干熱河谷地區(qū)生態(tài)障礙分析與對策

廖勇 張新 張雪楊 黃斌 田紅衛(wèi) 張曉皓

摘要：干熱河谷地區(qū)山高坡陡，原生植被稀疏，土壤貧瘠，常年高溫，年均降水量少但容易發(fā)生短期暴雨，生態(tài)環(huán)境較惡劣，生態(tài)恢復(fù)極其困難，需要開展有關(guān)生態(tài)恢復(fù)的專項(xiàng)研究。選取金沙江上游干熱河谷地區(qū)開展研究，在分析其生態(tài)障礙的基礎(chǔ)上，

提出了立地（土壤）條件改良、引種問題、消落帶邊坡防護(hù)等對策，

構(gòu)建了綜合評價(jià)消落帶的邊坡穩(wěn)定性及其水土流失情況、生態(tài)恢復(fù)效益的指標(biāo)體系。

關(guān) 鍵 詞：

干熱河谷； 生態(tài)障礙; 生態(tài)恢復(fù)； 金沙江上游

中圖法分類號： TV212.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.S2.030

0 引 言

干熱河谷地區(qū)存在長期高溫、降水較少、降雨集中于雨季、季節(jié)性干旱、原有生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生退化、植被覆蓋率較低、植被存活率較低、植被生長演替較困難、短期極端災(zāi)害頻發(fā)、水土流失較嚴(yán)重及表土資源較貧瘠等生態(tài)障礙。以往研究主要針對其中下游的生態(tài)恢復(fù)，采取“遴選適宜的、較耐旱的植被品種，通過現(xiàn)場小試調(diào)整植被恢復(fù)技術(shù)、確定植被恢復(fù)及土壤改良方案，逐步恢復(fù)項(xiàng)目區(qū)范圍尤其是臨河高陡邊坡的植被”這一思路恢復(fù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境［1-3］。但是，上述措施通常時(shí)效性短，且不能從根本上恢復(fù)項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)環(huán)境。若想徹底改良當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，建設(shè)成本將十分高昂，因此很難實(shí)施［4-5］。旭龍水電站位于川滇兩省交界的金沙江干流上游干熱河谷地區(qū)，與該流域中下游干熱河谷地區(qū)（半濕潤氣候）相比，該地區(qū)的自然環(huán)境更為惡劣，具備以下特征：① 降水量更少，長期處于干旱-半干旱狀態(tài)，存在土壤干化、高溫焚風(fēng)等極端現(xiàn)象；② 降雨集中在雨季，容易發(fā)生短期暴雨濺蝕；③ 土壤退化嚴(yán)重，土壤養(yǎng)分含量偏低，且土壤質(zhì)地過砂或過黏，水穩(wěn)性差，難以保水保肥；④ 原有植被及土壤生境已遭受嚴(yán)重破壞，難以直接恢復(fù)植被。上述情況暫無相似的先例可循，若直接借鑒現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)工程設(shè)計(jì)，則其有效性值得商榷。

總之，在金沙江上游干熱河谷地區(qū)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)困難重重且存在相當(dāng)多的技術(shù)空白。因此，有必要開展生態(tài)恢復(fù)專項(xiàng)調(diào)查及研究，根據(jù)調(diào)研的成果編制生態(tài)恢復(fù)方案；否則，僅靠常規(guī)的水土保持設(shè)計(jì)將難以控制項(xiàng)目區(qū)的水土流失，且極易徹底摧毀原本脆弱的生態(tài)環(huán)境，引發(fā)泥石流、植被永久性萎蔫等災(zāi)害，威脅施工安全，阻礙項(xiàng)目運(yùn)行。

本研究采用資料分析、現(xiàn)場調(diào)查及遙感法來確定項(xiàng)目區(qū)生態(tài)障礙；以消除項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)障礙為研究目的，采用類比法及演繹法，逐級推導(dǎo)消除生態(tài)障礙的對策，以期為恢復(fù)生態(tài)惡劣地區(qū)的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)用地提供有益參考。

1 研究基礎(chǔ)

