深圳市水庫消漲帶水土生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系研究

黨晨席，郭 睿，宋維念，劉 靜，鄭佳麗

（1.深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 水土保持設(shè)計(jì)所，廣東 深圳518036；2.深圳市水土保持辦公室，廣東 深圳518036）

由于水位的自然漲落或水庫運(yùn)行調(diào)蓄的影響，在江河湖庫的水面附近坡面形成了漲水水位與落水水位間的落差帶，帶間水土生態(tài)環(huán)境惡劣，這便是我們常說的消漲帶。水庫消漲帶因在水浪沖刷、淹沒作用下，造成庫岸淘蝕、塌方、庫容淤塞等土壤侵蝕危害，危及水庫運(yùn)行的安全，降低水庫的蓄水壽命；同時(shí)，該區(qū)域立地條件惡劣，土壤、植被、動(dòng)物等生態(tài)系統(tǒng)缺失。因此，營(yíng)造水庫消漲帶水土生態(tài)環(huán)境，對(duì)增加庫區(qū)生物量、減少水庫淤積、延長(zhǎng)水庫壽命、保障飲用水安全、維護(hù)庫區(qū)水土生態(tài)安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

消漲帶屬典型的水陸生態(tài)過渡帶，消漲帶及其植被作為流域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，自20世紀(jì)60年代中期，國(guó)外即對(duì)其開展研究，并成為流域生態(tài)學(xué)各專業(yè)研究的焦點(diǎn)［1］。根據(jù)學(xué)者研究重點(diǎn)不同，有河岸帶、湖岸帶、消落區(qū)、消落帶、水位漲落帶、漲落帶等不同稱謂。近年來，國(guó)際上關(guān)于水陸交錯(cuò)帶的研究十分活躍，消漲帶濕地已成為美國(guó)自然經(jīng)營(yíng)和管理中不可缺少的部分［2］。國(guó)內(nèi)消漲帶的研究起步較晚，自20世紀(jì)90年代初，在水庫消漲帶生態(tài)修復(fù)方面僅為一些小面積試點(diǎn)，且大部分為篩選水陸兩棲植物為研究重點(diǎn)。其中，黃川等三峽課題組，針對(duì)三峽水庫兩岸存在的高差30m、面積達(dá)350km2的消漲裸露帶問題，對(duì)兩棲植物的適生性開展了研究［3］。林建平等在廣東省新豐江水庫開展鋪地黍（Panicum repens）在庫岸消漲帶植被護(hù)坡的試驗(yàn)、研究工作［4］。莫熙穆等在廣東局部地區(qū)發(fā)現(xiàn)榕屬的一種（當(dāng)?shù)胤Q之為水榕）能忍耐長(zhǎng)期洪澇和干旱［5］。當(dāng)前，系統(tǒng)論證消漲帶范圍、分類及提出措施體系的研究在國(guó)內(nèi)較少。筆者從分析水庫消漲帶類型及立地現(xiàn)狀著手，通過兩棲植物適生性分析，論證消漲帶水土生態(tài)可修復(fù)范圍，進(jìn)而提出針對(duì)性的修復(fù)措施體系；并期望通過后續(xù)效益分析與觀測(cè)，得出幾種適用于深圳地區(qū)乃至南方紅壤地區(qū)水庫消漲帶水土生態(tài)修復(fù)的成功模式進(jìn)行推廣。

1 研究區(qū)概況

根據(jù)《深圳市30座飲用水庫水源保護(hù)林建設(shè)方案》的調(diào)查成果，全市飲用水庫消漲帶面積達(dá)9.20 km2，絕大部分裸露，無植被覆蓋，少部分存在崩塌，基本無植被覆蓋，水庫消漲帶問題現(xiàn)已經(jīng)成為深圳各大水庫最重要的生態(tài)問題之一，也是擺在我們面前的一道亟待解決的難題。

深圳地區(qū)水庫消漲帶范圍主要土壤類型為砂頁巖赤紅壤和侵蝕赤紅壤，土壤層多被剝蝕，養(yǎng)分淋失嚴(yán)重，抗侵蝕能力弱，易引發(fā)庫岸崩塌、碎落等水土流失危害。各水庫消漲帶水土生態(tài)具有以下四大特點(diǎn)：（1）大部分水庫水位消減頻次多，水淹旱曬交替出現(xiàn)，消漲帶范圍立地條件差，一般植物難以生存；（2）相對(duì)于河流漫灘或湖泊灘涂，水庫岸坡不僅消漲帶落差大，而且絕大部分坡度較陡（通常12°～60°或以上），土壤養(yǎng)分淋失嚴(yán)重，土壤侵蝕強(qiáng)度很大；（3）瘠薄而極端的環(huán)境，造成消落帶范圍基本裸露，最高水位以上1～3m范圍基本無喬木，只分布有一些灌木植被；（4）消漲帶生態(tài)群落的穩(wěn)定性和多樣性指數(shù)，與消漲帶坡度因子具有明顯的正相關(guān)性。

