三峽庫(kù)區(qū)消落帶生態(tài)修復(fù)策略研究與實(shí)踐

趙琴 陳教斌

摘要 消落帶因其環(huán)境特殊性所帶來的環(huán)境與生態(tài)問題一直是國(guó)內(nèi)外研究的難題。該研究以三峽庫(kù)區(qū)為例，在分析消落帶的特點(diǎn)和生態(tài)環(huán)境問題的基礎(chǔ)上，綜述了消落帶生態(tài)修復(fù)策略的研究現(xiàn)狀及其實(shí)踐進(jìn)展，并展望了今后三峽庫(kù)區(qū)消落帶的環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)策略研究的方向及重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 三峽庫(kù)區(qū);消落帶;生態(tài)修復(fù)

中圖分類號(hào) X171.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2018）34-0005-03

為了滿足水利工程、防洪發(fā)電和排淤等需求，我國(guó)在全國(guó)各地修建了多處大型水庫(kù)，在水庫(kù)運(yùn)行時(shí)，由于庫(kù)區(qū)水位周期性消漲使得周圍庫(kù)岸在最高和最低水位線之間形成了季節(jié)性淹沒和出露的消落帶[1]。三峽水庫(kù)作為世界上最大的水利樞紐工程，是一處典型的人工消落帶，建成完工后采用“蓄清排濁”的運(yùn)行方案，使得三峽庫(kù)區(qū)每年形成高達(dá)30m高差的消落帶，由此而帶來的一系列環(huán)境和生態(tài)問題日益明顯和突出。

1 三峽庫(kù)區(qū)消落帶的主要特征

1.1 反自然枯洪規(guī)律

三峽工程完全建成后，冬季蓄水發(fā)電，夏季泄水防洪，庫(kù)區(qū)水岸由原來的冬陸夏水變?yōu)槎年懀◣?kù)前后庫(kù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境發(fā)生極大的變化[2]。1.2 消落幅度大 水庫(kù)運(yùn)行以來，夏季的汛期水位降到145 m，冬季蓄水至175 m，每年形成高達(dá)30 m高差的消落帶，給庫(kù)區(qū)植被的生存帶來極大的考驗(yàn) [3]。

1.3 生態(tài)類型復(fù)雜多樣 由于消落帶水位周期性消漲，庫(kù)岸不同高程的消落程度不同，加上土壤基質(zhì)、坡度、濕度等方面的差異以及人類頻繁活動(dòng)的干擾，消落區(qū)域物種關(guān)系和生態(tài)類型復(fù)雜多樣。

2 三峽庫(kù)區(qū)消落帶的生態(tài)問題

2.1 岸邊環(huán)境污染

消落帶是物質(zhì)能量輸送與轉(zhuǎn)化的活躍地帶，庫(kù)岸的生活及工業(yè)垃圾、農(nóng)作物殘留化肥農(nóng)藥等污染物直接進(jìn)入水體，導(dǎo)致水體污染和富營(yíng)養(yǎng)化，加上消落區(qū)域缺乏固有植被的攔截過濾，自凈能力低下，極容易形成岸邊水陸交叉污染帶。

2.2 水土流失、地質(zhì)災(zāi)害

水位的周期性漲落對(duì)庫(kù)岸的侵蝕、沖擊和浪淘極大地破壞了土壤的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，可能引起泥石流、滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，加上雨徑流的沖刷，使得表層土壤水土流失嚴(yán)重。

2.3 生物多樣性降低及生態(tài)系統(tǒng)受損

三峽水庫(kù)運(yùn)行以來，庫(kù)岸原有陸生植被難以適應(yīng)水位消漲的惡劣環(huán)境，逐漸消亡或變異，生物多樣性降低，同時(shí)生態(tài)系統(tǒng)類型減少，結(jié)構(gòu)脆弱、功能退化。

2.4 疾病隱患

岸邊水陸交叉污染帶容易滋生各種病菌和病原體，加上消落區(qū)域泥沙淤積，使得病菌難以擴(kuò)散，容易誘發(fā)各類流行疾病，危害動(dòng)植物的健康和生長(zhǎng)。

