三峽庫區消落帶植被恢復重建模式探討

湯顯強，吳 敏，金 峰

(長江科學院 a.武漢長建創維環境科技有限公司;b.流域水環境研究所，武漢 430010)

消落帶是指因河流、水庫、湖泊季節性或周期性水位漲落而形成的交替性淹沒和出露地帶，是一種特殊的干濕交替性濕地或沼澤地。消落帶水位變動可造成水、土、光、熱、營養鹽等關鍵生態因子異動，導致生態系統結構和功能調整。目前影響消落帶形成與分布的因素主要包括自然氣候變化和人類活動干擾。自然氣候變化如降水分布不均勻和氣候異常等造成水位消漲，形成具有水位變幅小、漲落快、生態系統受損少、可通過自身調整恢復的天然消落帶。人工消落帶是人類在開發利用水資源，發揮防洪、發電、航運、養殖等經濟社會效益時的孿生副產品。三峽庫區消落帶等大型人工消落帶具有范圍廣、面積大、水位變動幅度大、漲落慢、受損生態系統很難通過自身恢復，需要進行人工修復和重建等特征。目前，大型人工消落帶生態環境脆弱，其治理、保護和開發利用目前成為國內外研究的熱點和難點。

三峽工程是長江流域綜合開發利用的關鍵性骨干工程，自2009年竣工正常運行后，采取“蓄清排渾”的調度方式，受此影響，庫區形成一個垂直水位落差30 m、寬度超過60 m、覆蓋面積437～446km2的消落帶［1］。三峽庫區消落帶是生態受損的產物，有必要采取生態手段進行恢復與重建，然而消落帶土壤受水體浸泡、侵蝕、水位消落后容易稀泥化、沼澤化，較高的含水率和土壤侵蝕率是植被恢復重建的重大制約。探討在消落帶土壤加固的基礎上進行植被恢復重建，對于抑制污染物釋放、減緩土壤侵蝕、加快消落區內的淤沙造地進程、穩固植被生長基質以及預防病情疫情蔓延意義重大。

1 植被恢復重建的關鍵問題

消落帶植被可以攔截入庫泥沙、顆粒態污染物;利用自身根系生長穩固岸坡灘地，削弱水流對土壤基質的掏蝕;植被還可以改善地表覆蓋狀況和衛生條件，避免蚊蠅等滋生繁殖;此外，還能夠加速顆粒態污染物的沉降與滯留，利用根系對溶解態污染物進行組織吸收，基于附著寄生在植物根系和根際土壤中的微生物對有機和無機污染物進行生物降解，不斷改善水質;最后消落帶植被覆蓋能極大改善景觀效果，創造良好旅游條件。

消落帶植被恢復重建兼有水生生態修復與陸生生態修復的特點。已有研究表明植被恢復重建存在2個關鍵問題:一是植被遴選［2］;二是提供適應植被生長的環境［3，4］。三峽庫區消落帶形成過程中，淹沒時消滅了原有陸生生態系統，出露后水生生態系統又無法適應落干后的環境。此外，庫區水位周期性漲落過程中，水體橫向掏蝕和縱向泥沙沉積作用造成植被生長基質失穩，植被很難扎根生存。最后，三峽庫區水環境特征復雜，水體含沙量較高、透明度低、深水區植被光合作用弱，這些都是植被恢復重建中的不利生境要素。因此如何優化構建適宜的植被恢復重建的生境十分重要。

2 植被遴選

三峽地區物種多樣性豐富，植物約3 064種［2］，但適應30 m水位變動和耐淹的植被并不多見。例如，中華蚊母樹和疏花水柏枝2種特有植物主要分布在海拔200 m以下的洪水線內，能夠在水下頑強生存數月，但僅限于水下2 m存活［3］。剩下的2～30 m水深范圍仍是植被遴選和恢復重建的關鍵區域。消落帶植物普查是植被遴選的首要手段。

