向家壩水電站工程擾動邊坡生態修復人工調控研究

侯燕梅，許文年，2，夏振堯，2，周正軍

(1.太原市建筑設計研究院巖土所，山西太原 030002;2.三峽大學三峽庫區生態環境教育部工程研究中心，湖北宜昌 443002)

在水電站建設過程中，時常伴隨著因工程建設擾動而形成的大量裸露邊坡，這些邊坡坡面的植物種類單一、覆蓋度低、表層土壤易碎落和滑塌，容易引起局部水土流失和物種退化等生態問題。國內外學者針對這種狀況研究出了一系列植被恢復技術，如植被混凝土生態護坡技術(VCT)、厚層基材植被護坡技術(TBS)等。這些技術的應用不僅能夠改善工程擾動區的水土流失狀況，使受損的生態環境得到恢復，而且還能有效改善擾動區的景觀效果，因此得到了廣泛的應用［1-2］。但是，關于這些技術的應用效果，目前還沒有建立一個系統的評價體系來進行比較和綜合分析，同時對于植被群落建立后存在的問題也沒有提出相關的調控建議［3］。筆者針對生態恢復后的邊坡進行分析并提出一些修復邊坡的人工調控方法，在此基礎上又結合向家壩水電站生態修復TBS示范樣地進行研究，以期為加快擾動邊坡植被恢復及演替提供新的思路和方法。

1 生態工程調控技術

1.1 擾動邊坡生態修復存在的問題

目前，在工程邊坡進行植被恢復，考慮較多的是修復基材在擾動坡體上的穩定性、先鋒物種對修復基材的適應性等問題。植被群落建立后，缺乏有針對性的調控建議，各坡面植被群落獨自正向或逆向演替，邊坡生態工程完全呈現“自由”狀態，不利于實現恢復“自然”的目標［3］。當前工程擾動邊坡生態修復存在的問題主要有生境構筑不合理等(表1)。

1.2 調控理論基礎

調控的目的是通過各種手段使生態工程實現良好的生態、經濟、社會效益。生態工程技術調控通常是指通過對現有生態系統中的某個環節或某幾個環節進行擴大、縮小、置換、添加或功能變換以及對其所處的生態經濟環境進行適當的改變，最終達到不斷提高生態工程整體效益的目的。由于生態系統的協調穩定既受自然規律的支配，又受社會經濟規律的調節，因此生態工程的調控是以自然調控與人工調控相結合為基礎的。

表1 擾動邊坡生態修復存在的問題

1.2.1 自然調控原理［4-5］

生態系統在自然發展過程中有趨于穩定的性能，即具有受到干擾后能維持穩定并恢復到原態的能力，這被稱為穩態調控。穩態調控不僅受到多種機制的作用，而且在基因、酶、細胞、組織、個體、種群甚至群落中均有豐富的表現形式。穩態調控中最主要的環節是內部的反饋機制，即系統的輸出成分被回送，重新成為同一系統的輸入成分，成為同一系統輸入的控制信息。

1.2.2 人工調控原理

人工調控是指按人的需求目的，在系統內采取同自然調節產生互補作用的調控措施。通過對被破壞的生態系統實施人工設計，以人為主導，在人與自然共同創造原則的指導下，對結構進行修補和完善，以達到修復生態系統的目的。人工調控是自然調節的補充、調整和增強，目的是使系統結構和功能達到最優化。因此，在生態工程的設計建設與技術調控中必須以自然生態系統的調節機制為基礎，人工調控必須與系統內部的自然調控相結合。

1.3 人工調控

人工調控的目的是使植物群落在較短的時間內達到自我維持、自我調控、自我繁殖的穩定健康狀態，為群落演替提供良好的環境，以達到盡快恢復系統生態功能的目的。雖然植被群落自身具備演替功能，但從實際出發，在工程擾動區僅依靠群落自身的作用難以達到人類對邊坡生態工程的應用要求。因此，要達到盡快恢復生態系統的目的，僅通過單次的人工建植遠遠不夠，尤其是對已經完成的邊坡生態工程，采取相應的人工調控措施是必要的步驟。通常，將人工調控分為生物環境調控、生物調控、系統結構調控、輸入與輸出調控、復合調控［4-9］(表2)。

表2 人工調控概述和方式

2 工程實例

2.1 研究區概況

工程實例是向家壩水電站新開挖的巖面生態修復工程。向家壩水電站位于四川省宜賓縣與云南省水富縣交界處，屬金沙江流域。該區域年平均氣溫17.5℃，雨量充沛，年均降水量1 070.4 mm。巖面部分為泥巖，部分為沉積砂巖，總面積約4.5萬m2，最高處約30 m，巖面坡度55°～78°。生態修復工程自2007年5月20日開工，于2007年10月25日完工。

