三峡库区消落带植被恢复重建模式探讨

汤显强，吴 敏，金 峰

(长江科学院 a.武汉长建创维环境科技有限公司;b.流域水环境研究所，武汉 430010)

消落带是指因河流、水库、湖泊季节性或周期性水位涨落而形成的交替性淹没和出露地带，是一种特殊的干湿交替性湿地或沼泽地。消落带水位变动可造成水、土、光、热、营养盐等关键生态因子异动，导致生态系统结构和功能调整。目前影响消落带形成与分布的因素主要包括自然气候变化和人类活动干扰。自然气候变化如降水分布不均匀和气候异常等造成水位消涨，形成具有水位变幅小、涨落快、生态系统受损少、可通过自身调整恢复的天然消落带。人工消落带是人类在开发利用水资源，发挥防洪、发电、航运、养殖等经济社会效益时的孪生副产品。三峡库区消落带等大型人工消落带具有范围广、面积大、水位变动幅度大、涨落慢、受损生态系统很难通过自身恢复，需要进行人工修复和重建等特征。目前，大型人工消落带生态环境脆弱，其治理、保护和开发利用目前成为国内外研究的热点和难点。

三峡工程是长江流域综合开发利用的关键性骨干工程，自2009年竣工正常运行后，采取“蓄清排浑”的调度方式，受此影响，库区形成一个垂直水位落差30 m、宽度超过60 m、覆盖面积437～446km2的消落带［1］。三峡库区消落带是生态受损的产物，有必要采取生态手段进行恢复与重建，然而消落带土壤受水体浸泡、侵蚀、水位消落后容易稀泥化、沼泽化，较高的含水率和土壤侵蚀率是植被恢复重建的重大制约。探讨在消落带土壤加固的基础上进行植被恢复重建，对于抑制污染物释放、减缓土壤侵蚀、加快消落区内的淤沙造地进程、稳固植被生长基质以及预防病情疫情蔓延意义重大。

1 植被恢复重建的关键问题

消落带植被可以拦截入库泥沙、颗粒态污染物;利用自身根系生长稳固岸坡滩地，削弱水流对土壤基质的掏蚀;植被还可以改善地表覆盖状况和卫生条件，避免蚊蝇等滋生繁殖;此外，还能够加速颗粒态污染物的沉降与滞留，利用根系对溶解态污染物进行组织吸收，基于附着寄生在植物根系和根际土壤中的微生物对有机和无机污染物进行生物降解，不断改善水质;最后消落带植被覆盖能极大改善景观效果，创造良好旅游条件。

消落带植被恢复重建兼有水生生态修复与陆生生态修复的特点。已有研究表明植被恢复重建存在2个关键问题:一是植被遴选［2］;二是提供适应植被生长的环境［3，4］。三峡库区消落带形成过程中，淹没时消灭了原有陆生生态系统，出露后水生生态系统又无法适应落干后的环境。此外，库区水位周期性涨落过程中，水体横向掏蚀和纵向泥沙沉积作用造成植被生长基质失稳，植被很难扎根生存。最后，三峡库区水环境特征复杂，水体含沙量较高、透明度低、深水区植被光合作用弱，这些都是植被恢复重建中的不利生境要素。因此如何优化构建适宜的植被恢复重建的生境十分重要。

2 植被遴选

三峡地区物种多样性丰富，植物约3 064种［2］，但适应30 m水位变动和耐淹的植被并不多见。例如，中华蚊母树和疏花水柏枝2种特有植物主要分布在海拔200 m以下的洪水线内，能够在水下顽强生存数月，但仅限于水下2 m存活［3］。剩下的2～30 m水深范围仍是植被遴选和恢复重建的关键区域。消落带植物普查是植被遴选的首要手段。

