三峡消落带生态系统研究文献计量分析

吕明权, 吴胜军, 陈春娣, 姜 毅, 温兆飞, 陈吉龙, 王 雨, 王小晓, 黄 平

中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 中国科学院水库水环境重点实验室, 重庆 400714

三峡消落带生态系统研究文献计量分析

吕明权, 吴胜军*, 陈春娣, 姜 毅, 温兆飞, 陈吉龙, 王 雨, 王小晓, 黄 平

中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 中国科学院水库水环境重点实验室, 重庆 400714

三峡消落带生态系统是一条特殊的生态脆弱带，其生态环境的特殊性及其对整个三峡库区的影响使得这一生态过渡区逐渐成为地学、环境科学、生态学等学科的研究热点。以CNKI和 Web of science 数据库为数据源，检索1989—2013年国内外发表的有关三峡消落带研究的论文，通过文献计量学方法，从多个角度分析了三峡消落带研究现状、进展及发展趋势，内容包括论文数量及发表年代分布、研究机构、发表期刊和重要主题等。1989—2013年间，国内外总共发表三峡消落带研究的论文478篇，其中中文论文436篇，英文论文42篇；文章数量逐年递增，特别是2009年以后，增长速率明显加快；消落带的研究机构主要分布在重庆、湖北和北京，重庆大学、西南大学和中国科学院武汉植物园发表论文数量在研究机构中名列前三；《生态学报》、《长江流域资源与环境》和《环境科学》3 种期刊的载文数量最多，《生态学报》主要报道消落带植物研究成果，《长江流域资源与环境》关注的领域较为宽泛，《环境科学》主要报道土壤和环境问题的研究；研究地点主要分布在长江支流上，其中澎溪河流域的消落带面积比例最大，以该区域为研究对象的论文相对更多；生态是消落带研究最大的主题，土壤和植被是消落带研究的主要生态要素，磷、氮和重金属在土壤的循环过程是目前研究的主要生物地球化学过程；如何生态重建消落带生态系统是目前遇到最大的挑战之一。以后，需要加强三峡消落带的长时间序列的监测，及加强特殊水位脉动下物质在消落带内部、水生与陆生生态系统迁移过程的研究。

三峡库区; 消落带; 文献计量学

三峡工程是世界最大的水利大坝工程，建成后形成的三峡水库面积达1080 km2。作为世界上最大的水利枢纽，三峡工程对库区生态环境的影响问题一直是国内外广泛关注的热点之一[1- 3]，三峡库区消落带是比较明显，也是最近几年受学者关注较多的环境变化问题[4- 6]。

由于人为控制或自然降雨在时间尺度上的不均匀发生，江河湖泊水位会发生季节和时间性的波动，导致水体岸边的土地交替出现淹没和出露现象，其最高水位线与最低水位线之间的土地区域称为消落带[7- 8]，亦称消落区、消涨区、涨落带、河岸带、湖岸带等。根据引起水位涨落的方式不同分为自然消落带和水库消落带，因自然因素导致的水位变化形成的叫自然消落带，水库消落带是由人为调控水库水位涨落而形成。自然消落带类似于河岸带生态系统，相较于水库消落带，受关注时间更早。随着水库数量建设的增加，特别是三峡工程建成形成世界最大的水库消落带，这类新生生态系统开始获得更多的关注。

三峡消落带的形成与水库的运行方式有关。为了减少泥沙淤积延长水库的使用寿命，水库采取“蓄清排浑”的运行调度方式。在每年汛期(6—9月)，将水库水位降至145m；而在汛期后(10月开始)开始蓄水至水位175m (图1)。这样，库区水位冬季最高保持在175m，夏季最低保持在145m，从而在1a内形成垂直落差30m面积达348.9km2的水库消落带。这种拥有节律性的水位变化必然会对三峡水库周围地貌、植被、土壤和其它生物要素产生深远影响。