1.1 研究區(qū)域概況

1.1.1 地形地貌特征

金沙江上游旭龍水電站位于云南省德欽縣與四川省得榮縣交界的金沙江干流上游河段，地處橫斷山脈，呈明顯臺(tái)階狀下降，屬高山地貌，地勢總體西北高南東低。項(xiàng)目區(qū)河段河勢較順直，河谷為深切峽谷，橫斷面為典型的“V”形谷，河谷兩岸地形對稱性較好，兩側(cè)為高聳的山脊，走向與金沙江流向基本一致。

1.1.2 氣象與水文條件

項(xiàng)目區(qū)的多年平均氣溫14.5～14.6 ℃，極端高溫36 ℃，極端低溫-18.9 ℃，多年≥10 ℃積溫4 458 ℃，多年平均降水量340.7～383.7 mm，多年平均蒸發(fā)量2 431 mm，多年平均日照時(shí)數(shù)1 943.3 h，多年平均霜日95.7 d，平均風(fēng)速1.5～2.1 m/s，風(fēng)向多為西北風(fēng)。

1.1.3 土壤及植被情況

項(xiàng)目區(qū)植被類型多為自然生長的灌林群落或自然草被。沿河谷多分布有低矮荊棘灌叢和少量喬木，山坡上分布有低矮灌叢和草本植物。灌木多為耐旱、多刺、多絨毛和根系發(fā)達(dá)的灌木，如仙人掌、白刺花、十沉香、小薷等，草本植物有蕓香草、兩頭毛、山地香茶菜等，林草植被覆蓋率為49.9%。

項(xiàng)目區(qū)所在縣市的土壤以燥褐土（又稱燥紅土）為主。在自然條件下，其具有明顯的粘化作用和鈣化作用，土壤酸堿性呈中性至堿性，表層厚度多為20～35 cm，腐殖質(zhì)含量10～30 g/kg，養(yǎng)分含量屬于中等-中等偏上水平［6］。根據(jù)NY/T 1634-2008《耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)程》和LY/T 2250-2014《森林土壤調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，最終選取21個(gè)勘測點(diǎn)。勘測結(jié)果如下：土壤類型主要為山地褐土、棕壤、暗棕壤、黃壤、紫色土和沖積土等，肥沃土層相對較薄，土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，氮、磷含量不足；部分沖積土土層較厚，可達(dá)30～40 cm，但是含有較多砂礫石，可剝離的表土量有限；項(xiàng)目區(qū)土壤的有機(jī)質(zhì)含量低于其三級水平，氮、磷含量低于其三級水平，屬于中等-中下等水平。

經(jīng)綜合考慮，僅可對耕地及園地進(jìn)行表土剝離，其中，耕地表土層可剝離厚度為30 cm，園地表土層可剝離厚度為20 cm，其養(yǎng)分含量均屬于中等水平。

1.2 研究方法

本研究以烏東德、向家壩水電站的生態(tài)恢復(fù)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用資料分析、現(xiàn)場調(diào)查及遙感法來確定項(xiàng)目區(qū)內(nèi)對生態(tài)恢復(fù)構(gòu)成障礙的因素（下稱“生態(tài)障礙”），并劃定不同生態(tài)障礙的主要影響范圍；將水土保持（重點(diǎn)是如何改良立地（土壤）條件）、景觀設(shè)計(jì)（重點(diǎn)是如何恢復(fù)土壤生境）、消落帶防護(hù)、泥石流治理及修復(fù)效果評估等問題整合為一體，采用類比法及演繹法，逐級推導(dǎo)生態(tài)障礙對策。

1.3 其他研究經(jīng)驗(yàn)

1.3.1 烏東德水電站的經(jīng)驗(yàn)

烏東德水庫呈季調(diào)節(jié)性，水庫水位在死水位至正常蓄水位即945～975 m之間隨季節(jié)變化［7］。因此，根據(jù)高程（945～960 m、960～970 m、970～975 m）、坡度（25°以下、25°～40°、40°以上）及土壤（土質(zhì)型和巖質(zhì)型）等環(huán)境特征條件，將烏東德水庫消落帶分成18類區(qū)域，構(gòu)建了耐淹草本、耐淹灌草、耐淹喬灌草植被恢復(fù)模式及保留模式等4種生態(tài)恢復(fù)模式，并選定了10種植物用于生態(tài)恢復(fù)。