2 研究?jī)?nèi)容及方法

2.1 理論基礎(chǔ)及方法

水土生態(tài)修復(fù)是具有普遍意義的生態(tài)修復(fù)的一種類型；生態(tài)系統(tǒng)是由生物群落和物理環(huán)境兩大部分所組成；生物群落是生態(tài)系統(tǒng)的主體，而水土資源則是物理環(huán)境中不可缺少的要素，保持住水土資源，就能拉長(zhǎng)生物鏈，保持生物物種的多樣性，從而增加生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。生物群落與水土保持的互為促進(jìn)，能夠形成生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)［6］。因此，維護(hù)和修復(fù)水土生態(tài)系統(tǒng)是保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的根本［7］。

消漲帶作為水庫水源保護(hù)區(qū)最后一道生態(tài)防線，需要其發(fā)揮穩(wěn)定庫岸、防治水土流失、減少水庫淤積、防止面源污染、修復(fù)水庫水陸交錯(cuò)帶生態(tài)、修復(fù)消漲帶景觀等生態(tài)功能［8］。消漲帶水土生態(tài)的修復(fù)與水庫運(yùn)行水位頻變、立地現(xiàn)狀類型、適生樹種選擇、岸坡土壤環(huán)境四方面具有著密切的聯(lián)系。經(jīng)對(duì)深圳地區(qū)水庫消漲帶現(xiàn)狀及生態(tài)特點(diǎn)的分析，筆者認(rèn)為“惡劣的庫岸土壤環(huán)境”和“稀缺的兩棲植物品種”，是導(dǎo)致修復(fù)困難的核心因素。因此，水庫消漲帶區(qū)域，應(yīng)通過人工輔助措施，為該區(qū)域植被重建營(yíng)造適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域植被的恢復(fù)、生物多樣性的重建及水土流失的控制目標(biāo)。

2.2 研究?jī)?nèi)容

圍繞上述目標(biāo)，本文擬開展以下研究：（1）消漲帶范圍論證；（2）消漲帶類型劃分；（3）適生水陸兩棲植物選擇；（4）營(yíng)造適生的土壤立地環(huán)境。

3 結(jié)果與分析

3.1 水庫消漲帶范圍論證

水庫消漲帶范圍與水庫功能及運(yùn)行情況密切相關(guān)，不同區(qū)域、不同類型、不同運(yùn)行方式的水庫，其消漲帶范圍截然不同。

（1）理論范圍：根據(jù)水庫消漲帶的定義，理論上不論何種功能的水庫，其消漲帶理論范圍應(yīng)為正常蓄水位與設(shè)計(jì)死水位區(qū)間。

（2）實(shí)際范圍：根據(jù)水庫消漲帶的形成特點(diǎn)，其實(shí)際為水庫運(yùn)行期，保持較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行高水位與運(yùn)行低水位間的岸帶。根據(jù)水庫類型不同，其主要特點(diǎn)見表1。

（3）可修復(fù)范圍：由于消漲帶立地條件惡劣、生境極端，即使是水陸兩棲類植物也很難在完全淹沒的生境下成活，若對(duì)所有消漲帶范圍進(jìn)行造林復(fù)綠，勢(shì)必工程實(shí)施難度大、成效差、易造成投資浪費(fèi)。因此，結(jié)合以往深圳地區(qū)水庫消漲帶整治的經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為水庫消漲帶的可修復(fù)范圍確定為：“較長(zhǎng)時(shí)間裸露在水面以上，明顯造成庫岸水土流失、景觀影響度大的消漲區(qū)，常水位以下4m落差、以上2m落差范圍”。

3.2 水庫消漲帶類型劃分

通過對(duì)深圳地區(qū)各水庫消漲帶立地現(xiàn)狀的調(diào)查了解，以坡度（25°）為分界，對(duì)水庫消漲帶進(jìn)行分級(jí)分類，見表2。

表1 水庫分類及消漲帶特性

表2 水庫消漲帶坡度分級(jí)統(tǒng)計(jì)