图1 三峡消落带形成及2012年水位变化

国际上，有关河岸带的定义较多[9- 10]，1960年开始出现河岸带的概念，Lowrance[11]认为河岸带是与水相邻的环境中的 植物和其他有机物的复合体集合，是水生环境和山地间的过渡带，从Gregory[12]开始认识到河岸带属于一种生态系统类型。消落带的定义借鉴了河岸带的定义，刘宗群[13]最早提出水位涨落带，把水位涨落带按其水文特征分为库水涨落带和地下水涨落带，库水涨落带就是人们通常所说的消落带，地下水涨落带分布在175m以上的区域，由于库水位的变化，地下水位剧烈升降影响的区域。黄京鸿[14]提出了涨落带生态系统的概念，由其地貌形态、组成物质与土壤、地下水与地表水、气候与植被等要素组成，是库区水域与周边环境系统之间的过渡地带。由于库区水位周期性涨落的影响，涨落带成为库区生态系统中能量、物质输移和转化最活跃地带，具有一定的脆弱性。程瑞梅[15]总结其它学者的研究成果基础上，提出以下综合定义，消落带是水陆生态系统交错区域，具有水域和陆地双重属性，长期或者阶段性的水位涨落导致其反复淹没和出露的带状区域，长期为水分梯度所控制的自然综合体，是一类特殊的季节性湿地生态系统。在三峡工程阶段性评估报告中把水库消落带定义为水库季节性水位涨落而使周边被淹没土地周期性地出露于水面的一段特殊区域，是水生生态系统和陆生生态系统交替控制的过渡地带，是一类特殊的湿地生态系统[16]。从消落带的定义我们可以总结出其特点：(1)该类生态系统是一种生态交错带，具体来说是水陆交错带(干湿交错带)，根据生态交错带理论[17- 18]，此类生态系统的抗干扰能力表现出明显的脆弱性，且作为水生生态系统和陆生生态系统物质、能量交换的通道，对于维持相邻的水陆生态系统动态平衡具有重要作用；(2)新生季节性的湿地生态系统，受相邻生态系统影响，水位涨落频繁，且水位落差大，淹水时间长有固定的节律，因水位涨落使消落带交替受水生和陆生生态系统的控制；(3)反季节水文情势的影响，我国处在季风气候区，汛期在夏季雨量较多，因此我国的河岸带表现为“夏淹冬陆”，而三峡水库的水位受人为调节表现为“夏陆冬淹”。

国内学者对新生、脆弱的消落带生态系统研究起步晚，但近几年来发展迅速，在植物、土壤、环境问题和生态修复等方面都已开展了一些研究。但目前还没有论文从文献计量角度对三峡消落带整体研究情况进行评述，在此背景下，本文对有关三峡消落带研究的文献进行了统计、分析和述评，回顾研究热点，分析研究特征和存在的主要问题，探寻消落带生态系统研究现状和发展趋势，希望能为三峡消落带后续研究提供参考。

1 三峡消落带文献统计分析

1.1 文献获取

中文文献以中国期刊全文数据库、中国学位论文全文数据库为数据源，以“篇名”、“主题”为检索项，以“三峡”、“消落带、消落区、湖岸带、消涨带、涨落带、河岸带”、“水淹、水位变化”为检索词。筛选与三峡库区消落带主题相关的论文，共检索到中文文献436篇，其中学位论文103篇。英文文献以Web of science为文献信息获取平台，以SCI数据库为数据源，以“Three Gorges”、“water level fluctuating zone(消落带)、riparian zone、drawdown zone、littoral zone、water level”为检索词，共检索到相关期刊论文42篇。中英文献检索及引用信息查询的截止时间是2013年7月。

1.2 文献统计分析

1.2.1 文献总体情况

国内以消落带为主题的第一篇论文出现在1993年，1994年黄京鸿发表了“三峡水库水位涨落带的土地资源及其开发利用”，之后到1998年才开始陆续有关于消落带的论文发表。在前几年发表的论文的观点主要倾向于如何利用消落带的土地资源，学者们当时可能还没意识到消落带生态系统面临的重大问题。英文论文总体数量偏少，但保持较高的增长趋势。从发表的论文数量趋势来看(图2)，可以将研究时段分为3个阶段，2004年以前为萌芽期，2005—2009年为起步发展期，从2010年开始进入加速发展期，消落带获得更多的关注，论文数量明显增加。可以预见有关此主题的论文会不断的增加，因为库区这种新生的湿地生态系统脆弱，其系统结构、生态过程和演替趋势等问题还需要详细研究。

将所检索文献分为4个主题进行统计分析，4个主题分别是:Ⅰ消落带的环境问题与脆弱性评价，包括富营养化、地质灾害和温室气体排放等，及三峡消落带研究的综述性论文；Ⅱ消落带土壤环境，包括C、N、P和重金属元素含量调查和循环特征；Ⅲ消落带植物，包括蓄水后植被群落特征的变化，植被对消落带环境变化的响应；Ⅳ消落带生态系统修复与利用，包括适生植物的选择，消落带功能与利用。其中，有关消落带植物的论文发表最多，其次是环境问题与脆弱性评价的论文，生态系统修复与利用的论文最少(图3)。

图2 1998—2012年间消落带发文量

图3 消落带不同研究主题论文数量统计

1.2.2 关键词分类统计

对不同的研究主题论文中出现的次数较多的关键词进行分类统计(表1)，可以发现每个主题研究的内容和对象。对所有论文中出现频次大于5次的关键词进行统计排序(表2)，消落带、三峡库区和三峡水库是出现频率最高的3个词汇，生态、土壤、植物是出现频次最高的研究对象。

三峡水库水位落差达30 m的区域有很多不同的表述，使用频率最高的是消落带，其次是消落区，也有使用涨落带、消涨带和河岸带。因为侧重点不同其英文的使用也有不同的表达方式，出现过water level fluctuating zone[5,19]、riparian zone[3]、drawdown, area/zone[20]、littoral zone[6]，以water level fluctuating zone(WLFZ)使用频率最广。

