干熱河谷地區生態障礙分析與對策

廖勇 張新 張雪楊 黃斌 田紅衛 張曉皓

摘要：干熱河谷地區山高坡陡，原生植被稀疏，土壤貧瘠，常年高溫，年均降水量少但容易發生短期暴雨，生態環境較惡劣，生態恢復極其困難，需要開展有關生態恢復的專項研究。選取金沙江上游干熱河谷地區開展研究，在分析其生態障礙的基礎上，

提出了立地（土壤）條件改良、引種問題、消落帶邊坡防護等對策，

構建了綜合評價消落帶的邊坡穩定性及其水土流失情況、生態恢復效益的指標體系。

關 鍵 詞：

干熱河谷； 生態障礙; 生態恢復； 金沙江上游

中圖法分類號： TV212.5

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.S2.030

0 引 言

干熱河谷地區存在長期高溫、降水較少、降雨集中于雨季、季節性干旱、原有生態系統發生退化、植被覆蓋率較低、植被存活率較低、植被生長演替較困難、短期極端災害頻發、水土流失較嚴重及表土資源較貧瘠等生態障礙。以往研究主要針對其中下游的生態恢復，采取“遴選適宜的、較耐旱的植被品種，通過現場小試調整植被恢復技術、確定植被恢復及土壤改良方案，逐步恢復項目區范圍尤其是臨河高陡邊坡的植被”這一思路恢復當地的生態環境［1-3］。但是，上述措施通常時效性短，且不能從根本上恢復項目區的生態環境。若想徹底改良當地的生態環境，建設成本將十分高昂，因此很難實施［4-5］。旭龍水電站位于川滇兩省交界的金沙江干流上游干熱河谷地區，與該流域中下游干熱河谷地區（半濕潤氣候）相比，該地區的自然環境更為惡劣，具備以下特征：① 降水量更少，長期處于干旱-半干旱狀態，存在土壤干化、高溫焚風等極端現象；② 降雨集中在雨季，容易發生短期暴雨濺蝕；③ 土壤退化嚴重，土壤養分含量偏低，且土壤質地過砂或過黏，水穩性差，難以保水保肥；④ 原有植被及土壤生境已遭受嚴重破壞，難以直接恢復植被。上述情況暫無相似的先例可循，若直接借鑒現有經驗進行生態恢復工程設計，則其有效性值得商榷。

總之，在金沙江上游干熱河谷地區進行生態恢復困難重重且存在相當多的技術空白。因此，有必要開展生態恢復專項調查及研究，根據調研的成果編制生態恢復方案；否則，僅靠常規的水土保持設計將難以控制項目區的水土流失，且極易徹底摧毀原本脆弱的生態環境，引發泥石流、植被永久性萎蔫等災害，威脅施工安全，阻礙項目運行。

本研究采用資料分析、現場調查及遙感法來確定項目區生態障礙；以消除項目區的生態障礙為研究目的，采用類比法及演繹法，逐級推導消除生態障礙的對策，以期為恢復生態惡劣地區的生產建設項目建設用地提供有益參考。

1 研究基礎

1.1 研究區域概況

1.1.1 地形地貌特征

金沙江上游旭龍水電站位于云南省德欽縣與四川省得榮縣交界的金沙江干流上游河段，地處橫斷山脈，呈明顯臺階狀下降，屬高山地貌，地勢總體西北高南東低。項目區河段河勢較順直，河谷為深切峽谷，橫斷面為典型的“V”形谷，河谷兩岸地形對稱性較好，兩側為高聳的山脊，走向與金沙江流向基本一致。

1.1.2 氣象與水文條件

項目區的多年平均氣溫14.5～14.6 ℃，極端高溫36 ℃，極端低溫-18.9 ℃，多年≥10 ℃積溫4 458 ℃，多年平均降水量340.7～383.7 mm，多年平均蒸發量2 431 mm，多年平均日照時數1 943.3 h，多年平均霜日95.7 d，平均風速1.5～2.1 m/s，風向多為西北風。