基于生态适应性、水土保持能力、生态安全性和经济价值等考量，重庆库区消落带植被野外调查结果表明，除石菖蒲、狗牙根、扁穗牛鞭草、甜根子草、芦苇、卡开芦、细叶水团花、中华蚊母树、秋花柳、池杉、水杉和垂柳外，香根草、杭子梢、小梾木、长叶水麻和枫杨适合用于奉节县竹衣河消落带植被恢复重建［4］。开县前置库消落带内共有维管植物410种，其中柑桔、马尾松、柏木、全缘叶栾树等适合构建175～180 m农林生态系统带;池杉、落羽杉、水杉、枫杨、垂柳、意杨等可构建175～180 m防护林带;香根草、菖蒲、芦苇、香蒲、灯心草、荻等可用于构建174～175 m耐水湿植物带;黑藻、伊乐藻等沉水植物，莲、水憋、菱等浮水植物以及芦苇、香蒲等挺水植物可用于构建172～174 m的水生植物带［5］。

然而，任雪梅等认为178 m水位以上应种植柑橘等果树，170～178 m种植杨树、柳树等短时间受淹植物;170 m以下种植香根草、苏丹草、稗草和小米草等［6］。此外，桑树的耐淹性能值得特殊关注，在超过10 m水深下淹没长达6个多月后，消落带内地上植被全部窒息死亡，而桑树根茎发达、萌发性较强，是消落带出露地表后最早重生的灌木，甚至早于狗牙根、牛鞭草和李氏禾等草本植物［7］。

模拟实验是消落带植物遴选的另一可靠途径。土壤含水率影响消落带植被生长，通过模拟常规生长水分条件、轻度干旱水分胁迫、土壤水饱和和水淹等不同处理与植物光合特性间关系，李昌晓等发现落羽杉可以用作三峡库区消落带防护林体系建设树种［8］。

基地种植实验和淹没实验也被用于评价和筛选消落带植被，盆栽种植实验结果表明:狗牙根、野地瓜藤、尼泊尔蓼、百喜草，香根草，苏丹草在100～150 d生长期内均可完成生长、发育成熟过程，适合用作消落区生态恢复的备选物种。苏丹草具备速生特点，可迅速提高水位下降后消落带植被覆盖率。180d水下1.0～1.5 m和5～25 m 的连续淹水实验结果表明，狗牙根能够在180 d的淹没后成活，并在次年自然萌发，可作为构建消落区生态系统的两栖植物物种［9］。

3 植被恢复重建模式

植被耐淹、耐湿等生理特性差异造成其对水位变动的适应性不同，因此有必要根据植被生理学特性提出适宜水位变动要求的梯级恢复重建模式。另外，考虑到植被生长基质的不稳定性、易受干扰等特点，研究者还提出土壤基质加固型。目前2种模式探讨和设计思考较多，实际工程运用尚处于不成熟阶段。以水位变动适应型为例，研究人员将金沙江库区消落带生态重建设计分为3部分，高于蓄洪水位0～5 m地段为工程加固带;5～15 m为浮床香根草带;20～30 m为香根草植物篱带［10］。考虑到水位频繁和大幅度波动容易破坏库区边缘植被，黄川等建议采用以植被工程为主、土石工程为辅的治理模式，在环库土质库岸地段营造人工的、湿生的、固土能力强的草丛、灌丛和森林等，建立立体防护林带［11］。为削弱水位变动对植被恢复重建的影响，开县开展了“水位调节坝库区生态工程建设”，在减缓水位变动前提下，在174.5 m高程以上建设生态防护林，168.6～175 m高程范围内构建湿地和多塘系统［12］。

根据水位调度进行梯级植被重建是目前三峡库区消落带生态环境治理的核心思路。基于水位变动进行梯级植被重建划分设计是原则，植被生境创造与改善是保障。土壤基质加固型的设计出发点为:减轻水流侵蚀，提供稳定、可靠的植被恢复重建基础。三峡大学为恢复消落带生境，研制或研发出防冲刷生态型护坡构件、防浪消能高渗透性生态混凝土构件以及植被混凝土护坡绿化技术［3］。在生境构筑上，研究人员在清江隔河岩水库消落带设计采用构筑燕窝植生穴、铺砌防冲刷生态型护坡构件以及运用防冲刷基材生态护坡等技术［13］。总体来看，土壤基质加固型重建模式实践经验不多，混凝土构件的经济适用性、技术可靠性和生态环境可承受性仍需工程检验。

