水利工程建設中生物量的變化及其環境影響

王繹思,丁 俊,張 良,周建蘭

(湖北省水利水電規劃勘測設計院，湖北 武漢 430064)

水利水電工程建設用地一般指修建水利工程設施占用和影響的土地，例如堤防堤身占壓、開渠挖道、水庫大壩修建及蓄水淹沒區域等。本文涉及的工程建設用地指對原有堤防加高培厚后堤身新增的占地部分。陸地生態系統生物量測定，則指一定地段面積內某個時期生存著的活有機體的數量。

當水利工程建設完成時，區域內土地的利用方式由農業耕地轉變為建設用地，其景觀的組成與結構、陸生生態環境與生物量都發生了相應的變化。目前，已有水利工程建設對陸生生態環境影響的相關研究[1- 4]，本文從工程建設前后不同土地類別地表生物量變化的角度預測和表征建設項目對當地生態的影響，并探討土地類別改變后對當地帶來的生態效應。深入了解工程區域陸生生態環境的影響程度，對于制訂建設區的生態環境保護措施有著十分重要的指導意義。

相關文獻表明，生物量的測定與生物群落類型有關，不同土地類別、不同生物群落的生物量有著明顯的差異。以不同群落[5- 7]的尺度來測定生物量已經形成了一套較為成熟的研究方法，特別是對植物群落生物量的研究已有大量的報道。受條件所限，本文重點探討主要陸生植物群落的生物量變化對當地陸生生態的影響。

1 工程介紹與分析方法

1.1 工程背景介紹

湖北省洪湖東分塊蓄滯洪區蓄洪工程東荊河堤防加固工程設計范圍為東荊河右堤的部分堤段，長42.236km。為考察工程占地對陸生生態的影響，本文選取樁號為25+550至28+500全長2.95km的堤段作為典型斷面研究，并以堤角線向外擴100m的土地面積定為此次分析影響的范圍。本文重點分析工程完成后對范圍內陸生生態生物量的影響情況，找出影響生態環境的重要因子，同時提出相應的修復措施。工程占用土地類別面積情況見表1。

1.2 陸生生態生物量分析方法

參考吳進[8]等的研究成果，根據不同土地類別的生態結構組成特點確定其優勢種群，并作為測定生物量的主要依據。

研究表明[9]，旱地地表生物量的23.74%是由小麥產量組成，查閱相關資料表明當地小麥畝產值約197kg，據此可推算出當地旱地生物量；水田的地表生物量采用全收割法，借鑒相關文獻[10]，可推算濕灌方式下水稻生物量；本次涉及林地多以護堤林為主，根據相關研究南方楊樹各組分生物量的報道[11]可知林地總生物量；草地生物量參考湖北省草地生物量統計資料[12]；坑塘及住宅用地不計陸生生物量；水利建設用地考慮堤防草地護坡，按草地生物量取系數折算。不同土地類別生物量統計見表2。

表1 工程占用土地類別、面積情況

表2 不同土地類別生物量統計

2 工程對陸生生態環境影響預測與分析

2.1 工程區生態體系分析

景觀生態學法是通過研究某一區域、一定時段內的生態系統類群的格局、特點、綜合資源狀況等自然規律，以及人為干預下的演替趨勢，并揭示人類活動在改變生物與環境方面作用的方法[13]。景觀生態學認為景觀由斑塊、基質和廊道組成，其中基質是景觀的背景地塊，是景觀中一種可以控制環境質量的組分。判定基質有三個標準，即相對面積大、聯通程度高、有動態控制功能。

工程完工后，調查范圍內的土地類別面積變化情況如圖1所示。由圖1可知，工程建設前旱地面積所占相對面積較大，約為54.56%，為調查區域內的主要生態組成，借鑒景觀生態學的研究方法，可以認為旱地為研究范圍內的基質。工程完工后，旱地面積占45.82%，仍是研究范圍內相對面積較大的組分。因此，工程的建設對區域內景觀生態組成并沒有產生本質的改變，區域基質依然是耕地，工程對區域自然體系異質化程度和阻抗能力影響總體較小。

圖1 工程建設前后土地面積比重

研究范圍內，除旱地所占比例下降較大外，林地所占比例由9.16%降為4.59%，水利建設用地所占比例由12.56%上升到29.24%。由此可知，工程占用地類主要以旱地、林地為主，施工完成后原耕地與林地轉為水利建設用地。工程占地將使得該區域植被占壓，生物個體部分損毀。根據現場調查，工程占壓的大多數為護堤林，主要以楊林和旱柳林為主，林中群落組成簡單，均為當地常見種類，此類物種在評價區周圍的其他區域有廣泛的分布。因此，本工程建設不會造成植物種類的消失。

2.2 工程區總生物量分析

工程完成前后不同土地類別總生物量變化情況見表3。從表3可知，草地以及水利建設用地在研究范圍內所占的總生物量比重較小。同時，由于工程所占水田面積很小，故工程建設前后水田的總生物量變化不大。因此，水田、草地和水利建設用地不是本次研究范圍內影響生物量變化的重要因子。

工程建設前后總生物量變化情況如圖2所示，由圖2可知，范圍內林地總生物量由525.66t下降為262.24t，下降率為49.89%；旱地總生物量由263.57t下降為221.33t，下降率為16.03%。結合數據具體分析說明，林地的占用對范圍內的生態變化有顯著影響，是本次研究范圍內制約陸生生態生物量的重要影響因子。因此，通過補充林地面積可以一定程度上補償工程建設占地對當地陸生生物量的影響，同時起到還原生態水平的作用。

表3 不同土地類別總生物量統計

圖2 工程建設前后總生物量變化情況

2.3 工程區陸生生物量補償措施

本次堤防建設完工后，總計損失生物量299.53t，其中林地的損失生物量占262.23t，為了減緩工程建設對當地陸生生物量的影響，考慮補增一定面積的林地來補償當地總生物量的損失，達到工程建設前總生物量水平。

結合堤防建設區的功能需求和水利條件,可以在沿堤角邊水利用地的管理范圍內恢復與重建護林帶，修復因工程占地而導致的總生物量下降，為各種生物提供棲息場所。同時，通過選擇合適的植物種類和物種配置,在有限空間內形成喬、灌、草相結合的立體群落景觀,增加景觀異質性和穩定性[14]。

通過計算表明，工程完工后，在水利建設用地范圍內劃出2.04hm2作為護堤林地開發，增加陸生生物量，達到工程建設前的885.51t，見表4。

表4 總生物量平衡表

3 結論

近年來，我國水利水電工程建設取得了突出成績。然而，隨之而來的生態環境影響也日益明顯。雖然水電開發的景觀生態影響評價引起了越來越多的關注，但如何定量評價環境影響的相關研究卻很少。本文在基于生物量計算[15- 17]和水利工程景觀生態建設[18- 20]已有成果的基礎上，結合不同土地類型所含有不同生物量來定量分析水利建設項目對陸生景觀生態帶來的影響。研究表明：水利工程建設占地對原有景觀基質的影響較小，當地的土地性質仍以農業耕地為主；不同土地類型中林地的減少將顯著影響當地陸生總生物量，同時也是評價生態影響的重要因子；通過在水利建設用地范圍內重建一定面積的護林帶能夠實現對總生物量的補充，減小工程占地后對環境造成的不利影響。