3 生態(tài)修復(fù)策略研究與實(shí)踐

針對(duì)庫(kù)區(qū)消落帶所引發(fā)的一系列環(huán)境生態(tài)問題，大量專家和學(xué)者對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶的環(huán)境治理以及生態(tài)修復(fù)進(jìn)行研究和實(shí)踐嘗試。植被作為生態(tài)功能的主體，在消落帶生態(tài)修復(fù)中至關(guān)重要，目前消落帶生態(tài)修復(fù)的問題主要是在兩個(gè)方面：一是適合消落環(huán)境植被篩選; 二是提供適應(yīng)植被生長(zhǎng)的環(huán)境，對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶生態(tài)修復(fù)的研究也大多集中在適合水淹植物物種的篩選以及適宜植物生長(zhǎng)的生境構(gòu)筑兩方面。

3.1 植被篩選研究

植物的篩選是消落帶生態(tài)重建需要解決的關(guān)鍵問題之一，消落帶因其特殊的生態(tài)環(huán)境對(duì)植被的生存有著極高的考驗(yàn)，作為消落帶生態(tài)修復(fù)的物種必須具有好的耐淹性能、發(fā)達(dá)的根系和良好的固土效果以及減污截污的能力。已有許多研究者對(duì)三峽庫(kù)區(qū)消落帶植被的群落結(jié)構(gòu)和耐淹性進(jìn)行了大量調(diào)查研究，開展了消落帶適生植物的篩選，并通過大量淹水模擬試驗(yàn)對(duì)植物的耐淹耐旱程度進(jìn)行了測(cè)試，初步研究成果表明：池杉、落羽杉、水松、楓楊、秋華柳、南川柳、地果、新銀合歡、水紫樹、桑樹、疏花水柏枝、枸杞等木本植物，狗牙根、牛鞭草、喜旱蓮子草、香附子、蘆葦、虉草、雙穗雀稗、羊茅、香根草、鋪地黍、菖蒲、水蓼等草本植物能耐一定程度水淹，可以考慮列為消落帶植被恢復(fù)物種[4] 。

其中池杉、水松和落羽杉在生理學(xué)上具有喜水和耐水淹的特征，適宜栽植在水分飽和的土壤環(huán)境中[5-6]。秋華柳和地果的淹水試驗(yàn)表明，在淹水深度為5 m和10 m時(shí)，二者的植株露水后均可以恢復(fù)正常生長(zhǎng)，在淹水深度為15 m、20 m和25 m時(shí)，植株出水后難以恢復(fù)正常生長(zhǎng)[7]。桑樹能夠較強(qiáng)適應(yīng)干旱和水淹交替的環(huán)境[8]。在短期全淹和半淹環(huán)境下，枸杞均表現(xiàn)出一定程度的耐受性[9]。楓楊在淹水試驗(yàn)過程中，其葉片的各項(xiàng)生理指標(biāo)均表現(xiàn)出多種積極的適應(yīng)性特征;對(duì)疏花水柏枝的生理生化特性研究表明，它是一種對(duì)水淹和干旱適應(yīng)能力較強(qiáng)的物種[10]。新銀合歡幼苗適宜于土壤水分飽和或偏干旱環(huán)境下生長(zhǎng)[11]。

值得注意的是，雖然不同消落地區(qū)由于淹水強(qiáng)度帶來的環(huán)境梯度效應(yīng)基本一致，但原生植被的種類組成、地形、人為干擾強(qiáng)度及土地利用方式并不完全相同，土壤基質(zhì)和消落程度的差異，適合消落帶生態(tài)恢復(fù)的植被結(jié)構(gòu)并沒有統(tǒng)一的模式，必須因地適宜，根據(jù)不同消落區(qū)域的特殊情況選擇適合生態(tài)修復(fù)的植被結(jié)構(gòu)。

3.2 植被生境構(gòu)筑的研究 庫(kù)區(qū)水位周期性消漲過程中，水體對(duì)庫(kù)岸的長(zhǎng)期沖刷、侵蝕和浪淘使得土壤結(jié)構(gòu)被破壞，植被生長(zhǎng)基質(zhì)極不穩(wěn)定，植被難以扎根生存。因此，如何通過一定的工程輔助措施來構(gòu)筑適合植被修復(fù)重建的生長(zhǎng)環(huán)境十分重要。學(xué)者們對(duì)于適宜植物生長(zhǎng)的生境構(gòu)筑的研究大致可以歸納為對(duì)駁岸土壤基質(zhì)進(jìn)行加固的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)研究，以及對(duì)駁岸進(jìn)行形態(tài)上的改造使其適應(yīng)水位消長(zhǎng)的水位變動(dòng)適應(yīng)性的策略研究。