三峡库区消落带研究地点主要分布在长江的支流上，从关键词统计中可以看出，除了三峡库区或三峡水库有关地点的词出现较多以外，长江支流澎溪河亦叫小江出现次数最多，其次是香溪河和大宁河。在澎溪河开展消落区研究成果较多，这主要与其特点有关。在所有支流中，澎溪河的消落带面积最大[6]，占55.47km2，其中大部分分布在开县境内，开县消落带的面积42.30 km2占12.29%，在所有26个区县中消落带面积分布最广，这些区域已成为消落带研究的热点区域。

表1 关键词的分类统计

表2 消落带研究论文中高频率关键词

1.2.3 消落带研究的重要期刊

对载文期刊进行统计，这些论文分布在123种期刊上，其中排名前20的期刊统计如表3所示，载文较多的期刊有《生态学报》，《长江流域资源与环境》，《环境科学》和《重庆师范大学学报(自然科学版)》。前20种期刊发表的论文数量占了所有论文数量的60%。英文期刊中Environmental Science and Pollution Research，Acta Ecologica Sinica和Ecological Engineering这3种期刊的论文数量排名前三。《生态学报》是生态学领域最重要的综合性期刊，该期刊刊载的消落带论文最多，发表在该期刊上的论文中有25篇是植物研究的成果，主要是消落带植物群落变化和生理生态响应的论文。发表在《长江流域资源与环境》的论文分布在消落带的环境问题、土壤和植物主题，各主题的论文数量比较均衡。《环境科学学报》、《环境科学》和《环境科学研究》是国内环境研究领域影响力较大的期刊，主要报道了消落带温室气体排放与富营养化的环境问题的成果，以及土壤的研究成果。《水科学进展》主要报道水资源、水环境等领域科学技术的最新成果、重要进展，发表在该期刊上的论文主要是温室气体排放的论文(4篇)。《湖泊科学》和《湿地科学》和消落带生态系统关联性较强，但这两种期刊上有关消落带的论文数量不多，前者主要关注消落带的生态环境问题，后者主要刊载的是植物主题的论文。

表3 刊载消落带论文较多的期刊

1.2.4 引用频次高的论文

中文论文引用次数大于40次和英文论文大于10次的论文如表4所示，引用次数最多的论文是“三峡水库水位涨落带土地资源的初步研究”。引用频次较高的论文中和植物研究有关的论文数量最多，有8篇，其次是有关土地资源利用的论文。有关土地资源利用的论文发表时间较早，且引用频次较高，主要原因是在这些论文之中较早的提出了消落带的概念。在三峡消落带形成之前和形成初期，有学者提出利用消落带进行农业开发，但随着消落带的形成环境问题不断显现，学术界更注重如何生态友好的利用消落带[21]。

1.2.5 消落带研究机构分布

对论文所属的研究机构统计，发表论文数量在前20的研究机构如表5所示，这些研究机构发表论文的数量占了84.1%。地域特征分布明显，发表论文数量在前20的研究机构全分布在长江流域重庆、湖北、四川、上海以及北京，其中，重庆和湖北的高校和研究机构是消落带研究的主要力量。西南大学和重庆大学占有绝对的优势，这两所大学发表的论文占了总论文数量的39.8%，中国科学院武汉植物园的英文论文发文量第一，其次是重庆大学和西南大学。不同的研究机构的学科优势和研究的侧重点不一样。重庆大学研究主题较为广泛，包括消落带温室气体排放、富营养化，植物群落特征变化和土壤。西南大学的研究则主要集中在消落带植物的微观生理变化响应和土壤重金属。中国科学院武汉植物园和中国科学院植物研究所的研究兴趣主要是消落带的植物主题。中国科学院成都山地灾害与环境研究所则主要致力于消落带的地质灾害及土壤侵蚀和结构的研究。

2 消落带重要主题研究进展

2.1 消落带生态环境问题

脆弱的消落带生态系统直接表现出环境问题。该主题的论文数量是107篇，图4给出了该主题主要关键括号里的数字表示研究机构发表的英文论文数量词的年际变化。由于水文情势的节律性的变化使脆弱的生态系统出现一系列的生态环境问题，与该主题相关的关键词主要有生态环境问题、地质灾害、滑坡、土壤侵蚀、温室气体、CO2、CH4、通量、富营养化、水华爆发、浮游植物、藻类群落等。本文关注的一些生态环境问题并非只有消落带才存在的问题，对于整个库区水生生态系统也会面临的环境问题，包括温室气体排放，富营养化、水华爆发等。由于消落带作为三峡水生与陆生生态系统的交错带，为水生生态系统提供了营养物质间接导致了这些环境问题的发生[22- 23]，因此，检索的论文中涉及到有三峡消落带生态系统和水位变化引起的环境问题都统计在内。

