沿海河道生境特征及植物群落构建研究

2011-10-16叶碎高

黑龙江大学工程学报 2011年3期

叶碎高

(浙江省水利河口研究院,杭州 310020)

1 沿海新围垦区河道及生境特征分析

1.1 滩涂围垦及新围垦区河道

河道之于陆地生态系统,犹如血脉之于人体,不可或缺。在沿海平原,纵横交错的河网,发挥着行洪、排涝、输水、航运、景观及生态保护等综合服务功能,为沿海平原地区的生活、生产活动提供了不可替代的资源和环境条件[4]。为此,尽管土地资源宝贵,新围垦土地上,通常规划有8%左右的水面率。按照平均 20 m宽计,土地上有 4 km/km2左右的河道。通过合理开发和有效保护,今日的滩涂资源,在不远的未来,将成为绿意盎然的阡陌,或生机勃勃的现代化水乡都市。

健康的河流是围垦新区,生态健康与安全的重要基础保障。浙江省2003年确定的 “万里清水河道建设标准”是 “水清、流畅、岸绿、景美”,蕴含着河道健康的基本要求[5]。一个健康的河流生态系统,除了应具有稳定的河床、良好的水循环系统外,还应具有以生物多样性为基础的河道自净能力。而生物多样性的基础是良好的生境条件,包括水质、土壤、河岸结构等,适宜的河床、河岸结构形式、土壤特性为植物生长的环境条件;健康、稳定的植物群落,为动物、鸟类、昆虫生长、繁衍创造环境条件,不需要人工干预,自然会形成植物—动物—微生物链条;植物、动物、微生物构成相对完整的生物链,使河道具备相应的自净能力[6-7]。由此可见,植物群落对于河流健康至关重要。

1.2 沿海新成陆区河道生境特征分析

总体来看,新围垦区河道植物生境比较差,主要表现在如下几个方面：

1)河道水流通常呈双向流特征,水流方向随着潮位、径流量的变化而变化,河岸遭受双向冲刷,容易被淘刷塌岸。

2)土壤及地下水含盐量高,植物容易受到盐分胁迫。沿海河道形成的年代不同,其土壤含盐量也不同。刚刚围垦形成的河道土壤含盐量很高,通常＞0.6%,特殊地段如早期盐场甚至＞1%。通常当土壤含盐量＞0.9%时,不建议马上开展人工植物干预,等自然淡化、含盐量下降后再进行河道生态系统重建。

抗性淀粉是一类性质并非完全相同的碳水化合物，其抗酶解性质与淀粉的品种、来源、储存方式及食品加工过程有关。目前研究最热门的是RS3，为凝沉的淀粉聚合物。其主要由糊化淀粉经冷却后形成，为凝沉的直链淀粉[4]。

3)围垦区多为沙性土壤,加之河岸坡陡,持水、持肥能力低,河岸植物易受贫瘠、干旱胁迫。

4)近水面的岸坡,由于水位涨落频繁、地下水位高,土壤易受涝渍危害。

5)易受风浪危害：①滨海地区风大,植株高、树冠大的植物容易受风压倒伏,并且危害岸坡稳定;②在风浪淘刷作用下,砂性土壤岸坡容易流失、滑坡甚至塌岸。

1.3 新围垦区河道存在的主要问题

由于上述特殊生长环境的限制,只有耐盐、耐旱、耐涝、耐贫瘠的植物才能适应在新围垦区河岸生长。如果不加以人工干预,在成陆后的相当长一段时间内,河道及其两岸都难以形成稳定、健康的植物群落。

东南沿海地区雨量充沛,降雨集中、雨强较大,没有植被保护的陡坡河岸,极易产生水力侵蚀。另外由于风浪、船行波影响,没有植物根系保护的河岸容易遭受波浪淘刷,进而出现塌岸现象。

围垦区土壤多为砂性土,土壤持水性能差,虽然全年降水量不小,但表面土壤经常处于干燥状态。沿海、滨海地区风大,如江苏盐城市日平均风速≥4 m/s的年平均日数为63.3～156.8 d[8],浙江舟山市一年四季均有大风出现,年大风日数23.8～125.7 d,最大风速24～46 m/s[9]。水利部《土壤分类分级标准》 (SL190-2007)规定：“日平均风速≥5 m/s,全年累计30d以上,的 (沿海、滨海)沙质土壤地区,应界定为风力侵蚀区。”按照这一标准,浙江、江苏多数地区都属于风力侵蚀区。在大风作用下,表面土壤颗粒极易启动,产生风力侵蚀,造成周边环境沙尘污染及围垦区土壤资源损失。