3.3 適地適樹

水庫消漲帶造林適地適樹遵循的主要原則為：

（1）耐淹性強(qiáng)的原則：植物耐淹性是決定消漲帶造林的首要因素，消漲帶自下而上選擇樹種的耐淹性應(yīng)以由強(qiáng)至弱為原則。

（2）抗旱性強(qiáng)的原則：消漲帶水位回落后，岸坡土壤極其瘠薄，裸露期土壤環(huán)境干旱、貧瘠，植物的抗旱性能對(duì)造林成活率影響較大。因此，消漲帶自上而下選擇樹種的抗旱性應(yīng)以由強(qiáng)至弱為原則。

（3）苗木規(guī)格和生長(zhǎng)量符合水位頻變、淹旱立地要求的原則：根據(jù)水庫水位月變化記錄情況，確定一年當(dāng)中主要的水位作為岸坡造林兩棲喬木與草本的分界高程。上坡位種植兩棲喬木，下坡位種植耐淹草本。

根據(jù)上述消漲帶造林樹種選擇原則，本次擬定選擇11種喬木、4種灌木、3種草本作為主要造林樹種，共計(jì)18種。選用樹種均為南亞熱帶本地及適生樹種，普遍表現(xiàn)有一定的兩棲特性，在深圳均有分布。

3.4 消漲帶修復(fù)技術(shù)及適應(yīng)性分析

本文以深圳市三洲田水庫為例，采用“生物措施＋工程措施”并舉的模式，針對(duì)4類消漲帶及其坡度，進(jìn)行修復(fù)技術(shù)研究。2013年4月，三洲田水庫消漲帶修復(fù)試驗(yàn)段工程開工，目前已完成各類整地及造林施工，后期將重點(diǎn)開展整地保土效果觀測(cè)、兩棲植物長(zhǎng)勢(shì)觀測(cè)、水土流失監(jiān)測(cè)及景觀效果評(píng)價(jià)等工作。

工程措施包括6種消漲帶整地方式，為岸坡植被生長(zhǎng)營(yíng)造持續(xù)、穩(wěn)定的土壤環(huán)境；植物措施包括6種植物群落模式，分別應(yīng)用于不同類型、不同坡度的消漲帶范圍，實(shí)現(xiàn)各類水庫消漲帶水土生態(tài)修復(fù)，營(yíng)造長(zhǎng)效、穩(wěn)定的岸坡植被生態(tài)系統(tǒng)，見表3。

表3 消漲帶造林不同群落結(jié)構(gòu)

（1）緩坡消漲帶（坡度≤15°）修復(fù)：該區(qū)域地形坡度較緩，且地形較為完整，坡面土壤受水庫水位漲落沖刷侵蝕相對(duì)較小，但土壤養(yǎng)分依然淋失較為嚴(yán)重。因此，通過人工挖穴整地后，可為岸坡造林提供較為理想的生長(zhǎng)環(huán)境。采用“挖穴整地＋兩棲植物造林”模式。

（2）緩坡消漲帶（15°≤坡度≤25°）修復(fù)：采用“水平階整地＋土工格柵＋兩棲植物造林”模式。該類消漲帶區(qū)域地形坡度適宜直接造林綠化，但是受水位漲落沖刷強(qiáng)度較大，坡面土壤及養(yǎng)分易流失，因此，沿等高線進(jìn)行采用水平階整地后，岸坡形成種植平臺(tái)，水平階位外高內(nèi)低的反坡微地形，臺(tái)階內(nèi)挖穴種植兩棲植物及種植兩棲草種和岸頂灌木隔離帶，從而形成此類岸坡多群落、多結(jié)構(gòu)的植被生態(tài)系統(tǒng)。

（3）陡坡消漲帶（25°≤坡度≤35°）修復(fù)：該類岸坡坡度較陡，水位頻變對(duì)岸坡地表的侵蝕強(qiáng)度大，養(yǎng)分難以原地留存，一般坡面直接復(fù)綠難度極大。因此，必須采用工程措施輔助形成岸坡植被生長(zhǎng)的土壤環(huán)境。采用“木排樁整地＋兩棲植物造林”模式。沿等高線排狀打入仿木樁，形成擋土坎，為上坡位消漲區(qū)造林形成植物正常生長(zhǎng)的環(huán)境。

（4）陡坡消漲帶（35°≤坡度≤45°）修復(fù)：此類消漲帶屬于坡度較陡的岸坡，坡面雖然平整，但植被受水位漲落沖刷極為嚴(yán)重。采用“自鎖砌塊整地＋兩棲植物造林”模式。為保證較陡消漲帶岸坡穩(wěn)定，防止水浪沖蝕庫岸，岸坡采用自鎖砌塊護(hù)岸。自鎖砌塊體為滲透性良好的生態(tài)混凝土材料，互相咬合，同時(shí)可過水、防沖刷，有效防止岸坡土體流失入庫。此技術(shù)工程造價(jià)較高，針對(duì)深圳地區(qū)少量分布的陡坡消漲帶，可進(jìn)行推廣應(yīng)用。