4 基于土壤固化的消落区植被恢复重建模式

水位变动适应型和土壤基质加固型在植被恢复重建中各具特点和不足。例如水位变动适应性模式的核心是植被遴选，对植被生境培育不够;土壤基质加固型重点强调防水力侵蚀与冲刷，对植被在混凝土构件上的生长适应状况缺乏必要探讨。消落区植被恢复重建是一个系统生态工程，应重点关注生态系统多样性和稳定性维护，关注植被群落重建比研究单一植被物种生理特性更具重要性，强调植被群落生境创造和维护比单一研究岸坡加固更具重建成功保障。

为了给植被恢复重建创造良好生境，可采取土壤固化的方式加固植被生长基质，保证其含水率稳定，预防和减缓水力侵蚀，在一定程度上加速淤沙造地，加快植被恢复重建。基于土壤加固的消落区植被恢复重建模式与传统的水位变动适应型和植被基质加固型性能比较见表1。

表1 消落区植被恢复重建模式比较Table 1 Comparison of vegetation restoration and reconstruction modes in water fluctuation zone

该模式具有以下特点:

(1)土壤加固采用新型无机固化新材料，主要原材料均为岸边土壤等环保无害材料，固化土物理化学性质与天然土壤类似，能有效保障植被生长，具有一定的强度，遇水不会软化和稀泥化。

(2)土壤固化可以切断水体与土壤的交叉污染，固化土壤中的污染物，防止其向水体释放。

(3)土壤固化后，具有一定强度，其抗水力冲刷能力优于天然土壤，能够稳固岸坡与滩地，加速淤沙造地进程。

(4)基于土壤固化的消落带植被恢复重建，植被生境稳定，适宜培育和驯化适应水位变动的植物种类。

表1所述3种植被恢复重建模式中，水位变动适应型报道最多，例如:现有盆栽实验结果表明狗牙根可能适用于三峡库区低位消落带植被恢复［9］，李强等［14］通过150～156 m水位变动条件下的现地调查进一步地验证了这种可能性，发现在库区低位消落带，狗牙根自然种群具有致密的根状茎和匍匐茎丛，有利于其固着于泥沙基质。但库区水位下降时，受干旱制约，土壤基质水分含量下降显著影响狗牙根植株水分含量，且这种影响将随着干旱时间延长而日益显著［14］。因此，采用狗牙根等先锋物种实施水位变动条件下植被恢复重建时，应充分考虑立地条件等环境因素的影响。

土壤基质加固是水利水电工程生态修复的重要举措，其中香根草技术就是代表性工艺。该技术具有极耐水淹(完全淹没120 d不会死亡)、固土保水能力强、抗冲刷能力突出、能尽快排除土壤饱和水等优点［15］。在2002年6月广西百色水利枢纽工程的生态修复实践中，香根草等植物生长良好，经受了3次河水上涨的淹没浸泡和平均水流速度为2.57m/s的强力冲刷考验［16］，香根草技术在固定边坡、防冲护岸方面具有特别重要生态意义，但其造价较水位自动适应性高。

基于土壤固化的消落带植被恢复研究尚未见报道。此处以土壤固化在河道生态护岸中的实践为参考，以期了解技术特点和优势。2008年6月，张长波等选取上海市南汇区长约50 m、坡宽3 m的土质河段实施整体生态固化。固化土养护10 d后，与无固化对照相比，减少土壤流失量92%。养护28 d后，移栽红花继木和金边黄杨［17］。3个月后，固化体表面未发现明显冲蚀沟壑，植物长势良好，无萎蔫现象。这表明，基于土壤固化的植被恢复重建技术能够有效提高河岸稳定性、减少水土流失、改善植物生长立地条件、达到地系统结构稳定化、固岸效应多元化、效果长期化的目的［17］。

