貴州紅楓湖水庫消落帶類型劃分及其生態修復試驗

夏品華,林 陶,鄧河霞,薛 飛,蔣 瑤,李秋華

(貴州師范大學貴州省山地環境信息系統和生態環境保護重點實驗室,貴州貴陽 550001)

貴州紅楓湖水庫消落帶類型劃分及其生態修復試驗

夏品華,林 陶,鄧河霞,薛 飛,蔣 瑤,李秋華

(貴州師范大學貴州省山地環境信息系統和生態環境保護重點實驗室,貴州貴陽 550001)

水庫消落帶;生態修復;紅楓湖水庫;喀斯特地區;貴州

水庫消落帶是防止水體污染的最后一道生態屏障,恢復或重建消落帶植被是水庫水質管理的一項重要措施,也是當前水庫水體污染控制的研究熱點和難點問題之一。消落帶類型劃分可為消落帶分區規劃治理提供指導。根據喀斯特山區水庫消落帶自然結構的質地和坡度,將紅楓湖水庫消落帶分為河口型消落帶、庫灣灘地消落帶、土質緩坡消落帶、礫質坡地消落帶和巖質岸坡消落帶 5種類型,對各種類型的消落帶特征進行了分析,并提出了紅楓湖水庫消落帶生態恢復的設計原則與工程模式。紅楓湖水庫消落帶生態修復試驗表明,恢復與重建后的消落帶系統生物多樣性增加、生態功能增強。

水庫消落帶是指水庫正常低水位和最高水位線之間的區域,是水位反復周期性漲落形成的干濕交替區,由水陸系統交錯構成的邊緣生態系統。由于周期性的反季節水淹、地表徑流和波浪淘蝕、人為干擾等因素的影響,水庫消落帶生態環境十分脆弱。三峽水庫建成后產生的消落帶環境問題引起了人們的高度關注,消落帶的生態恢復與重建已成為研究熱點。構建穩定的消落帶植物群落看似簡單,實則是一個世界性難題[1]。恢復消落帶植被系統是發揮消落帶屏障功能的重要措施。

紅楓湖水庫位于清鎮市、平壩縣和安順市西秀區境內,是貴州中部目前最大的人工水庫,紅楓湖水庫消落帶植被恢復重建工程已被貴陽市委、市政府確立為富營養化治理的重點工程。我們在對紅楓湖水庫消落帶調查的基礎上,本著分類簡單化、利于工程應用的原則,對消落帶類型進行了劃分,提出了消落帶植被恢復的概念性模式,旨在為消落帶分區規劃治理,建立消落帶的恢復和管理模式奠定基礎。

1 水庫消落帶的生態功能

水庫消落帶作為水庫生態系統的重要組成部分,是水庫生態系統與陸地生態系統之間的過渡區,具有重要的生態功能。良好健康的消落帶系統應該具備以下生態功能[2-4]:①固岸護坡。水庫消落帶對岸坡的保護功能主要是通過植被來實現的。植被的莖葉可以減緩地表徑流,減少侵蝕;岸坡的植被層可以減小庫岸一側水流流速,降低水流沖刷作用;植被的根系通過與土壤的相互作用,增加根際土層的機械強度,甚至直接加固土壤,起到固土護坡的作用。②截留徑流污染物。在水落干時,消落帶具有典型的緩沖帶功能,通過減緩徑流,截留泥沙和非點源污染物質入湖,減少水庫淤積與污染。③凈化水質。在水淹時,消落帶能滯納水體中的懸浮物質,分解、吸收水體中的營養物質,降低水體的富營養化水平。④維系生物多樣性。不同的消落帶微生境給各種生物創造了適宜的生存條件。⑤美化景觀。不同類型的消落帶植被美化了消落帶景觀。

2 紅楓湖水庫消落帶面臨的主要問題

水庫消落帶生態系統十分脆弱,自然和人為因素的破壞都會導致消落帶生態功能的失衡或削弱。氣候變化、植被演替、生物入侵、沉積作用、水質惡化、不合理的水資源利用、湖濱灘地或濕地資源過度開發等原因都可能導致湖濱帶生態系統的退化[5]。紅楓湖水庫是典型的喀斯特山區河道型水庫,建成運行以來,消落帶生態環境問題突出:波浪淘蝕和水土流失嚴重,植物群落結構單一,消落帶緩沖功能基本喪失,環境污染嚴重。

3 紅楓湖水庫消落帶類型及特征

3.1 紅楓湖水庫消落帶類型劃分

消落帶分類的任務就是要揭示客觀存在的空間結構、生態過程和生態功能的差異,為湖濱帶分區管理、分區治理、恢復設計提供科學依據[6-7]。消落帶分類應遵循以下原則:①綜合性原則。消落帶特定生態系統的形成是人為活動和自然因素耦合作用的結果,要綜合考慮各種影響因子和表現方式,建立多指標分類體系。②主導性原則。表征消落帶特點的因素眾多,只能選取最能體現消落帶特點的因素。③確定性原則。應確保不同人員應用分類系統判定類型的一致性,起到定性的作用。④適用性原則。包含有兩個層面的意思,一是選取的劃分依據要具有可操作性,簡單易行;二是所分的類型要在實際工作中簡單易用,符合管理和利用的需要。

