湯顯強(qiáng)，吳 敏，金 峰

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

消落帶是指因河流、水庫、湖泊季節(jié)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(dòng)可造成水、土、光、熱、營養(yǎng)鹽等關(guān)鍵生態(tài)因子異動(dòng)，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能調(diào)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(dòng)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(tài)系統(tǒng)受損少、可通過自身調(diào)整恢復(fù)的天然消落帶。人工消落帶是人類在開發(fā)利用水資源，發(fā)揮防洪、發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖等經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益時(shí)的孿生副產(chǎn)品。三峽庫區(qū)消落帶等大型人工消落帶具有范圍廣、面積大、水位變動(dòng)幅度大、漲落慢、受損生態(tài)系統(tǒng)很難通過自身恢復(fù)，需要進(jìn)行人工修復(fù)和重建等特征。目前，大型人工消落帶生態(tài)環(huán)境脆弱，其治理、保護(hù)和開發(fā)利用目前成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

三峽工程是長江流域綜合開發(fā)利用的關(guān)鍵性骨干工程，自2009年竣工正常運(yùn)行后，采取“蓄清排渾”的調(diào)度方式，受此影響，庫區(qū)形成一個(gè)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(qū)消落帶是生態(tài)受損的產(chǎn)物，有必要采取生態(tài)手段進(jìn)行恢復(fù)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(fù)重建的重大制約。探討在消落帶土壤加固的基礎(chǔ)上進(jìn)行植被恢復(fù)重建，對(duì)于抑制污染物釋放、減緩?fù)寥狼治g、加快消落區(qū)內(nèi)的淤沙造地進(jìn)程、穩(wěn)固植被生長基質(zhì)以及預(yù)防病情疫情蔓延意義重大。

1 植被恢復(fù)重建的關(guān)鍵問題

消落帶植被可以攔截入庫泥沙、顆粒態(tài)污染物;利用自身根系生長穩(wěn)固岸坡灘地，削弱水流對(duì)土壤基質(zhì)的掏蝕;植被還可以改善地表覆蓋狀況和衛(wèi)生條件，避免蚊蠅等滋生繁殖;此外，還能夠加速顆粒態(tài)污染物的沉降與滯留，利用根系對(duì)溶解態(tài)污染物進(jìn)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(duì)有機(jī)和無機(jī)污染物進(jìn)行生物降解，不斷改善水質(zhì);最后消落帶植被覆蓋能極大改善景觀效果，創(chuàng)造良好旅游條件。

消落帶植被恢復(fù)重建兼有水生生態(tài)修復(fù)與陸生生態(tài)修復(fù)的特點(diǎn)。已有研究表明植被恢復(fù)重建存在2個(gè)關(guān)鍵問題:一是植被遴選［2］;二是提供適應(yīng)植被生長的環(huán)境［3，4］。三峽庫區(qū)消落帶形成過程中，淹沒時(shí)消滅了原有陸生生態(tài)系統(tǒng)，出露后水生生態(tài)系統(tǒng)又無法適應(yīng)落干后的環(huán)境。此外，庫區(qū)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(zhì)失穩(wěn)，植被很難扎根生存。最后，三峽庫區(qū)水環(huán)境特征復(fù)雜，水體含沙量較高、透明度低、深水區(qū)植被光合作用弱，這些都是植被恢復(fù)重建中的不利生境要素。因此如何優(yōu)化構(gòu)建適宜的植被恢復(fù)重建的生境十分重要。

2 植被遴選

三峽地區(qū)物種多樣性豐富，植物約3 064種［2］，但適應(yīng)30 m水位變動(dòng)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(nèi)，能夠在水下頑強(qiáng)生存數(shù)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(fù)重建的關(guān)鍵區(qū)域。消落帶植物普查是植被遴選的首要手段。

基于生態(tài)適應(yīng)性、水土保持能力、生態(tài)安全性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值等考量，重慶庫區(qū)消落帶植被野外調(diào)查結(jié)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(xì)葉水團(tuán)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(jié)縣竹衣河消落帶植被恢復(fù)重建［4］。開縣前置庫消落帶內(nèi)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(gòu)建175～180 m農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)帶;池杉、落羽杉、水杉、楓楊、垂柳、意楊等可構(gòu)建175～180 m防護(hù)林帶;香根草、菖蒲、蘆葦、香蒲、燈心草、荻等可用于構(gòu)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(gòu)建172～174 m的水生植物帶［5］。

