柽柳在河岸生态修复中的应用——以西宁市湟水河为例

钱斌天，石磊，高甲荣†，韩昱，王越，顾岚，康烨，王曦

(1.北京林业大学 水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，100083，北京;2.西宁防洪及流域管理利用世行贷款项目建设办公室，810001，西宁)

河岸生态系统是河流生态系统和陆地生态系统之间的过渡区，其对水陆生态系统间的物流、能流和生物流发挥着廊道、过滤器和天然屏障等功能。作为重要的生态交错带，河岸生态系统具有明显的边缘效应和丰富的生物多样性，具有一系列的环境、社会和经济功能［1］。早在20世纪，欧美国家就对水利工程的规划设计理念进行了深刻的反思，认识到混凝土护岸是导致河流污染的根本原因，河流近自然治理不仅要符合工程设计原理，也要符合自然生态学的原理［2］。随后，瑞士、德国等欧洲国家提出了全新的“近自然河流”概念和“自然型护岸”技术，与此同时“土壤生物工程”护岸技术也开始提出并被大量研究［3］。在我国，不论是生物护岸的机制研究，还是生物护岸的材料选择，目前都尚处在探索阶段;因此，开展生物护岸植物材料的筛选研究具有十分重要的意义。

近年来，随着河岸生态修复技术的备受关注，国内一些学者对生物护岸植物材料的筛选也做了大量工作。目前已经筛选出一些用于北方地区河岸修复的材料，如香根草(Vetiveria zizanioides(L.)Nash)、百喜草(Paspalum natatu)、旱柳(Salix matsudana Koidz)、毛柳(Salix luctuosa Levl.)和金丝柳(Salix alba var.Tristis)等［4-9］;但是，柽柳(Tamarix chinensis Lour.)作为一种根系发达、萌生力强、喜光、耐寒、耐旱且耐水湿的植物在这方面的研究却甚少［10-12］。笔者通过对湟水河河岸柽柳护岸效果的研究，以期为河岸生态修复技术植物材料的筛选提供一定的参考。

1 研究区概况

湟水河发源于祁连山系大板山南麓，是黄河上游的一条较大的支流，介于 E100°42'～103°01'，N36°02'～37°28'之间。湟水河干流全长 374 km，流域总面积1万7 333 km2，在青海省境内干流全长335.4 km，流域面积1万6 120 km2，占全省总面积的2.2%［13］。本研究河段位于湟水河在西宁市海湖桥到新宁桥段之间，长500 m，岸宽4 m，岸坡坡度40°，岸坡底部约1.2 m被河水淹没。研究区属高原半干旱大陆性气候，降水量少而集中，蒸发量大，日温差大、年温差小，冬季寒冷、夏季凉爽。海拔高、气压低，冻土期长，无霜期短，紫外线强。多年平均降水量为460.2 mm，平均蒸发量为827.1 mm，平均气温为5.7℃，平均风速为1.97 m/s，常年最大风风向为东南风。土壤类型多为黄、灰栗钙土，干旱贫瘠，水土流失严重，有机质质量分数约1%，两岸植被稀疏。

2 研究方法

本试验于2008年4月初开始，河流坡脚用铅丝石笼技术进行加固，以防治流水对坡脚的冲淘和侵蚀。在裸露边坡上扦插长30 cm，直径介于1.5～4.0 cm的柽柳插条，插条间距为30 cm×30 cm，面积1 250 m2。试验于4月底完工，完工后6个月、15个月和51个月，即2008年10月、2009年7月和2012年7月采取随机采样和现场测量的方法，调查岸坡上扦插柽柳的成活率和覆盖度，其中2012年7月还对柽柳的基径、株高和生物量做了详细测量，同时调查了周边环境的气温、湿度和生物多样性。

2.1 基径和株高测定

在柽柳护坡试验区内随机选取50根插条，分别用游标卡尺和钢卷尺测量每根插条上枝条的直径和长度。

2.2 生物量测定

在随机选取的50根插条中，任选20根全株挖出，剪下每一根插条上所有的枝条和根系，分别装入已编号的塑封袋。将取回的枝条和根系放入烘箱烘干，烘干后放到电子天平上称得其枝条生物量和根系生物量。平均枝条生物量为所有样本枝条生物量总和除以总样本数，平均根系生物量为所有样本根系生物量总和除以总样本数。