（5）崩塌消漲帶（坡度≥45°）修復(fù)：根據(jù)深圳地區(qū)各主要水庫庫岸崩塌區(qū)還是分布較多，一般塌落寬度10～15m，深度3～4m，主要發(fā)生在岸坡坡度在45°以上區(qū)域，而且通常是水面上下庫岸聯(lián)體崩塌。采用“生態(tài)袋整地＋兩棲植物造林”模式。消漲帶常水位以下崩塌區(qū)，采用生態(tài)袋護(hù)坡＋兩棲護(hù)岸林模式；消漲帶常水位以上崩塌區(qū)，通過1∶1.5削坡處理后，穴植兩棲喬木，形成固岸林。

（6）庫灣消漲帶修復(fù)：深圳地區(qū)各類水庫庫灣均分布有灘涂濕地，地形開闊，水流沖刷力小，一般在主要庫灣消漲帶（坡度≤5°）地帶形成灘涂濕地。該區(qū)域?yàn)榱饔騾R水入庫通道，上游面源污染、泥砂等主要從此區(qū)域入庫，因此，需進(jìn)行攔截、過濾。采用“生態(tài)溢流堰＋兩棲喬木緩沖帶＋水生植物過濾帶”修復(fù)模式。可通過在庫灣出口設(shè)置生態(tài)溢流堰，在內(nèi)部布置兩棲植物緩沖帶、水生植物過濾帶，發(fā)揮防止污染、修復(fù)水土生態(tài)的效果。

3.5 修復(fù)效益分析

水庫消落帶屬典型的生態(tài)過渡帶，通過“工程措施＋生物措施”并舉的技術(shù)體系，可有效實(shí)現(xiàn)消漲帶區(qū)域植被復(fù)綠、修復(fù)水土生態(tài)系統(tǒng)。消落帶植被具有過濾泥沙和面源污染物、保持水土、穩(wěn)定庫岸、保護(hù)水質(zhì)和生物多樣性等多種重要的生態(tài)功能，并具有一定的景觀美學(xué)功能；在保障城市生態(tài)安全方面也占有重要地位；在防止水土流失、預(yù)防和減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、改善城市生態(tài)環(huán)境、提升城市形象等方面具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。

（1）修復(fù)庫岸生物多樣性：緩坡、陡坡、崩塌、庫灣4類消漲帶區(qū)域，只要實(shí)現(xiàn)兩棲植物的成活率，營(yíng)造出穩(wěn)定、長(zhǎng)效的庫岸水土生態(tài)環(huán)境，則庫岸整體生態(tài)系統(tǒng)將逐步得到構(gòu)建；同時(shí)，庫岸生物、微生物數(shù)量及種類將得到明顯增加，生物多樣性得到保護(hù)和重建［9］。本文選用的工程輔助措施均為生態(tài)型材料，木排樁、自鎖預(yù)制塊、生態(tài)袋等材料，可為消漲帶岸坡植被生長(zhǎng)提供穩(wěn)定的土壤環(huán)境保障，為水陸交錯(cuò)帶動(dòng)物、微生物提供通達(dá)的生存環(huán)境和生態(tài)廊道。

（2）保護(hù)庫岸水土生態(tài)：通過人工干預(yù)措施，采取水平階、木排樁、自鎖預(yù)制塊、生態(tài)袋及營(yíng)造兩棲植物護(hù)岸林等措施，大大削弱了水庫水位頻變對(duì)庫岸的沖刷力，防止了庫岸土壤侵蝕。消漲帶植物的根系滲入土層可以增大庫岸的切向力，減小塊體運(yùn)動(dòng)，從而防止水土流失，抵御泥沙侵蝕。

（3）防治面源污染、改善水質(zhì)：采用的緩坡、陡坡、崩塌類消漲帶修復(fù)技術(shù)，可發(fā)揮對(duì)岸坡水土流失的有效控制，減少庫岸侵蝕造成水庫的淤積；而庫灣消漲帶所采用的植物緩沖帶、植物過濾帶及生態(tài)溢流堰修復(fù)模式，是對(duì)水庫主要面源污染入庫通道的控制，將通過庫灣溝道而入庫的污染物（肥料、泥沙、雜物等）進(jìn)行入庫前攔截、過濾，明顯降低了水庫流域范圍污染物的控制，保障了水庫飲用水水質(zhì)。