“岸绿”是 “景美”的物质基础,缺乏植物的土地、河道,景观格局单调,不利于围垦土地的后续开发利用。

没有植物的河道、河岸,动物、微生物因缺乏合适的生境和食物而难以生长繁衍,难以形成健康的河流生态系统,河道自净能力差。

由此可见,营造适宜的植物生境条件,构建健康稳定植物群落,对于围垦新成陆土地及其河道都具有非常重要的现实意义。

2 物种选择及群落构建原则

沿海河道,尤其是新围垦土地上的河道生态建设,不同于一般平原河道生态建设,也不同于一般的沿海土地绿化,既要满足河流生态系统建设的要求,又要克服沿海河道恶劣植物生境条件的限制,同时又不能影响河道主导功能的正常发挥,是一项异常复杂的系统工程。在植物种类选择时,要充分考虑河道生境特征和植物的生物学、生态学特性,遵循因地制宜、适地适树原则,生态功能优先、经济适用性原则,以乡土植物为主的原则,物种多样性、物种共生相融性原则等基本原则[10-11]。

2.1 因地制宜、适地适树原则

每一种植物都有其生态适宜性,不同的植物适宜不同的生长环境。为了使人工种植的植物能健康生长、繁衍,应根据不同的立地条件,选择适宜的植物种类。沿海地区,尤其是新围垦区河岸土壤含盐量较高,植物易受盐分胁迫,应选用耐盐性的植物,如木麻黄 (Casuarina equisetifolia)、海滨木槿 (Hibiscus hamabo)、滨柃 (Eurya emarginata)、柽柳 (Tamarix chinensis)、盐地碱蓬 (Suaeda asalsa)等。而在河道常水位附近的坡段,土壤水分含量较高,植物易受涝渍胁迫,并且是高含盐率的涝渍胁迫,应选择耐水湿同时耐盐性的植物种类,如柽柳、秋茄 (Kandelia candel)、芦苇(Phragmites australis)等。苦楝 (Melia azedarach)、池杉 (Taxodium ascendens)也能在浙江沿海河道附近生长,晚秋季节,池杉与水面辉映,景色诱人。但池杉树干高大粗壮,苦楝树冠大,在行洪断面内种植,影响行洪;在沿海地区河道种植,受台风影响易倒伏并连累河岸安全。因此,应适地适树、因地制宜地选择适宜植物种类。

2.2 生态功能优先、经济适用性原则

植物具有生态、经济、景观等多种功能。在河道生态建设中,植物种类选择应以生态功能优先,包括植物改良土壤、保持水土、拦截面源污染、提高河道自净能力等,适当考虑景观功能、经济功能。植物的存在,能改变区域景观格局,自然具有景观功能。位于村镇附近或交通要道两侧的河道,植物种类选择时,则应充分考虑植物的景观效果。在空间结构设计上,利用乔冠草相结合营造高低有别、错落有致的立体结构,河道沿线配置不同群落的植物,渐进过渡,避免单调乏味和变化突兀。在色彩配置上,要确保常年有绿、色彩季相合理变化,除利用植物开花调节色彩变化外,还可以树叶的不同颜色,营造更加自然、持久、健康的丰富多彩的植物环境[12]。

经济适应性主要考虑在植物种类选择时,考虑苗木价格低廉、植保养护方便。如条件允许,可适当考虑部分植物的产出效益。

2.3 以乡土植物为主的原则

这一原则具有两方面的意义：①本土植物苗木来源充足、价格低廉,质保养护方便;②引进外来植物需合理评估、严格控制、谨慎选择,避免造成外来植物入侵。在这方面,我国有着惨痛的教训。凤眼莲,俗称水葫芦 (Eichhornia crassipes)、喜旱莲子草,俗称水花生 (Alternanthera philoxeroides)、一枝黄花Solidago canadensis L.)、互花米草 (Spartina alterniflora Loise)等都因有其长处才被引进中国,如水花生是侵华日军作为马饲料于上世纪30年代从南美洲引进中国的;水葫芦上世纪初作为观赏植物从巴西引进,50、60年代作为速生猪饲料推广,后来又被作为静水植物种植;一枝黄花是1953年作为观赏植物从加拿大引进的。但由于缺乏原产地的天敌制约,生态适应性和竞争力强,又没有相应的人为控制措施,这些植物很快就成为外来入侵物种、生态杀手,引起一系列生态问题,国家为此付出了沉重的代价[12]。为此,在河道生态建设过程中,应坚持以本土植物为主的原则,避免把 “生态建设”工作的成果变成 “生态破坏”。