表4 引用频次较高的论文

表5 发文量排名前20研究机构地域分布和数量统计

图4 消落带生态环境问题主要关键词年际变化

库区水位变化对于消落带陆生生物以及整个库区生态系统的稳定和生物多样性都将产生深远的影响[16]。根据消落带生态环境问题的特点和可能面临的生态环境问题，进行消落带崩塌滑坡脆弱性、水力侵蚀脆弱性、污染脆弱性和景观脆弱性的评价，发现70%的消落带至少面临一种生态问题，其余部分则同时面临两种以上的环境问题[24]，压力-状态-响应模型评价三峡水库消落带的生态环境综合状况得出其生态环境综合评价指数处于中等[25]。

三峡库区土壤侵蚀问题较为严重，消落区由于受水位涨落的影响使土壤侵蚀更为严峻。消落带土壤侵蚀影响水库水质安全，而且加剧库岸的失稳，对水库运行产生严重影响[26]。但目前，针对消落区土壤侵蚀问题开展研究很少，大部分论文只是陈述消落区土壤侵蚀严重这一事实，对消落区土壤侵蚀的量化较少。2008年三峡水库156m水位运行周期内消落带土壤侵蚀监测数据显示，干流消落带土壤侵蚀强度为71mm/a，库湾受水位波动影响较小侵蚀强度为11 mm/a，整个消落区侵蚀强度空间分布明显，侵蚀的厚度在0—54cm之间波动[27]。

整个三峡水库消落带大部分区域地形陡峻，河岸地层稳定性差，是我国环境地质灾害的多发区。三峡水库蓄水后，由于库岸两侧岩石周期性浸泡在水中，库岸山体吃水比重加大，使两岸坡地稳定性减弱，从而诱发崩塌和滑坡[24]，一些研究也证实了消落带水位涨落及其涨落的速率和周期性是引发滑坡产生明显变形的主要外在因素[28]。三峡库区消落带82%区域的崩塌滑坡脆弱性处于轻度到中等脆弱水平[24]。

温室气体研究虽然开始较晚2010年，但近几年发展非常迅速，在2012年有11篇有关温室气体的论文发表，随着一些研究成果的发表，引起了世界学术界和公众的关注。但目前，学者主要关注的还是库区温室气体排放的通量，对排放机理研究很少，温室气体中，CH4和CO2的研究较多。Chen[20,29]较早发表三峡消落带的温室气体排放研究成果，观测澎溪河消落带湿地灯心草、水烛、藨草及双穗雀稗湿地群落的CH4和N2O的排放通量，分别为6.7 mg m-2h-1和0.031 mg m-2h-1，CH4排放通量较大。该结果立刻在学术界引起了热议，也引起了质疑，主要被质疑的是作者实验点的消落带不能代表整个库区消落带的温室气体的排放，消落带存在不同的土地利用，它们的排放能量不尽相同，论文结论简单外推分析缺乏合理性。Yang[30]发现消落带不同的土地利用的CH4的排放通量不尽相同，且远比Chen的研究结果小。Lu[31]观测消落带在落干期的CH4的排放通量，发现消落带落干期处于有氧环境下，其排放通量很小，甚至还有从源转汇的趋势。总的来说，从不同学者的结果来看，温室气体排放通量的变异性很大，这可能和同一水库温室气体排放有很大的空间和时间异质性有关。

消落区既是温室气体排放源，又发挥着碳汇功能，这与三峡水库采用“蓄清排浑”的运行机制有关，在夏季出露期间植被生长吸收了大量的CO2并积累许多生物量，库区消落带内碳储量约为514 862.3t[32]，在三峡开始蓄水后，消落带生长的植被开始分解并向水体中释放营养元素，实验[33]发现植物淹水后营养元素的释放负荷惊人，TN平均达125.2 kg/hm2，TP为21.0 kg/hm2，这些营养元素为库区整个水生生态系统的温室气体排放提供了丰富的C和N源，但是有多少释放进入水体的C和N源转化为温室气体，占了消落带在落干期植物生长吸收的碳的多少比例还不得而知，消落带是源大于汇还是汇大于源，现在还没法对其下结论，需要在以后研究中加强野外观测。

2.2 消落带土壤

图5 消落带土壤研究主题重要关键词年际变化

土壤是消落带生态系统的重要部分。该主题总共有119篇论文发表，占了24.9%，从2003年开始出现有关消落带土壤的论文，数量稳步增长，2009年以后增加更为明显。该主题主要关键词的年际变化如图5所示，出现频率较高的关键词有土壤、氮、磷、沉积物、吸附、解吸、释放、形态、磷形态、磷释放。从出现的关键词可以看出，研究中主要涉及三类化学元素，分别是氮、磷和重金属元素，这些元素在消落带系统内的形态和迁移转化是研究热点。