然而，任雪梅等認(rèn)為178 m水位以上應(yīng)種植柑橘等果樹，170～178 m種植楊樹、柳樹等短時(shí)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(guān)注，在超過10 m水深下淹沒長達(dá)6個(gè)多月后，消落帶內(nèi)地上植被全部窒息死亡，而桑樹根莖發(fā)達(dá)、萌發(fā)性較強(qiáng)，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(shí)驗(yàn)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(guī)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(guān)系，李昌曉等發(fā)現(xiàn)落羽杉可以用作三峽庫區(qū)消落帶防護(hù)林體系建設(shè)樹種［8］。

基地種植實(shí)驗(yàn)和淹沒實(shí)驗(yàn)也被用于評(píng)價(jià)和篩選消落帶植被，盆栽種植實(shí)驗(yàn)結(jié)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(nèi)均可完成生長、發(fā)育成熟過程，適合用作消落區(qū)生態(tài)恢復(fù)的備選物種。蘇丹草具備速生特點(diǎn)，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(xù)淹水實(shí)驗(yàn)結(jié)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(fā)，可作為構(gòu)建消落區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的兩棲植物物種［9］。

3 植被恢復(fù)重建模式

植被耐淹、耐濕等生理特性差異造成其對(duì)水位變動(dòng)的適應(yīng)性不同，因此有必要根據(jù)植被生理學(xué)特性提出適宜水位變動(dòng)要求的梯級(jí)恢復(fù)重建模式。另外，考慮到植被生長基質(zhì)的不穩(wěn)定性、易受干擾等特點(diǎn)，研究者還提出土壤基質(zhì)加固型。目前2種模式探討和設(shè)計(jì)思考較多，實(shí)際工程運(yùn)用尚處于不成熟階段。以水位變動(dòng)適應(yīng)型為例，研究人員將金沙江庫區(qū)消落帶生態(tài)重建設(shè)計(jì)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(dòng)容易破壞庫區(qū)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(huán)庫土質(zhì)庫岸地段營造人工的、濕生的、固土能力強(qiáng)的草叢、灌叢和森林等，建立立體防護(hù)林帶［11］。為削弱水位變動(dòng)對(duì)植被恢復(fù)重建的影響，開縣開展了“水位調(diào)節(jié)壩庫區(qū)生態(tài)工程建設(shè)”，在減緩水位變動(dòng)前提下，在174.5 m高程以上建設(shè)生態(tài)防護(hù)林，168.6～175 m高程范圍內(nèi)構(gòu)建濕地和多塘系統(tǒng)［12］。

根據(jù)水位調(diào)度進(jìn)行梯級(jí)植被重建是目前三峽庫區(qū)消落帶生態(tài)環(huán)境治理的核心思路?；谒蛔儎?dòng)進(jìn)行梯級(jí)植被重建劃分設(shè)計(jì)是原則，植被生境創(chuàng)造與改善是保障。土壤基質(zhì)加固型的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)為:減輕水流侵蝕，提供穩(wěn)定、可靠的植被恢復(fù)重建基礎(chǔ)。三峽大學(xué)為恢復(fù)消落帶生境，研制或研發(fā)出防沖刷生態(tài)型護(hù)坡構(gòu)件、防浪消能高滲透性生態(tài)混凝土構(gòu)件以及植被混凝土護(hù)坡綠化技術(shù)［3］。在生境構(gòu)筑上，研究人員在清江隔河巖水庫消落帶設(shè)計(jì)采用構(gòu)筑燕窩植生穴、鋪砌防沖刷生態(tài)型護(hù)坡構(gòu)件以及運(yùn)用防沖刷基材生態(tài)護(hù)坡等技術(shù)［13］。總體來看，土壤基質(zhì)加固型重建模式實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不多，混凝土構(gòu)件的經(jīng)濟(jì)適用性、技術(shù)可靠性和生態(tài)環(huán)境可承受性仍需工程檢驗(yàn)。

4 基于土壤固化的消落區(qū)植被恢復(fù)重建模式

水位變動(dòng)適應(yīng)型和土壤基質(zhì)加固型在植被恢復(fù)重建中各具特點(diǎn)和不足。例如水位變動(dòng)適應(yīng)性模式的核心是植被遴選，對(duì)植被生境培育不夠;土壤基質(zhì)加固型重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)防水力侵蝕與沖刷，對(duì)植被在混凝土構(gòu)件上的生長適應(yīng)狀況缺乏必要探討。消落區(qū)植被恢復(fù)重建是一個(gè)系統(tǒng)生態(tài)工程，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)多樣性和穩(wěn)定性維護(hù)，關(guān)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(qiáng)調(diào)植被群落生境創(chuàng)造和維護(hù)比單一研究岸坡加固更具重建成功保障。

