三峽重慶庫區城鎮消落帶植被生態修復示范探析

黃祁聰，周 坤，羅 睿，先旭東，

(1.重慶現代建筑產業發展研究院，重慶 401120；2.重慶市園林技工學校，重慶 400014)

1 引言

消落帶是指因季節性水位漲落而使水庫高低水位之間周期性出露的特殊區域[1]，屬典型的生態過渡帶，消落帶植被具有過濾泥沙和營養物質、保持水土、穩定河岸系統、保護生物多樣性等多種生態功能，并兼具景觀美學功能[2,3]。自2010年10月26日三峽水庫正式蓄水至175 m后，在長江兩岸形成垂直落差約30 m(145～175 m)的永久消落帶。三峽重慶庫區城鎮消落帶主要分布于重慶主城區、萬州、忠縣、巫山、奉節、云陽等22個區(縣)，面積約52 km2，占整個庫區消落帶總面積的15%[4]。受水文周期性節律變化、產業活動等影響，消落帶面臨生態系統功能退化、物種多樣性降低、生態環境惡化、自然災害頻發和景觀破碎化等系列生態問題。三峽庫區消落帶生態治理亦成為世界級難題，相關研究陸續展開。主要有從植物區系[5]、植被狀況[6]、群落數量[7]、室內水淹模擬植物生理生態[8～10]等角度篩選適生植物種類，從物種組成、群落結構及分布格局等方面來分析水庫蓄水對消落帶植被的影響[11～13],在重慶主城嘉陵江石門段[14]、長江江北嘴段[15]和九龍外灘段[16]等區域開展生態修復示范等。位于庫尾的重慶主城消落帶面臨著冬季深水淹沒和夏季汛期頻繁的含沙量洪水淹沒雙重影響，給生態修復示范帶來嚴峻挑戰。因此，開展重慶主城區長江消落帶生態修復工程具有重要示范意義。本文以重慶主城區長江朝天門大橋段消落帶為例，選擇適生植物種類和實用工程措施，構建植物群落，開展朝天門大橋段1.05 hm2消落帶研究示范實踐，從植物種類組成、群落組成和多樣性指數等指標綜合評估階段性試驗成效，總結城鎮濱江消落帶的生態修復方法和技術，以期為具有季節性水位變化的城市濱江消落帶生態修復提供參考。

2 修復區域概況

項目修復區位于長江干流北岸、江北區北濱二路南側朝天門大橋下，地理坐標E 106.5764 ，N 29.5832。長210 m，均寬51 m，面積約1.05 hm2。消落帶174～176 m較平坦，有大量修建濱江路棄石；中下部坡度20°～25°，屬于淺丘陵型消落帶，東側基質以壤土+塊石為主，西側為回水灣區，基質為沙土+礫石，且有漁船和大型躉船停靠。原生植被以狗牙根(Cynodondactylon)、棒頭草(Polypogonfugax)為主，有零星叢狀野青茅(Deyeuxiaarundinacea)、甜根子草(Saccharumspontaneum)，植被蓋度約20%。項目區每年面臨秋冬季長達5個月深水和夏季汛期20 m深度頻繁淹沒，以及躉船涌浪影響，水土流失嚴重，物種多樣性低，景觀效果差。

3 項目生態修復設計

3.1 設計思路

消落帶生態修復設計思路主要是根據項目區不同海拔高程水位變化和淹沒梯度，選擇適生植物種類，科學構建植物群落，并輔以實用工程措施，逐步恢復消落帶生態系統結構和功能。

3.2 植物選擇

遵循適地適樹原則，選擇能適應主城消落帶嚴酷生境條件生長的、保持水土能力較高、生長較快、耐水淹能力強兼具一定景觀觀賞價值的植物運用于項目區植被修復。主要有喬木南川柳(Salixrosthornii)、楓楊(Pterocaryastenoptera)，灌木秋華柳(Salixvariegate)、中華蚊母(Distyliumchinense)，草本卡開蘆(Phragmiteskarka)、甜根子草、野青茅、狗牙根、扁穗牛鞭草(Hemarthriacompressa)和塊莖苔草(Carexthomsonii)等10種。

3.3 植物配置

遵循三峽水庫水位調節運行規律，按海拔高程分段進行植物群落配置。165 m以下高程，全年淹沒時間長7～8月，混合栽植低矮草本植物狗牙根、扁穗牛鞭草、塊莖苔草等，礫石生境以塊莖苔草、狗牙根為主；壤土生境以扁穗牛鞭草為主，沙土生境以狗牙根為主；在165～170 m高程，團狀栽植秋華柳、卡開蘆、甜根子草等，混栽扁穗牛鞭草、野青茅等；在170～176 m高程，團狀栽植中華蚊母、甜根子草等，且在175～176 m高程以品字形栽植2排楓楊和南川柳。

3.4 實用工程

消落帶水位變化頻繁，不同于常規市政園林綠化，植株經常受到洪水沖刷，甚至被沖走，嚴重影響其成活率。因此，考慮江水流速快、土壤扎根難、淹沒時間較長的實際情況，需要針對不同植物類型，采取相應工程措施固定植株，提高其留存率和成活率。栽植灌木或高草時，在種植坑四周用8～10 cm的石塊(去棱角)或卵石固定土球后，再填種植土，搗實；或直接在栽植的小苗灌木和草本根基地表壓卵石或石塊固土；喬木可采用三角樁輔助固定。在西側回水區，沿江迎水面設置石籠或圍堰，減緩水流沖擊；在水位變化頻繁的172 m高程，設置“W”字形種植槽形成小區域的“回水”，沉積淤泥，逐步改善土壤肥力條件。