5 结语

三峡库区消落带植被恢复重建是一个庞大、复杂和系统性的难题，深入分析消落带主要的生态环境问题，因势利导提出恢复重建模式是消落带治理的根本出路。

通过对现有消落带植被恢复重建模式的比较和思考，提出基于土壤固化这一新型植被恢复重建方案。该模式仅处于理论探讨和概念构思阶段，目前尚未见其在消落带植被恢复重建中的报道，但其在河岸生态护坡中的实验成功为其在消落带中的应用提供了有益探索，因此有必要下一步分析适合消落带土壤理化性质特征的固化方案，根据固化土性能因地制宜筛选和培育植被种类，最后根据三峡水库调度运行要求构建不同梯次的植被群落，在生态建设和环境保护的基础上实施优化管理。

［1］苏维词.三峡库区消落带的生态环境问题及其调控［J］.长江科学院院报，2004，21(2):32－35.(SU Weici.Main Ecological and Environmental Problems of Water-Level-Fluctuation Zone(WLFZ)in Three Gorges Reservoir and Their Controlling Measures［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2004，21(2):32－35.(in Chinese))

［2］江明喜，蔡庆华.长江三峡地区干流河岸植物群落的初步研究［J］.水生生物学报，2000，24(5):458－463.(JIANG Ming-xi，CAI Qing-hua.Preliminary Studies on the Riparian Plant Communities of Main Channel in the Three Gorges Area，The Yangtze River［J］.Acta Hydrobiologica Sinica，2000，24(5):458－463.(in Chinese))

［3］戴方喜，许文年，刘德富，等.对构建三峡库区消落带梯度生态修复模式的思考［J］.中国水土保持，2006，(1):34－36.(DAI Fang-xi，XU Wen-nian，LIU De-fu，et al.On Establishing Gradient Water－Level－Fluctuation Zone in Three Gorges Reservoir Area［J］.Soil and Water Conservation in China，2006，(1):34－36.(in Chinese))

［4］冯义龙，朱旭东，莫正国.库区消落带植物群落恢复的植物选择——以奉节县竹衣河为例［J］.南方农业(园林花卉版)，2008，2(12):68－70.(FENG Yi-long，ZHU Xu-dong，MO Zheng-guo.Vegetation Selection for Vegetation Restoration of Water-Fluctuation Zone in Reservoir Area:A Case Study in Zhuyi River of Fengjie County［J］.South China Agriculture，2008，2(12):68－70.(in Chinese))

［5］张光富，王剑伟.三峡库区开县前置库植物多样性及其消落带的生态恢复原则［J］.南京师范大学报(自然科学版)，2007，30(3):87－92.(ZHANG Guang-fu，WANG Jian-wei.Studies on Plant Diversity of Pre-dam of Kai County within Three Gorges Reservoir and Its Rehabilitation Principles［J］.Journal of Nanjing Normal University(Natural Science Edition)，2007，30(3):87－92.(in Chinese))

［6］任雪梅，杨达源，徐永辉，等，三峡库区消落带的植被生态工程［J］.水土保持通报，2006，26(1):42－43.(REN Xue-mei，YANG Da-yuan，XU Yong-hui，et al.Eco-vegetation Project on Water-level-fluctuating Zone of Three Gorges Reservoir［J］.Bulletin of Soil and Water Conservation，2006，26(1):42－43.(in Chinese))

［7］贺秀斌，谢宗强，南宏伟，等.三峡库区消落带植被修复与蚕桑生态经济发展模式［J］.科技导报，2007，25(23):59－63.(HE Xiu-bin，XIE Zong-qiang，NAN Hong-wei，et al.Developing Ecological Economy of Sericulture and Vegetation Restoration in the Water-levelfluctuating Zone of the Three Gorges Reservoir［J］.Science＆ Technology Review，2007，25(23):59－63.(in Chinese))

［8］李昌晓，钟章成，刘 芸.模拟三峡库区消落带土壤水分变化对落羽杉幼苗光合特性的影响［J］.生态学报，2005，25(8):1953－1959.(LI Chang-xiao，ZHONG Zhang-cheng，LIU Yun.Effect of Soil Water Change on Photosynthetic Characteristics of Taxodium Distichum Seedlings in the Hydro-Fluctuation Belt of the Three Gorges Reservoir Area［J］.Acta Ecologica Sinica，2005，25(8):1953－1959.(in Chinese))