為了給植被恢復(fù)重建創(chuàng)造良好生境，可采取土壤固化的方式加固植被生長基質(zhì)，保證其含水率穩(wěn)定，預(yù)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(fù)重建?；谕寥兰庸痰南鋮^(qū)植被恢復(fù)重建模式與傳統(tǒng)的水位變動(dòng)適應(yīng)型和植被基質(zhì)加固型性能比較見表1。

表1 消落區(qū)植被恢復(fù)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(diǎn):

(1)土壤加固采用新型無機(jī)固化新材料，主要原材料均為岸邊土壤等環(huán)保無害材料，固化土物理化學(xué)性質(zhì)與天然土壤類似，能有效保障植被生長，具有一定的強(qiáng)度，遇水不會(huì)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(qiáng)度，其抗水力沖刷能力優(yōu)于天然土壤，能夠穩(wěn)固岸坡與灘地，加速淤沙造地進(jìn)程。

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

表1所述3種植被恢復(fù)重建模式中，水位變動(dòng)適應(yīng)型報(bào)道最多，例如:現(xiàn)有盆栽實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明狗牙根可能適用于三峽庫區(qū)低位消落帶植被恢復(fù)［9］，李強(qiáng)等［14］通過150～156 m水位變動(dòng)條件下的現(xiàn)地調(diào)查進(jìn)一步地驗(yàn)證了這種可能性，發(fā)現(xiàn)在庫區(qū)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(zhì)。但庫區(qū)水位下降時(shí)，受干旱制約，土壤基質(zhì)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(shí)間延長而日益顯著［14］。因此，采用狗牙根等先鋒物種實(shí)施水位變動(dòng)條件下植被恢復(fù)重建時(shí)，應(yīng)充分考慮立地條件等環(huán)境因素的影響。

土壤基質(zhì)加固是水利水電工程生態(tài)修復(fù)的重要舉措，其中香根草技術(shù)就是代表性工藝。該技術(shù)具有極耐水淹(完全淹沒120 d不會(huì)死亡)、固土保水能力強(qiáng)、抗沖刷能力突出、能盡快排除土壤飽和水等優(yōu)點(diǎn)［15］。在2002年6月廣西百色水利樞紐工程的生態(tài)修復(fù)實(shí)踐中，香根草等植物生長良好，經(jīng)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(qiáng)力沖刷考驗(yàn)［16］，香根草技術(shù)在固定邊坡、防沖護(hù)岸方面具有特別重要生態(tài)意義，但其造價(jià)較水位自動(dòng)適應(yīng)性高。

基于土壤固化的消落帶植被恢復(fù)研究尚未見報(bào)道。此處以土壤固化在河道生態(tài)護(hù)岸中的實(shí)踐為參考，以期了解技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。2008年6月，張長波等選取上海市南匯區(qū)長約50 m、坡寬3 m的土質(zhì)河段實(shí)施整體生態(tài)固化。固化土養(yǎng)護(hù)10 d后，與無固化對(duì)照相比，減少土壤流失量92%。養(yǎng)護(hù)28 d后，移栽紅花繼木和金邊黃楊［17］。3個(gè)月后，固化體表面未發(fā)現(xiàn)明顯沖蝕溝壑，植物長勢(shì)良好，無萎蔫現(xiàn)象。這表明，基于土壤固化的植被恢復(fù)重建技術(shù)能夠有效提高河岸穩(wěn)定性、減少水土流失、改善植物生長立地條件、達(dá)到地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化、固岸效應(yīng)多元化、效果長期化的目的［17］。

5 結(jié)語

三峽庫區(qū)消落帶植被恢復(fù)重建是一個(gè)龐大、復(fù)雜和系統(tǒng)性的難題，深入分析消落帶主要的生態(tài)環(huán)境問題，因勢(shì)利導(dǎo)提出恢復(fù)重建模式是消落帶治理的根本出路。

通過對(duì)現(xiàn)有消落帶植被恢復(fù)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(fù)重建方案。該模式僅處于理論探討和概念構(gòu)思階段，目前尚未見其在消落帶植被恢復(fù)重建中的報(bào)道，但其在河岸生態(tài)護(hù)坡中的實(shí)驗(yàn)成功為其在消落帶中的應(yīng)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(zhì)特征的固化方案，根據(jù)固化土性能因地制宜篩選和培育植被種類，最后根據(jù)三峽水庫調(diào)度運(yùn)行要求構(gòu)建不同梯次的植被群落，在生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上實(shí)施優(yōu)化管理。

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