4 修復效果評估

4.1 調查及統計方法

項目于2015年5月建設完成。在項目建設前2014年4月、建設后一年即2016年6月和建設后5年暨2020年6月，對項目生態修復區開展定量調查。植物群落調查采用樣方法[14]。按高程將消落帶生態修復示范區劃分為3個梯度帶，即下部(165 m以下)、中部(165～170 m)和上部(170～176 m)。在每個梯度帶內，順河水流向每隔30 m設定一個樣方，設5個，共計15個。其中喬木樣方面積為10 m×10 m，灌木或高草樣方面積5 m×5 m，草本樣方面積1 m×1 m。調查記錄樣方內植物種類、優勢種和植物株高、株數、基徑、冠幅等，并記錄樣方外伴生植物。以重要值數據為基礎進行植物群落的組成分析，選取Patrick豐富度指數R、Shannon-Wiener指數H和Pielou均勻度指數J描述植物群落結構特征。

4.2 修復效果評價

4.2.1 物種組成

朝天門大橋段消落帶生態修復區不同時期各高程植物種數變化見表1。植被生態修復前(2014年4月)，朝天門大橋段消落帶在三峽大壩水庫春季泄庫后自然恢復了1個月，沉積在泥土中的植物種子開始大量萌發生長，植物種類較豐富，約有26種，主要是棒頭草、水苦荬(Veronicaundulata)、土荊芥(Dysphaniaambrosioides)等一年生草本植物。植被生態修復初期(2015年6月)，除生態修復人工栽植了南川柳、楓楊、中華蚊母、卡開蘆等植物外，沉積泥沙中草本植物大量萌發，因而植物種類最多，高達43種。經歷5次夏季汛期和冬季蓄水完整淹水周期后(2020年6月)，項目區植物種數高達36種，其中165 m以下物種數較多，中上部隨著卡開蘆、甜根子草等高草的生長，許多一年生草本植物生態位被侵占，種子或未獲得足夠萌發條件，或種子萌發后面獲取生長資源有限而死亡。

表1 朝天門大橋段消落帶示范區不同時期植物種數

4.2.2 植物群落結構分析

植被生態修復前(2014年4月)，朝天門大橋段消落帶植被主要是由棒頭草、水苦荬、革命草等構成的一年生草本植物群落，其重要值分別為0.1131、0.1125和0.0522。植被生態修復一年后(2015年6月)，修復區植被初步形成以南川柳、卡開蘆、甜根子草、狗牙根等為主的復合群落。進行植被生態修復五年后(2020年6月)，在165 m以下高程形成以狗牙根、卡開蘆等多年生草本為建群種的植物群落，其重要值分別為0.2920和0.1343；在165～170 m高程形成卡開蘆-狗牙根+扁穗牛鞭草+野青茅群落，其重要值分別為0.2687、0.1529、0.1297和0.1356，點綴的南川柳生長勢亦較好；170 m以上高程形成南川柳+楓楊-甜根子草+卡開蘆-扁穗牛鞭草復層群落，其重要值分別為0.2527、0.4288、0.4543、0.2239和0.4346(表2)。

表2 朝天門大橋段消落帶生態修復區不同時期植物重要值

4.2.3 植物多樣性指數

朝天門大橋段消落帶進行植被生態修復后，在經歷了冬季庫區蓄水和夏季汛期水淹完整水文過程，165 m以下、165～170 m和170 m以上各高程Shannon-Wiener多樣性指數和Pielou均勻度指數變化如表3。165 m以下高程多樣性指數H和均勻度指數J變化差異不顯著，均呈降低-增大變化趨勢；165～170 m高程帶多樣性指數H和均勻度指數J變化差異顯著(P<0.05)，均呈增大-降低-增大趨勢；而170 m以上高程帶多樣性指數H和均勻度指數J均呈增大趨勢變化，但變化差異不顯著。通過Shannon-Wiener多樣性指數和Pielou均勻度指數分析表明，植被生態修復后，項目區內植物多樣性增加，人工栽植的南川柳、卡開蘆、甜根子草、野青茅等5種植物逐步占據優勢地位，其個體數量分布趨于均勻，以其為優勢種構建的植物群落結構逐步趨于穩定。

表3 朝天門大橋段消落帶生態修復區不同時期植物

5 結語

消落帶生態修復是一個系統性、長期性的工程，重在構建具有自穩定維持機制的生物群落，逐步恢復生態系統結構和功能，核心在于適生植物種類的篩選，成敗取決于栽植植物的保存率和成活率。本項目針對三峽重慶庫區城鎮消落帶開展實證性生態修復研究，檢驗研究成果技術方法的可行性。設計修復后的消落帶項目區能夠適應復雜水文變化的逆境脅迫，有效恢復消落帶植被，改善生態環境和區域景觀。研究區域是長江上游山地城市濱江消落帶的典型區域，修復示范對整個長江上游江岸生態修復與景觀綜合整治具有普遍適用性，為具有季節性水位變化的城市濱江消落帶生態修復提供參考。