基于生態適應性、水土保持能力、生態安全性和經濟價值等考量，重慶庫區消落帶植被野外調查結果表明，除石菖蒲、狗牙根、扁穗牛鞭草、甜根子草、蘆葦、卡開蘆、細葉水團花、中華蚊母樹、秋花柳、池杉、水杉和垂柳外，香根草、杭子梢、小梾木、長葉水麻和楓楊適合用于奉節縣竹衣河消落帶植被恢復重建［4］。開縣前置庫消落帶內共有維管植物410種，其中柑桔、馬尾松、柏木、全緣葉欒樹等適合構建175～180 m農林生態系統帶;池杉、落羽杉、水杉、楓楊、垂柳、意楊等可構建175～180 m防護林帶;香根草、菖蒲、蘆葦、香蒲、燈心草、荻等可用于構建174～175 m耐水濕植物帶;黑藻、伊樂藻等沉水植物，蓮、水憋、菱等浮水植物以及蘆葦、香蒲等挺水植物可用于構建172～174 m的水生植物帶［5］。

然而，任雪梅等認為178 m水位以上應種植柑橘等果樹，170～178 m種植楊樹、柳樹等短時間受淹植物;170 m以下種植香根草、蘇丹草、稗草和小米草等［6］。此外，桑樹的耐淹性能值得特殊關注，在超過10 m水深下淹沒長達6個多月后，消落帶內地上植被全部窒息死亡，而桑樹根莖發達、萌發性較強，是消落帶出露地表后最早重生的灌木，甚至早于狗牙根、牛鞭草和李氏禾等草本植物［7］。

模擬實驗是消落帶植物遴選的另一可靠途徑。土壤含水率影響消落帶植被生長，通過模擬常規生長水分條件、輕度干旱水分脅迫、土壤水飽和和水淹等不同處理與植物光合特性間關系，李昌曉等發現落羽杉可以用作三峽庫區消落帶防護林體系建設樹種［8］。

基地種植實驗和淹沒實驗也被用于評價和篩選消落帶植被，盆栽種植實驗結果表明:狗牙根、野地瓜藤、尼泊爾蓼、百喜草，香根草，蘇丹草在100～150 d生長期內均可完成生長、發育成熟過程，適合用作消落區生態恢復的備選物種。蘇丹草具備速生特點，可迅速提高水位下降后消落帶植被覆蓋率。180d水下1.0～1.5 m和5～25 m 的連續淹水實驗結果表明，狗牙根能夠在180 d的淹沒后成活，并在次年自然萌發，可作為構建消落區生態系統的兩棲植物物種［9］。

3 植被恢復重建模式

植被耐淹、耐濕等生理特性差異造成其對水位變動的適應性不同，因此有必要根據植被生理學特性提出適宜水位變動要求的梯級恢復重建模式。另外，考慮到植被生長基質的不穩定性、易受干擾等特點，研究者還提出土壤基質加固型。目前2種模式探討和設計思考較多，實際工程運用尚處于不成熟階段。以水位變動適應型為例，研究人員將金沙江庫區消落帶生態重建設計分為3部分，高于蓄洪水位0～5 m地段為工程加固帶;5～15 m為浮床香根草帶;20～30 m為香根草植物籬帶［10］。考慮到水位頻繁和大幅度波動容易破壞庫區邊緣植被，黃川等建議采用以植被工程為主、土石工程為輔的治理模式，在環庫土質庫岸地段營造人工的、濕生的、固土能力強的草叢、灌叢和森林等，建立立體防護林帶［11］。為削弱水位變動對植被恢復重建的影響，開縣開展了“水位調節壩庫區生態工程建設”，在減緩水位變動前提下，在174.5 m高程以上建設生態防護林，168.6～175 m高程范圍內構建濕地和多塘系統［12］。

根據水位調度進行梯級植被重建是目前三峽庫區消落帶生態環境治理的核心思路。基于水位變動進行梯級植被重建劃分設計是原則，植被生境創造與改善是保障。土壤基質加固型的設計出發點為:減輕水流侵蝕，提供穩定、可靠的植被恢復重建基礎。三峽大學為恢復消落帶生境，研制或研發出防沖刷生態型護坡構件、防浪消能高滲透性生態混凝土構件以及植被混凝土護坡綠化技術［3］。在生境構筑上，研究人員在清江隔河巖水庫消落帶設計采用構筑燕窩植生穴、鋪砌防沖刷生態型護坡構件以及運用防沖刷基材生態護坡等技術［13］。總體來看，土壤基質加固型重建模式實踐經驗不多，混凝土構件的經濟適用性、技術可靠性和生態環境可承受性仍需工程檢驗。

