王 艷, 耿夢恬, 陳秋穎, 張英東, 王佳妮, 于曉杰, 向凌旭

(沈陽師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 沈陽 110034)

0 引 言

我國是擁有水庫最多的國家,各種等級的水庫在飲水、灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖、水利發(fā)電等方面發(fā)揮了重要的作用。但有一些建成時間長、規(guī)模小、水準(zhǔn)低、老化失修的小型水庫存在著可能決堤垮壩等問題,因此對于這些病險水庫大壩的拆除在我國成為了一項重要的工作[1]。國外開展了很多相關(guān)的研究與實踐,也有很好的案例[2-3]。拆壩是環(huán)境管理中的一個重要課題,水壩拆除后會引起河流及沿岸的物理、化學(xué)、生物等方面的一系列變化,拆壩后的這些影響很難正確預(yù)測,因此水庫拆除后的生態(tài)變化研究和評估工作對于指導(dǎo)該項工作具有重要的指導(dǎo)價值,能夠起到加強(qiáng)水庫拆壩后的生態(tài)環(huán)境建設(shè),促進(jìn)河道自然生態(tài)的恢復(fù)等作用,對于從流域角度指導(dǎo)河流生態(tài)恢復(fù)工作具有重要意義。而我國在這方面的研究尚處于起步階段,目前只有很少的相關(guān)研究報道[4-8]。

水庫退役后庫底裸露會形成濕地,物種在濕地的分布格局、 物種多樣性反映了濕地的自然環(huán)境與質(zhì)量, 是衡量濕地生態(tài)功能和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)[9-12]。平山水庫位于撫順東洲區(qū)碾盤鄉(xiāng)丁家村,處于渾河的一級支流東洲河上,屬小二型水庫。由于處于病險狀態(tài),該水庫于2016年退役,大壩被拆開一段,其余大部分壩體保留。本研究于2017年9月對平山水庫進(jìn)行了裸露庫底及保留大壩上的植物群落調(diào)查,分析庫底裸露形成的濕地及大壩上的物種分布規(guī)律,目的是研究隨著水環(huán)境改變而產(chǎn)生的植物群落特征,發(fā)現(xiàn)存在的問題,為水庫退役后的生態(tài)管理提出對策和建議。

1 調(diào)查方法

高等植物方面主要調(diào)查了保留的大壩不同位置及庫底裸露后形成的濕地上的植物群落。由于植被主要由草本植物構(gòu)成,所以采用1 m×1 m的樣方調(diào)查。調(diào)查時將大壩分為上、中和下3個部分,在各部分調(diào)查時采用沿同一水平線隔3 m距離調(diào)查,每個水平線調(diào)查5個樣方,記錄樣方內(nèi)的植物群落蓋度、種類及各種植物的分蓋度。在濕地上沿著河流每隔5 m進(jìn)行樣方調(diào)查,共計調(diào)查10個樣方。

因為河流深度不足1 m,寬度也不足1 m,故在大壩附近、原來庫區(qū)內(nèi)的入水口,即上游這2個點(diǎn)位分別采集了河流的0.5 m深的水樣,在實驗室內(nèi)使用多參數(shù)比色計(奧立龍/ORION-AQ3700)測量COD、TN、TP和NH3-N 這幾項指標(biāo),計算平均值。

采用EXCEL進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 拆壩后不同位置植物種類構(gòu)成特點(diǎn)

由表1可見,本次調(diào)查大壩及河岸濕地的野生植物種類共計40種。大壩上部的植物種類最多,有21種,以菊科植物種類最多,為8種,占植物種類數(shù)的38%;其次是禾本科植物,有4種,占19%。大壩中部出現(xiàn)7種植物,大壩下部有6種,均沒有明顯的優(yōu)勢科,可見隨著大壩高度降低,植物種類數(shù)明顯減少,這可能與土壤水分含量增加有關(guān)。而且大壩上不同位置的共有種較少,大壩上部和中部僅有草問荊這一共同出現(xiàn)的物種,大壩中部和下部沒有相同物種,大壩上部和下部有小飛蓬、狗尾草這2個共同出現(xiàn)的物種。

河岸緩沖帶土壤水分呈過飽和狀態(tài),有一定程度的積水。這里生活的植物為典型的濕地植物,計有植物12種,以蓼科、菊科、禾本科植物種類居多。其中禾本科植物4種,菊科和蓼科植物各3種。