根據劃分原則,結合紅楓湖水庫消落帶管理的需要,選取消落帶質地和坡度作為一級分類指標,將其分為 5類,即土質緩坡消落帶、庫灣灘地消落帶、河口型消落帶、礫質坡地消落帶和巖質岸坡消落帶。

3.2 紅楓湖水庫消落帶特征

土質緩坡消落帶。土質緩坡消落帶是紅楓湖水庫分布最多的一種類型,常與耕地或坡地連接,地勢梯度不大,呈明顯的緩坡狀,無洼地、溝渠。土壤貧瘠,粒徑較大。植物成片分布,非耕作地植物為多年生草本植物,無喬灌植物分布,耕作地則多為一年速生草本植物。部分地段由于受坡面雨水的沖刷,侵蝕嚴重,植物無法定居,形成裸露的土質坡地。水位變化和水動力作用強烈,不適合沉水植物和挺水植物生長。人為干擾以放牧和耕作兩種形式為主。

庫灣灘地消落帶。地處平緩地方,多與水田地相連,地勢和水力梯度變化較小,有洼地,部分形成天然的濕地,有明顯的集水溝渠。土壤肥力較高。植物種類較緩坡消落帶豐富,有濕生植物分布。受人類干擾最強烈,大多數被圍墾造田,破壞嚴重,緩沖帶功能基本喪失。

河口型消落帶。河口型消落帶是入湖河道與水庫交互作用而成的一種獨特的消落帶類型,根據地貌整體發育情況可進一步劃分為河口陡岸型和河口灘地型。山區河口由于強烈的下切作用,常形成陡峭的河口湖岸。河口灘地一般為人口密集地區,人為干擾強烈,灘地多被圍墾造田,濕生及水生植被破壞嚴重,生態功能基本喪失。紅楓湖水庫羊昌河河口消落帶即為典型的河口灘地型消落帶。

礫質坡地消落帶。礫質坡地依山傍水,地勢梯度大,庫岸陡峭,由于地形的原因,寬度較小。礫石和泥土混雜,給植物生長創造了一定條件,匍匐莖植物的生長對該岸的穩定發揮了重要的作用。根據坡度大小,礫質坡地消落帶又可劃分為礫質陡岸型和礫質緩坡型兩種類型。由于陸上土層較薄,且存在眾多不穩定性因素,如滑坡、泥石流等,生態環境比較脆弱,一旦破壞,恢復起來十分困難。紅楓湖水庫礫質坡地消落帶分布較為分散,常與土質緩坡消落帶交互在一起。

巖質岸坡消落帶。與礫質坡地消落帶一樣,依山傍水,地勢梯度大,庫岸陡峭,寬度較小。庫水長期的沖刷作用,使得表土已被沖刷殆盡,植物很難生長,僅在狹縫中有少量泥土供植物生長。巖質岸坡消落帶可分為巖質陡岸型、巖質緩坡型和人工堤岸型三種類型,是喀斯特山區水庫典型的消落帶類型,構成消落帶獨特的生態景觀。該類型人為干擾較小,對水庫水質影響不大,不需要人工治理。紅楓湖水庫碼頭及北湖的很多地方均為該類型。

4 紅楓湖水庫消落帶生態恢復與重建

4.1 紅楓湖水庫消落帶生態恢復與重建的目標

消落帶原有的生態系統因水庫建設而發生了不可逆轉的變化,而新生的水庫消落帶是因水庫水位變化而產生的特定生態系統,極其脆弱,要形成健康的水庫消落帶系統,須在一定的條件下經過若干年的演替才有可能實現。當前,人們通常采用人工手段來恢復與重建消落帶生態系統,發揮其應有的功能,當然,能否成功還有待實踐檢驗。消落帶生態恢復與重建的總體目標是通過采用生態工程手段,改善生境和恢復植物,逐步恢復消落帶退化生態系統的結構和功能,最終達到消落帶生態系統的自我維持和良性循環狀態。

4.2 紅楓湖水庫消落帶生態恢復與重建模式

根據紅楓湖水庫消落帶恢復的目標、各類型消落帶特征及功能特點制定修復模式,大致分為植被生態模式、水塘濕地模式、河口濕地模式及保育模式4種,詳見表 1。

表 1 紅楓湖水庫消落帶生態恢復與重建模式

4.3 紅楓湖水庫消落帶生態恢復與重建試驗

4.3.1 試驗概況

以生態演替理論為指導,采用生物措施,2009年 4月在紅楓湖水庫滴澄關消落帶進行生態修復試驗,以期恢復與重建消落帶的結構和功能,其目的是要再現一個能夠自我維持、更新的生態系統。