3.2.1 生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的研究與實(shí)踐。

（1）噴射綠化護(hù)坡技術(shù)。國(guó)內(nèi)的噴射護(hù)坡綠化技術(shù)運(yùn)用最廣的主要有兩種，由三峽大學(xué)開發(fā)的植被混凝土護(hù)坡綠化技術(shù)[12]和由西南交通大學(xué)開發(fā)的厚層基材護(hù)坡綠化技術(shù)[13]。二者的基本思路都是將有強(qiáng)度的混凝土材料和植被這兩者的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，將植物種子和水泥、泥土、有機(jī)肥、保水劑、黏合劑、消毒劑等材料相混合，結(jié)合網(wǎng)和錨桿等支撐材料，在邊坡巖土上噴射形成植物的生長(zhǎng)層。這兩種技術(shù)主要區(qū)別是所用黏合劑、有機(jī)質(zhì)的類型和比例不同，所形成生長(zhǎng)層的pH、抗侵蝕性能和強(qiáng)度等方面有一些區(qū)別，應(yīng)結(jié)合不同消落區(qū)域的土壤情況選擇性應(yīng)用。裴得道等[14]

模擬了涌浪環(huán)境對(duì)30°和45°消落帶邊坡植被混凝土的侵蝕過程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，植被混凝土生態(tài)護(hù)坡技術(shù)能夠很大地增強(qiáng)邊坡的抗侵蝕能力

。孫超等[15]在植被混凝土生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出適用于50°以下坡度護(hù)坡的防沖刷基材生態(tài)護(hù)坡技術(shù)（PEB），通過在河南燕山水庫(kù)巖石岸坡上展開的實(shí)踐表明，該技術(shù)具有良好的抗沖刷和使生態(tài)受損的巖石邊坡較快恢復(fù)的性能，與植被混凝土生態(tài)護(hù)坡技術(shù)相比具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在類似邊坡的處理上可以廣泛應(yīng)用。

（2）混凝土構(gòu)件護(hù)坡技術(shù)。 鮑玉海等[16]先后提出了自鎖定消浪植生型生態(tài)護(hù)坡技術(shù)和串珠式柔性護(hù)岸技術(shù)。二者的原理都是通過一種自鎖定植生型生態(tài)護(hù)坡構(gòu)件相互串聯(lián)形成柔性護(hù)坡結(jié)構(gòu)，無需砂漿砼施工，僅依靠鋼筋相互串聯(lián)和構(gòu)件體自嵌銜接，鉸鏈?zhǔn)降馗采w在消落帶坡面，在磚體種植穴中種植狗牙根、桑樹、牛鞭草、香根草等耐水淹植被，在消落區(qū)域形成連續(xù)的護(hù)坡緩沖帶，減緩水位消漲對(duì)土壤沖擊和浪蝕。相比之下，串珠式柔性護(hù)岸技術(shù)采用更加靈活的設(shè)計(jì)，能夠克服單個(gè)構(gòu)件體積太大、重量太重的缺點(diǎn)，更加便于材料的運(yùn)輸與施工[17]。

（3）香根草雙層加筋復(fù)合植被柔性板塊技術(shù)。香根草雙層加筋復(fù)合植被柔性板塊技術(shù)的基本原理是通過對(duì)植物群落進(jìn)行加筋處理，使其莖部與根部相互連鎖產(chǎn)生生物錨固作用，形成雙層網(wǎng)狀立體防護(hù)柔性板塊結(jié)構(gòu)，有效防止水流對(duì)庫(kù)岸的浸蝕與沖刷破壞，在三峽庫(kù)區(qū)長(zhǎng)江北岸秭歸縣香溪河口的消落帶生態(tài)防護(hù)的試驗(yàn)區(qū)，對(duì)香根草雙層加筋復(fù)合植被柔性板塊技術(shù)展開了應(yīng)用并取得良好的效果[18]。

