楊 平

(三峽大學(xué)三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點實驗室,湖北宜昌 443002)

三峽水庫蓄水后,其庫區(qū)水位以“冬蓄夏泄”的調(diào)節(jié)方式運營,在長江干支流兩岸便形成了高差達(dá)30 m且與水位自然漲落節(jié)律相反的消落帶.由于水位的周期性漲落,導(dǎo)致庫區(qū)消落帶水土流失嚴(yán)重、河流嚴(yán)重污染、植被破壞、生物多樣性降低、生態(tài)服務(wù)功能喪失[1-2].面對這種嚴(yán)峻形勢,消落帶的生態(tài)恢復(fù)研究得到關(guān)注.

近幾年,一些科研單位陸續(xù)提出了土地資源利用方式與庫區(qū)生態(tài)保護(hù)模式,以及庫區(qū)消落帶梯度生態(tài)修復(fù)模式,并研發(fā)了一些生態(tài)與工程相結(jié)合的恢復(fù)技術(shù),如防沖刷生態(tài)型護(hù)坡構(gòu)件、新型護(hù)坡消能高滲透生態(tài)混凝土構(gòu)件、構(gòu)筑燕窩植生穴、植生袋等,雖取得了一定成效,但很多治理技術(shù)只是從一定角度來研究的.隨著人們對環(huán)境可持續(xù)發(fā)展意識的增強(qiáng),對消落帶進(jìn)行生態(tài)修復(fù)是非常必要的.

本文運用恢復(fù)生態(tài)學(xué)知識[3],從生態(tài)系統(tǒng)角度出發(fā),以庫區(qū)隔河巖水電站消落帶生態(tài)修復(fù)為案例進(jìn)行了分析和探討,為日后三峽庫區(qū)其他相關(guān)消落帶生態(tài)工程綜合治理提供了參考.

1 恢復(fù)生態(tài)學(xué)概念及理論

恢復(fù)生態(tài)學(xué)(restoration ecology)是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的現(xiàn)代應(yīng)用生態(tài)學(xué)的一個分支,主要致力于那些在自然突變和人類活動影響下受到破壞的自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建[4],它包括將所有生態(tài)學(xué)理論用來降低人類干擾的損害并恢復(fù)能自我維持的生態(tài)系統(tǒng)的研究.它闡述了在被破壞的生態(tài)系統(tǒng)自然演替的過程中,可以通過人為手段加以調(diào)控,改變演替的方向和速度,縮短生態(tài)恢復(fù)的時間過程的理論.

1.1 生態(tài)適應(yīng)性原理

在與環(huán)境的長期協(xié)同進(jìn)化過程中,生物對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了生態(tài)上的依賴,其生長發(fā)育對環(huán)境就有所要求,即產(chǎn)生了對光、溫、水、土等方面的依賴性,如果生態(tài)環(huán)境發(fā)生明顯變化,生物就不能較好地生長.因此,種植植物必須考慮其生態(tài)適應(yīng)性,讓最適宜的植物生長在最適宜的環(huán)境中[4].

1.2 整體性原理

自然生態(tài)系統(tǒng)是通過生物與生境、生物與生物之間的協(xié)同進(jìn)化而成的一個不可分割的有機(jī)整體,人類處在一個社會-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合而成的巨大系統(tǒng)中.進(jìn)行生態(tài)工程建設(shè)時,不但要考慮到自然生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)律,更重要的是,還要考慮經(jīng)濟(jì)和社會等系統(tǒng)的影響力.

1.3 自生原理

生態(tài)系統(tǒng)的自生原理包括自我組織、自我優(yōu)化、自我調(diào)節(jié)、自我再生等一系列機(jī)制,這些機(jī)制用來維護(hù)系統(tǒng)相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、功能及動態(tài),隨著時間的進(jìn)程退化生態(tài)系統(tǒng)將根據(jù)環(huán)境條件合理地組織并會最終改變其組成,在自我穩(wěn)定中達(dá)到可持續(xù)發(fā)展.

1.4 物種耐性原理

耐性指生物或生物種群能夠生存的某一生態(tài)因子的范圍,對任何一種環(huán)境因子都存在一個忍耐范圍,稱為忍耐區(qū)間,在這個范圍內(nèi),所有與此有關(guān)的生物生理學(xué)過程才能正常發(fā)生,即當(dāng)其接近或達(dá)到某種生物的耐受性限制時,該種生物衰退或不能生存.