表1 大壩不同位置植物種類構(gòu)成Table 1 Plant species on different position of the dam

2.2 群落及植物蓋度分析

大壩上部的植物群落平均總蓋度在60%左右。由圖1可見,各物種平均的分蓋度均在18%以下,沒有明顯的絕對優(yōu)勢種類,其中蓋度較高的種類有菊科的茵陳蒿、林艾蒿、三裂葉豚草、小花鬼針草,禾本科植物分蓋度較高的有狗尾草、寬葉隱子草、野古草和荻,可見菊科及禾本科植物在大壩上部不僅種類數(shù)占據(jù)優(yōu)勢而且蓋度也占據(jù)優(yōu)勢。雖然平均蓋度不高,但在某些樣方中一些物種明顯占據(jù)了絕對優(yōu)勢,如茵陳蒿在個別樣方中的最高蓋度可達(dá)70%,狗尾草和三裂葉豚草蓋度可達(dá)到40%,野古草和荻的蓋度最高達(dá)到20%以上,可見這些植物呈集群分布,在個別部位占據(jù)優(yōu)勢。

圖1 大壩上部植物種類及蓋度Fig.1 Plant species and coverage on the top of the dam

大壩中部的群落蓋度約為40%。由圖2可見,群落中各物種的分蓋度都不高,平均都在15%以下,其中蓋度較高的種類有葎草、小花鬼針草、狹葉蕁麻和沼澤蕨,它們在個別樣方中的最高蓋度可達(dá)30%～40%。

大壩下部群落蓋度在65%左右,各物種的平均分蓋度在35%以下。其中蓋度較大的植物有小飛蓬、狹葉蕁麻、水蔥和藨草。

圖2 大壩中部植物種類及蓋度

圖3 大壩下部植物種類及蓋度

綜上可見,在大壩不同位置植物的優(yōu)勢種類隨環(huán)境水分條件的改變而出現(xiàn)了明顯變化,尤其到下部出現(xiàn)了以濕生植物如水蔥和藨草為優(yōu)勢的群落類型。菊科植物小飛蓬在大壩上部和下部均存在,且在下部占優(yōu)勢,個別樣方中的蓋度甚至達(dá)到了60%,說明了其對環(huán)境條件極強(qiáng)的適應(yīng)能力。

大壩拆除后,原來的庫底裸露形成河岸緩沖帶,其中的一大半(土壤無積水現(xiàn)象)已經(jīng)種植了農(nóng)田,主要農(nóng)作物是大豆和玉米。在臨近河流的水濕地段生長著耐水濕的野生植物群落,群落平均總蓋度約為85%,由圖3可見野稗平均蓋度達(dá)32%,占據(jù)絕對優(yōu)勢,其次是馬唐,平均分蓋度為17%,小飛蓬、桃葉蓼、長刺酸模和狗尾草的平均蓋度在7%左右。

從結(jié)果看,大壩退役后處于演替初期階段的植物群落主要由草本植物構(gòu)成,群落組成簡單,所能發(fā)揮的生態(tài)功能較弱。

圖4 河岸緩沖帶植物種類及蓋度Fig.4 Plant species and coverage on the top of the dam riparian buffer

2.3 水質(zhì)測定分析

檢測結(jié)果如表2所示。從表2可見,河水中的化學(xué)需氧量(COD)、總磷(TP)均符合國家地表水I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),氨氮(NH3-N)符合國家地表水II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),但是總磷(TN)僅達(dá)到IV類水標(biāo)準(zhǔn),可見氮超標(biāo)是河水污染的主要原因,而這與庫底開辟為農(nóng)田施用化肥之間存在密切關(guān)系。

