三峡库区消落带淹水梯度上维管植物分布及其稳定性影响因素

刘明智，牛汉刚，林 锋

（1.西南大学生命科学学院/三峡库区生态环境教育部重点实验室/重庆市三峡库区植物生态与资源重点实验室，重庆 400715；2.铜仁职业技术学院农学院，贵州 铜仁 554300）

三峡大坝工程于2003年5月关闸蓄水到135 m，库区形成。2007 年三峡水库试验性蓄水至156 m。2010 年10 月26 日，三峡库区蓄水位达175 m。根据水库“蓄清排洪”的调度原则，在6—9 月的自然汛期，三峡水库维持在防洪限制水位145 m 运行，在10—12 月的蓄水期内，水位回升到175 m，一直到翌年4 月。30 m 的水位落差，使库区形成面积高达350 km2的季节性涨落区，称为三峡库区消落区［1-3］。人为调控水库水位涨落形成处于陆地与水域之间的三峡水库消落区［4，5］，自然条件下水文状况彻底改变，季节性水位涨落导致区域内光照、压力、氧含量等环境因素改变，引起植被物种分布、组成、丰富度、覆盖度与生态功能等一系列变化［6］。水淹导致植物枯死、生长发育停滞［7］，区域生态系统产生了生态退化现象。消落区不同高程淹水时间、淹水频率、淹水次数存在较大差异，植物群落的组成、结构呈现沿高程梯度变化［8］，有明显的带状分布规律［9］。

三峡库区消落区的植被变化倍受关注，江明喜等［10］调查了蓄水前长江干流消落区的植物，白宝伟等［11］探索了长江三峡库区重庆段自然消落区的植物种类，初步摸清了调查地区自然消落区的群落类型和种类组成。孙荣等［12］以三峡水库腹地的澎溪河开县段为研究区域，研究了水库蓄水至156 m 后消落区淹水梯度上的植物组成及水位变动条件下消落带植被的空间特征。陈忠礼等［13］展开了水库蓄水至173 m 三峡库区腹心地带重庆开县澎溪河支流白夹溪消落带植物群落调查，研究了水位变动下三峡库区消落带植物群落特征；王强等［14，15］对重庆开县澎溪河典型消落带湿地植被进行长期监测，发现173 m 蓄水后三峡库区消落带共记录58 科175 种植物，狗尾草、马唐、小蓬草、狼杷草、稗、酸模叶蓼、苍耳、双穗雀稗、狗牙根等为优势种，一年生植物为消落带优势生活型。本研究开展蓄水至175 m 后的长江干流消落区在落干时自然植被在水淹梯度上的分布探讨，通过对植物分布调查研究，了解多次蓄水后库区消落区植物种类组成及分布，为三峡库区生态环境研究提供参考［16，17］。

1 材料与方法

2012 年6 月上中旬，在重庆巴南区水位154 m时，对三峡库区干吸子至桃花岛段消落带（重庆巴南区木桐桃花岛、麻柳嘴、渝北区干吸子）的消落区按海拔高度160~165、165~170 和170~175 m 设置3 条沿江平行带取样；2012 年6 月下旬至7 月上旬，在三峡库区的巫山水位148 m 时，对三峡库区丰都至云阳倒马溪段消落带（云阳倒马溪、万州武陵、丰都）的消落区按海拔高度150~156、156~164、164~170、170~175 m 分4 条沿江平行带取样；每条取样带长100~200 m，每条样带内设立2~3 m×2~3 m 小样方30个，进行维管植物调查（图1）。

图1 取样带和样方设置

2 结果与分析

2.1 三峡库区长江干流消落区植物分布

三峡库区长江干流消落区共有维管植物81 种，以禾本科和菊科植物为优势科，一年生和多年生草本植物为主。其中重庆涪陵至重庆巴南区木桐段有44 种，涪陵至重庆云阳段有65 种，消落带植物分布具体见表1、表2。

表1 三峡库区干吸子至桃花岛段消落带植物分布

表2 三峡库区丰都至云阳倒马溪段消落带植物分布

耐水淹的多年生狗牙根在150~156 m 高程内植株高度为20~30 cm，盖度为15%~20%；156~164 m高程高度为30~50 cm，盖度为20%~25%；170~175 m高程，高度为50~60 cm，盖度可达30%。一年生苍耳在150~156 m 高程内植株高度为15~25 cm，盖度为5%~10%；156~164 m 高程，高度30~50 cm，盖度15%~20%，170~175 m 高程，植株高度80~120 cm，盖度50%~80%。

在165 m 以下低高程内以耐水淹耐掩埋的狗牙根为优势种。调查发现在双重消落区160~165 m 低高程中掩埋在40~45 cm 土层中的狗牙根的根状茎上有活芽分布，完全消落区165 m 以下的低高程以狗牙根为优势种，伴有空心莲子草。165~175 m 高程，不论是双重消落区，还是完全消落区，都以耐水淹的牛鞭草和一年生的狗尾草、苍耳、鬼针草、稗为优势种；在170 m 以下高程已为草本群落，在170~175 m 高程有桑等木本植物出现，高大乔木如栓皮栎、柏木等未见分布。175 m 以上非消落区有刺桐、栓皮栎等乔木分布，为典型的乔灌草群落。