1.5 干擾理論

干擾指在不同空間和時間尺度上偶然發(fā)生的,不可預(yù)知的自然事件,它直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的演變過程并具有破壞性.干擾是使生態(tài)系統(tǒng)、群落或種群的結(jié)構(gòu)遭到破壞,使資源、基質(zhì)的有效性或是物理性質(zhì)或是物理環(huán)境發(fā)生變化[5-6].多數(shù)自然或人為的不間斷或者周期性的干擾會導(dǎo)致正常生態(tài)結(jié)構(gòu)的破壞,生態(tài)平衡的失調(diào)和生態(tài)功能的退化.

2 庫區(qū)生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)

2.1 減少水土流失

由于庫區(qū)水位周期性地漲落,涌浪對岸坡的頻繁沖刷,植物賴以生存的土壤和環(huán)境喪失,植被逐漸退化,使得水土流失相當(dāng)嚴(yán)重,通過植物篩選、培育、繁殖,采用合適的生境構(gòu)筑技術(shù),營造適宜植物生長的生境基材,運用生態(tài)工程綜合治理模式對消落帶進(jìn)行生態(tài)修復(fù),通過河岸植物根系增強(qiáng)河岸亞表層強(qiáng)度,提高庫岸穩(wěn)定性,減少水土流失.

2.2 控制污染提高水體自凈能力

庫區(qū)消落帶生態(tài)修復(fù)的最終目的是通過健康的流域生態(tài)系統(tǒng)提高河道水體的質(zhì)量.由于建庫后水流速度減慢,導(dǎo)致水體的自凈能力降低,污染加劇,水體嚴(yán)重富營養(yǎng)化[7].故應(yīng)構(gòu)筑植被緩沖帶,通過植物吸收及降解污染物,減少污染物進(jìn)入水庫水體,提高河道的自凈能力.

2.3 重建庫區(qū)景觀

綠化是庫區(qū)景觀最重要的要素,消落帶的生態(tài)修復(fù)除了生態(tài)效益之外,還有視覺和心理上的景觀效益,單方面強(qiáng)調(diào)河流的生態(tài)功能是不充分的[8].在庫區(qū)消落帶的生態(tài)修復(fù)設(shè)計中,必須考慮景觀結(jié)構(gòu)的要素,通過對原有景觀要素的優(yōu)化組合,引入新的景觀成分,調(diào)整或構(gòu)造新的庫區(qū)景觀格局,創(chuàng)造一條和諧、近自然河道的“綠色金腰帶”,給庫區(qū)旅游資源開發(fā)和利用帶來新的機(jī)遇.

2.4 保持物種多樣性

通過對庫區(qū)岸坡進(jìn)行生態(tài)修復(fù),提供水生生物的生長環(huán)境,并確保了陸地生態(tài)系統(tǒng)和水域生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性.水生植物是草食食物鏈的起點,是水體生物多樣性賴以維持的基礎(chǔ)[9],這樣可以豐富物種的多樣性.

3 工程實例

3.1 工程概況

清江是長江出三峽后接納的第一條較大支流,全長423km,流域面積17000km2,流域內(nèi)氣候溫和,雨量豐沛,河床坡度大,泄流快,調(diào)節(jié)能力小.隔河巖水電站距清江河口62km,由于發(fā)電和調(diào)洪的需要,隔河巖水電站庫區(qū)的蓄水位會在180～200m之間調(diào)節(jié)變化,這樣就在庫區(qū)兩岸形成了落差高達(dá)20 m的消落帶.

由于受庫水長期浸泡和沖刷,導(dǎo)致邊坡上土壤嚴(yán)重流失,形成大面積裸露的巖質(zhì)邊坡.岸坡自然生態(tài)條件惡劣,缺少植被生長所必需的土壤條件及養(yǎng)分條件,坡體保水功能差且邊坡坡度大,其中有許多巖石立面部分坡度達(dá)90°.

本試驗運用恢復(fù)生態(tài)學(xué)和生態(tài)工程學(xué)的原理,結(jié)合清江隔河巖水電站庫區(qū)消落帶進(jìn)行植被生態(tài)恢復(fù)的現(xiàn)場試驗研究,試驗位于清江隔河巖大壩右岸取水口附近消落區(qū)內(nèi),距離大壩右岸壩肩約200m.整個實驗區(qū)域長45 m,坡面垂直高度15 m,坡面寬度18 m,坡面傾斜度約60°,總面積810 m2.

3.2 物種選擇

根據(jù)隔河巖庫區(qū)的地理、氣候、水文條件和庫區(qū)消落帶植物生境的實際情況,為了滿足物種多樣性,運用恢復(fù)生態(tài)學(xué)的物種耐性原理及生態(tài)適應(yīng)性原理,根據(jù)庫區(qū)生態(tài)修復(fù)的目標(biāo),優(yōu)先采用鄉(xiāng)土物種和地帶性植物[10],在物種選擇時遵循以下原則:

(1)植物要有較好的抗旱和耐貧瘠能力及耐淹能力,能夠承受20m深,3個月時間的水淹.