干湿交替、淹水、落干是该主题论文中经常出现的词汇，消落区受固定水位涨落的影响，其土壤环境会发生变化，在这种背景下土壤中的氮、磷会与水体发生迁移转化、吸附、释放、解吸等一系列的过程。氮磷的形态决定了其在环境中的迁移、转化、沉积规律。考察消落带土壤中氮磷的不同化学形态及其含量，对研究水-沉积物界面上的氮磷的迁移与转化等地球化学行为有重要的现实意义。消落区土壤氮、磷的研究出现较早的论文分别是2005年和2004年，研究氮元素的论文有12篇，有关土壤磷元素的论文更多有31篇，这可能和磷更易导致富营养化问题有关，磷在土壤与水体界面之间的迁移转化是消落区研究的热点。马利民[34]进行土壤磷释放的模拟试验，发现在淹水时土壤磷形态有一定的变化，土壤Fe-P减少，Al-P增加，土壤TP减少，土壤磷有一定的释放，而有研究发现消落带淹水后磷会积累[35]。土壤进行周期性“淹水-落干”处理发现有趣结果，土壤有效磷水平在淹水时增加，干燥后降低，但有研究得到相反的结论，朱强[36]发现淹水后黄壤和紫色土的有效磷含量逐渐降低，Fe-P和Al-P都有8.2%以上的增幅。

消落区土壤中的重金属是库区潜在的污染源，它们通过溶解、交换、扩散等方式进入水体而引起水质变化，而江水中的重金属通过土壤吸附、沉淀等形式迁移至消落区土壤中引起土壤环境的改变。研究重金属元素的论文比研究氮和磷元素的论文数量要多，有46篇。但这些研究中，对消落带重金属的现状调查研究报道较多，偏重重金属的生态风险评价、时空分布，对重金属的形态研究和水-土壤-植物之间的迁移转化等地球化学行为涉及较少。消落区高程差异意味着淹水时间和频率的不同，这是否影响重金属含量在消落区的差异。有的研究结果认为高程对重金属含量并没有显著的影响[37- 38]，有研究得出了相反的结论，发现长期淹水土壤重金属含量显著高于短期淹水土壤与未淹水土壤，淹水时间越长，重金属在土壤中的累积越严重[39]，也有认为消落带土壤重金属的含量普遍上部偏高[40]。

2.3 消落带植物

图6 消落带植物研究主题重要关键词年际变化

植物是消落带生态系统中变化最为剧烈的生态要素，该主题共计151篇论文，占了31.59%。目前，三峡库区植物研究主要从宏观和微观两个层面开展，一是从植物生理生态方面，存活下来的植被是怎么通过改变自身的形态和生理响应来适应固定节律的水位变化胁迫，这部分出现频率较高的关键词有生理特性、通气组织、抗氧化酶活性、形态性状、光合响应、生长响应、非结构性碳水化合物、存活；另一方面，从植物群落组成、结构和种子库的变化探讨植物群落的演替趋势，这部分出现的关键词有土壤种子库、种子萌发、植物群落、物种多样性、空间分布格局、群落演替、群落结构、RS、典范对应分析(CCA)。植物研究出现频次较多的关键词的年际变化趋势如图6所示。

消落带生态系统受周期性反季节的水淹影响，植物主要受水淹、土壤水分变化和干旱胁迫，很多植被因不能适应这种环境的变化而消亡，导致植被群落结构发生剧烈的变化，三峡库区河岸带的植物群落研究时间较早2000年[41]，这为后面水淹后消落区的群落结构对比变化提供了数据基础，2009年水库消落区植被数量，与三峡工程建成前的河岸带相比，消落区内分布的维管植物的科减少26.51%，属减少29.58%，种减少42.96%[42]。消落带生态系统还不够稳定，其优势物种年际间存在变化，以白夹溪为例，2008年，156m水淹线以下植物以苍耳和双穗雀稗为主，2009年，狗牙根替代双穗雀稗和苍耳成为优势物种[43]。对忠县的调查发现160m 高程优势种为多年生狗牙根而在170 m 高程被一年生白酒草替代，这和消落带高程不同导致淹水时间和深度上的差异有关。

消落带植被群落组成发生了变化，逐渐由原来的乔灌群落转变为草本群落，并且草本群落所占的比例不断提高。反季节性水淹对于乔灌木和多年生草本植物的冲击十分剧烈，长期水淹环境对于三峡地区原有的很多多年生草本和灌木有着致命的影响，导致这种现象的主要原因可能与不同生活型植物对水淹的响应和适应不同有关[44]。一年生草本植物主要靠种子繁殖，并且植物生活周期短，其生长繁殖期正好与消落带成陆期一致，在水库退水后蓄水前完成其生活史，次年依靠土壤种子库开始新的生长周期。

