南水北调中线工程丹江口水库消落区植物材料及应用研究

任建武 任海 李梓楠 程东明 肖雄

摘要：本文分析适宜丹江口水库消落区环境生长的植物品种，分别在丹江口市凉水河镇白龙泉村和郧县杨树铺镇清凉寺村两个试验点进行植物种植试验，结果表明：竹柳、金丝垂柳等植物材料适宜库区消落区种植，能为当地带来可观的经济效益、社会效益及生态效益。

关键词：丹江口水库;消落区;植物配置;经营模式

中图分类号：S759.9文献标识码：A文章编号：1004-3020（2015）03-0001-05

Application Research on Plant Materials of Riparian Zone in Danjiangkou Reservoir

of the Medial Route of SouthToNorth Water Diversion Project

Ren Jianwu（1）Ren Hai（2）Li Zinan （1）Cheng Dongming（3）Xiao Xiong（4）

（1.College of Biological Sciences and Biotechnology，Beijing Forestry UniversityBeijing100083;

2. South China Institute of Botany ， Chinese Academy of SciencesGuangzhou510650;

3.The SouthToNorth Water Diversion Project Office in Danjiangkou City in Hubei ProvinceShiyan442700;

4.The SouthToNorth Water Diversion Project Office in Yun County in Hubei ProvinceShiyan442500）

Abstract： We analyzed if the tree species were suitable for growth in Danjiangkou Reservoir hydro-fluctuation belt. The trees planting experiment was carried out respectively in two places which were Bailongquan village，Liangshuihe Town and Qingliangsi village，Yangshupu Town，Yun county， Danjiangkou city. The results showed that plant materials such as Salix dislolor，Salix babylonica were suitable for planting in reservoir hydrofluctuation belt. It can bring considerable economic， social and ecological benefit by project implementation.

Key words：Danjiangkou Reservoir; riparian zone; plant arrangement; management pattern

消落地是一类具有陆地和水域的双重属性的特殊季节性湿地生态系统。因阶段性的水位涨落出现的反复淹没和裸露，形成的消落地库区因季节性的土地淹没不利于植物生长，使消落地的生物种类减少，降低生态系统的稳定性，最终导致生态系统破坏。消落带还是库区泥沙、有机物、化肥和农药进入水库的最后屏障，作为陆地生态系统与水生生态系统之间的过渡地带，是生态环境脆弱的地带。因此，消落带具有明显的环境因子、生态过程和植物群落梯度等特征，容易发生水土流失、泥沙淤积、土壤水陆交叉污染、物种多样性减少以及生态系统退化等生态问题，且各种生态环境问题表现出潜伏性、传递性、长期性和积累性[1-2]。

丹江口水库库周蓄水后，原有的植被将受到淹水与干旱交替的破坏性影响，可能引起库周水土流失、库底泥沙淤积、库容减少、水质下降等一系列的后果。此外，新形成消落地荒芜也是对土地资源的浪费，如果不加引导，无序开发则可能导致水源地污染。因此，丹江口库区消落地植被保护与重建恢复和对消落地适用植物的研究对于有效利用土地，保护水源地具有重要意义。

1概述

1.1丹江口水库消落区基本情况

丹江口水库跨越湖北和河南两省，作为中国南水北调中线工程的水源地，集供水、防洪、发电、灌溉、养殖等功能于一体，是典型的多年调节型水库。丹江口水库作为全国最大的饮用水源地，维系着当地乃至京津华北平原饮用水的水质安全，是生态功能保护的主要对象[3]。

丹江口库区水库水位10月～翌年1月连续约4个月一直维持在最高值，春季水位持续降低，6月以后水位逐渐升高至10月份升到最高值。由于水位与植物生长需求相悖，丹江口消落地植被稀少。2011年大坝由162.0 m加高到176.6 m，正常蓄水位变为170.0 m，消落地高差由原来的18.0 m增加到20.0 m，丹江口水库库岸线长达4 611.0 km，其中长出露区（10～12个月，167.0～170.0 m）;季节性出露区（4～5个月，163.5～167.0 m）和短期出露区（3个月，160.0～163.5 m），面积分别为3 426.67 hm2，3 833.33 hm2和8 400.00 hm2。对消落地土地资源的有效利用将改善库区人们生活，改善生态环境，进而达到保护水源地的目标[4-5]。