滴澄關消落帶位于紅楓湖管理處,水位變幅為 5 m,即1 235—1 240 m,為典型的礫質坡地型消落帶。因此,采用植被生態模式進行修復試驗。試驗根據消落帶內不同水位梯度的變化規律,人為將消落帶分為 3個層次:第一層次即水位線為1 235—1 238 m高程的消落帶,第二層次即水位線為 1 238—1 240 m高程的消落帶,第三層次即 1 240—1 246 m高程的水庫緩沖帶。第一層次水位變化大,種植牛鞭草、狗牙根和白花三葉草等能耐受長時間水淹的草本植物;第二層次種植能夠耐受較小水位變化的植物柳樹、意楊、水杉等;第三層次主要種植景觀植物香樟、火棘、金葉女貞和紅楓等。試驗面積 1 500 m2,共計種植各種植物 30余種 2萬余株,形成了喬灌草植被帶。

4.3.2 試驗結果與分析

試驗結果表明:第一層次內 3種草本植物均能存活生長,但牛鞭草的長勢較狗牙根和白花三葉草好,尤其是在水位1 237 m以下;第二層次種植的喬木按存活率排序為柳樹 ＞意楊 ＞水杉,但植株長勢均不好,可能是消落帶土質貧瘠以及秋冬季水淹的緣故;第三層次種植的植物存活率在 90%以上,植株長勢良好。消落帶植被得到修復后,植被蓋度由原來的 40%增加到70%以上,植物由單一的草本植物變成由喬灌草構成的立體植被系統,生物多樣性明顯增加;水土流失和坡面侵蝕大為減少,有效減少了泥沙的淤積。

試驗區因控制人為干擾,原有植物比對照區的生長旺盛,生物量大,這是植被蓋度增加的一個主要原因。因此,保護原有植被、防止人為破壞是消落帶植被恢復的一種有效措施,而人工引種植物則是試驗區植被蓋度快速增加的主要原因。

5 討 論

水庫消落帶作為特殊的生態系統,引起了廣泛關注。水庫消落帶的顯著特點是水位落差大、反季節性,如三峽水庫消落帶落差高達 30m,淹沒時間由天然湖泊的夏季汛期變為冬季,這使得消落帶植被恢復成為世界性的難題[1],而絕非簡單的造林植草。水庫與天然湖泊的生態學特征有很多不同之處[8],同樣水庫消落帶與天然湖泊湖濱帶也具有很大的區別,主要表現在水庫水位變化較天然湖泊要大,天然湖泊水位主要受流域降雨的影響,通常與降雨量呈正相關,而水庫水位受人為調節的影響,雨季因防洪而運行低水位,旱季因蓄水而運行高水位,這種反季節和高落差變化的特點給水庫消落帶的生態修復帶來極大的困難。因此,在借鑒湖濱帶生態修復的同時,應該充分認識水庫消落帶水文特征的特殊性。紅楓湖水庫水位季節性變化通常為豐水期 5—8月份運行最低水位,根據紅楓湖管理要求,控制最低水位線 1 235 m,枯水期 9月至翌年 4月份運行高水位,具有明顯的反季節特征。

消落帶的類型劃分目前還沒有統一規范,有關研究報道也少見。不同專家學者從不同的角度或出于不同的目的,由不同的劃分依據而得出不同的劃分結果。本研究出于消落帶生態修復的目的,將喀斯特山區水庫消落帶劃分為土質緩坡消落帶、庫灣灘地消落帶、河口型消落帶、礫質坡地消落帶和巖質岸坡消落帶 5種類型,具有很強的操作性。

消落帶生態恢復的難點之一是適宜植物的稀少性[3]。因此,進行礫質坡地型消落帶植被生態修復試驗的目的主要是篩選出適宜消落帶的植物。可是,什么樣的植物才能算是適宜消落帶的呢?當前的研究主要是通過植物的水淹耐受性來進行評價的[9-10],即僅考慮消落帶植物的存活問題,而我們認為適宜消落帶的植物還應該有發達的根系、較強的固土能力等。筆者通過對紅楓湖水庫消落帶植物的調查發現,牛鞭草(Hem-thriaaltissima)是一種在消落帶廣泛適應的植物。牛鞭草群落固土能力強,恢復生長快,長期水淹后,能在落干三四天后長出新芽,且新芽可以快速集聚光合產物為其恢復生長提供物質基礎。

水庫消落帶系統可以通過自然演替形成,但是需要很長的時間,并且往往僅有草本植物。因此,人工恢復與重建消落帶植被生態系統應是水庫消落帶系統建立的主要措施。在具體實施中,要根據消落帶的類型采取不同的植被恢復模式,以維系消落帶的景觀多樣性,盡量保持原有的生境。

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X171.4

A

1000-0941(2011)06-0058-03

貴州省社發攻關項目(S Y 20103176);貴陽市社發攻關項目(201053)

夏品華(1981—),男,貴州黔西縣人,講師,碩士,主要從事環境生態修復研究。

2010-12-15

(責任編輯 徐素霞)