（4）改善庫岸小氣候：經(jīng)人工干預(yù)修復(fù)水庫消漲帶水土生態(tài)后，由于植被的覆蓋而減弱了地表溫度變化，降低了土壤溫度、減少了土壤水分蒸發(fā)及庫岸水體的蒸發(fā)；同時(shí)，種植的兩棲植被根系深入土壤，活化了土壤理化性質(zhì)，豐富了庫岸生物活動(dòng)，可以改變局部小環(huán)境，改善庫區(qū)小氣候。

（5）修復(fù)庫岸景觀影響度：可保證水庫每年運(yùn)行期間，大部分時(shí)段岸坡處于植被覆蓋狀態(tài)，從而明顯提高了水庫岸坡的景觀度。

4 結(jié)論與討論

水庫消漲帶水土生態(tài)的修復(fù)是一項(xiàng)系統(tǒng)復(fù)雜的研究課題，涉及到水土保持學(xué)、植物學(xué)、水利工程學(xué)、生態(tài)工程學(xué)等多門學(xué)科，若要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣實(shí)施，需開展更加深入的研究、觀測(cè)及試驗(yàn)。本次研究是基于對(duì)深圳地區(qū)水庫消漲帶的認(rèn)識(shí)，因地制宜、因害設(shè)防地進(jìn)行了技術(shù)體系研究，其中諸多問題（如水庫運(yùn)行期水位變幅規(guī)律、水生植物抗性、庫岸整地可行性和整地后的抗侵蝕能力等問題）還需進(jìn)一步論證。但是，筆者認(rèn)為開展水庫消漲帶水土生態(tài)修復(fù)的根本點(diǎn)是明確的，即為：營(yíng)造穩(wěn)定的植物生長(zhǎng)土壤環(huán)境、選擇適生的兩棲植物品種。因此，采用人工輔助措施整地，營(yíng)造改善庫岸土壤環(huán)境，選用耐淹、抗旱、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)的兩棲植物品種，是能否成功開展消漲帶水土生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵。這就需要我們開展大量的針對(duì)不同區(qū)域、不同消漲帶類型的各類工程輔助材料應(yīng)用、兩棲植物品種的試種研究，從而篩選出目前最為科學(xué)、生態(tài)、長(zhǎng)效的修復(fù)技術(shù)模式。未來，伴隨國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略的逐步推進(jìn)和大力投入，相信會(huì)有越來越多的高新生態(tài)技術(shù)方法、材料等在水庫消漲帶水土生態(tài)修復(fù)中得到推廣應(yīng)用；同時(shí)，也應(yīng)借鑒國(guó)外關(guān)于此領(lǐng)域的先進(jìn)修復(fù)技術(shù)、理念，從而最終實(shí)現(xiàn)水庫消漲帶修復(fù)技術(shù)難題的解決，使各類水庫庫區(qū)消漲帶的生態(tài)服務(wù)功能、生態(tài)景觀功能得到完全的修復(fù)。

［1］ 張建春，彭補(bǔ)拙.河岸帶研究及其退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23（1）：56－63.

［2］ Whigham D F.Ecological issues related to wetland preservation，restoration，creation and assessment［J］.Science of the Total Environment，1999，240（1）：31－40.

［3］ 黃川，謝紅勇，龍良碧.三峽湖岸消落帶生態(tài)系統(tǒng)重建模式的研究［J］.重慶教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，16（3）：63－66.

［4］ 方華，陳天富，林建平，等.李氏禾的水土保持特性及其在新豐江水庫消漲帶的應(yīng)用［J］.熱帶地理，2003，23（3）：214－217.

［5］ 莫熙穆，80.榕屬的一種（湖榕）能忍耐長(zhǎng)期洪澇和干旱可能是生態(tài)兩棲植物［C］∥全球氣候變化和生物多樣性國(guó)際會(huì)議論文集.1996：79－80.

［6］ 汪松年.水生態(tài)修復(fù)的理論與實(shí)踐（上）［J］.上海建設(shè)科技，2006（2）：20－22.

［7］ 林木隆，李向陽，楊明海.珠江流域河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系初探［J］.人民珠江，2006，27（4）：1.

［8］ 康志，楊丹菁，靖元孝.水庫庫岸消漲帶植被恢復(fù)研究［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2007（10）：22－25.

［9］ 中國(guó)的生物多樣性：現(xiàn)狀及其保護(hù)對(duì)策［M］.北京：科學(xué)出版社，1993.