1.2适宜丹江口水库消落区环境生长的植物分析

1.2.1木本植物

乌桕Sapium sebiferum大戟科乌桕属的落叶乔木。丹江口库区有分布。乌桕能忍受较长时期的浸泡，在淹水处理下莲基部能产生肥大的皮孔和不定根。乌桕在淹水胁迫下仍然可以存活6周[6]。枫杨Pterocarya stenoptera胡桃科枫杨属的落叶乔木。丹江口库区有分布。研究表明枫杨在淹水胁迫下能产生有利于吸收氧气的不定根和肥大的皮孔，而且随淹水时间的增加枫杨的叶绿素含量没有太大变化，70 d的淹水后枫杨的存活率仍为100.0%[7]。南川柳Salix rosthornii杨柳科柳属的落叶乔木，华中地区适生。研究表明南川柳最长耐淹可达70 d[8]。宜昌黄杨Buxus ichangensis黄杨科黄杨属的常绿灌木。湖北西部及三峡库区消落地有分布。宜昌黄杨在淹水过程中能产生皮孔和不定根，经过60 d的淹水处理，存活率仍为100.0%[9]。地果Ficus tikoua桑科无花果属的多年生木质藤本，华中地区适生。研究表明地果在淹水半年后还能成活，并且在来年还能自然返青[10]。

1.2.2草本植物

甜根子草Saccharum spontaneum禾本科甘鹿属的多年生常绿高大草本，发达的长根状莲。秆高达1～4 m，华中地区适生，研究表明甜根子草最长耐水淹达100 d[8]。香根草Vetiveria zizanioides禾本科岩兰草属的多年生草本，根系发达致密，为从国外引进栽培的植物，具有适应能力强、生长繁殖快、耐水淹等特点。华中地区适生。研究表明在180 d的全淹处理后，香根草的存活率为87.5% [10]。芦竹及芦苇Phragmites australis禾本科芦苇属的多年生草本，具有粗壮的根莲，秆高1～3 m。有研究发现芦苇在水淹和干旱的条件下光合速率仍较高，适合作为库区消落地植被恢复的禾本科植物[8]。牛鞭草Hemarthria altissima禾本科牛鞭草属的多年生草本，华中地区适生。研究表明大牛鞭草在淹没180 d后存活率为90.0%。淹水结束后大牛鞭草能很好的恢复生长并快速长出叶片[10]。细叶水芹Oenanthe dielsii de Boiss. var. 伞形科水芹属的多年生草本，花果期6～10月，丹江口库区消落地有分布。丹江口库区秋冬水位涨高时正直细叶水芹的冬季休眠期，其地上部死去，待来年水位退下后，宿存根系又能发出新苗。火炭母Polygonum chinense蓼科蓼属的多年生草本，基部近木质，根状莲粗壮。湖北有分布，华中地区适生。火炭母分枝多蔓延能力强，研究表明火炭母能持续耐水淹长达110 d[11]。尼泊尔蓼Polygonum nepalense蓼科蓼属的1 a生草本，除新疆外，全国地区都有分布。华中地区适生。研究表明尼泊尔蓼在水淹情况下根系生长良好并且最长能耐90 d的水淹[12]。苘麻Abutilon theophrasti锦葵科苘麻属的1 a生亚灌木状草本，高达1～2 m，叶宽大，花果期7～9月。丹江口库区消落地有分布。苘麻在丹江口库区秋冬水位涨高时已完成其生活史，来年水位退下后又可凭借种子繁殖长出新植株。萹蓄Polygonum aviculare蓼科蓼属的1 a生草本。丹江口库区消落地有分布。萹蓄在丹江口库区秋冬水位涨高时己完成其生活史，来年水位退下后又可凭借种子繁殖长出新植株。打碗花Calystegia hederacea旋花科打碗花属的1 a生草本，莲蔓性，缠绕或葡分枝。丹江口库区消落地有分布。打碗花在丹江口库区秋冬水位涨高时已完成其生活史，来年水位退下后又可凭借种子繁殖长出新植株。小苜蓿Medicago minima豆科苜蓿属的1 a生草本，丹江口库区消落地有分布。小苜蓿在丹江口库区秋冬水位涨高时己完成其生活史，来年水位退下后又可凭借种子繁殖长出新植株。朝天委陵菜Potentilla supina蔷薇科委陵菜属的1 a生草本，莲平铺或倾斜伸展，分枝多。丹江口库区消落地有分布。朝天委陵菜在丹江口库区秋冬水位涨高时已完成其生活史，来年水位退下后又可凭借种子繁殖长出新植株。