2.2 生態修復工程植被恢復情況

向家壩擾動邊坡人工植被的建植，極大地改善了坡地生態，美化了工區的環境，對整個施工區域的水土保持也起到了良好的作用，但監測發現還存在一些不足，如:①構建的植被生境與自然群落自身的土壤環境存在不同程度的差別;②在恢復初期，人工植被群落結構較為簡單，具體表現為垂直結構失調(基本無喬木層)、水平結構失穩(水平方向植物群落均質化)、生態系統進料不足(樣地中群落蓋度較低、生物量較少)等問題。

2.3 TBS示范樣地的生態調控

2.3.1 樣地存在的問題

生物群落垂直結構不完善、水平結構失穩，具體表現為:

(1)垂直結構中僅有草本層，不利于群落結構穩定。典型情況是紫花苜蓿占絕對優勢，一方面不利于其他物種的生長，另一方面若遭遇病蟲害，則樣地內植被群落將受到嚴重打擊。

(2)水平結構失穩體現在區域內生物類群、景觀單元在水平方向上異質性差。典型問題是紫花苜蓿作為建群種重要值過高，占絕對優勢地位，水平方向均質化問題嚴重，不利于向頂級群落演替。

2.3.2 調控方案

(1)生物調控。采用間苗措施，對坡面紫花苜蓿進行部分的直接干預甚至去除，同時撒播一定量的其他草本植物種子。通過外來物種的引入，實現生物與生物、生物與生境之間的協調發展。

(2)系統結構調控。通過移栽一定數量的耐旱、耐貧瘠喬灌木幼苗，促進樣地內物種豐富度、多樣性、均勻度指標的增加。①用不同種群合理組裝，建立新的復合群體，使系統各組分間的結構與機能更加協調，系統的能量流動、物質循環更加合理。②通過建立合理的群落結構和景觀單元的鑲嵌關系，形成種群與種群、種群與環境之間的協調關系，以實現資源的合理利用和種群的持續發展。

2.3.3 調控前后的數據比較

對樣地開展監測并現場取樣進行試驗，主要從水土保持效益、生態效益和基材改良效益方面進行比較分析，其中水土保持效益包括坡面最大沖刷深度、坡面侵蝕量、坡面裸露度和土壤根系干重增加率;生態效益包括第一優勢種重要值、Gleason豐富度指數、香農—維納多樣性指數、皮耶羅均勻度指數;基材改良效益包括土壤有機質、速效氮、速效磷、速效鉀和土壤容重。調控前后的數據見表3—5。

表3 水土保持效益調控前后的數據

表4 生態效益調控前后的數據

表5 基材改良效益調控前后的數據

由表3可知:水土保持效應的4個指標都比原來有所好轉。由表4可知:生態效應的4個指標中除皮耶羅均勻度指數的實際數值增幅較小外，其他均有大幅度的改善。由表5可知:基材改良效應5個指標中除土壤容重、速效氮、速效鉀指標的實際數值增幅較小外，土壤有機質、速效磷都增加到原來的2倍以上，其中有機質增幅最大。

自然演替是一個漫長的過程，生態系統恢復到頂級群落需要較長的時間。由表3—5知，在兩次現場調研期間邊坡生態修復工程在水土保持、生態效應、基材改良3個方面的各個指標數據改善十分明顯。說明通過采取合理的人工調控措施對坡面群落加以干預，充分發揮生態系統的自我調節和自我組織能力，能夠促進生態系統的正向演替，達到擬自然程度較高的層次，有利于邊坡生態修復工程各項服務功能的有效正常發揮，達到預期目標。

2.3.4 小結

理論上講，調控理論能解決全部的問題，但從調控手段的角度出發則存在一定難度。由于各樣地的特殊環境決定了調控工作的復雜性，因此針對不同樣地人工植被群落演替初期不利因素的復雜特性，采取多種調控方法的組合形式進行調控很有必要。同時，在調控中應注意:①調控措施的選用要與周圍環境因素相結合，這樣才有利于邊坡植被群落的正向演替。②可以通過引入外來物種(如周邊環境中適于生長的物種)，能有效增加邊坡植被種類。③將同樣的措施應用于不同的邊坡可能會有不同的調控效果，因此要根據具體的邊坡情況選擇不同的調控措施。

3 結語

(1)通過歸納，總結出人工調控技術包括生物環境調控、生物調控、結構調控、輸入與輸出調控、復合調控。這些調控技術為解決擾動邊坡人工植被群落生長緩慢、演替方向不明等提供了一種新的方法和思路。

(2)對向家壩擾動區邊坡生態修復工程的示范樣地進行了調控試驗研究。選取典型的TBS邊坡樣地進行人工調控，得出結論:調控后，生態工程效應中的水土保持效益、生態效益和基材改良效益方面代表指標的數據均有不同程度的優化，同時植被群落得到不同程度的改善，顯示出人工調控工作的成效。

(3)探討擾動邊坡生態修復工程調控措施，對日后開展類似的調控工作有一定的指導作用，同時更能提高生態修復的質量。

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