(2)植物應(yīng)繁殖容易,成活率高,既可有性繁殖又可無性繁殖為佳,

(3)具有發(fā)達(dá)的根系,既能遮擋漂浮物,又能抗浪沖刷,且能持水固土.

(4)植物截污和富集污染物能力強(qiáng),能有效地消除岸坡流向庫區(qū)的有害化學(xué)物質(zhì).

遵循以上原則,擬選取以下物種:秋華柳:根系發(fā)達(dá),再生能力強(qiáng),喜濕耐澇,能經(jīng)歷長達(dá)6個月,深度達(dá)10余m的水淹,以扦插繁殖為主,也可壓條繁殖.疏花水柏枝:喜溫濕、耐水淹和生長反季,根系十分發(fā)達(dá),具有種子多、易扦插的繁殖優(yōu)勢.水燭:為喜光植物,具有一定耐寒能力,適應(yīng)性較強(qiáng),水燭采用分株進(jìn)行繁殖和種子繁殖.水蓼:為一年生挺水草本植物,喜濕耐淹,多用播種法繁殖,可自行繁衍,有景觀用途.狗芽根:禾本科狗芽根屬多年生草本植物,具發(fā)達(dá)的根狀莖和匍匐枝,質(zhì)地較粗,耐寒能力差,養(yǎng)護(hù)管理粗放,喜光、耐熱、耐踐踏,生態(tài)適應(yīng)性廣,本試驗選用濕生型狗芽根.

3.3 生境構(gòu)造技術(shù)

由于受庫水長期浸泡和沖刷,導(dǎo)致邊坡上土壤嚴(yán)重流失,岸坡自然生態(tài)條件惡劣,大面積為裸露的巖石,邊坡坡度大,根據(jù)邊坡的地形特點和試驗的要求,因地制宜,把實驗的消落區(qū)劃分為3個區(qū)域,采用3種不同的生境構(gòu)造技術(shù)[11]:1)坡面地勢較陡,坡面上地形比較復(fù)雜,有很多直立的巖石坡面,采取構(gòu)筑燕窩植生穴;2)坡面坡度大約60°,坡面上有個別的巖石凸起,其他大部分為粒徑R≥10cm的碎石堆積體.采用防沖刷生態(tài)型護(hù)坡構(gòu)件;3)坡面地勢較陡,坡面上地形復(fù)雜,有直立的巖石坡面,絕大部分為粒徑R≥10cm的碎石堆積體,少數(shù)地方有凸起的大巖石,使用防沖刷基材生態(tài)護(hù)坡技術(shù)(PEB技術(shù)).這樣針對不同的地形采用不同的生態(tài)修復(fù)技術(shù)可以達(dá)到節(jié)約成本,有效穩(wěn)固邊坡的效果.

3.4 工程實施效果

3.4.1 植被生長效果

通過大量的人工選種、育種和馴種研究,從眾多的本地植物和原自然消落帶植物中選出適應(yīng)該消落帶區(qū)域環(huán)境的物種.郭泉水等研究表明,狗牙根在0～25m淹水深度持續(xù)反季節(jié)淹沒189 d條件下均能保持存活狀態(tài)[12],劉云峰等用狗牙根匍匐莖或根狀莖進(jìn)行培植,通過一年的試驗表明,狗牙根在自然消落帶上表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性,條植的狗牙根10～15d返青,28～35d后蓋度增長10%～30%,撒播的狗牙根7～10d萌生不定根及不定芽,35d蓋度達(dá)到15%～25%[13].

通過合理搭配物種,保持物種多樣性,植被生長良好,植被蓋度達(dá)90%,且經(jīng)過一年水位消落的干擾后,植被能正?；謴?fù)生長,植被覆蓋率在60%以上,土壤基質(zhì)也很穩(wěn)定.

3.4.2 加固岸坡,防止水土流失

試驗區(qū)經(jīng)過現(xiàn)場示范實驗一年時間的檢驗,植被覆蓋率仍在60%以上,所選植物根系發(fā)達(dá),耐淹性強(qiáng),有效地防御了暴雨及浪涌沖刷,沒有發(fā)現(xiàn)坍塌脫落現(xiàn)象.通過采用以上消落帶生態(tài)修復(fù)技術(shù),合理時空搭配物種,植被很好穩(wěn)固了庫岸邊坡,提升了岸坡自身穩(wěn)定性,較好地控制了水土流失,保護(hù)了寶貴的土地資源,并取得一定成效.