丹江口库区消落地长势良好并生长面积较大的多年生草本乡土植物还有狗牙根、垂穗苔草、虉草、荆门薦草、香附子、短叶水蜈松、白茅和刚毛荸荠等。

2材料与方法

2.1适宜植物种植试验

选择竹柳、金丝垂柳等为试验材料，借鉴国内外各类型堤岸、消落带、湿地生态修复成果，实施植物耐淹、耐旱试验。具体操作方法是，对淹水处理和干旱处理下的植物生长状态、成活率进行统计。根据试验结果确定不同水位区段和土壤类型片区的适生植物种类。

2.2试验地点选择

（1）第一试验点，位于丹江口市凉水河镇白龙泉村。丹江口市地处汉江北岸，临近小太平洋，属“南水北调中线”源头渠首，为水库核心区内的坡地，坡度26°，坡顶土层较厚，生有臭椿，乔木状，约有6.6 m高，并有23株意大利214黑杨残桩，水淹时间32 d，深度平均1.43 m。

（2）第二试验点，位于郧县杨树铺镇清凉寺村。郧县有大量消落地，枯水期消落地最大面积近3 333.33 hm2，出露时间最长达210 d、兼跨春秋冬3个季节，且地势平坦，土肥地沃，阳光充足，水分适中，受洪水侵蚀后虫灾病害少，十分适应多种植物生长。水淹时间34 d，深度平均1.52 m。

2.3植物种植试验

项目组成员及协作单位技术人员于2014年早春植物休眠季节进行植物种植试验（表1）。

竹柳66050×40×40100×100水平条带整地，600 cm宽，整平，清理杂草，石砾。旋耕30 cm。栽后灌足水，1周后再次灌足水。

金丝垂柳11040×35×35300×200水平条带整地，600 cm宽，整平，清理杂草，石砾。旋耕30 cm。栽后灌足水，1周后再次灌足水。

饲料桑3 300现场挖坑栽植50×30水平条带整地，600 cm宽，整平，清理杂草，石砾。旋耕30 cm。注意整地时杂草及草根清除干净，栽后1周内浇水3次。

芦竹6 600现场挖坑栽植50×20水平条带整地，200 cm宽，整平，清理杂草，石砾。旋耕30 cm。注意整地时杂草及草根清除干净，栽后1周内浇水3次。

水杉17080×60×60200×200水平条带整地，600 cm宽，整平，清理杂草，石砾。旋耕30 cm。栽后灌足水，1周后再次灌足水。

3结果与分析

3.1成活率调查

5月下旬对苗木成活率及生长状况进行调查，结果见表2。

3.2生长分析

本试验中，水杉成活率很低，明显低于其他苗木，经过仔细调查和认真分析，原因在于：第一，水杉作为针叶树种，出圃时应该带土球以保护根系，减少机械伤害，按照规范土球直径应该大于苗木地径的8倍，但是本试验中水杉苗木护心土很少，根系缺少保护，容易失去水分，而且吸水能力很难得到恢复;第二，试验区风速较大，加之水杉苗木规格较大，树冠根据要求不得重度修剪，因此导致风倒现象严重;第三，若采用精确的园艺措施支撑架杆，在荒凉的野外山区成本太高，有悖于本研究的粗放栽培特点，所以苗木根系很难与土壤固定。

对于芦竹来说，由于组培苗规格小，而且组培苗一般都是在前期生长阶段首先加速根系生长，后期才能加速地上部分生长，所以在野外杂草丛生的地方，开始生长阶段竞争不占优势，所以需要稍作保护，后期逐渐生长迅速，则不需要管护。

3.3阶段评价及展望

从初步试验结果来看，竹柳表现优异，可以作为进一步深化试验的主要材料;芦竹和饲料桑生长形状尚未得到完全表达，需要在生长季末期才能做出可靠评价。金丝垂柳表现尚可，其观赏特点较为突出，冬季景观效果好，可以作为进一步观察品种。

通过前期研究，认为在长期水淹的较低位置，可以多年生、且有气生根的生藤本植物为主，实现生态保护的根本目的，比如桑科的地果;较高的位置，可以兼顾经济效益，比如饲料桑、四倍体刺槐，重点用于饲料加工出售而不是就地饲养牲畜。也可以在枫杨树上仿野生栽培石斛，甚至开展同一地区已出现中药GAP生产的药材种植，如山茱萸、绞股蓝。