但是，若僅采用植被恢復(fù)措施，無法有效治理不良地質(zhì)區(qū)域，也未考慮立地條件改良（包括表土培肥、土壤熟化、土壤質(zhì)地改良和土層結(jié)構(gòu)改良等），則難以恢復(fù)項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)環(huán)境，不利于植被恢復(fù)。因此，須考慮補(bǔ)充立地條件改良措施和針對不良地質(zhì)區(qū)域的邊坡防護(hù)措施，以提高植被恢復(fù)的成功率。

1.3.2 向家壩水電站的經(jīng)驗(yàn)

向家壩水電站項(xiàng)目區(qū)存在大量的易擾動(dòng)邊坡，因此首先通過構(gòu)造生態(tài)護(hù)坡的方式來恢復(fù)項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境和植被，防治水土流失［8-10］。采集7個(gè)樣地的土壤，根據(jù)灰色理論建立Logistic預(yù)測模型，用土壤微生物含量等指標(biāo)表征土壤肥力水平，分別評估生態(tài)護(hù)坡的水土保持效益、生態(tài)效益和基材改良效益。結(jié)果證明，植被混凝土邊坡的土壤肥力恢復(fù)狀況最佳。

但是，生態(tài)護(hù)坡構(gòu)造主要依靠砌筑類工程措施，未考慮立地條件改良的問題，且無法排除植物品種、土壤質(zhì)地、土層結(jié)構(gòu)、坡度等其他因素對土壤肥力恢復(fù)過程的影響。因此，上述研究結(jié)果是否具有普遍性還有待驗(yàn)證。

2 生態(tài)障礙

2.1 水障礙

（1） 項(xiàng)目區(qū)年均降水量僅300～400 mm，集中于雨季（5～9月），容易發(fā)生短期暴雨濺蝕。

（2） 冬季至初春時(shí)（12月至次年3月），土壤含水率長期低于土壤凋萎濕度（在當(dāng)?shù)兀撝导s為9%），該現(xiàn)象被稱為土壤干化，一旦發(fā)生，植被將難以從土壤中獲得有效水，植物細(xì)胞會(huì)遭遇不可逆的損害，極可能導(dǎo)致大面積的植被凋萎。因此，當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)安全閾值應(yīng)以土壤凋萎濕度表征［8］。

（3） 其余時(shí)間則處于干旱-半干旱狀態(tài)，容易發(fā)生高溫焚風(fēng)（背風(fēng)坡局部區(qū)域在夏季白天時(shí)最高可達(dá)50 ℃），僅靠布置灌溉系統(tǒng)和引水系統(tǒng)難以解決上述問題，而且維護(hù)成本很高。

2.2 土壤障礙

（1） 土壤養(yǎng)分普遍不足，其中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷的含量均偏少，僅速效鉀的含量較多；表土層的厚度相對偏低，多為10～25 cm，平均值約21.3 cm，表土資源有限［8］。

（2） 土壤pH值的大致范圍是5.0～6.0，屬于強(qiáng)酸性-酸性范圍，容易發(fā)生鐵鋁毒害。

（3） 土壤顆粒的水穩(wěn)性差，團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)易被破壞，水土流失嚴(yán)重，養(yǎng)分易流失，缺乏優(yōu)質(zhì)的耕、林、草地資源，土壤持水（或保水）能力有待提高。

（4） 砂粒、黏粒及石礫含量的占比較大（合計(jì)超過85%），粉粒含量過低（理想值是25%～35%，但在項(xiàng)目區(qū)僅為10%～15%），土壤質(zhì)地較差。

