泥質海岸生物護坡植物群落演替過程研究

摘要：以天津淤泥海擋植物防護工程為例，對利用堿渣、海底淤泥等廢棄物質作為種植基質，通過工程脫鹽后種植耐鹽和鹽生植物，同時在高潮線以下低潮位淺灘種植互花米草群落，從而形成的泥質海岸特定功能的植物群落進行多年觀測。發現互花米草促淤的過程是創造生境的過程，其群落的演替過程也是造陸過程，演替方向是向退潮方向逆行演替，3年淤積厚度達30cm，出現次生裸地，次年鹽生植物遷入其間，形成鹽地堿蓬、堿蓬、中亞濱藜、獐毛、蘆葦、白刺、狐米草等鹽生植物群落帶。隨著地勢繼續抬升，超高潮帶(包括海擋下部高程2.8～5.5m的坡面)的地下水位和土壤鹽分的下降，種植耐鹽性強、護坡固土能力強的灌木檉柳，構成迎風潮坡面護堤海擋植物，使其向潮間帶重鹽堿地演替或向坡頂輕鹽堿堤上擴展，形成茂密的灌木林防護帶。當海擋上部土壤含鹽量下降至0.6％以下，種植氈毛梣、沙棗、臭椿、刺槐、檉柳、紫穗槐等多利，耐鹽喬、灌木植物，從而形成多層多種的海防林演替頂極喬木群落。

關鍵詞：海擋；灘涂；互花米草；生態演替；堿渣；淤泥

中圖分類號：Q948.15⁺4文獻標識碼：A文章編號：1006—6500(2008)03—0056—05

為了加固海擋，增強海擋對潮水的襲擊能力，達到減災防災，堤防潮汐、風浪、風暴潮襲擊的目的，我們對利用植物護堤、防潮、保灘的海擋工程的工程設計、植物篩選、配置方法、生態效果等進行了系統研究。作者在前期研究基礎上對泥質海岸生物護坡植物群落演替過程進行了描述，為泥質海岸地區進行生物護坡、植物引種以及探索海陸間植物演替動態規律，建立可持續發展的綠色海擋提供依據。

1 研究區域的地理位置及自然環境

天津開發區海擋位于天津市東部，渤海灣西海岸，天津經濟技術開發區東側，屬新港到北塘段海擋的一部分，直接與塘沽區、開發區、保稅區、濱海新區相關聯(圖1)。本區地處北緯38°33′～40°14′，東經116°42′～118°03′。屬于粉沙淤泥質海岸。海拔標高約2m，地勢低平。氣候屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫11.7℃，年降水量588.2mm，年蒸發量1742.6mm。受季風影響，海陸風特征明顯，風向多東南風。年平均風速4.2m/s，極大風速為48.7m/s，形成強破壞性天氣，海域潮汐為不規則半日潮，每晝夜漲落潮各兩次，歷年月最高潮位多出現在8月份，平均值為2.92m；最低潮位多出現在4月份，年均值為1.75m。渤海灣海浪90％以上屬于風浪型，涌浪類型出現機會約為1％，且常與風浪混合出現，大浪通常為偏東北方向，但出現次數較少。沿岸多年平均波高為0.4～0.6m，最大波高3.1m。一般年份11月下旬至12月初開始結冰，3月初海冰消失，冰期90～110d。

海擋海岸為沖刷型，沖刷帶直抵海擋，灘涂高程2.0m(大沽標高)，灘面寬度3～4km，坡降為1.13‰～1.41‰。漲潮時，整個灘涂被海水淹沒，退潮時泥灘裸露，上覆粥狀淤泥，深度20～40cm。春秋季節灘面有沖刷淘蝕現象。海水礦化度月平均值為21.0～37.7g/L，受海潮影響，海岸線內側土壤為濱海鹽土，含鹽量一般為2％～3％，最高可達5％～6％以上。鹽分組成以氯化物為主。地下水埋深約1.0m，礦化度25～30g/L。海岸線周邊分布著眾多的鹽池和海水養殖場。灘涂閑置土地多為裸地，無植被覆蓋，僅有鹽地堿蓬(Suaeda salsa)、濱藜(Atriplex centralasiatica)、白刺(Nitraria sibiri-ca)、地膚(Kochia scoparia)等鹽生植物零星分布。