消落区土壤种子库出现频次共13次。消落区种子库的研究开始于2007年，在2010和2011年发表的研究成果最多。有学者从消落带的土壤种子库特征[45]和消落带水文情势的剧烈变化对种子萌发影响[46]进行了详细研究。研究者更关心的问题是，消落带的种子库对消落带的植被生态恢复的贡献率有多少，不同水文干扰条件下消落带的植被和种子库的相关性大小[47- 48]。

从关键词出现的频次来看，苍耳、狗牙根、秋华柳、野古草、枫杨、桑树是三峡库区植物研究中涉及较多的植物种类，狗牙根和秋华柳分别是草本和灌木中较为耐淹的物种，在以关键词出现的频次分别达10次和9次，它们的形态变化、生理和适应策略等是研究的重点。狗牙根应对水陆生境变化特有的适应策略是加速伸长生长，增加茎生物量分配、增加分蘖数量和地下生物量分配[49]，除了形态上的适应，还通过增加酶的活性来在生理上适应水淹的胁迫[50]。秋华柳的适应策略更为多样，水下光合作用、通气组织的形成、酶活性增强，物质的储存都对适应水淹胁迫有帮助。水淹处理下秋华柳在较低的CO2浓度条件下仍具有一定的水下光合能力，这是它们具有较高水淹耐受性的重要原因之一[51- 52]。茎通气组织是野古草和秋华柳适应河岸区水淹环境的对策之一，对减小气体在植物体内运输和扩散的阻力、改善低氧环境中植物体内的氧供给状况非常有利[53]。秋花柳当遭受水淹胁迫时，还可通过提高保护酶活性以加强清除活性氧、减少后者对细胞膜伤害[54]。

2.4 消落带生态系统修复与重建

水库消落带形成初期，生境承受着干湿交替的剧烈变化，原生植物的消失，消落带生态系统产生了严重的退化。如何快速恢复和重建消落带植被，恢复消落带的基本生态功能，已经成为消落带建设成功与否的关键。这部分从实施的一系列生态工程和适生植物选择试验两方面总结修复消落带所做的努力。该主题共有101篇论文发表，占了21.1%。出现频率比较高的关键词有：生态友好型利用、适生植物、生态设计、基塘工程、植被恢复、生态重建、生态恢复等。目前，消落带治理中应用比较广泛的生态工程包括基塘工程、林泽工程、生态浮床工程等[55- 56]，这些工程都涉及植物的运用。

适生植物的选择是生态系统修复的基础。通过试验选择了一些适合在消落带环境中生长的植物(表6)，其中以草本植物为主，狗牙根已被很多的研究证实是适合消落带生境特点的一种多年生植物。

适用于季节性水位变动的基塘工程模式，就是在三峡水库消落带的平缓区域构建水塘系统，塘内筛选适应于消落带季节性水位变动，同时具有观赏价值、环境净化功能、经济价值的湿地作物，充分利用消落带自身丰富的营养物质，构建消落带基塘系统[71]。林泽工程主要的实施点是消落带的上部区域，该区域水淹较浅，而且水淹时间短。筛选种植耐淹且具有经济利用价值的乔木、灌木，通过乔、灌配置，营建消落带生态屏障带，保护库区水生系统免于陆生系统的干扰[56]，并在白夹溪大湾实验了该生态工程。

表6 三峡库区消落带适生植物的选择试验

根据三峡消落区“冬水夏陆”新生地理景观特点，在消落区正实施“沧海桑田生态经济工程”的示范项目，目的是要在三峡库区形成种植—养殖—加工—营销产业链，在有效地保护和净化三峡库区国家战略水资源、促进消落带水土保持与生态修复的同时，拉动库区经济发展。2010年初进入试验阶段，选择重庆市开县渠口镇小河作为试验区，进行175m线下、线上的饲料桑种植、桑饲料加工、饲料桑养殖草食畜禽、饲料桑耐淹、运作机制研究。根据目前的结果显示，桑树具有极强的耐水淹特性[67]。目前，因为这些措施的实验时间有限，其治理消落带的长期效果究竟如何，还不敢过早的下确定性的结论。

3 结论与讨论

三峡水库水位周期涨落形成脆弱的生态系统三峡消落带。针对消落带的研究虽然起步较晚，但是发展很快，尤其是从三峡水库蓄水形成世界最大的消落带后，获得关注度日益增加。在统计分析已发表的学术论文的基础上，得到以下结论：

(1)消落带论文数量逐年递增，特别是2009年以后，论文数量增长很快，共检索到中英文文献478篇，其中英文论文数量较少42篇。

(2)消落带的研究机构主要分布在重庆、湖北和北京，重庆大学，西南大学和中国科学院武汉植物园发表论文数量在研究机构中名列前三。

(3)有关消落带的论文主要发表在123类期刊上，排名前20的期刊发表的论文占了60%的论文。《生态学报》、《长江流域资源与环境》和《环境科学》的载文数量最多，《生态学报》主要报道的是消落带植物研究的成果，《长江流域资源与环境》关注的领域较为宽泛，《环境科学》主要报道土壤和环境问题的研究。

