贵州红枫湖水库消落带类型划分及其生态修复试验

2011-09-12夏品华邓河霞李秋华

中国水土保持 2011年6期

关键词：植被水位水库

夏品华,林陶,邓河霞,薛飞,蒋瑶,李秋华

(贵州师范大学贵州省山地环境信息系统和生态环境保护重点实验室,贵州贵阳 550001)

贵州红枫湖水库消落带类型划分及其生态修复试验

夏品华,林陶,邓河霞,薛飞,蒋瑶,李秋华

(贵州师范大学贵州省山地环境信息系统和生态环境保护重点实验室,贵州贵阳 550001)

水库消落带;生态修复;红枫湖水库;喀斯特地区;贵州

水库消落带是防止水体污染的最后一道生态屏障,恢复或重建消落带植被是水库水质管理的一项重要措施,也是当前水库水体污染控制的研究热点和难点问题之一。消落带类型划分可为消落带分区规划治理提供指导。根据喀斯特山区水库消落带自然结构的质地和坡度,将红枫湖水库消落带分为河口型消落带、库湾滩地消落带、土质缓坡消落带、砾质坡地消落带和岩质岸坡消落带 5种类型,对各种类型的消落带特征进行了分析,并提出了红枫湖水库消落带生态恢复的设计原则与工程模式。红枫湖水库消落带生态修复试验表明,恢复与重建后的消落带系统生物多样性增加、生态功能增强。

水库消落带是指水库正常低水位和最高水位线之间的区域,是水位反复周期性涨落形成的干湿交替区,由水陆系统交错构成的边缘生态系统。由于周期性的反季节水淹、地表径流和波浪淘蚀、人为干扰等因素的影响,水库消落带生态环境十分脆弱。三峡水库建成后产生的消落带环境问题引起了人们的高度关注,消落带的生态恢复与重建已成为研究热点。构建稳定的消落带植物群落看似简单,实则是一个世界性难题[1]。恢复消落带植被系统是发挥消落带屏障功能的重要措施。

红枫湖水库位于清镇市、平坝县和安顺市西秀区境内,是贵州中部目前最大的人工水库,红枫湖水库消落带植被恢复重建工程已被贵阳市委、市政府确立为富营养化治理的重点工程。我们在对红枫湖水库消落带调查的基础上,本着分类简单化、利于工程应用的原则,对消落带类型进行了划分,提出了消落带植被恢复的概念性模式,旨在为消落带分区规划治理,建立消落带的恢复和管理模式奠定基础。

1 水库消落带的生态功能

水库消落带作为水库生态系统的重要组成部分,是水库生态系统与陆地生态系统之间的过渡区,具有重要的生态功能。良好健康的消落带系统应该具备以下生态功能[2-4]:①固岸护坡。水库消落带对岸坡的保护功能主要是通过植被来实现的。植被的茎叶可以减缓地表径流,减少侵蚀;岸坡的植被层可以减小库岸一侧水流流速,降低水流冲刷作用;植被的根系通过与土壤的相互作用,增加根际土层的机械强度,甚至直接加固土壤,起到固土护坡的作用。②截留径流污染物。在水落干时,消落带具有典型的缓冲带功能,通过减缓径流,截留泥沙和非点源污染物质入湖,减少水库淤积与污染。③净化水质。在水淹时,消落带能滞纳水体中的悬浮物质,分解、吸收水体中的营养物质,降低水体的富营养化水平。④维系生物多样性。不同的消落带微生境给各种生物创造了适宜的生存条件。⑤美化景观。不同类型的消落带植被美化了消落带景观。

2 红枫湖水库消落带面临的主要问题

水库消落带生态系统十分脆弱,自然和人为因素的破坏都会导致消落带生态功能的失衡或削弱。气候变化、植被演替、生物入侵、沉积作用、水质恶化、不合理的水资源利用、湖滨滩地或湿地资源过度开发等原因都可能导致湖滨带生态系统的退化[5]。红枫湖水库是典型的喀斯特山区河道型水库,建成运行以来,消落带生态环境问题突出:波浪淘蚀和水土流失严重,植物群落结构单一,消落带缓冲功能基本丧失,环境污染严重。

3 红枫湖水库消落带类型及特征

3.1 红枫湖水库消落带类型划分

消落带分类的任务就是要揭示客观存在的空间结构、生态过程和生态功能的差异,为湖滨带分区管理、分区治理、恢复设计提供科学依据[6-7]。消落带分类应遵循以下原则:①综合性原则。消落带特定生态系统的形成是人为活动和自然因素耦合作用的结果,要综合考虑各种影响因子和表现方式,建立多指标分类体系。②主导性原则。表征消落带特点的因素众多,只能选取最能体现消落带特点的因素。③确定性原则。应确保不同人员应用分类系统判定类型的一致性,起到定性的作用。④适用性原则。包含有两个层面的意思,一是选取的划分依据要具有可操作性,简单易行;二是所分的类型要在实际工作中简单易用,符合管理和利用的需要。