2 互花米草的生長發育、演替規律和效益評估

20世紀60年代以來，仲崇信教授先后從歐美各國采集、引進4種米草，即大米草(Spartina anglica)、互花米草(Spartina alterniflora)、狐米草(Spartina patens)和大繩草(Spartinacynosuroides)。據不完全統計，目前互花米草面積已發展至5×104hm²以上，展示出它們在綠化海涂、保灘護堤、促淤造陸、發展經濟等諸方面強大的生命力。經過40年的栽培、觀察、實驗研究，已證明大米草和互花米草在保護我國海岸帶生態環境中具有多方面的積極作用。然而互花米草卻被定罪為“生物入侵種”、“食人草”等，廢草興蝦、“變廢為寶”浪潮風行一時，米草遭到破壞。下面就互花米草在海擋生態演替系列中的先鋒群落作用及演替過程做詳細描述，以證明互花米草的造陸、脫鹽功能及在營造海防林中的作用。

天津海岸帶鹽生植被屬于隱域植被，無地帶性演替規律，一般的生態演替規律指的是天然植物群落的原生演替。互花米草屬人工群落，單優勢種，又是外來種，孤立成片分布，與其他植物群落或植物種群無關聯。經多年觀測，發現互花米草促淤的過程是創造生境的過程，強大的促淤能力使灘面抬高，陸地顯露，潮水受阻，隨之土壤理化性質發生改變，土壤含鹽量下降，土壤失水從而呈現一片光灘裸地。一般植物演替過程是從水生到中生的順行演替過程。互花米草生長在海水邊，漲潮時，潮水僅能淹沒其莖稈下部，每天浸泡7～8h，可稱之為陽生濕生植物。由于強大的促淤造陸作用，3年灘面增高30cm，使高潮線明顯后退約10m，互花米草群落也隨之后退，向海外方向逆潮流演替發展。因此，互花米草群落的繁殖演替方向不可能“登陸”，其生境條件僅限于高程2.8～3.2m(大沽標高)，坡比1：50的范圍內。

互花米草群落演替的下一階段，應在低、中潮帶發生，淤積的土壤是潮汐帶來的淤泥，土壤已基本脫水。土壤結構和肥力尚未破壞，含鹽量約3％左右，理化性質與濱海鹽土相同。因此，積淤創造了新的生境，而首先進入新生境的是藜科(Chenopodiaceae)植物，其中鹽地堿蓬(Suaeda sal-sa)為優勢種，屬順向演替的先鋒植物，群落的發育形成肉質、多漿液、地毯狀紫紅色草甸植被。群落的發展隨著地勢的抬高，土壤鹽分的下降，成分逐漸增加，蘆葦、二色補血草、中亞濱藜、堿蓬等相繼進入，成為鹽生植物草甸。該群落上緣則可種植狐米草群落(因是人工培育種，未發現直接的演替關系)。

近高潮線一帶，演替過程進入第三階段，地勢繼續抬升，屬高潮帶范圍，地下水位相對下降，土壤鹽分下降約1.5％～2.0％，土壤趨于干旱，則出現禾草型雜草群落，常以虎尾草(Chloris virgata)、白茅(Imperata cylindrica)、獐毛、白刺、阿爾泰狗哇(Hetropappusaltaicus)等干性植物為主，并常見檉柳分散分布，構成各種鹽生草地群落。

演替過程進入第四階段，因地勢繼續升高，處于超高潮帶，包括海擋下部高程2.8～5.5m的坡面，屬人造海擋建筑工程。土壤屬堿渣、淤泥改良人工種植土，經天然淋溶，土壤脫鹽為0.6％～1.0％。選擇耐鹽性強、護坡固土能力強的灌木檉柳，構成迎風潮坡面護堤海擋植物。檉柳的生態幅很寬，可向潮間帶重鹽堿地演替，也可向坡頂輕鹽堿堤上擴展，形成茂密的灌木林防護帶。

演替過程的第五階段，是在海擋頂部兩側，高程5.5～7.5m的范圍內，土壤經天然淋洗或盲管排咸，鹽分已下降到0.3％～0.6％。按常規植樹方法，選用耐鹽喬木，如氈毛卡梣(白蠟)、沙棗、臭椿等，即可營造成海防林。林下配置白刺護坡地被層和紫穗槐、枸杞、檉柳，形成多層多種的海防林演替頂極喬木群落。按照原生演替規律，海擋植被演替系列中初期沒有人工演替過程，因此不列入喬木海防林，但演替的變化過程總是趨于與自然環境相融合，終究到達演替頂極，出現穩定的海防林群落。

