水利工程建设中生物量的变化及其环境影响

王绎思,丁 俊,张 良,周建兰

(湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北 武汉 430064)

水利水电工程建设用地一般指修建水利工程设施占用和影响的土地，例如堤防堤身占压、开渠挖道、水库大坝修建及蓄水淹没区域等。本文涉及的工程建设用地指对原有堤防加高培厚后堤身新增的占地部分。陆地生态系统生物量测定，则指一定地段面积内某个时期生存着的活有机体的数量。

当水利工程建设完成时，区域内土地的利用方式由农业耕地转变为建设用地，其景观的组成与结构、陆生生态环境与生物量都发生了相应的变化。目前，已有水利工程建设对陆生生态环境影响的相关研究[1- 4]，本文从工程建设前后不同土地类别地表生物量变化的角度预测和表征建设项目对当地生态的影响，并探讨土地类别改变后对当地带来的生态效应。深入了解工程区域陆生生态环境的影响程度，对于制订建设区的生态环境保护措施有着十分重要的指导意义。

相关文献表明，生物量的测定与生物群落类型有关，不同土地类别、不同生物群落的生物量有着明显的差异。以不同群落[5- 7]的尺度来测定生物量已经形成了一套较为成熟的研究方法，特别是对植物群落生物量的研究已有大量的报道。受条件所限，本文重点探讨主要陆生植物群落的生物量变化对当地陆生生态的影响。

1 工程介绍与分析方法

1.1 工程背景介绍

湖北省洪湖东分块蓄滞洪区蓄洪工程东荆河堤防加固工程设计范围为东荆河右堤的部分堤段，长42.236km。为考察工程占地对陆生生态的影响，本文选取桩号为25+550至28+500全长2.95km的堤段作为典型断面研究，并以堤角线向外扩100m的土地面积定为此次分析影响的范围。本文重点分析工程完成后对范围内陆生生态生物量的影响情况，找出影响生态环境的重要因子，同时提出相应的修复措施。工程占用土地类别面积情况见表1。

1.2 陆生生态生物量分析方法

参考吴进[8]等的研究成果，根据不同土地类别的生态结构组成特点确定其优势种群，并作为测定生物量的主要依据。

研究表明[9]，旱地地表生物量的23.74%是由小麦产量组成，查阅相关资料表明当地小麦亩产值约197kg，据此可推算出当地旱地生物量；水田的地表生物量采用全收割法，借鉴相关文献[10]，可推算湿灌方式下水稻生物量；本次涉及林地多以护堤林为主，根据相关研究南方杨树各组分生物量的报道[11]可知林地总生物量；草地生物量参考湖北省草地生物量统计资料[12]；坑塘及住宅用地不计陆生生物量；水利建设用地考虑堤防草地护坡，按草地生物量取系数折算。不同土地类别生物量统计见表2。

表1 工程占用土地类别、面积情况

表2 不同土地类别生物量统计

2 工程对陆生生态环境影响预测与分析

2.1 工程区生态体系分析

景观生态学法是通过研究某一区域、一定时段内的生态系统类群的格局、特点、综合资源状况等自然规律，以及人为干预下的演替趋势，并揭示人类活动在改变生物与环境方面作用的方法[13]。景观生态学认为景观由斑块、基质和廊道组成，其中基质是景观的背景地块，是景观中一种可以控制环境质量的组分。判定基质有三个标准，即相对面积大、联通程度高、有动态控制功能。

工程完工后，调查范围内的土地类别面积变化情况如图1所示。由图1可知，工程建设前旱地面积所占相对面积较大，约为54.56%，为调查区域内的主要生态组成，借鉴景观生态学的研究方法，可以认为旱地为研究范围内的基质。工程完工后，旱地面积占45.82%，仍是研究范围内相对面积较大的组分。因此，工程的建设对区域内景观生态组成并没有产生本质的改变，区域基质依然是耕地，工程对区域自然体系异质化程度和阻抗能力影响总体较小。

图1 工程建设前后土地面积比重

研究范围内，除旱地所占比例下降较大外，林地所占比例由9.16%降为4.59%，水利建设用地所占比例由12.56%上升到29.24%。由此可知，工程占用地类主要以旱地、林地为主，施工完成后原耕地与林地转为水利建设用地。工程占地将使得该区域植被占压，生物个体部分损毁。根据现场调查，工程占压的大多数为护堤林，主要以杨林和旱柳林为主，林中群落组成简单，均为当地常见种类，此类物种在评价区周围的其他区域有广泛的分布。因此，本工程建设不会造成植物种类的消失。

2.2 工程区总生物量分析

工程完成前后不同土地类别总生物量变化情况见表3。从表3可知，草地以及水利建设用地在研究范围内所占的总生物量比重较小。同时，由于工程所占水田面积很小，故工程建设前后水田的总生物量变化不大。因此，水田、草地和水利建设用地不是本次研究范围内影响生物量变化的重要因子。

工程建设前后总生物量变化情况如图2所示，由图2可知，范围内林地总生物量由525.66t下降为262.24t，下降率为49.89%；旱地总生物量由263.57t下降为221.33t，下降率为16.03%。结合数据具体分析说明，林地的占用对范围内的生态变化有显著影响，是本次研究范围内制约陆生生态生物量的重要影响因子。因此，通过补充林地面积可以一定程度上补偿工程建设占地对当地陆生生物量的影响，同时起到还原生态水平的作用。

表3 不同土地类别总生物量统计

图2 工程建设前后总生物量变化情况

2.3 工程区陆生生物量补偿措施

本次堤防建设完工后，总计损失生物量299.53t，其中林地的损失生物量占262.23t，为了减缓工程建设对当地陆生生物量的影响，考虑补增一定面积的林地来补偿当地总生物量的损失，达到工程建设前总生物量水平。

结合堤防建设区的功能需求和水利条件,可以在沿堤角边水利用地的管理范围内恢复与重建护林带，修复因工程占地而导致的总生物量下降，为各种生物提供栖息场所。同时，通过选择合适的植物种类和物种配置,在有限空间内形成乔、灌、草相结合的立体群落景观,增加景观异质性和稳定性[14]。

通过计算表明，工程完工后，在水利建设用地范围内划出2.04hm2作为护堤林地开发，增加陆生生物量，达到工程建设前的885.51t，见表4。

表4 总生物量平衡表

3 结论

近年来，我国水利水电工程建设取得了突出成绩。然而，随之而来的生态环境影响也日益明显。虽然水电开发的景观生态影响评价引起了越来越多的关注，但如何定量评价环境影响的相关研究却很少。本文在基于生物量计算[15- 17]和水利工程景观生态建设[18- 20]已有成果的基础上，结合不同土地类型所含有不同生物量来定量分析水利建设项目对陆生景观生态带来的影响。研究表明：水利工程建设占地对原有景观基质的影响较小，当地的土地性质仍以农业耕地为主；不同土地类型中林地的减少将显著影响当地陆生总生物量，同时也是评价生态影响的重要因子；通过在水利建设用地范围内重建一定面积的护林带能够实现对总生物量的补充，减小工程占地后对环境造成的不利影响。