4 基于土壤固化的消落區植被恢復重建模式

水位變動適應型和土壤基質加固型在植被恢復重建中各具特點和不足。例如水位變動適應性模式的核心是植被遴選，對植被生境培育不夠;土壤基質加固型重點強調防水力侵蝕與沖刷，對植被在混凝土構件上的生長適應狀況缺乏必要探討。消落區植被恢復重建是一個系統生態工程，應重點關注生態系統多樣性和穩定性維護，關注植被群落重建比研究單一植被物種生理特性更具重要性，強調植被群落生境創造和維護比單一研究岸坡加固更具重建成功保障。

為了給植被恢復重建創造良好生境，可采取土壤固化的方式加固植被生長基質，保證其含水率穩定，預防和減緩水力侵蝕，在一定程度上加速淤沙造地，加快植被恢復重建。基于土壤加固的消落區植被恢復重建模式與傳統的水位變動適應型和植被基質加固型性能比較見表1。

表1 消落區植被恢復重建模式比較Table 1 Comparison of vegetation restoration and reconstruction modes in water fluctuation zone

該模式具有以下特點:

(1)土壤加固采用新型無機固化新材料，主要原材料均為岸邊土壤等環保無害材料，固化土物理化學性質與天然土壤類似，能有效保障植被生長，具有一定的強度，遇水不會軟化和稀泥化。

(2)土壤固化可以切斷水體與土壤的交叉污染，固化土壤中的污染物，防止其向水體釋放。

(3)土壤固化后，具有一定強度，其抗水力沖刷能力優于天然土壤，能夠穩固岸坡與灘地，加速淤沙造地進程。

(4)基于土壤固化的消落帶植被恢復重建，植被生境穩定，適宜培育和馴化適應水位變動的植物種類。

表1所述3種植被恢復重建模式中，水位變動適應型報道最多，例如:現有盆栽實驗結果表明狗牙根可能適用于三峽庫區低位消落帶植被恢復［9］，李強等［14］通過150～156 m水位變動條件下的現地調查進一步地驗證了這種可能性，發現在庫區低位消落帶，狗牙根自然種群具有致密的根狀莖和匍匐莖叢，有利于其固著于泥沙基質。但庫區水位下降時，受干旱制約，土壤基質水分含量下降顯著影響狗牙根植株水分含量，且這種影響將隨著干旱時間延長而日益顯著［14］。因此，采用狗牙根等先鋒物種實施水位變動條件下植被恢復重建時，應充分考慮立地條件等環境因素的影響。

土壤基質加固是水利水電工程生態修復的重要舉措，其中香根草技術就是代表性工藝。該技術具有極耐水淹(完全淹沒120 d不會死亡)、固土保水能力強、抗沖刷能力突出、能盡快排除土壤飽和水等優點［15］。在2002年6月廣西百色水利樞紐工程的生態修復實踐中，香根草等植物生長良好，經受了3次河水上漲的淹沒浸泡和平均水流速度為2.57m/s的強力沖刷考驗［16］，香根草技術在固定邊坡、防沖護岸方面具有特別重要生態意義，但其造價較水位自動適應性高。

基于土壤固化的消落帶植被恢復研究尚未見報道。此處以土壤固化在河道生態護岸中的實踐為參考，以期了解技術特點和優勢。2008年6月，張長波等選取上海市南匯區長約50 m、坡寬3 m的土質河段實施整體生態固化。固化土養護10 d后，與無固化對照相比，減少土壤流失量92%。養護28 d后，移栽紅花繼木和金邊黃楊［17］。3個月后，固化體表面未發現明顯沖蝕溝壑，植物長勢良好，無萎蔫現象。這表明，基于土壤固化的植被恢復重建技術能夠有效提高河岸穩定性、減少水土流失、改善植物生長立地條件、達到地系統結構穩定化、固岸效應多元化、效果長期化的目的［17］。

5 結語

三峽庫區消落帶植被恢復重建是一個龐大、復雜和系統性的難題，深入分析消落帶主要的生態環境問題，因勢利導提出恢復重建模式是消落帶治理的根本出路。

通過對現有消落帶植被恢復重建模式的比較和思考，提出基于土壤固化這一新型植被恢復重建方案。該模式僅處于理論探討和概念構思階段，目前尚未見其在消落帶植被恢復重建中的報道，但其在河岸生態護坡中的實驗成功為其在消落帶中的應用提供了有益探索，因此有必要下一步分析適合消落帶土壤理化性質特征的固化方案，根據固化土性能因地制宜篩選和培育植被種類，最后根據三峽水庫調度運行要求構建不同梯次的植被群落，在生態建設和環境保護的基礎上實施優化管理。

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