互花米草在自身淤積土上的演替是屬于次生演替，是受外界因素的影響而發生的外因演替。因為種苗為人為引進，其生長發育過程的動態變化受土壤水分和土壤含鹽量梯度變化的制約。上述互花米草演替過程正是受低潮帶順向至超高潮帶的土壤水鹽動態變化的影響而發生的，海水←→互花米草→淤積裸地→鹽地堿蓬群落→雜草鹽生植被+狐米草群落→檉柳灌草叢→喬木海防林鹽生植物的演替系列如圖2。

觀測資料表明：互花米草具有特殊的抗鹽功能，能充分從海水鹽土中吸取養料而不受鹽害。另一方面，互花米草的繁殖能力異常強大，具有有性繁殖和無性繁殖的特性。據此，互花米草的生態效益表現為：互花米草在栽植的第3年，淤積土壤厚度達30cm。可觀測到潮間帶灘面明顯升高，高潮線退縮到10m之外，土地露出水面，互花米草成陸現象十分明顯，多種藜科植物如鹽地堿蓬(Suae-da salsa)、堿蓬(Suaeda glauca)、地膚、濱藜、堿菀及獐毛等鹽生植物隨之進入裸地，發展形成鹽生植物草甸植被。甚至狐米草也能在這片新出土的鹽堿土上栽培形成群落。

互花米草固土促淤的機制與種群地上部分莖稈密度和根系的增長有關，莖稈密度越大、生長年齡越久，攔截泥沙能力越大；根系含量越多，土體的抗蝕性能越好，植物護坡固土效果越明顯。互花米草的緩流作用非常明顯。潮水經過10m寬的互花米草群落帶時，流速平均衰減率為55％，經過20m寬群落帶時流速衰減率為64％，這說明潮水流速衰減率隨著互花米草群落帶寬度增加而提高。

互花米草的消浪作用更明顯，當潮位在3.5m高程時，僅10m寬的群落帶波高衰減率就達48.5％。在群落帶寬度為20m時，波高衰減率可達66.7％，說明互花米草減輕潮汐風浪襲擊的作用很大，互花米草種植寬度大于50m，消浪效果更佳。互花米草緩流消浪功能的大小與其生長密度密切相關。當第3年互花米草群落郁閉時，為消浪功能最大值，群落帶寬度應在20cm以上。觀測證明：浪高和流速是影響風浪對海擋迎水坡作用的主要因素，減少和抑制波浪高度和潮汐流速是保灘護堤較好的方法。互花米草植株高大，莖稈粗壯，生長快，繁殖能力強，種群密度大，必然減緩波浪的高度和行進速度。密度越大，群落帶越寬，其功能作用越顯著(消浪、緩流測量數據與曹大正測量數據相一致)。

3 鹽生草甸植被帶

鹽生草甸植被在天津海岸帶上分布廣泛，屬天然濱海潮間帶典型的植被，群落在地勢低平、土壤濕潮、含鹽量在0.6％～3.0％的中、重鹽堿土壤上均有分布。鹽生草甸植被包含：(1)肉質多漿鹽生植物，如鹽地堿蓬、鹽角草等藜科植物；(2)禾草型鹽生植物，如大米草、獐毛等禾本科植物；(3)雜草類鹽生植物，如二色補血草、堿菀等鹽生植物。

3.1 鹽地堿蓬群落

屬于鹽生草甸植被類型的肉質多漿鹽生植物。自然植被多為單優勢種群群落，形成地毯狀紫紅色草皮。主要分布在潮上帶近海灘地區，地勢平坦，多有灰白色鹽霜裸地斑塊，土壤質地多為沙壤土，由于經常受到海潮浸漬，土壤濕度大，含鹽量高達0.9％～3.0％。該群落以鹽地堿蓬為優勢種，是向灘涂延伸的先鋒植物群落，多呈斑塊狀分布。其植株形態因環境條件不同而有差異，在水分充足，含鹽量1.0％～1.5％的地段，其植株高達50cm以上，分枝多，呈暗綠色；在土壤干燥，含鹽量在1.5％以上的地段，植株矮小，一般高15～25cm，且分枝較少，8月呈紫紅色。常見的伴生植物有蘆葦、獐毛、藜科植物和二色補血草等。