2.3 温度和湿度测定

在柽柳护坡区和周边裸露区各任选3个点，间距约50 m，在每个点处放置一个干湿温度计。分别于09:00、11:00、13:00、15:00 和17:00 记录各个干湿温度计上干球和湿球的读数，并根据干、湿球温度对照表查出相对湿度。

2.4 生物多样性调查

在研究区内用皮尺量取1 m×1 m的样地，即样方1，记录该样方内出现的植物种类及株数。在样方1的一边量取另一个1 m×1 m的样地，即样方2，同时记录该样方内出现的植物种类及株数。然后依次取1 m×2 m、2 m×2 m、2 m×4 m等样方进行调查，直到调查样方内不再出现新物种为止。

3 结果与分析

3.1 柽柳的生长状况

3.1.1 成活率和盖度 护坡植物的成活率和盖度是检验该植物材料是否适合用于生物护坡的一个关键指标。用于护坡的植物材料，若成活率太低或者成活率高但盖度很低的话，都不能满足生物护坡的需求。一种良好的护坡植物材料，既要有较高的成活率，还要能改善周边环境，促进周边植物生长并快速覆盖坡面，达到较高的盖度。分析表1数据可知:完工6个月后柽柳的成活率达到了93%，完工51个月后成活率仍高达88%，说明柽柳对该环境有较好的适应性，完全满足生态护坡对植物材料成活率的要求。从盖度来看，坡面植物的盖度逐步递增，到完工51个月后达到了100%的盖度，说明柽柳能很好地改善周边环境，并能促进当地本土植物的生长，满足对坡面盖度的要求。因此，单从成活率和盖度来看，柽柳是一种在北方地区用于河岸生态修复非常好的植物材料。

表1 不同时间柽柳的成活率及盖度Tab.1 Survival and coverage of Tamarix chinensis Lour.in different time

3.1.2 基径和株高 护坡植物的生长特性不仅反映了该植物对周边生长环境的适应性，而且是衡量其能否用于生物护坡的一个重要指标。在本试验中，扦插柽柳新生枝条基部的直径和高度就是检验其能否用于河岸生态修复的一个基本指标。分析表2数据可知:经过51个月的生长，扦插柽柳新生枝条的平均基径和平均株高分别为3.19 cm和348.9 cm，其中基径和株高的最大值则分别达到了4.38 cm和442.0 cm。通过对扦插枝条的直径、生长51个月后的基径和株高3组数据对比发现，扦插直径越大的插条，其新生枝条的基径也越大，生长的高度也越高。本试验扦插枝条的直径在1.5～4.0 cm之间;因此，今后柽柳扦插时尽量在此范围内选取直径较大的插条，这样不仅能保证成活率，还能使其今后新生枝条长得更加健壮。

表2 51个月后柽柳的生长情况Tab.2 Growth condition of Tamarix chinensis Lour.after 51 months

3.1.3 生物量 护坡植物的生物量在一定程度上反映了该植物对当地环境的适应性，因此也可作为检验其是否适合用于生态护坡的一个条件。从表3可以看出:生长51个月后，扦插柽柳枝条的平均生物量为1 370.15 g，根系的平均生物量为24.31 g。枝条生物量的最大和最小值分别为1 521.26 g和985.67 g，根系生物量的最大和最小值分别为27.82 g和19.54 g。此外，通过现场挖根测定，完工51个月后单株柽柳的根系生物量比完工1年后平均增长了74%，单位面积50 cm深土壤中根系生物量较完工1年后增长了83%，大大增强了岸坡抗侵蚀的能力。由此可以说明，柽柳能很好地适应该环境，并在短时间内能长出大量根系来固定岸坡土壤，非常适合用于北方地区河岸的生态修复。

表3 51个月后柽柳的生物量Tab.3 Biomass of Tamarix chinensis Lour.after 51 months

3.2 周边小气候的改善

护岸植物除了起保护岸坡、美化环境的作用之外，还有改善周边小气候，为居民提供休闲、娱乐场所的功能。由图1可以看出，在2012年7月15日观测的5个时间点中，柽柳护岸区的气温明显低于周边裸露区。在15:00时周边裸露区的气温达到了34℃，而此时柽柳护岸区的温度仅有23℃，比周边裸露区低将近67.6%。经分析观测数据得出:周边裸露区的平均气温为30.9℃，而柽柳护岸区的平均气温仅为19.6℃，比周边裸露区低63.4%。