（5） 土壤類型主要是易被侵蝕的燥紅壤和沖積土，就地取材進(jìn)行質(zhì)地改良的難度較大。

（6） 復(fù)墾地塊上可能存在相當(dāng)面積的“漏砂型”（即上黏下砂）土層，該土層保水保肥性很差。

（7） 原有土壤生境已被破壞，且難以恢復(fù)。

（8） 由于表土回覆量十分龐大，傳統(tǒng)的表土調(diào)運(yùn)方案會(huì)造成“拆東墻補(bǔ)西墻”式的二次破壞。

2.3 植被障礙

（1） 土壤生境已發(fā)生退化，現(xiàn)有的植被數(shù)量較少，植被結(jié)構(gòu)單一，且生長情況不佳，因此可能需要先選育、栽植先鋒物種，以達(dá)到“開荒”的效果——即通過先鋒物種，在土壤內(nèi)緩慢積累有機(jī)質(zhì)，逐漸恢復(fù)土壤內(nèi)的微生物群落，控制水土流失，為植被恢復(fù)奠定生態(tài)基礎(chǔ)。

（2） 有必要在植被恢復(fù)中精準(zhǔn)控制各種植被的種植密度，避免因植物蒸騰而加重缺水問題。

（3） 植被在越冬時(shí)同時(shí)面臨土壤水不足和土壤養(yǎng)分不足的問題，很可能會(huì)因缺水和缺肥問題而大面積凋萎，最終導(dǎo)致植被恢復(fù)的失敗。

2.4 其他障礙

（1） 水庫消落帶防護(hù)。項(xiàng)目區(qū)兩岸為經(jīng)常性（日調(diào)節(jié)）水淹型（緩坡）消落帶，防護(hù)的難度極高。

（2） 地質(zhì)條件較差，短期極端氣候頻現(xiàn)。項(xiàng)目區(qū)石質(zhì)邊坡角度、地勢陡峭、滑坡頻繁，常有大風(fēng)、暴雨等短期極端天氣。

3 生態(tài)障礙對策

結(jié)合初步勘察及生態(tài)障礙分析的結(jié)果，提出5大類生態(tài)障礙對策。

3.1 立地（土壤）條件改良

立地（土壤）條件改良可解決表土培肥及質(zhì)地改良、普通土壤熟化及質(zhì)地改良、表土臨時(shí)防護(hù)措施（包括雨季的臨時(shí)防暴雨濺蝕措施和旱季的臨時(shí)保水措施）、復(fù)墾耕地土層結(jié)構(gòu)改良、復(fù)雜邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)（通過選取典型區(qū)）等5個(gè)具體的難點(diǎn)。

3.2 引種問題

判斷是否應(yīng)該引入非本土的耐旱或耐淹植物及是否選育先鋒物種可解決引種問題。

3.3 消落帶邊坡防護(hù)

設(shè)計(jì)消落帶邊坡防護(hù)及植被恢復(fù)方案，可解決消落帶邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)（通過選取典型區(qū)）。

3.4 評估消落帶的邊坡穩(wěn)定性及其水土流失情況

根據(jù)烏東德水電站的經(jīng)驗(yàn)，需要綜合評估消落帶的邊坡穩(wěn)定性及其水土流失情況，然后復(fù)核消落帶邊坡防護(hù)的典型設(shè)計(jì)，并再次開展現(xiàn)場小試。其難點(diǎn)是需視水庫水面對消落帶的浸水過程為“灌溉”過程，浸水量為“灌溉”量，然后根據(jù)消落帶植被的生長情況，使用AHC軟件模擬消落帶植被的生長情況，反推浸水量［11-14］。

3.5 評估植被及生態(tài)恢復(fù)工程效益

目前，中國尚未頒布可用于評估生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)的技術(shù)規(guī)范性文件。根據(jù)向家壩水電站的經(jīng)驗(yàn)，可建立立地條件改良后評估體系，通過開展植物群落、土壤農(nóng)化性質(zhì)及水土保持監(jiān)測，以便綜合評估植被及生態(tài)恢復(fù)工程的效益，包括：

根據(jù)層次分析法，建立旭龍水電站生態(tài)恢復(fù)的評估指標(biāo)權(quán)重體系，并設(shè)計(jì)權(quán)重參數(shù)（見表1）；監(jiān)測典型區(qū)的植被群落監(jiān)測指標(biāo)、土壤農(nóng)化性質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)及水土保持監(jiān)測指標(biāo)，獲取指標(biāo)分值；綜合評估植被及生態(tài)恢復(fù)工程的效益［7，15-16］。