本群落大面積的分布在海擋下部潮上帶附近，潮水不能淹沒的地區，在海擋中部檉柳林下，或潮間帶多水地段也有。群落環境的一般土壤含鹽量高達3％左右，但隨土壤含鹽量和地下水埋深的變化而有很大差異(地下水埋深0.5～3m)，在鹽分含量較高的環境則常常形成鹽地堿蓬單優勢群落，蓋度可達100％；在淺水灘涂和輕鹽堿土。環境中生長不良，群落蓋度不足5％。群落結構簡單，除優勢種鹽地堿蓬之外，群落中偶見蘆葦、二色補血草等。群落外圍，常見藜科植物，如中亞濱藜、地膚、堿蓬、豬毛菜、堿菀等。在高潮線退縮后裸露的潮間帶上，鹽地堿蓬群落成為演替的先鋒植物群落。在互花米草群落帶對潮汐泥沙的攔截作用下，鹽生草甸群落土壤層逐漸抬高，逐漸脫離海水的浸泡，群落逐漸向陸地方向演替，參與圍海造陸作用。

3.2 獐毛群落

獐毛(Aeluropus sinensis)是禾本科植物，屬于禾草型鹽生草甸植被。植株低矮，草皮狀。根莖發達，地上匍匐莖無性繁殖力強，能夠生長發育成均勻的草坪狀植被。當海拔在1.91m的濱海低平地段，土壤質地以重壤土為主，含鹽量在1.5％左右，在群落中獐毛長勢強，高度達20～25cm，葉層高度10～15cm，多數莖直立或斜上升，密集鋪地生長，匍匐莖向外擴展，覆蓋率達100％，為群落的單優勢種。群落中小環境的變化，如含鹽量偏高，地表土壤濕度加大，群落中則出現鹽地堿蓬、二色補血草(Limonium bicolor)、豬毛蒿(Artemisia sco-paria)等伴生種。在抬高的小環境中，土壤偏干，則出現少量白茅、蘆葦(耐鹽、耐旱，植株矮小)，群落總蓋度平均為93％，獐毛種蓋度60％，鹽地堿蓬種蓋度30％。當海拔高程2.2m左右時，土壤含鹽量下降到1.0％以下，該獐毛群落中將出現伴生植物蘆葦、鹽地堿蓬等。但總蓋度下降為90％左右，獐毛種蓋度為70％、蘆葦種蓋度25％，其它伴生植物種占5％。葉層高度為獐毛19cm，蘆葦高37cm。

隨著植被的演替過程，種類不斷豐富，群落蓋度逐漸增加，大部分地區土壤最終含鹽量下降到0.5％～1％左右。主要的植物種類是堿蓬、獐毛、檉柳、蘆葦等植物，其演替過程是鹽荒裸地－鹽地堿蓬鹽生草甸－獐毛鹽生草甸－白茅草甸。以鹽地堿蓬為先鋒植物，定居于含鹽量2％左右的生境中，當土壤含鹽量下降到1％以下時，通常多年生的禾本科植物獐毛便成為新的優勢種；隨著含鹽量繼續下降，另一種耐鹽植物白茅(Imperata cylindri-ca Var.major)將代替獐毛，標志著土壤含鹽量已下降到1％以下，土壤干旱，達到墾殖標準。從獐毛的演替過程可見是向旱生方向演替的土壤脫鹽過程。獐毛的根系細長，耐干旱，可深扎于深層土壤中，能固著坡面土壤，保持水土，避免徑流沖刷。

從天津地被植物的地理分布來看，由濱海灘涂向西延伸，主要植被類型及特征植被是天然灌木植被和濱海鹽生植被，其分布受生境影響明顯。在地勢低平、受海潮侵蝕的廣大灘涂，土壤含鹽量高，只有潮灘植物可以生存。出水成陸的部分主要分布著一年生堿蓬、藜科植物和多年生檉柳等鹽生或耐鹽植物。由于灘涂向內地推進，鹽地堿蓬逐漸增多，在有檉柳種源的地方，逐漸發育成以檉柳為主的灌叢。隨著地勢的升高，當海拔在3m以上時，地表含鹽量減少，形成有一定抗鹽特征的一年生或多年生草甸植被。群落的生長發育和演替過程是土壤不斷脫鹽的過程。