图1 2012年7月15日柽柳护岸区和周边裸露区温度对比Fig.1 Contrast of temperature between Tamarix chinensis Lour.revetment area and bare area on July 15，2012

由图2可以看出，在一天观测的5个时间点中，柽柳护岸区的空气湿度明显高于周边裸露区。在09:00时柽柳护岸区的相对湿度达到了85%，此时周边裸露区仅为53%。经分析观测数据得出:周边裸露区的平均相对湿度为44.6%，而柽柳护岸区的相对湿度则高达71%，比周边裸露区高62.8%。

图2 柽柳护岸区和周边裸露区相对湿度对比Fig.2 Contrast of humidity between Tamarix chinensis Lour.revetment area and bare area

通过对图1和图2数据的分析得出:用于生物护岸的柽柳能在很大程度上降低周边温度，提高相对湿度，有效地改善周边小气候，不仅能为周边动植物提供一个良好的生长栖息环境，还能为岸边过往行人提供一个阴凉休闲的休息场所;因此，从改善周边小气候方面来看，柽柳是一种理想的生态护岸植物材料。

3.3 生物多样性的增加

生物多样性的变化是衡量植物材料对河岸生态修复效果好坏的重要指标。如果护坡植物与周边乡土植物存在明显的竞争关系，导致周边植物无法正常生长的话，那么该植物就不能用于生态护坡。相反，如果该植物的生长能改善周边环境，使得周边乡土植物长势更加茂盛，并不断有新物种在其周围扎根生长，则说明该植物能用于岸坡的生态修复。调查发现:自扦插完工51个月以来，周边植物的种类有了明显的增加。施工初期，周围只有冰草(Agropyron cristatum(Linn.)Gaertn.)、蒲公英(Herba taraxaci)和灰绿藜(Chenopodium glaucum Linn.)3种植物，现在周边植物有冰草、蒲公英、灰绿藜、黄花蒿(Artemisia annua L.)、车前(Plantago asiatica L.)、茵陈蒿(Artemisia capillaries)、狗尾草(Setaira viridis(L.)Beauv)、青蒿(Artemisia apiacea)、龙牙草(Agrimonia pilosa Ledeb.)、萹蓄 (Polygonum aviculare L.)、抱茎苦荬菜(Ixeridium sonchifolium(Maxium).shih)等，达到15种之多，而且这些植物的总覆盖度也超过了95%。岸坡植被的恢复，也为一些小型昆虫和爬行动物以及部分鸟类提供了一个良好的栖息环境。由此可见，柽柳的生长能改善周边环境，并能促进一些乡土物种的生长，是一种良好的河岸生态修复植物材料。

4 结论与讨论

1)柽柳插条在完工51个月后，不仅成活率高达88%，还在坡面上形成了100%的盖度，此外地上和地下部分的生物量也大幅增加，对岸坡起到了一定的防护作用，并且形成了较好的景观效果;因此，柽柳是一种适合于河岸生态修复的优良植物材料。

2)柽柳枝条的扦插直径在1.5～4.0 cm内，扦插直径越大，将来新生枝条的基径也越大，并且相应枝条的株高也越高;因此，今后在选取扦插枝条直径时，尽量选取在1.5～4.0 cm之间，而且如果条件允许的话，在此区间内，扦插直径越大越好。

3)在柽柳扦插完工51个月后，周边环境的小气候有了明显的改善，柽柳试验区的气温比周边裸露区低63.4%，相对湿度比周边裸露区高62.8%。此外，柽柳护岸区的植物种类比施工前增加了5倍，极大地促进了周边生物多样性的提升。

通过本文的调查研究发现，柽柳在北方地区河岸生态修复中表现出了扦插易发芽、成活率高、生长迅速、根系发达、适应性强等诸多优点，而目前在国内北方地区将柽柳应用于河岸生态修复的案例还并不多见;因此，作为一种优良的生物岸坡修复材料，在今后的工程实践当中有待于进一步推广应用。

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