1.1.3 土壤及植被情況

項目區植被類型多為自然生長的灌林群落或自然草被。沿河谷多分布有低矮荊棘灌叢和少量喬木，山坡上分布有低矮灌叢和草本植物。灌木多為耐旱、多刺、多絨毛和根系發達的灌木，如仙人掌、白刺花、十沉香、小薷等，草本植物有蕓香草、兩頭毛、山地香茶菜等，林草植被覆蓋率為49.9%。

項目區所在縣市的土壤以燥褐土（又稱燥紅土）為主。在自然條件下，其具有明顯的粘化作用和鈣化作用，土壤酸堿性呈中性至堿性，表層厚度多為20～35 cm，腐殖質含量10～30 g/kg，養分含量屬于中等-中等偏上水平［6］。根據NY/T 1634-2008《耕地地力調查與質量評價技術規程》和LY/T 2250-2014《森林土壤調查技術規程》，最終選取21個勘測點。勘測結果如下：土壤類型主要為山地褐土、棕壤、暗棕壤、黃壤、紫色土和沖積土等，肥沃土層相對較薄，土壤有機質含量較低，氮、磷含量不足；部分沖積土土層較厚，可達30～40 cm，但是含有較多砂礫石，可剝離的表土量有限；項目區土壤的有機質含量低于其三級水平，氮、磷含量低于其三級水平，屬于中等-中下等水平。

經綜合考慮，僅可對耕地及園地進行表土剝離，其中，耕地表土層可剝離厚度為30 cm，園地表土層可剝離厚度為20 cm，其養分含量均屬于中等水平。

1.2 研究方法

本研究以烏東德、向家壩水電站的生態恢復經驗為基礎，采用資料分析、現場調查及遙感法來確定項目區內對生態恢復構成障礙的因素（下稱“生態障礙”），并劃定不同生態障礙的主要影響范圍；將水土保持（重點是如何改良立地（土壤）條件）、景觀設計（重點是如何恢復土壤生境）、消落帶防護、泥石流治理及修復效果評估等問題整合為一體，采用類比法及演繹法，逐級推導生態障礙對策。

1.3 其他研究經驗

1.3.1 烏東德水電站的經驗

烏東德水庫呈季調節性，水庫水位在死水位至正常蓄水位即945～975 m之間隨季節變化［7］。因此，根據高程（945～960 m、960～970 m、970～975 m）、坡度（25°以下、25°～40°、40°以上）及土壤（土質型和巖質型）等環境特征條件，將烏東德水庫消落帶分成18類區域，構建了耐淹草本、耐淹灌草、耐淹喬灌草植被恢復模式及保留模式等4種生態恢復模式，并選定了10種植物用于生態恢復。

但是，若僅采用植被恢復措施，無法有效治理不良地質區域，也未考慮立地條件改良（包括表土培肥、土壤熟化、土壤質地改良和土層結構改良等），則難以恢復項目區的生態環境，不利于植被恢復。因此，須考慮補充立地條件改良措施和針對不良地質區域的邊坡防護措施，以提高植被恢復的成功率。

1.3.2 向家壩水電站的經驗

向家壩水電站項目區存在大量的易擾動邊坡，因此首先通過構造生態護坡的方式來恢復項目區生態環境和植被，防治水土流失［8-10］。采集7個樣地的土壤，根據灰色理論建立Logistic預測模型，用土壤微生物含量等指標表征土壤肥力水平，分別評估生態護坡的水土保持效益、生態效益和基材改良效益。結果證明，植被混凝土邊坡的土壤肥力恢復狀況最佳。

但是，生態護坡構造主要依靠砌筑類工程措施，未考慮立地條件改良的問題，且無法排除植物品種、土壤質地、土層結構、坡度等其他因素對土壤肥力恢復過程的影響。因此，上述研究結果是否具有普遍性還有待驗證。

