鞭草+野青茅群落，其重要值分別為0.2687、0.1529、0.1297和0.1356，點(diǎn)綴的南川柳生長(zhǎng)勢(shì)亦較好；170 m以上高程形成南川柳+楓楊-甜根子草+卡開蘆-扁穗牛鞭草復(fù)層群落，其重要值分別為0.2527、0.4288、0.4543、0.2239和0.4346(表2)。

表2 朝天門大橋段消落帶生態(tài)修復(fù)區(qū)不同時(shí)期植物重要值

4.2.3 植物多樣性指數(shù)

朝天門大橋段消落帶進(jìn)行植被生態(tài)修復(fù)后，在經(jīng)歷了冬季庫(kù)區(qū)蓄水和夏季汛期水淹完整水文過(guò)程，165 m以下、165～170 m和170 m以上各高程Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)變化如表3。165 m以下高程多樣性指數(shù)H和均勻度指數(shù)J變化差異不顯著，均呈降低-增大變化趨勢(shì)；165～170 m高程帶多樣性指數(shù)H和均勻度指數(shù)J變化差異顯著(P<0.05)，均呈增大-降低-增大趨勢(shì)；而170 m以上高程帶多樣性指數(shù)H和均勻度指數(shù)J均呈增大趨勢(shì)變化，但變化差異不顯著。通過(guò)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)分析表明，植被生態(tài)修復(fù)后，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)植物多樣性增加，人工栽植的南川柳、卡開蘆、甜根子草、野青茅等5種植物逐步占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，其個(gè)體數(shù)量分布趨于均勻，以其為優(yōu)勢(shì)種構(gòu)建的植物群落結(jié)構(gòu)逐步趨于穩(wěn)定。

表3 朝天門大橋段消落帶生態(tài)修復(fù)區(qū)不同時(shí)期植物

5 結(jié)語(yǔ)

消落帶生態(tài)修復(fù)是一個(gè)系統(tǒng)性、長(zhǎng)期性的工程，重在構(gòu)建具有自穩(wěn)定維持機(jī)制的生物群落，逐步恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，核心在于適生植物種類的篩選，成敗取決于栽植植物的保存率和成活率。本項(xiàng)目針對(duì)三峽重慶庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)消落帶開展實(shí)證性生態(tài)修復(fù)研究，檢驗(yàn)研究成果技術(shù)方法的可行性。設(shè)計(jì)修復(fù)后的消落帶項(xiàng)目區(qū)能夠適應(yīng)復(fù)雜水文變化的逆境脅迫，有效恢復(fù)消落帶植被，改善生態(tài)環(huán)境和區(qū)域景觀。研究區(qū)域是長(zhǎng)江上游山地城市濱江消落帶的典型區(qū)域，修復(fù)示范對(duì)整個(gè)長(zhǎng)江上游江岸生態(tài)修復(fù)與景觀綜合整治具有普遍適用性，為具有季節(jié)性水位變化的城市濱江消落帶生態(tài)修復(fù)提供參考。