根据划分原则,结合红枫湖水库消落带管理的需要,选取消落带质地和坡度作为一级分类指标,将其分为 5类,即土质缓坡消落带、库湾滩地消落带、河口型消落带、砾质坡地消落带和岩质岸坡消落带。

3.2 红枫湖水库消落带特征

土质缓坡消落带。土质缓坡消落带是红枫湖水库分布最多的一种类型,常与耕地或坡地连接,地势梯度不大,呈明显的缓坡状,无洼地、沟渠。土壤贫瘠,粒径较大。植物成片分布,非耕作地植物为多年生草本植物,无乔灌植物分布,耕作地则多为一年速生草本植物。部分地段由于受坡面雨水的冲刷,侵蚀严重,植物无法定居,形成裸露的土质坡地。水位变化和水动力作用强烈,不适合沉水植物和挺水植物生长。人为干扰以放牧和耕作两种形式为主。

库湾滩地消落带。地处平缓地方,多与水田地相连,地势和水力梯度变化较小,有洼地,部分形成天然的湿地,有明显的集水沟渠。土壤肥力较高。植物种类较缓坡消落带丰富,有湿生植物分布。受人类干扰最强烈,大多数被围垦造田,破坏严重,缓冲带功能基本丧失。

河口型消落带。河口型消落带是入湖河道与水库交互作用而成的一种独特的消落带类型,根据地貌整体发育情况可进一步划分为河口陡岸型和河口滩地型。山区河口由于强烈的下切作用,常形成陡峭的河口湖岸。河口滩地一般为人口密集地区,人为干扰强烈,滩地多被围垦造田,湿生及水生植被破坏严重,生态功能基本丧失。红枫湖水库羊昌河河口消落带即为典型的河口滩地型消落带。

砾质坡地消落带。砾质坡地依山傍水,地势梯度大,库岸陡峭,由于地形的原因,宽度较小。砾石和泥土混杂,给植物生长创造了一定条件,匍匐茎植物的生长对该岸的稳定发挥了重要的作用。根据坡度大小,砾质坡地消落带又可划分为砾质陡岸型和砾质缓坡型两种类型。由于陆上土层较薄,且存在众多不稳定性因素,如滑坡、泥石流等,生态环境比较脆弱,一旦破坏,恢复起来十分困难。红枫湖水库砾质坡地消落带分布较为分散,常与土质缓坡消落带交互在一起。

岩质岸坡消落带。与砾质坡地消落带一样,依山傍水,地势梯度大,库岸陡峭,宽度较小。库水长期的冲刷作用,使得表土已被冲刷殆尽,植物很难生长,仅在狭缝中有少量泥土供植物生长。岩质岸坡消落带可分为岩质陡岸型、岩质缓坡型和人工堤岸型三种类型,是喀斯特山区水库典型的消落带类型,构成消落带独特的生态景观。该类型人为干扰较小,对水库水质影响不大,不需要人工治理。红枫湖水库码头及北湖的很多地方均为该类型。

4 红枫湖水库消落带生态恢复与重建

4.1 红枫湖水库消落带生态恢复与重建的目标

消落带原有的生态系统因水库建设而发生了不可逆转的变化,而新生的水库消落带是因水库水位变化而产生的特定生态系统,极其脆弱,要形成健康的水库消落带系统,须在一定的条件下经过若干年的演替才有可能实现。当前,人们通常采用人工手段来恢复与重建消落带生态系统,发挥其应有的功能,当然,能否成功还有待实践检验。消落带生态恢复与重建的总体目标是通过采用生态工程手段,改善生境和恢复植物,逐步恢复消落带退化生态系统的结构和功能,最终达到消落带生态系统的自我维持和良性循环状态。

4.2 红枫湖水库消落带生态恢复与重建模式

根据红枫湖水库消落带恢复的目标、各类型消落带特征及功能特点制定修复模式,大致分为植被生态模式、水塘湿地模式、河口湿地模式及保育模式4种,详见表 1。

表 1 红枫湖水库消落带生态恢复与重建模式

4.3 红枫湖水库消落带生态恢复与重建试验

4.3.1 试验概况

以生态演替理论为指导,采用生物措施,2009年 4月在红枫湖水库滴澄关消落带进行生态修复试验,以期恢复与重建消落带的结构和功能,其目的是要再现一个能够自我维持、更新的生态系统。