表2 水質(zhì)指標(biāo)測定結(jié)果Table 2 The results of water quality indexes

3 討論及建議

水庫報廢涉及到很多相關(guān)的技術(shù)和政策,不同國家在水庫退役方面考慮的側(cè)重點(diǎn)不同,例如美國等發(fā)達(dá)國家主要考慮通過拆壩恢復(fù)河流及沿岸的自然生態(tài)環(huán)境,而我國拆壩目前主要考慮經(jīng)濟(jì)方面的平衡與收益,所以不少水庫拆壩后原來的庫底不積水處立即被開辟為農(nóng)田。但是在我國目前注重生態(tài)環(huán)境和生態(tài)文明建設(shè)的大背景下,水庫報廢后的生態(tài)環(huán)境修復(fù)和建設(shè)應(yīng)該成為重點(diǎn)考慮的內(nèi)容[13-14],良好的沿岸生態(tài)環(huán)境對于水體質(zhì)量提升及水生生物群落的構(gòu)建也具有重要意義[15],因此大壩退役對于河流及其沿岸濕地生態(tài)恢復(fù)的研究和實踐是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇[16],其后續(xù)管理和建設(shè)要符合流域綜合管理的要求,因此水庫大壩建議在拆壩前做好生態(tài)規(guī)劃,盡量恢復(fù)河流的河岸帶自然植被系統(tǒng)。

3.1 平山水庫裸露庫底的管理

平山水庫位于渾河的一級支流東洲河上,該河流在大伙房水庫下游5.3 km匯入渾河,因此其水量和水質(zhì)對渾河具有重要影響。水庫拆壩后,原來的庫底裸露,其中的一半以上不積水的地方已經(jīng)變成了農(nóng)田,只剩下約50 m寬的水濕地段,經(jīng)本次調(diào)查這里形成以野稗為建群植物構(gòu)成了濕生植物群落。但這里也有被農(nóng)田蠶食的跡象,調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了這片群落中有的部分被農(nóng)用薄膜覆蓋,下面可能已經(jīng)種植了某些農(nóng)作物。河流寬度不足1 m,流量很小,接近干枯。如果不從生態(tài)角度開展管理,預(yù)計未來隨著土壤水分的進(jìn)一步下降,農(nóng)田將逐漸侵占現(xiàn)有的河漫灘濕地直到河邊,植被對河流的水源涵養(yǎng)作用將進(jìn)一步降低,河道勢必進(jìn)一步萎縮,化肥和農(nóng)藥的使用也將導(dǎo)致河流水體較為嚴(yán)重的污染。這種變化將影響河流的水質(zhì)以及河流正常生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮,對渾河的水環(huán)境質(zhì)量將產(chǎn)生不良影響。

建議退耕還草還林,通過人工種植適合的植物,形成河岸緩沖帶,發(fā)揮水源涵養(yǎng)、過濾污染物等生態(tài)作用,從而使河流的水量和水質(zhì)都得以改善,達(dá)到預(yù)期的改善生態(tài)環(huán)境、為當(dāng)?shù)丶跋掠翁峁┥鷳B(tài)服務(wù)。雖然通過本研究發(fā)現(xiàn)河流中的氮污染較為嚴(yán)重,但是如果能夠做好河漫灘的生態(tài)修復(fù)工作,降低面源污染,從長期的角度看,該河流的水質(zhì)將會變好,天然水流的恢復(fù)最終可導(dǎo)致水生生物棲息地環(huán)境的改善[11-12],河流中的生物區(qū)系會進(jìn)一步豐富。

3.2 關(guān)于保留大壩的建議

丁莊水庫的大壩是土石壩,目前植物在壩體表面的石縫中生長,且隨著高度的不同植物群落發(fā)生著變化。建議對保留的大壩進(jìn)行一定的改造,比如去掉部分表面的石塊或者往大壩表面添加一定厚度的土層,給植物提供一定的生長基質(zhì),通過人工種植合適的喬木、灌木和草本植物,促進(jìn)群落的快速生長與演替,從而起到護(hù)坡、固坡作用,以盡量減少拆壩后可能出現(xiàn)的水土流失、泥石流等問題,最大限度發(fā)揮涵養(yǎng)水源等生態(tài)功能。

綜上所述,水壩拆除后,存在著諸多的問題,如環(huán)境退化、水質(zhì)下降、河漫灘濕地被農(nóng)田占用等,為了盡快恢復(fù)良好的河流生態(tài)環(huán)境,應(yīng)依據(jù)生態(tài)學(xué)原理從全流域角度開展河流生態(tài)系統(tǒng)的管理工作,保護(hù)好河流兩岸緩沖帶的植被,避免讓農(nóng)田侵占、蠶食河岸帶,通過自然或人為干預(yù)演替使其發(fā)揮水源涵養(yǎng)和濾除污染物的作用,從而保證河流的水量和水質(zhì),盡可能快速地達(dá)到預(yù)期的拆壩后的生態(tài)效果。