3.3 白刺群落

白刺(Nitraria sibirica)為蒺藜科，白刺屬匍匐灌木，莖多分枝。小枝灰白色。葉無柄，簇生。根粗狀，分支斜生。枝條平臥或直立，短枝常成針狀。葉片小，簇生，肉質狀、全緣，無毛或被柔毛。花序生于枝頂，花小，黃白色，漿果狀核果，含一個種子，果食用、入藥，種仁榨油。花、果期6，7月，果實營養價值高。產于華東、華北、東北沿海及新疆、內蒙古、甘肅等地。生于海濱鹽堿沙化土地或干旱沙荒地。在西部地區，常生長于荒漠區或鹽化戈壁灘地，有改良鹽堿土及固沙防風作用。

引種白刺護坡工程的設計思考是因為海擋迎風面土質疏松，常受海風吹襲，降水沖刷，土表徑流，造成水土流失，甚致失去海擋防潮、防浪的作用，使每年不得不付出巨資維修加固。而篩選引種白刺是因為白刺不僅是一種鹽生植物，具有很強的抗鹽能力，而且極耐干旱，其根系粗壯龐大，根長是植物體地上部分的2～4倍，且盤根錯節，牢固地固著土粒，保護海擋免遭潮汐或風暴潮侵蝕。

白刺苗均采自鹽堿干荒地野生苗或種子播種，植于海擋迎風坡面上，地勢稍高的干旱海擋上部或頂部小路兩側，形成灌木廊道式或斑塊狀分布。經過3年的生長觀測，白刺生長正常，枝葉茂盛，植冠濃密。經觀測，尚未發現土壤流失、海擋受損的現象。

3.4 檉柳灌木林群落

檉柳灌木林群落由人工配置呈帶狀分布，定位于海擋迎潮坡面，長約620m，寬約20m；堤壩下部與鹽生草甸群落和狐米草群落比鄰，上部與海防林帶鄰接。檉柳根系龐大，抗沙埋、風蝕，主、側根發達，不定根萌生能力極強，常形成灌木叢狀生長。枝葉茂密，僅3年生長即形成巨大的檉柳群落。群落高達3.0m，抗風蝕、抗旱、抗寒、抗水濕、耐鹽堿，在含鹽量2.6％和3.0％的土壤中正常生長。

檉柳灌木群落的結構常構成茂密的單優勢種群，但有的地段與狐米草相間配置，其目的是增加群落的覆蓋率，減輕土壤沖刷，充分發揮生物的脫鹽作用，提高土壤改良效率。在演替動態方面，檉柳群落已基本脫離潮間帶潮濕鹽堿土的影響而向臺地、干荒地方向演替。

參考文獻：

[1]徐永榮，馮宗煒，張萬鈞，等.天津濱海生態防護圈植物群落鹽分積累與分配規律研究[J].中國生態農業學報，2004，12(1)：77—79.

[2]徐永榮，張萬均，馮宗煒，等.天津濱海鹽漬土上幾種植物的熱值和元素含量及其相關性[J].生態學報，2003，23(3)：450—455.

[3]徐永榮，張萬均，馮宗煒，等天津開發區濱海生態防護圈組成群落的生物量、物質和能量結構[J].生態學雜志，2003，22(3)：87—90.

[4]張萬鈞，唐庭貴，郭育文，等.鹽漬土綠化[M].北京：中國環境科學出版社，1999.

[5]徐國萬，卓榮宗我國引種互花米草(Spartina alterniflora Loisel)的初步研究(I)[J].南京大學學報，1985：212—215

[6]欽佩，仲崇信.米草的應用研究[M].北京：海洋出版社，1992.

[7]唐廷貴，張萬鈞.論中國海岸帶大米草生態工程效益與“生態入侵”[J].中國工程科學，2003，5(3)：15—20.

[8]曲仲湘，吳玉樹，王煥校，等.植物生態學(第二版)[M].北京：高等教育出版社，1983：92—93

[9]劉昉勛.江蘇濱海鹽土植被的基本特點與演替規律[C]//全國海岸帶和海涂資源綜合調查學術會議論文集.北京：海洋出版社.1980.

[10]仲崇信.采用米草生態工程開發黃河三角洲[C]//鹽堿地造林綠化研討會鹽堿地造林綠化與綜合開發文集北京：中國環境科學出版社。1992：107—108.

[11]曹大正，唐廷貴，張冬然，等.互花米草在吹填筑擋工程上的試驗與應用[J].中國工程科學，2005，7(7)：14—23.

[12]趙大昌，劉勛，陳樹培，等中國海岸帶植被[M].北京：海洋出版社，1996：214—221