2 生態障礙

2.1 水障礙

（1） 項目區年均降水量僅300～400 mm，集中于雨季（5～9月），容易發生短期暴雨濺蝕。

（2） 冬季至初春時（12月至次年3月），土壤含水率長期低于土壤凋萎濕度（在當地，該值約為9%），該現象被稱為土壤干化，一旦發生，植被將難以從土壤中獲得有效水，植物細胞會遭遇不可逆的損害，極可能導致大面積的植被凋萎。因此，當地生態安全閾值應以土壤凋萎濕度表征［8］。

（3） 其余時間則處于干旱-半干旱狀態，容易發生高溫焚風（背風坡局部區域在夏季白天時最高可達50 ℃），僅靠布置灌溉系統和引水系統難以解決上述問題，而且維護成本很高。

2.2 土壤障礙

（1） 土壤養分普遍不足，其中有機質、堿解氮、有效磷的含量均偏少，僅速效鉀的含量較多；表土層的厚度相對偏低，多為10～25 cm，平均值約21.3 cm，表土資源有限［8］。

（2） 土壤pH值的大致范圍是5.0～6.0，屬于強酸性-酸性范圍，容易發生鐵鋁毒害。

（3） 土壤顆粒的水穩性差，團聚體結構易被破壞，水土流失嚴重，養分易流失，缺乏優質的耕、林、草地資源，土壤持水（或保水）能力有待提高。

（4） 砂粒、黏粒及石礫含量的占比較大（合計超過85%），粉粒含量過低（理想值是25%～35%，但在項目區僅為10%～15%），土壤質地較差。

（5） 土壤類型主要是易被侵蝕的燥紅壤和沖積土，就地取材進行質地改良的難度較大。

（6） 復墾地塊上可能存在相當面積的“漏砂型”（即上黏下砂）土層，該土層保水保肥性很差。

（7） 原有土壤生境已被破壞，且難以恢復。

（8） 由于表土回覆量十分龐大，傳統的表土調運方案會造成“拆東墻補西墻”式的二次破壞。

2.3 植被障礙

（1） 土壤生境已發生退化，現有的植被數量較少，植被結構單一，且生長情況不佳，因此可能需要先選育、栽植先鋒物種，以達到“開荒”的效果——即通過先鋒物種，在土壤內緩慢積累有機質，逐漸恢復土壤內的微生物群落，控制水土流失，為植被恢復奠定生態基礎。

（2） 有必要在植被恢復中精準控制各種植被的種植密度，避免因植物蒸騰而加重缺水問題。

（3） 植被在越冬時同時面臨土壤水不足和土壤養分不足的問題，很可能會因缺水和缺肥問題而大面積凋萎，最終導致植被恢復的失敗。

2.4 其他障礙

（1） 水庫消落帶防護。項目區兩岸為經常性（日調節）水淹型（緩坡）消落帶，防護的難度極高。

（2） 地質條件較差，短期極端氣候頻現。項目區石質邊坡角度、地勢陡峭、滑坡頻繁，常有大風、暴雨等短期極端天氣。

3 生態障礙對策

結合初步勘察及生態障礙分析的結果，提出5大類生態障礙對策。

3.1 立地（土壤）條件改良

立地（土壤）條件改良可解決表土培肥及質地改良、普通土壤熟化及質地改良、表土臨時防護措施（包括雨季的臨時防暴雨濺蝕措施和旱季的臨時保水措施）、復墾耕地土層結構改良、復雜邊坡防護設計（通過選取典型區）等5個具體的難點。

3.2 引種問題

判斷是否應該引入非本土的耐旱或耐淹植物及是否選育先鋒物種可解決引種問題。

3.3 消落帶邊坡防護

設計消落帶邊坡防護及植被恢復方案，可解決消落帶邊坡防護設計（通過選取典型區）。

3.4 評估消落帶的邊坡穩定性及其水土流失情況

根據烏東德水電站的經驗，需要綜合評估消落帶的邊坡穩定性及其水土流失情況，然后復核消落帶邊坡防護的典型設計，并再次開展現場小試。其難點是需視水庫水面對消落帶的浸水過程為“灌溉”過程，浸水量為“灌溉”量，然后根據消落帶植被的生長情況，使用AHC軟件模擬消落帶植被的生長情況，反推浸水量［11-14］。

