南水北調(diào)中線工程丹江口水庫消落區(qū)植物材料及應(yīng)用研究

任建武 任海 李梓楠 程東明 肖雄

摘要：本文分析適宜丹江口水庫消落區(qū)環(huán)境生長的植物品種，分別在丹江口市涼水河鎮(zhèn)白龍泉村和鄖縣楊樹鋪鎮(zhèn)清涼寺村兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行植物種植試驗(yàn)，結(jié)果表明：竹柳、金絲垂柳等植物材料適宜庫區(qū)消落區(qū)種植，能為當(dāng)?shù)貛砜捎^的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益及生態(tài)效益。

關(guān)鍵詞：丹江口水庫;消落區(qū);植物配置;經(jīng)營模式

中圖分類號：S759.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004-3020（2015）03-0001-05

Application Research on Plant Materials of Riparian Zone in Danjiangkou Reservoir

of the Medial Route of SouthToNorth Water Diversion Project

Ren Jianwu（1）Ren Hai（2）Li Zinan （1）Cheng Dongming（3）Xiao Xiong（4）

（1.College of Biological Sciences and Biotechnology，Beijing Forestry UniversityBeijing100083;

2. South China Institute of Botany ， Chinese Academy of SciencesGuangzhou510650;

3.The SouthToNorth Water Diversion Project Office in Danjiangkou City in Hubei ProvinceShiyan442700;

4.The SouthToNorth Water Diversion Project Office in Yun County in Hubei ProvinceShiyan442500）

Abstract： We analyzed if the tree species were suitable for growth in Danjiangkou Reservoir hydro-fluctuation belt. The trees planting experiment was carried out respectively in two places which were Bailongquan village，Liangshuihe Town and Qingliangsi village，Yangshupu Town，Yun county， Danjiangkou city. The results showed that plant materials such as Salix dislolor，Salix babylonica were suitable for planting in reservoir hydrofluctuation belt. It can bring considerable economic， social and ecological benefit by project implementation.

Key words：Danjiangkou Reservoir; riparian zone; plant arrangement; management pattern

消落地是一類具有陸地和水域的雙重屬性的特殊季節(jié)性濕地生態(tài)系統(tǒng)。因階段性的水位漲落出現(xiàn)的反復(fù)淹沒和裸露，形成的消落地庫區(qū)因季節(jié)性的土地淹沒不利于植物生長，使消落地的生物種類減少，降低生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)破壞。消落帶還是庫區(qū)泥沙、有機(jī)物、化肥和農(nóng)藥進(jìn)入水庫的最后屏障，作為陸地生態(tài)系統(tǒng)與水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡地帶，是生態(tài)環(huán)境脆弱的地帶。因此，消落帶具有明顯的環(huán)境因子、生態(tài)過程和植物群落梯度等特征，容易發(fā)生水土流失、泥沙淤積、土壤水陸交叉污染、物種多樣性減少以及生態(tài)系統(tǒng)退化等生態(tài)問題，且各種生態(tài)環(huán)境問題表現(xiàn)出潛伏性、傳遞性、長期性和積累性[1-2]。

丹江口水庫庫周蓄水后，原有的植被將受到淹水與干旱交替的破壞性影響，可能引起庫周水土流失、庫底泥沙淤積、庫容減少、水質(zhì)下降等一系列的后果。此外，新形成消落地荒蕪也是對土地資源的浪費(fèi)，如果不加引導(dǎo)，無序開發(fā)則可能導(dǎo)致水源地污染。因此，丹江口庫區(qū)消落地植被保護(hù)與重建恢復(fù)和對消落地適用植物的研究對于有效利用土地，保護(hù)水源地具有重要意義。

1概述

1.1丹江口水庫消落區(qū)基本情況

丹江口水庫跨越湖北和河南兩省，作為中國南水北調(diào)中線工程的水源地，集供水、防洪、發(fā)電、灌溉、養(yǎng)殖等功能于一體，是典型的多年調(diào)節(jié)型水庫。丹江口水庫作為全國最大的飲用水源地，維系著當(dāng)?shù)啬酥辆┙蛉A北平原飲用水的水質(zhì)安全，是生態(tài)功能保護(hù)的主要對象[3]。