3.4.3 減少庫水污染

植被有表現(xiàn)出明顯退化現(xiàn)象,通過兩次取樣回實驗室測定,其中TN分析采用堿性硫酸鉀消解紫外分光光度法;TP分析采用鉬酸銨分光光度法;COD分析采用重鉻酸鉀法;BOD分析采用紅外感應(yīng)5日生物培養(yǎng)法.植被群落在一年時間內(nèi)平均去除了水體中污染物效果見表1.

表1 植被去除污染物效果

通過表1分析,試驗區(qū)植被有效地分解或吸收了庫區(qū)水體中營養(yǎng)物質(zhì)及有毒物質(zhì),提高了河道自凈能力,試驗區(qū)周圍水體透明度增加.因植物光合產(chǎn)氧,使水中溶氧量提高,光合作用吸收水中二氧化碳而使水中堿度增加,pH值由試驗前6.7變化為7.1,試驗區(qū)域附近水體化學(xué)成分尤其是污染成分明顯降低,有效控制庫區(qū)水體富營養(yǎng)化,減少了庫區(qū)水污染.

3.4.4 增加庫區(qū)景觀效果

植被是庫區(qū)河道的重要景觀,消落帶的綠化效果對于庫區(qū)“黃金航道”起著重要的作用.該試驗區(qū)域,通過物種合理時空配置,修筑了一道綠色金腰帶(如圖1所示),很好地綠化了消落帶岸坡,增強(qiáng)了庫區(qū)景觀視覺效果.

圖1 生態(tài)景觀效果圖

4 結(jié) 語

本文以恢復(fù)生態(tài)學(xué)為理論指導(dǎo),以清江隔河巖水電站庫區(qū)消落帶生態(tài)修復(fù)試驗為基礎(chǔ),根據(jù)庫區(qū)水陸生態(tài)系統(tǒng)的特點,篩選、繁殖出能適應(yīng)消落帶生長的植物,實驗性地構(gòu)建與恢復(fù)具有較強(qiáng)穩(wěn)定性且與環(huán)境相協(xié)調(diào)一定面積的消落帶植被,歸納總結(jié)出了一套完整與成熟的水電工程庫區(qū)消落帶植被生態(tài)恢復(fù)的技術(shù)體系.并通過推廣應(yīng)用達(dá)到恢復(fù)庫區(qū)消落帶的生態(tài)功能、保護(hù)生物多樣性、改善庫區(qū)生態(tài)環(huán)境,有利于區(qū)域生態(tài)環(huán)境和社會與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)利用與發(fā)展.

[1] 謝德體,范小華,等.三峽庫區(qū)消落帶生態(tài)系統(tǒng)演變與調(diào)控[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[2] 陳 聰.三峽庫區(qū)生態(tài)問題及對策研究[J].科技資訊, 2009(8):123.

[3] 孫書存,包維楷.恢復(fù)生態(tài)學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[4] 卿 華,侯明明,魏 艷,等.有關(guān)河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)生態(tài)學(xué)研究綜述[J].南水北調(diào)與水利科技,2006,5(5): 46-48.

[5] 許文年,夏振堯,戴方喜,等.恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論在巖質(zhì)邊綠化工程中的應(yīng)用[J].中國水土保持,2005(4):31-33.

[6] 豐 瞻,許文年,李少麗,等.基于恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論的裸露山體生態(tài)修復(fù)模式研究[J].中國水土保持,2008(4): 23-26.

[7] 何丙輝,廖純艷,張小林,等.長江流域水土保持生態(tài)修復(fù)的實踐與發(fā)展[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[8] 周永娟,王效科,吳慶標(biāo),等.三峽庫區(qū)消落帶生態(tài)脆弱性與生態(tài)保護(hù)模式[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2010.

[9] 汪秀麗.淺議河流生態(tài)修復(fù)[J].水利電力科技,2010,36 (1):6-16.

[10]吳少儒,許文年,王路根,等.噴射護(hù)坡綠化技術(shù)的物種選擇[J].中國水土保持,2006(6):41-43.

[11]吳江濤,許文年,陳芳清,等.庫區(qū)消落帶植被生境構(gòu)筑技術(shù)初探[J].中國水土保持,2007(1):27-29.

[12]郭泉水,洪 明,康 義,等.消落帶適生植物研究進(jìn)展[J].世界林業(yè)研究2010,23(4):14-20.

[13]劉云峰,劉正學(xué).三峽水庫消落區(qū)極限條件下狗牙根適生性試驗[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2005,27(5):661-663.