3.5 評估植被及生態恢復工程效益

目前，中國尚未頒布可用于評估生態恢復效應的技術規范性文件。根據向家壩水電站的經驗，可建立立地條件改良后評估體系，通過開展植物群落、土壤農化性質及水土保持監測，以便綜合評估植被及生態恢復工程的效益，包括：

根據層次分析法，建立旭龍水電站生態恢復的評估指標權重體系，并設計權重參數（見表1）；監測典型區的植被群落監測指標、土壤農化性質監測指標及水土保持監測指標，獲取指標分值；綜合評估植被及生態恢復工程的效益［7，15-16］。

3.5.1 立地條件改良后評估體系

對旭龍水電站的立地條件改良成效進行分析，即建立后評估的指標體系，包括具體的指標與權重（見表2）［17-18］。用目標層A和一級指標層B建立A-B判斷矩陣，將之規范化。在其他情況下即B-C或C-D級時，應對矩陣采取類似處理方法。

根據上述矩陣計算規則，計算出A值。對A值的評級規則如下：優［0.800 0，+∞），良［0.700 0，0.800 0），中［0.600 0，0.700 0），差（-∞，0.600 0）。

3.5.2 現場監測

（1） 水土保持監測指標。監測指標包括坡面最大沖刷深度、坡面侵蝕量、土壤根系干容重增加率和坡面裸露度等4項。每個監測點處需設置一組重復（下同）。監測頻次及監測時段按水土保持監測相關規范確定即可（下同）。

（2） 植物群落監測。需要計算的指標包括第一優勢種重要值、Gleason豐富度指數、Shannon-Wiener多樣性指數和Pielou均勻度指數等4項，監測指標包括植被群落的蓋度、生長型、高度、株數和分布情況。蓋

度采用目估法，以百分比估計。生長型以一年生或越年生草本植物（annual herbaceous ＆biennial herbaceous，以A/B表示）、多年生草本植物（perennial herbaceous，以P表示）、藤本植物（lianas，以L表示）、灌木或半灌木（shrubs or subshrubs，以S/SS表示）、喬木（arbors，以AS表示）分類；高度用卷尺測量每種植物的高度，測3次取平均高度，精確到cm。株數采用點數法。

分布情況分為團狀、散生、片狀和點狀分布等4種分布情況。

（3） 土壤農化性質監測。監測指標包括土壤有機質含量、堿解氮含量、有效磷含量、速效鉀含量和土壤容重等5項［19-20］。

4 結 語

金沙江上游干熱河谷地區惡劣的生態環境對旭龍水電站的生態恢復構成巨大阻礙。由于無相似案例可循，本文以項目區的生態障礙為突破點，參考同流域的生態恢復方案，逐級推導解決立地（土壤）條件改良、引種問題、設置消落帶邊坡防護及植被恢復、評估消落帶邊坡穩定性及水土流失效益、生態恢復措施質量等生態障礙的對策，并初擬了現場小試的方案。在這類地區的生態修復中，需考慮季節性干旱、雨季短期暴雨等極端氣候問題，分地塊進行詳細設計，不可套用統一的模式或方案，嘗試通過軟件模擬來評估生態恢復效益；根據現場小試及模擬的結果，修正生態恢復方案，并再次開展現場小試以進行驗證。

下一步需加強對土壤、植被的調研，盡快布置現場小試，并以土壤健康為指導思想，逐步探索出完備的生態恢復方案。爭取將旭龍水電站工程的生態修復過程打造為典型作業流程，推廣到整個流域。

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（編輯：黃文晉）