3.4植物配置及经营模式研究

海拔163.5 m以下采用封滩育草模式。土壤出露时间短，淹没时间长，程度深，立地条件差，表土层流失严重、保土保肥性能差，因此选用草本植物固定土壤、减少侵蚀冲刷。可以选用微齿眼子菜Potamogeton maackianus 、狗牙根Cynodon dactylon、双穗雀稗Paspalum paspaloides、葱兰Zephyranthes candida、百喜草Paspalum notatum、香附子Cyperus rotundus、虉草Phcdaris arundinacea以及芦苇Phragmites australis进行人工种植，同时要严格封禁，充分利用土壤种子库。海拔在163.5～167.0 m，栽培耐淹树种桑Morus alba、美国竹柳、杞柳Salix integra、芦竹Arundo donax。其中桑用于饲料，美国竹柳用于木材、薪炭材，杞柳用于柳编加工，芦竹用于生产芦竹生物炭和清洁燃料乙醇。167.0～170.0 m区段，江南片区。栽培枫杨，以金钗石斛Dendrobium nobile带呼吸根假鳞茎贴干栽培，每株树干栽培30丛，4年收获。水土流失严重地段，可以种植龙须草Eulaliopsis binata。海拔在167～170 m，江北片区。以“美洲黑杨725”和欧美杨系列品种，营造速生丰产林。水土流失严重地段，可以种植龙须草。海拔170 m以上，土地征用线区段，江南片区。选用喜湿润、温暖气候条件的南高丛蓝莓，推广优良的蓝莓品种在本地区种植，发展蓝莓无公害生产，提高蓝莓产业效益，推动蓝莓产业化发展，增强我国优质蓝莓品种在国内外市场的竞争力，增加库区群众收入。海拔170 m以上，土地征用线区段，江北片区。建立四倍体刺槐Robinia pseudoacacia饲料林，林下间作具有一定耐荫能力的金银花Lonicera japonica和黄花菜Hemerocallis citrina。

3.5效益分析

3.5.1经济效益

以各参试植物材料的产量及市场价格进行估算，丹江口水库消落带不同植物材料应用后经济效益显著（表3）。

3.5.2社会效益

对于丹江口水库消落带土地的利用管理，国家一直没有明确的主管部门，因此也就没有相应的部门对其进行监督管理，导致诸多消落区段基本处于群众自发利用状态，容易引发两个方面的风险：一方面是影响水库的水质安全，特别是在群众的耕作、施肥、放牧等活动失控的情况下，对水库产生污染，进而影响水质的风险不容忽视;另一方面，库区群众利益受损的风险，由于没有基本的信息技术服务和政策引导，加上消落带受水库来水及运用调度的影响，露出面积具有不确定性和不稳定性，有时水位提前上涨，群众措手不及，往往颗粒无收。本项目的实施，可以采取公司-农户-科技支撑的形式，通过科学规划，合理引导，不但可以消除以往的盲目性和不确定性，而且可以解决5.6万人的就业问题，弥补库区周边群众耕地的不足，扩大环境容量，有效解决人地矛盾，从根本上消除吃粮问题，促进库区社会稳定繁荣。

3.5.3生态效益

通过对库区消落带的生态保护，恢复、扩大和丰富植被覆盖，可以起到护土固沙、涵养水源、减少水土流失的作用，同时消落带植被的旺盛生长还可以拦阻、消解对水库的污染，对改善库区生态起到很好的防护作用。广阔的消落带、丰富的水草资源为野生动植物的繁殖生长提供了天然场所，为保持库区湿地生物物种多样性创造了有利条件。

4结语

丹江口水库是南水北调中线工程的水源地，肩负着为北京、天津、河北、河南等水资源严重缺乏的地区提供水资源，保障各地的生活、工业、农业等所需，具有重要意义。而消落区则是丹江口水库的生态屏障，同时，也是自然环境中典型的脆弱地带。因此，如何保护和利用水库消落区资源至关重要。本课题组基于对当前丹江口水库消落区现状的了解，本着生态保护和开发利用相结合的目标，对消落区适宜林木作物、植物配置及经营模式进行研究。深入当地，进行林木试种试验，通过对试验结果的分析及大量文献查阅，得出消落区不同海拔适宜种植的植物品种，并总结出一套植物配置及经营模式。将有利于防治水土流失，改善生态环境，保障水质安全，提高经济效益，缓解人地矛盾。本文的研究成果可供有关部门保护与开发丹江口水库消落区时参考，也可为相关科研人员进行深入研究时提供参考。

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（责任编辑：郑京津）