(4)论文引用频次较高的论文中关于植物研究占的比例较大，消落带植物是比较热的研究方向。

(5)生态是消落带研究最大的主题，土壤和植被是消落带研究的主要生态系统组成要素，磷、氮和重金属在土壤的迁移循环过程是目前研究的主要生物地球化学过程。元素的形态，元素的吸附、释放和解吸规律直接影响到消落带的环境，如富营养化和水华发生，特别是磷释放和上述问题息息相关。如何对消落带进行生态重建是目前遇到最大的挑战之一。温室气体排放也是学者们关心的重要的环境问题，其中CO2研究最多；消落带的研究地点主要在长江的支流上，其中以澎溪河流域为研究区的成果最多。

虽然在三峡消落带各方面的研究取得了一些进展，但依然有很多问题摆在从事三峡库区消落带研究工作者面前：

(1)消落带生态系统形成时间短，功能结构还不够稳定，植物群落的次生演替还没完成，其它生物群落都还没适应环境的变化，需要加强长期、系统的消落带生态试验观测，建立消落带生态监测网络。消落带的研究中要加强原位监测，因为各种条件限制，目前很多研究都是从消落带取样在实验室内模拟，如营养元素在消落带土壤中的吸附-释放[34, 72- 73]，植物对淹水胁迫的适应机理研究[60- 66]。加强遥感技术在认识消落带景观变化的作用。目前消落区遥感应用研究主要集中于消落去面积变化监测[74- 75]、消落区土地利用景观动态与分析[76]、消落区植被恢复与植被覆盖[77]等，而从群落尺度进行遥感监测研究尚处于探索初期阶段，主要原因是消落区特殊的自然地理条件(山地/丘陵地貌、多云雾、形状狭长导致横向延伸面积较小)及水文条件(夏季出露，冬季淹没)，导致遥感技术的应用无论从数据源的获取还是方法的选择上都存在着一定的特殊性。因此，加强消落带植被监测遥感研究，形成一套相应的技术方法体系，对于消落带植被管理与恢复重建具有重要意义。

(2)从对库区消落带各物质迁移研究动态来看，主要侧重现象的描述，对营养元素的迁移和循环的机制研究涉及较少。在以后，消落带的物质循环研究要更加重视消落带独特的水位脉动特点因素。以C、N循环为例，水位脉动影响主要表现在以下几个方面：①消落带淹水深度周期性剧烈波动会引起土壤环境氧气含量(DO)与氧化还原电位(ORP)的变化，进而影响C、N循环各个过程作用强度，乃至整个循环的方向；②其次，三峡水库独特的运行方式使得消落带出露期植物大量生长，大量植物在淹没期会腐烂，释放大量的营养元素[32]，这其中最明显结果是增加了消落带土壤中C素含量，进而导致C循环速率的增大。而消落带随后产生的厌氧环境也将使有机质在C循环过程中倾向于向甲烷的方向转化[78]；③除此之外，消落带水位剧烈波动将影响C、N循环过程中参与微生物的生长环境[79- 80]。三峡库区消落带的独特水文与环境变化特点对其中的C、N循环过程有着复杂的影响过程，国内文献中此类研究还少见报道，国外文献对干湿交替环境的物质循环过程有一定的研究历史[81- 83]。然而需要注意的是，三峡水库的水位变化幅度之大是国内外其他环境中少见的，同时三峡水库建成后还具有较为复杂的水文过程直接影响着消落带的沉积与冲刷。因而消落带的物质循环过程不是仅仅受到水位变化的影响，其物质循环过程不是各种影响结果的简单累加。如何将宏观的水文过程影响完整而又具体的反应到微观的物质循环过程中，将是全面而透彻的了解三峡库区消落带物质循环过程的关键。

(3)消落带湿地生态系统演化的驱动因素需要深入解剖。水位涨落引起消落带的水文条件、土壤物理化学特征、微地形地貌等诸因子发生变化，这些生态因子的变化怎么推动消落带湿地系统演变和演化方向，其中关键控制过程和关键驱动因子是什么。消落带湿地生态系统特征、结构对生态水文周期性变化的响应方式是什么，还有人类活动的干扰在消落带生态系统的演化中扮演什么角色。

(4)消落带适生植物的选择关系到植被生态恢复的关键，在干湿环境交替变化环境中，植物在形态结构、能量代谢、激素水平及有关酶活力动态变化等方面研究较多。后期需要扩大耐淹植物筛选和研究范围，同时运用分子生物学手段找出由水淹胁迫诱导的相关基因并对其进行繁殖与培育具有耐水淹的植物品种。

(5)消落带研究系统性不强，还是沿用原有河岸带和湿地学的理论研究方法，消落带属于新生生态系统，它的发育演化方向人们无从得知，不能直接借用已用的理论指导消落带的重建，亟需探索适合我国的水库消落带湿地理论。