滴澄关消落带位于红枫湖管理处,水位变幅为 5 m,即1 235—1 240 m,为典型的砾质坡地型消落带。因此,采用植被生态模式进行修复试验。试验根据消落带内不同水位梯度的变化规律,人为将消落带分为 3个层次:第一层次即水位线为1 235—1 238 m高程的消落带,第二层次即水位线为 1 238—1 240 m高程的消落带,第三层次即 1 240—1 246 m高程的水库缓冲带。第一层次水位变化大,种植牛鞭草、狗牙根和白花三叶草等能耐受长时间水淹的草本植物;第二层次种植能够耐受较小水位变化的植物柳树、意杨、水杉等;第三层次主要种植景观植物香樟、火棘、金叶女贞和红枫等。试验面积 1 500 m2,共计种植各种植物 30余种 2万余株,形成了乔灌草植被带。

4.3.2 试验结果与分析

试验结果表明:第一层次内 3种草本植物均能存活生长,但牛鞭草的长势较狗牙根和白花三叶草好,尤其是在水位1 237 m以下;第二层次种植的乔木按存活率排序为柳树＞意杨＞水杉,但植株长势均不好,可能是消落带土质贫瘠以及秋冬季水淹的缘故;第三层次种植的植物存活率在 90%以上,植株长势良好。消落带植被得到修复后,植被盖度由原来的 40%增加到70%以上,植物由单一的草本植物变成由乔灌草构成的立体植被系统,生物多样性明显增加;水土流失和坡面侵蚀大为减少,有效减少了泥沙的淤积。

试验区因控制人为干扰,原有植物比对照区的生长旺盛,生物量大,这是植被盖度增加的一个主要原因。因此,保护原有植被、防止人为破坏是消落带植被恢复的一种有效措施,而人工引种植物则是试验区植被盖度快速增加的主要原因。

5 讨论

水库消落带作为特殊的生态系统,引起了广泛关注。水库消落带的显著特点是水位落差大、反季节性,如三峡水库消落带落差高达 30m,淹没时间由天然湖泊的夏季汛期变为冬季,这使得消落带植被恢复成为世界性的难题[1],而绝非简单的造林植草。水库与天然湖泊的生态学特征有很多不同之处[8],同样水库消落带与天然湖泊湖滨带也具有很大的区别,主要表现在水库水位变化较天然湖泊要大,天然湖泊水位主要受流域降雨的影响,通常与降雨量呈正相关,而水库水位受人为调节的影响,雨季因防洪而运行低水位,旱季因蓄水而运行高水位,这种反季节和高落差变化的特点给水库消落带的生态修复带来极大的困难。因此,在借鉴湖滨带生态修复的同时,应该充分认识水库消落带水文特征的特殊性。红枫湖水库水位季节性变化通常为丰水期 5—8月份运行最低水位,根据红枫湖管理要求,控制最低水位线 1 235 m,枯水期 9月至翌年 4月份运行高水位,具有明显的反季节特征。

消落带的类型划分目前还没有统一规范,有关研究报道也少见。不同专家学者从不同的角度或出于不同的目的,由不同的划分依据而得出不同的划分结果。本研究出于消落带生态修复的目的,将喀斯特山区水库消落带划分为土质缓坡消落带、库湾滩地消落带、河口型消落带、砾质坡地消落带和岩质岸坡消落带 5种类型,具有很强的操作性。

消落带生态恢复的难点之一是适宜植物的稀少性[3]。因此,进行砾质坡地型消落带植被生态修复试验的目的主要是筛选出适宜消落带的植物。可是,什么样的植物才能算是适宜消落带的呢?当前的研究主要是通过植物的水淹耐受性来进行评价的[9-10],即仅考虑消落带植物的存活问题,而我们认为适宜消落带的植物还应该有发达的根系、较强的固土能力等。笔者通过对红枫湖水库消落带植物的调查发现,牛鞭草(Hem-thriaaltissima)是一种在消落带广泛适应的植物。牛鞭草群落固土能力强,恢复生长快,长期水淹后,能在落干三四天后长出新芽,且新芽可以快速集聚光合产物为其恢复生长提供物质基础。

水库消落带系统可以通过自然演替形成,但是需要很长的时间,并且往往仅有草本植物。因此,人工恢复与重建消落带植被生态系统应是水库消落带系统建立的主要措施。在具体实施中,要根据消落带的类型采取不同的植被恢复模式,以维系消落带的景观多样性,尽量保持原有的生境。

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