丹江口庫區(qū)水庫水位10月～翌年1月連續(xù)約4個(gè)月一直維持在最高值，春季水位持續(xù)降低，6月以后水位逐漸升高至10月份升到最高值。由于水位與植物生長需求相悖，丹江口消落地植被稀少。2011年大壩由162.0 m加高到176.6 m，正常蓄水位變?yōu)?70.0 m，消落地高差由原來的18.0 m增加到20.0 m，丹江口水庫庫岸線長達(dá)4 611.0 km，其中長出露區(qū)（10～12個(gè)月，167.0～170.0 m）;季節(jié)性出露區(qū)（4～5個(gè)月，163.5～167.0 m）和短期出露區(qū)（3個(gè)月，160.0～163.5 m），面積分別為3 426.67 hm2，3 833.33 hm2和8 400.00 hm2。對消落地土地資源的有效利用將改善庫區(qū)人們生活，改善生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)水源地的目標(biāo)[4-5]。

1.2適宜丹江口水庫消落區(qū)環(huán)境生長的植物分析

1.2.1木本植物

烏桕Sapium sebiferum大戟科烏桕屬的落葉喬木。丹江口庫區(qū)有分布。烏桕能忍受較長時(shí)期的浸泡，在淹水處理下蓮基部能產(chǎn)生肥大的皮孔和不定根。烏桕在淹水脅迫下仍然可以存活6周[6]。楓楊Pterocarya stenoptera胡桃科楓楊屬的落葉喬木。丹江口庫區(qū)有分布。研究表明楓楊在淹水脅迫下能產(chǎn)生有利于吸收氧氣的不定根和肥大的皮孔，而且隨淹水時(shí)間的增加楓楊的葉綠素含量沒有太大變化，70 d的淹水后楓楊的存活率仍為100.0%[7]。南川柳Salix rosthornii楊柳科柳屬的落葉喬木，華中地區(qū)適生。研究表明南川柳最長耐淹可達(dá)70 d[8]。宜昌黃楊Buxus ichangensis黃楊科黃楊屬的常綠灌木。湖北西部及三峽庫區(qū)消落地有分布。宜昌黃楊在淹水過程中能產(chǎn)生皮孔和不定根，經(jīng)過60 d的淹水處理，存活率仍為100.0%[9]。地果Ficus tikoua桑科無花果屬的多年生木質(zhì)藤本，華中地區(qū)適生。研究表明地果在淹水半年后還能成活，并且在來年還能自然返青[10]。

1.2.2草本植物

甜根子草Saccharum spontaneum禾本科甘鹿屬的多年生常綠高大草本，發(fā)達(dá)的長根狀蓮。稈高達(dá)1～4 m，華中地區(qū)適生，研究表明甜根子草最長耐水淹達(dá)100 d[8]。香根草Vetiveria zizanioides禾本科巖蘭草屬的多年生草本，根系發(fā)達(dá)致密，為從國外引進(jìn)栽培的植物，具有適應(yīng)能力強(qiáng)、生長繁殖快、耐水淹等特點(diǎn)。華中地區(qū)適生。研究表明在180 d的全淹處理后，香根草的存活率為87.5% [10]。蘆竹及蘆葦Phragmites australis禾本科蘆葦屬的多年生草本，具有粗壯的根蓮，稈高1～3 m。有研究發(fā)現(xiàn)蘆葦在水淹和干旱的條件下光合速率仍較高，適合作為庫區(qū)消落地植被恢復(fù)的禾本科植物[8]。牛鞭草Hemarthria altissima禾本科牛鞭草屬的多年生草本，華中地區(qū)適生。研究表明大牛鞭草在淹沒180 d后存活率為90.0%。淹水結(jié)束后大牛鞭草能很好的恢復(fù)生長并快速長出葉片[10]。細(xì)葉水芹Oenanthe dielsii de Boiss. var. 傘形科水芹屬的多年生草本，花果期6～10月，丹江口庫區(qū)消落地有分布。丹江口庫區(qū)秋冬水位漲高時(shí)正直細(xì)葉水芹的冬季休眠期，其地上部死去，待來年水位退下后，宿存根系又能發(fā)出新苗?；鹛磕窹olygonum chinense蓼科蓼屬的多年生草本，基部近木質(zhì)，根狀蓮粗壯。湖北有分布，華中地區(qū)適生。火炭母分枝多蔓延能力強(qiáng)，研究表明火炭母能持續(xù)耐水淹長達(dá)110 d[11]。尼泊爾蓼Polygonum nepalense蓼科蓼屬的1 a生草本，除新疆外，全國地區(qū)都有分布。華中地區(qū)適生。研究表明尼泊爾蓼在水淹情況下根系生長良好并且最長能耐90 d的水淹[12]。苘麻Abutilon theophrasti錦葵科苘麻屬的1 a生亞灌木狀草本，高達(dá)1～2 m，葉寬大，花果期7～9月。丹江口庫區(qū)消落地有分布。苘麻在丹江口庫區(qū)秋冬水位漲高時(shí)已完成其生活史，來年水位退下后又可憑借種子繁殖長出新植株。萹蓄Polygonum aviculare蓼科蓼屬的1 a生草本。丹江口庫區(qū)消落地有分布。萹蓄在丹江口庫區(qū)秋冬水位漲高時(shí)己完成其生活史，來年水位退下后又可憑借種子繁殖長出新植株。打碗花Calystegia hederacea旋花科打碗花屬的1 a生草本，蓮蔓性，纏繞或葡分枝。丹江口庫區(qū)消落地有分布。打碗花在丹江口庫區(qū)秋冬水位漲高時(shí)已完成其生活史，來年水位退下后又可憑借種子繁殖長出新植株。小苜蓿Medicago minima豆科苜蓿屬的1 a生草本，丹江口庫區(qū)消落地有分布。小苜蓿在丹江口庫區(qū)秋冬水位漲高時(shí)己完成其生活史，來年水位退下后又可憑借種子繁殖長出新植株。朝天委陵菜Potentilla supina薔薇科委陵菜屬的1 a生草本，蓮平鋪或傾斜伸展，分枝多。丹江口庫區(qū)消落地有分布。朝天委陵菜在丹江口庫區(qū)秋冬水位漲高時(shí)已完成其生活史，來年水位退下后又可憑借種子繁殖長出新植株。