3.5.1 立地條件改良后評估體系

對旭龍水電站的立地條件改良成效進(jìn)行分析，即建立后評估的指標(biāo)體系，包括具體的指標(biāo)與權(quán)重（見表2）［17-18］。用目標(biāo)層A和一級指標(biāo)層B建立A-B判斷矩陣，將之規(guī)范化。在其他情況下即B-C或C-D級時(shí)，應(yīng)對矩陣采取類似處理方法。

根據(jù)上述矩陣計(jì)算規(guī)則，計(jì)算出A值。對A值的評級規(guī)則如下：優(yōu)［0.800 0，+∞），良［0.700 0，0.800 0），中［0.600 0，0.700 0），差（-∞，0.600 0）。

3.5.2 現(xiàn)場監(jiān)測

（1） 水土保持監(jiān)測指標(biāo)。監(jiān)測指標(biāo)包括坡面最大沖刷深度、坡面侵蝕量、土壤根系干容重增加率和坡面裸露度等4項(xiàng)。每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)處需設(shè)置一組重復(fù)（下同）。監(jiān)測頻次及監(jiān)測時(shí)段按水土保持監(jiān)測相關(guān)規(guī)范確定即可（下同）。

（2） 植物群落監(jiān)測。需要計(jì)算的指標(biāo)包括第一優(yōu)勢種重要值、Gleason豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)等4項(xiàng)，監(jiān)測指標(biāo)包括植被群落的蓋度、生長型、高度、株數(shù)和分布情況。蓋

度采用目估法，以百分比估計(jì)。生長型以一年生或越年生草本植物（annual herbaceous ＆biennial herbaceous，以A/B表示）、多年生草本植物（perennial herbaceous，以P表示）、藤本植物（lianas，以L表示）、灌木或半灌木（shrubs or subshrubs，以S/SS表示）、喬木（arbors，以AS表示）分類；高度用卷尺測量每種植物的高度，測3次取平均高度，精確到cm。株數(shù)采用點(diǎn)數(shù)法。

分布情況分為團(tuán)狀、散生、片狀和點(diǎn)狀分布等4種分布情況。

（3） 土壤農(nóng)化性質(zhì)監(jiān)測。監(jiān)測指標(biāo)包括土壤有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量、有效磷含量、速效鉀含量和土壤容重等5項(xiàng)［19-20］。

4 結(jié) 語

金沙江上游干熱河谷地區(qū)惡劣的生態(tài)環(huán)境對旭龍水電站的生態(tài)恢復(fù)構(gòu)成巨大阻礙。由于無相似案例可循，本文以項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)障礙為突破點(diǎn)，參考同流域的生態(tài)恢復(fù)方案，逐級推導(dǎo)解決立地（土壤）條件改良、引種問題、設(shè)置消落帶邊坡防護(hù)及植被恢復(fù)、評估消落帶邊坡穩(wěn)定性及水土流失效益、生態(tài)恢復(fù)措施質(zhì)量等生態(tài)障礙的對策，并初擬了現(xiàn)場小試的方案。在這類地區(qū)的生態(tài)修復(fù)中，需考慮季節(jié)性干旱、雨季短期暴雨等極端氣候問題，分地塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，不可套用統(tǒng)一的模式或方案，嘗試通過軟件模擬來評估生態(tài)恢復(fù)效益；根據(jù)現(xiàn)場小試及模擬的結(jié)果，修正生態(tài)恢復(fù)方案，并再次開展現(xiàn)場小試以進(jìn)行驗(yàn)證。

下一步需加強(qiáng)對土壤、植被的調(diào)研，盡快布置現(xiàn)場小試，并以土壤健康為指導(dǎo)思想，逐步探索出完備的生態(tài)恢復(fù)方案。爭取將旭龍水電站工程的生態(tài)修復(fù)過程打造為典型作業(yè)流程，推廣到整個(gè)流域。

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（編輯：黃文晉）