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A review of studies on water level fluctuating zone (WLFZ) of the Three Gorges Reservoir (TGR) based on bibliometric perspective

LÜ Mingquan, WU Shengjun*, CHEN Chundi, JIANG Yi, WEN Zhaofei, CHEN Jilong,WANG Yu,WANG Xiaoxiao, HUANG Ping

ChongqingInstituteofGreenandIntelligentTechnology,KeyLaboratoryofReservoirAquaticEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chongqing400714,China

The Three Gorges Dam on the Yangtze River in China has created a massive reservoir. The water level fluctuates between 145m and 175m, generating 348.9 km2of seasonally submerged riparian zone (Water Level Fluctuating Zone, WLFZ). This emergent WLFZ ecosystem is a type of transitional area between upland and water, and plays a significant role as exchange corridor of energy and substance between terrestrial and aquatic ecosystem. The reversal of hydrologic regime has dramatically altered environmental conditions including soil structure, plant community in WLFZ ecosystem. WLFZ ecosystem′s health and stability are threatened in TGR, which has the potential to endanger the vegetation and ecosystem in both riparian and WLFZ. The sensitive WLFZ ecosystem is becoming an emerging issue in the Three Gorges Reservoir (TGR), where Chinese and other national government has established projects to understand and better manage the WLFZ. The status quo of WLFZ research in the TGR was assessed by critically reviewing current publication, which was collected from both CNKI database and Web of Science database. The key words used are three Gorges, water level fluctuating zone, riparian zone, drawdown zone, littoral zone, water level, hydro-change belt, Yangtze River, ecology restoration and management. Both Chinese and English literature reviews are included in this paper. The information collected was analyzed using bibliometrics, numbers of related papers per year, and details about institutions involved in the research. Furthermore, information extracted includes the research regions, trends and pilot studies. Our findings show that number of papers on WLFZ ecosystem gradually increased until 2008, however in post 2008 the growth rate of papers in this field rapidly increased and continues increase. To date, 436 papers in Chinese and 42 papers in English were published globally. The main research organizations are distributed among Chongqing Municipality, Hubei Province and Beijing Municipality. In terms of publication literature number, the first three organizations are Chongqing University, Northwest University and Chinese Academy of Sciences Wuhan Botanical Garden. The 14% of the papers in the field of WLFZ and ecology are present in the “Acta Ecologica Sinica”, “Resource and Environment in the Yangtze Basin” and “Environmental Science”, which are best ranked journals in field. “Acta Ecologica Sinica” mainly focuses on plants research, while publications from “Resource and Environment in the Yangtze Basin” cover a wide range of topics such as soil, ecological restoration and plants. Finally, “Environmental Science” is concerned with soil and environmental problems of WLFZ ecosystem. Ecology contains the broadest variety of subjects in WLFZ ecosystem research, however soil and plant subjects are commonly reported. Phosphorus, nitrogen and heavy mental transporting in soil environment is the main researched focus in biogeochemical process. Phosphorus and nitrogen forms, and sorption-release characteristics directly relate to environment problems such as eutrophication and algal bloom in the Three Gorges Reservoir areas. The majority of researchers are carrying field studies in the Pengxi River, which one of tributaries of TGR. The largest WLFZ in all tributaries of TGR is located on Pengxi River, which covers an area of 55.47 km2and accounts for 16.05% of the total area of WLFZ. Restoration and the long term sustainability of WLFZ ecosystem is a challenge for scientists and national governments. In the future, a long-term monitoring of WLFZ environments using remote sensing is needed in order to gain a deep understanding of the impact of water level change on the TGR region. Our review paper suggests that a concerted effect should made by the research community in the following areas on studying mechanism of energy and nutrient dynamics among water, soil and plants coupled with the specific hydrologic regime, and biogeochemical cycle phenomenon.

Three Gorges Reservoir; water level fluctuating zone; bibliometrical analysis

重庆市科技攻关项目(cstc2012ggB20001); 国家自然科学基金(51309220); 重庆市科委“121”项目“三峡库区消落带湿地生态经济协同创新与关键技术攻关”(cstc2012jcsf-jfzhX0003)

2013- 09- 25;

2014- 08- 22

10.5846/stxb201309252366

*通讯作者Corresponding author.E-mail: wsj@cigit.cas.ac.cn

吕明权, 吴胜军, 陈春娣, 姜毅, 温兆飞, 陈吉龙, 王雨, 王小晓, 黄平.三峡消落带生态系统研究文献计量分析.生态学报,2015,35(11):3504- 3518.

Lü M Q, Wu S J, Chen C D, Jiang Y, Wen Z F, Chen J L,Wang Y, Wang X X, Huang P.A review of studies on water level fluctuating zone (WLFZ) of the Three Gorges Reservoir (TGR) based on bibliometric perspective.Acta Ecologica Sinica,2015,35(11):3504- 3518.