丹江口庫區(qū)消落地長勢良好并生長面積較大的多年生草本鄉(xiāng)土植物還有狗牙根、垂穗苔草、虉草、荊門薦草、香附子、短葉水蜈松、白茅和剛毛荸薺等。

2材料與方法

2.1適宜植物種植試驗(yàn)

選擇竹柳、金絲垂柳等為試驗(yàn)材料，借鑒國內(nèi)外各類型堤岸、消落帶、濕地生態(tài)修復(fù)成果，實(shí)施植物耐淹、耐旱試驗(yàn)。具體操作方法是，對淹水處理和干旱處理下的植物生長狀態(tài)、成活率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定不同水位區(qū)段和土壤類型片區(qū)的適生植物種類。

2.2試驗(yàn)地點(diǎn)選擇

（1）第一試驗(yàn)點(diǎn)，位于丹江口市涼水河鎮(zhèn)白龍泉村。丹江口市地處漢江北岸，臨近小太平洋，屬“南水北調(diào)中線”源頭渠首，為水庫核心區(qū)內(nèi)的坡地，坡度26°，坡頂土層較厚，生有臭椿，喬木狀，約有6.6 m高，并有23株意大利214黑楊殘樁，水淹時(shí)間32 d，深度平均1.43 m。

（2）第二試驗(yàn)點(diǎn)，位于鄖縣楊樹鋪鎮(zhèn)清涼寺村。鄖縣有大量消落地，枯水期消落地最大面積近3 333.33 hm2，出露時(shí)間最長達(dá)210 d、兼跨春秋冬3個(gè)季節(jié)，且地勢平坦，土肥地沃，陽光充足，水分適中，受洪水侵蝕后蟲災(zāi)病害少，十分適應(yīng)多種植物生長。水淹時(shí)間34 d，深度平均1.52 m。

2.3植物種植試驗(yàn)

項(xiàng)目組成員及協(xié)作單位技術(shù)人員于2014年早春植物休眠季節(jié)進(jìn)行植物種植試驗(yàn)（表1）。

竹柳66050×40×40100×100水平條帶整地，600 cm寬，整平，清理雜草，石礫。旋耕30 cm。栽后灌足水，1周后再次灌足水。

金絲垂柳11040×35×35300×200水平條帶整地，600 cm寬，整平，清理雜草，石礫。旋耕30 cm。栽后灌足水，1周后再次灌足水。

飼料桑3 300現(xiàn)場挖坑栽植50×30水平條帶整地，600 cm寬，整平，清理雜草，石礫。旋耕30 cm。注意整地時(shí)雜草及草根清除干凈，栽后1周內(nèi)澆水3次。

蘆竹6 600現(xiàn)場挖坑栽植50×20水平條帶整地，200 cm寬，整平，清理雜草，石礫。旋耕30 cm。注意整地時(shí)雜草及草根清除干凈，栽后1周內(nèi)澆水3次。