［9］马利民，唐燕萍，张 明，等.三峡库区消落区几种两栖植物的适生性评价［J］.生态学报，2009，29(4):1885－1892.(MA Li-min，TANG Yan-ping，ZHANG Ming，et al.Evaluation of Adaptability of Plants in Water-Fluctuation-Zone of the Three Gorges Reservoir［J］.Acta Ecologica Sinica，2009，29(4):1885－1892.(in Chinese))

［10］穆 军，李占斌，李 鹏，等.金沙江干热河谷水电站库区消落带的生态重建技术初探［J］.水土保持通报，2008，28(6):172－176.(MU Jun，LI Zhan-bin，LI Peng，et al.Ecological Restoration Technology in Water-Level-Fluctuating Zone of Dry-hot Valleys Reservoirs in the Jinsha River［J］.Bulletin of Soil and Water Conservation，2008，28(6):172－176.(in Chinese))

［11］黄 川，谢红勇，龙良碧.三峡湖岸消落带生态系统重建模式的研究［J］.重庆教育学院学报，2003，16(3):63－66.(HUANG Chuan，XIE Hong-yong，LONG Liang-bi.A Research on the Lake-Bank Fluctuating Belt’s Eco-System Reconstruction Model in the Three Gorges Zone［J］.Journal of Chongqing College of Education，2003，16(3):63－66.(in Chinese))

［12］林 建，蒋华林，雷亨顺.水库小流域环境治理的探索与实践—开县三峡库区消落带环境治理调研［J］.重庆三峡学院学报，2007，23(5):6－9.(LIN Jian，JIANG Hua-lin，LEI Heng-shun.Exploration and Practice of Environmental Protection in the Small Watershed of Three Gorges Reservoir—Investigation and Research on Kaixian Water-Level-Fluctuating-Zone in Three Gorges Area［J］.Journal of Chongqing Three Gorges University，2007，23(5):6－9.(in Chinese))

［13］吴江涛，许文年，陈芳清，等.库区消落带植被生境构筑技术初探［J］.中国水土保持，2007，(1):27－30.(WU Jiang-tao，XU Wen-nian，CHEN Fang-qing，et al.Preliminary Approach to Techniques of Vegetation Habitat in Riparian Area of Reservoir［J］.Soil and Water Conservation in China，2007，(1):27－30.(in Chinese))

［14］李 强，丁武泉，朱启红，等.水位对三峡库区低位狗牙根种群的影响［J］.生态环境学报，2010，19(3):652－656.(LI Qiang，DING Wu-quan，ZHU Qi-hong，et al.Influence of Water Level Fluctuating on Cynodon Dactylon Population of Low Water Level Zone in Three Gorges Reservoir［J］.Ecological and Environmental Sciences，2010，19(3):652－656.(in Chinese))

［15］彭凤琼，冯子元.水利水电工程建设中生态植物修复技术的应用［J］.水利水电技术，2004，35(11):1－3.(PENG Feng-qiong，FENGZi-yuan.The Use of Ecological Plant Rehabilitation Technology in Water Resources and Hydropower Construction［J］.Water Resource and Hydropower Engineering，2004，35(11):1－3.(in Chinese))

［16］冯子元，张丽萍.香根草技术在百色水利枢纽工程河道边坡防护中的应用［J］.人民珠江，2003，(4):66－69.(FENG Zi-yuan，ZHANG Li-ping.Application of Vetiver Grass Technology in Reinforcement of River Bank Slopes of Baiso Project［J］.Pearl River，2003，(4):66－69.(in Chinese))

［17］张长波，罗启仕，付融冰，等.固化剂对土壤中重金属的稳定性作用及其在河岸固化护坡中的应用研究［J］.农业环境科学学报，2009，28(10):2050－2056.(ZHANG Chang-bo，LUO Qi-shi，FU Rong-bing，et al.Stabilization of Heavy Metals by a Self-Developed Soil Binder and Its Application in Ecological Embankment Engineering of Riverbank［J］.Journal of Agro-environment Science，2009，28(10):2050－2056.(in Chinese))