3.2.2 水位變動(dòng)適應(yīng)性策略研究。??? 在坡面地勢(shì)較陡以及對(duì)于坡面地形比較復(fù)雜的地段，由于長(zhǎng)期的涌浪沖刷，土壤流失嚴(yán)重，大量巖石裸露在外，普通固土護(hù)坡技術(shù)在此難以發(fā)揮作用，便可采取一定的水位變動(dòng)適應(yīng)性策略盡可能在消落區(qū)域蓄水，為植被提供穩(wěn)定的水環(huán)境，使植被能夠更好地適應(yīng)水位變動(dòng)，在高水位和低水位時(shí)均能夠保持正常生長(zhǎng)。

（1）燕窩植生穴。吳江濤等[19]在湖北清江隔河巖庫(kù)區(qū)消落帶生態(tài)恢復(fù)實(shí)踐中，構(gòu)造燕窩植生穴用以種植耐水淹陸生灌木和挺水植物，并取得了良好的效果。

（2）分層蓄水策略。劉平等[20]在太極湖濕地公園設(shè)計(jì)策略中提出了利用梯田式矮壩、反坡梯田、魚鱗坑進(jìn)行分層蓄水的策略，根據(jù)場(chǎng)地高程確定修筑高度2 m的小型壩體，以達(dá)到分層蓄水的目標(biāo)。該策略的提出為消落帶生態(tài)修復(fù)策略提供了新的思路。

（3）基塘系統(tǒng)。澎溪河濕地自然保護(hù)區(qū)的實(shí)驗(yàn)區(qū)的生態(tài)恢復(fù)中運(yùn)用了多功能基塘系統(tǒng)，經(jīng)過多年的淹沒考驗(yàn)，如今基塘結(jié)構(gòu)依舊穩(wěn)定，植物生長(zhǎng)情況良好，系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能高效，生態(tài)效益良好[21]。在三峽水庫(kù)消落帶實(shí)施的多功能基塘是應(yīng)對(duì)季節(jié)性水位變化的一項(xiàng)生態(tài)工程嘗試，它為消落帶生態(tài)修復(fù)提供新途徑的同時(shí)，也強(qiáng)調(diào)了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的整體性優(yōu)化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能持續(xù)性提升的思想。

（4）九宮格綠化種植盤技術(shù)。王加權(quán)等[22]針對(duì)濱河消落帶綠化，提出創(chuàng)新型九宮格綠化種植盤技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于水可以通過種植盤的圓柱形底盤形成物理繞流，使得種植盤能在水面漂浮并保持相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)陸生植物向水面移植，減小水體消落對(duì)植被種類的限制，給三峽庫(kù)區(qū)消落帶的生態(tài)修復(fù)提供了新的思路和途徑。

4 展望

消落帶的環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)是一項(xiàng)系統(tǒng)而又復(fù)雜的工作，如何在保障河岸安全性與泄洪需求的前提下，盡可能增強(qiáng)河岸的滲透性，構(gòu)建穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)消落帶的自我調(diào)節(jié)和修復(fù)，還需要研究者們長(zhǎng)期的探索和實(shí)踐。

4.1 深入消落帶適生植物篩選的研究

研究者已經(jīng)通過消落帶植物普查、基地種植實(shí)驗(yàn)、淹沒模擬實(shí)驗(yàn)等方法對(duì)適合消落帶植被恢復(fù)的植物進(jìn)行篩選并取得了一定的成果，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入對(duì)消落帶適生植物篩選的研究仍是消落帶生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)。

4.2 加強(qiáng)工程輔助措施技術(shù)的研究

由于消落帶駁岸基質(zhì)的不穩(wěn)定性，工程輔助護(hù)岸措施尤為重要，雖然已有大量學(xué)者和專家們提出各種工程輔助措施，但均對(duì)駁岸有一定的坡度限制以及僅停留在輔助草本植物和低矮灌木扎根生存，能夠不受坡度限制，與喬木相結(jié)合的創(chuàng)新型工程輔助措施仍有待進(jìn)一步研究。

4.3 因地制宜，分類治理

消落帶類型多種多樣，不同消落區(qū)域由于坡度、濕度、土壤類型、消落程度的區(qū)別而千差萬別，同一區(qū)段不同高程的水淹環(huán)境和土壤基質(zhì)也有一定區(qū)別，因此消落帶的治理沒有固定的模式，必須因地制宜，分類治理方能取得良好效果。

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