水杉17080×60×60200×200水平條帶整地，600 cm寬，整平，清理雜草，石礫。旋耕30 cm。栽后灌足水，1周后再次灌足水。

3結(jié)果與分析

3.1成活率調(diào)查

5月下旬對苗木成活率及生長狀況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果見表2。

3.2生長分析

本試驗(yàn)中，水杉成活率很低，明顯低于其他苗木，經(jīng)過仔細(xì)調(diào)查和認(rèn)真分析，原因在于：第一，水杉作為針葉樹種，出圃時(shí)應(yīng)該帶土球以保護(hù)根系，減少機(jī)械傷害，按照規(guī)范土球直徑應(yīng)該大于苗木地徑的8倍，但是本試驗(yàn)中水杉苗木護(hù)心土很少，根系缺少保護(hù)，容易失去水分，而且吸水能力很難得到恢復(fù);第二，試驗(yàn)區(qū)風(fēng)速較大，加之水杉苗木規(guī)格較大，樹冠根據(jù)要求不得重度修剪，因此導(dǎo)致風(fēng)倒現(xiàn)象嚴(yán)重;第三，若采用精確的園藝措施支撐架桿，在荒涼的野外山區(qū)成本太高，有悖于本研究的粗放栽培特點(diǎn)，所以苗木根系很難與土壤固定。

對于蘆竹來說，由于組培苗規(guī)格小，而且組培苗一般都是在前期生長階段首先加速根系生長，后期才能加速地上部分生長，所以在野外雜草叢生的地方，開始生長階段競爭不占優(yōu)勢，所以需要稍作保護(hù)，后期逐漸生長迅速，則不需要管護(hù)。

3.3階段評價(jià)及展望

從初步試驗(yàn)結(jié)果來看，竹柳表現(xiàn)優(yōu)異，可以作為進(jìn)一步深化試驗(yàn)的主要材料;蘆竹和飼料桑生長形狀尚未得到完全表達(dá)，需要在生長季末期才能做出可靠評價(jià)。金絲垂柳表現(xiàn)尚可，其觀賞特點(diǎn)較為突出，冬季景觀效果好，可以作為進(jìn)一步觀察品種。

通過前期研究，認(rèn)為在長期水淹的較低位置，可以多年生、且有氣生根的生藤本植物為主，實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)的根本目的，比如?？频牡毓?較高的位置，可以兼顧經(jīng)濟(jì)效益，比如飼料桑、四倍體刺槐，重點(diǎn)用于飼料加工出售而不是就地飼養(yǎng)牲畜。也可以在楓楊樹上仿野生栽培石斛，甚至開展同一地區(qū)已出現(xiàn)中藥GAP生產(chǎn)的藥材種植，如山茱萸、絞股藍(lán)。

3.4植物配置及經(jīng)營模式研究

海拔163.5 m以下采用封灘育草模式。土壤出露時(shí)間短，淹沒時(shí)間長，程度深，立地條件差，表土層流失嚴(yán)重、保土保肥性能差，因此選用草本植物固定土壤、減少侵蝕沖刷?？梢赃x用微齒眼子菜Potamogeton maackianus 、狗牙根Cynodon dactylon、雙穗雀稗Paspalum paspaloides、蔥蘭Zephyranthes candida、百喜草Paspalum notatum、香附子Cyperus rotundus、虉草Phcdaris arundinacea以及蘆葦Phragmites australis進(jìn)行人工種植，同時(shí)要嚴(yán)格封禁，充分利用土壤種子庫。海拔在163.5～167.0 m，栽培耐淹樹種桑Morus alba、美國竹柳、杞柳Salix integra、蘆竹Arundo donax。其中桑用于飼料，美國竹柳用于木材、薪炭材，杞柳用于柳編加工，蘆竹用于生產(chǎn)蘆竹生物炭和清潔燃料乙醇。167.0～170.0 m區(qū)段，江南片區(qū)。栽培楓楊，以金釵石斛Dendrobium nobile帶呼吸根假鱗莖貼干栽培，每株樹干栽培30叢，4年收獲。水土流失嚴(yán)重地段，可以種植龍須草Eulaliopsis binata。海拔在167～170 m，江北片區(qū)。以“美洲黑楊725”和歐美楊系列品種，營造速生豐產(chǎn)林。水土流失嚴(yán)重地段，可以種植龍須草。海拔170 m以上，土地征用線區(qū)段，江南片區(qū)。選用喜濕潤、溫暖氣候條件的南高叢藍(lán)莓，推廣優(yōu)良的藍(lán)莓品種在本地區(qū)種植，發(fā)展藍(lán)莓無公害生產(chǎn)，提高藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)效益，推動藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，增強(qiáng)我國優(yōu)質(zhì)藍(lán)莓品種在國內(nèi)外市場的競爭力，增加庫區(qū)群眾收入。海拔170 m以上，土地征用線區(qū)段，江北片區(qū)。建立四倍體刺槐Robinia pseudoacacia飼料林，林下間作具有一定耐蔭能力的金銀花Lonicera japonica和黃花菜Hemerocallis citrina。