2.2 三峡库区消落带维管植物稳定性的影响因素

三峡库区消落区植物的稳定性受地形、土壤等自然因素和航运、水淹等人为因素共同影响，但以人为因素为主。

2.2.1 自然因素

1）地形。三峡库区地处渝东、鄂西山区地带，丘陵占21.7%，山地占74.0%，坪坝仅占4.3%，而这些坪坝低的一部分被水库淹没［18］。区内地势陡峭，长江段平均坡度为15°左右，坡度15°以上面积占土地总面积的74%［19］。调查中发现陡坡和缓坡及阴坡和阳坡植物种类差异明显，而且≥30°的陡坡处水淹后土壤受水波冲蚀流失严重，土层贫瘠，甚至基岩裸露。

2）土壤。三峡库区的土壤主要为紫色土、石灰性黄壤和潮土。三峡库区消落区地势陡峭，长江段平均坡度为15°左右及水库调蓄运行时水位的涨落变化及自然条件等原因，水库边缘植被易受破坏，使消落区易产生强烈的土壤侵蚀［19］。刘爱霞等［20］估算三峡库区的年均土壤侵蚀量为18 476.27×104t。三峡水库属于河道型水库，两岸沟壑纵横、地势陡峻，相对高差大，水土流失严重。苏维词［21］研究表明，消落带地表坡度15°以上的区域面积占整个消落带总面积的54.2%。库区蓄水后，在降水和库水位周期性涨落的水动力作用下，消落带坡面上的植被和土壤结构将被进一步破坏，除了局部为平川坝地型的消落带河段外，在消落冲刷、充水冲刷和消落带面上的冲沟冲刷下，大部分山地型消落带河段的土壤重力侵蚀和冲刷作用加剧［21］，土壤流失随之加剧。土壤流失带走大量氮、磷、钾和有机质，造成土壤结构破坏，肥力降低，导致土层变薄、土地退化、土地破碎，使消落带植物丧失土壤这一生存环境。在调查区内的土壤为紫色土，土层贫瘠浅薄处植物种类少，肥沃深厚处丰富。同时三峡库区消落带长期淹水，使得不耐涝植物在水淹时死亡，降低了植物多样性，加重了因水力引起的土壤流失。

2.2.2 人为因素

1）渔民捕鱼。在三峡大坝蓄水后，生活在长江干流和支流沿岸的渔民多集中在宽阔水流缓慢的干流和支流交汇处捕鱼。在调查中发现，在库区支流内1 000 m 的共和村（忠县凃井乡）沿流以捕鱼为生的渔民有10 家，水面几被渔网布满。渔民拉网捕鱼压倒践踏折断沿岸植物，渔船穿梭激起的波浪冲蚀岸边，渔民每天至少来回4 次，水力冲刷加剧了土壤流失。

2）航运。长江航道是著名的“黄金水道”，在三峡工程全面投产运营后，库区吨位大于5 t 的轮船通航量达到300 次/d［22］。三峡水库形成后，水边线向外推移，水体范围扩大，江面风速也随之增大，二三级风即可产生较大的波浪。三峡水库在日均风速为1~3 m/s情况下，长江干流一般波浪可以达到2~5 cm，在有船通过时，波浪急剧增大，最大浪高可以达到48 cm［23］。涌浪高频率的冲刷库岸，加剧了土壤侵蚀，使消落区段的土壤流失更加严重，三峡库区行船产生的涌浪是库岸侵蚀破坏的主要因素［23］。

3）放牧。三峡工程蓄水后，175 m 以下的长江流域沿岸及坪坝区被水淹没成为湿地区域，居民虽已移民安置，但多就近搬迁到山上，使得居住在三峡库区长江流域的居民并未减少。在人地矛盾突出的现实下，为解决生计，发展畜牧业，放养奶牛、耕牛及羊，库岸山区植被遭到牛羊啃食，在春季水退后的消落带大量滋生禾草，成为牛羊的牧场，消落带的植被被践踏和啃食，影响植物的发育繁衍。

4）耕作。三峡库区地处渝东、鄂西山区地带，丘陵占21.7%，山地占74.0%，坪坝仅占4.3%，而这些坪坝中低的一部分被水库淹没。在1993—1997 年第一期移民中，共安置了8.2 万人，2003 年第二期移民搬迁安置约72.1 万人，第三期移民在2009 年前已完成安置，规定安置的移民总人数达113 万人［17］，这些移民主要是居住在长江流域的坪坝区，在修建三峡工程后就近搬迁到山上。人口众多，长期过度开垦，水土流失严重，后备土地资源紧缺，地质环境容量极为有限，人地关系紧张，居住在库区沿岸的农民为了生计，利用水退落干时在消落区的旱地进行翻耕，部分草本植物被除掉或埋入土壤中作沤肥，种植农作物后把杂草除去，降低了植物多样性，耕作地植物单一。