3.5效益分析

3.5.1經(jīng)濟(jì)效益

以各參試植物材料的產(chǎn)量及市場價(jià)格進(jìn)行估算，丹江口水庫消落帶不同植物材料應(yīng)用后經(jīng)濟(jì)效益顯著（表3）。

3.5.2社會效益

對于丹江口水庫消落帶土地的利用管理，國家一直沒有明確的主管部門，因此也就沒有相應(yīng)的部門對其進(jìn)行監(jiān)督管理，導(dǎo)致諸多消落區(qū)段基本處于群眾自發(fā)利用狀態(tài)，容易引發(fā)兩個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)：一方面是影響水庫的水質(zhì)安全，特別是在群眾的耕作、施肥、放牧等活動失控的情況下，對水庫產(chǎn)生污染，進(jìn)而影響水質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)不容忽視;另一方面，庫區(qū)群眾利益受損的風(fēng)險(xiǎn)，由于沒有基本的信息技術(shù)服務(wù)和政策引導(dǎo)，加上消落帶受水庫來水及運(yùn)用調(diào)度的影響，露出面積具有不確定性和不穩(wěn)定性，有時(shí)水位提前上漲，群眾措手不及，往往顆粒無收。本項(xiàng)目的實(shí)施，可以采取公司-農(nóng)戶-科技支撐的形式，通過科學(xué)規(guī)劃，合理引導(dǎo)，不但可以消除以往的盲目性和不確定性，而且可以解決5.6萬人的就業(yè)問題，彌補(bǔ)庫區(qū)周邊群眾耕地的不足，擴(kuò)大環(huán)境容量，有效解決人地矛盾，從根本上消除吃糧問題，促進(jìn)庫區(qū)社會穩(wěn)定繁榮。

3.5.3生態(tài)效益

通過對庫區(qū)消落帶的生態(tài)保護(hù)，恢復(fù)、擴(kuò)大和豐富植被覆蓋，可以起到護(hù)土固沙、涵養(yǎng)水源、減少水土流失的作用，同時(shí)消落帶植被的旺盛生長還可以攔阻、消解對水庫的污染，對改善庫區(qū)生態(tài)起到很好的防護(hù)作用。廣闊的消落帶、豐富的水草資源為野生動植物的繁殖生長提供了天然場所，為保持庫區(qū)濕地生物物種多樣性創(chuàng)造了有利條件。

4結(jié)語

丹江口水庫是南水北調(diào)中線工程的水源地，肩負(fù)著為北京、天津、河北、河南等水資源嚴(yán)重缺乏的地區(qū)提供水資源，保障各地的生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等所需，具有重要意義。而消落區(qū)則是丹江口水庫的生態(tài)屏障，同時(shí)，也是自然環(huán)境中典型的脆弱地帶。因此，如何保護(hù)和利用水庫消落區(qū)資源至關(guān)重要。本課題組基于對當(dāng)前丹江口水庫消落區(qū)現(xiàn)狀的了解，本著生態(tài)保護(hù)和開發(fā)利用相結(jié)合的目標(biāo)，對消落區(qū)適宜林木作物、植物配置及經(jīng)營模式進(jìn)行研究。深入當(dāng)?shù)?，進(jìn)行林木試種試驗(yàn)，通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析及大量文獻(xiàn)查閱，得出消落區(qū)不同海拔適宜種植的植物品種，并總結(jié)出一套植物配置及經(jīng)營模式。將有利于防治水土流失，改善生態(tài)環(huán)境，保障水質(zhì)安全，提高經(jīng)濟(jì)效益，緩解人地矛盾。本文的研究成果可供有關(guān)部門保護(hù)與開發(fā)丹江口水庫消落區(qū)時(shí)參考，也可為相關(guān)科研人員進(jìn)行深入研究時(shí)提供參考。

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（責(zé)任編輯：鄭京津）