5）取薪柴。居住在库区沿岸的农民冬季取暖和生活主要靠薪柴，除秋收的玉米秆、玉米棒、花生秆外，还要采刬牡荆等灌木及乔木状的慈竹等。

6）水淹。三峡水库秋冬两季蓄水时，库岸多年生植物虽已处于休眠期或生长发育减缓，但因长时间处于水淹，不耐水淹的植物因缺氧而死亡，如土荆芥、白茅、慈竹、栓皮栎、柏木、黄葛树；一些耐涝树种，如枫杨，虽能耐一定水淹，但在水淹没顶后，也会死亡；有些耐淹植物遭到没顶的水淹，在翌年春季水退后依能继续生长，如牡荆、黄荆、牛鞭草、空心莲子草、狗牙根。一年生植物在水淹时基本完成其生活史，全株被淹死，但种子在水退后的次年能萌发生长，繁衍其种群。

3 小结与讨论

1）调查共记录维管植物81 种，其中重庆长寿以上消落区受冬半年蓄水和夏半年汛期水淹的双重影响，共有植物44 种（2012 年汛期最高水位180 m，超过最高蓄水位5 m），重庆涪陵以下消落区只受冬半年蓄水水淹的影响（2012年汛期泄洪最高水位166 m，低于蓄水最高水位175 m），共有植物65 种。表明只受枯季蓄水影响的消落区的物种多样性高于受汛期和枯季蓄水水淹的消落区，整个消落区以狗尾草、马唐、苍耳等一年生草本植物和狗牙根、香附子、空心莲子草、牛鞭草等多年生耐水淹的草本植物为优势种。

2）水库建成蓄水前，175 m 以下消落区受人为种植、清库和初期水淹等因素影响，消落带内原生植被基本消失，自然植被由乔灌草群落演变为草丛群落，产生了次生草丛和弃耕地为主的植被类型。经多年蓄水至175 m水位线后，消落区内木本植物甚少，耐水淹的桑在170~175 m 高程带内有分布，算盘子、马桑仅在174 m处偶有发现，消落区形成了以苍耳、鬼针草、狗尾草等一年生植物和狗牙根、牛鞭草、空心莲子草等多年生耐水淹草本植物为主的植被类型。

3）物种多样性、物种高度及其盖度随高程上升而增加，这与水淹干扰强度在时间和空间上的变化一致。三峡水库蓄水前，库区段长江5 月下旬开始涨水，6—9 月为洪水期，10 月洪水开始减退，11 月至次年5 月水位最低。自然消落区植物仅6—9 月被洪水间歇性淹没。大坝修建后，三峡水库9—10 月蓄水，11 月至175 m 水位一直到第二年2 月，此后水位降落，汛前5 月至最低水位145 m，汛期水位在145 m运行，导致消落区不同高程有蓄水水淹强度和时间及落干时间的差异，使得在3—9 月落干时植物繁殖体如狗牙根的根状茎上的芽、苍耳的种子在不同高程萌动时间及处于土层深度有差异，进而影响植物生长发育及种群延续。

4）水库的修建改变了消落带的自然洪枯规律。水库消落带形成后极大改变了植物空间分布和种类组成［24］，蓄水期消落带的植物处于长达半年之久的水淹，其中部分多年植物完全受水淹，能耐水淹的植物如狗牙根、牛鞭草、空心莲子草，在水退落干后尚能继续生长生存，特别是狗牙根在消落区各个高程内均能生长，且耐淤积掩埋，适合于消落区易淤积的低高程，牛鞭草在165~175 m 高程自然生长良好，空心莲子草虽也能在消落区各高程内生长，但为入侵植物，而不耐水淹的植物如风轮草则会死亡；也有一些多年植物部分受水淹，这使得它们在水淹期间虽能生存，但生长受挫，如牛鞭草、扁穗牛鞭草。苍耳等一年生植物在11 月蓄水时基本已完成其生活史，即使其地下部分或种子繁殖体受水淹，有部分会丧失生命力，但保留了种子库，在来年水退后的春季萌发生长。可见，水淹是影响三峡库区消落带植物多样性的关键因素。

5）水淹和航运行船产生的涌浪是三峡库区库岸侵蚀破坏的主导因素。

6）库区消落带植物多样性及其稳定性不但直接影响三峡库区的生态环境，而且是防止水库库底淤积和库区抬高、保持消落带土壤流失的关键因素。因此，在水库库区沿岸应用植被进行恢复时，可采用165 m 以下高程为狗牙根，165 m 以上高程为牛鞭草、扁穗牛鞭草，170~175 m 高程为结合耐水淹的桑等木本植物，形成草木结合模式。