2.4 物种多样性原则

弃渣场、临时堆土场等临时绿化可以撒播单一速生物种,如狗牙根 (Cynodon dactylon L)、高羊茅 (Festuca arundinacea)甚至小麦 (Triticum aestivum Linn)种子。一些地方政府为了赶进度,在城市周边的河岸铺设马尼拉草皮 (cynodon dactylon),早期的植生混凝土喷播也只有单一的草籽。但草本构成的植物系统是低等生态系统,任何单一的物种抵抗自然灾害能力都比较低,难以稳定、持久。乔冠草结合、植物多样性及物种共生相容性原则是确保河道植物群落稳定、健康生长、繁衍的基础,也是营造动物、微生物物种多样性生境的基础。所以尽管沿海河道适应植物较少,但也应尽量营造多样性的植物群落,群落内的植物之间应能共生相容,以利于群落健康、稳定[14]。

3 物种选择与群落构建

根据河道生态建设要求、沿海河道植物生境特征及物种选择原则,课题组经过5 a多时间在浙江省慈溪市、温岭市、椒江区、三门县、定海区、海宁市等县 (市、区)沿海试点、示范河道试验研究,优选出适合沿海河道生态建设的植物20多种,成功构建了6个健康稳定的植物群落。

3.1 物种选择

根据物种选择原则,针对河道不同坡位的生境特征,选择适宜的植物种类。

3.1.1 洪水位以上岸坡及坡顶植物

该坡段是营造滨水缓冲带、沿岸景观带的主要空间,选择耐旱、耐盐、耐贫瘠的植物,并应乔冠草相结合。适宜的乔木树种有木麻黄、旱柳(Salix matsudana)、弗栎 (Quercus virginiana)、绒毛白蜡 (Fraxinus velutina)、洋白蜡 (Fraxinus pennsylvanica)等。灌木树种可选择柽柳、海滨木槿、南方碱蓬 (Suaeda australis)、夹竹桃(Nerrium indicum)、海桐 (Pittosporum tobira)、滨柃、蜡杨梅 (Myrica cerifera)、秋茄 (Kandelia candel)、苦槛蓝 (Myopprum bontioides)。草本植物可选择盐地碱蓬、狗牙根、紫花苜蓿 (Medicago sativa L)、白茅 (Imperata cylindrica var.major)等。

3.1.2 适宜水位变幅区岸坡的植物

常水位与洪水位之间的坡岸,水位频繁变化,经常遭受波浪冲刷,是容易产生土壤侵蚀、塌岸的坡段。植物根系对锚固土壤、提高土壤的抗侵蚀能力具有积极的现实意义。该坡段土壤含水率高,宜选择耐涝、耐盐植物。由于处于河道行洪断面,不宜种植池杉等高大乔木。可供选择的乔木树种有木麻黄、旱柳、弗栎 (Quercus virginiana)、绒毛白蜡、洋白蜡、水紫树 (Nyssa aquatica)等。灌木可选择柽柳、海滨木槿、滨柃、蜡杨梅、秋茄、苦槛蓝等树种。草本植物可选盐地碱蓬、狗牙根、白茅、芦苇、芦竹 (Arundo donax)等耐盐、耐涝植物。

3.1.3 常水位以下植物

常水位以下可以生长的是水生植物。水生植物的选择、种植应以改善水禽、鱼类、贝类及微生物的生境条件,提高河道水体的自净能力,维持水生态系统健康为主要目标,城区河道中的水生植物可适当考虑景观要求。可以在水下岸坡及近岸河底种植芦苇、芦竹、海三棱藨草 (Scirpus mariqueter)等挺水植物、沉水植物。根据沿海河道的特点,在缺乏切实可行的控制措施的情况下,不宜种植漂浮植物[14]。

3.2 植物群落构建

自然界的植物既不是单独生长,也不是杂乱无章地组合在一起的,而是遵循一定的规律而集合成群地生长的。单独生长的植物,例如水边的芦苇荡、水面上疯长的水葫芦、人工种植的草皮等,往往是不健康、不稳定的,其生态服务功能也受到一定的限制。在特定空间或特定生境下,植物种群有规律地组合、生长在一起,物种之间及其与环境之间相互影响、相互作用,具有一定的外貌及结构,执行一定的功能,这样的植物组合就是植物群落。群落内的植物具有相同或相近的生态习性,对环境有相近的要求,物种之间相容共生,或者群落内的一个物种依赖于另一个物种而生存,甚至一个物种供给另一个物种最适之需[15]。人工构建的植物群落也应该遵循自然界群落内植物共生相容的规律,力求群落健康、稳定地生长、繁衍,并与河道环境相适应。

本课题在慈溪市选择了两个试点围垦河道,一个是半掘浦,另一个是水云浦,本文以半掘浦为例,阐述沿海河道植物群落构建及研究成果。用“沧海桑田”这个词描述慈溪的历史是最恰当不过了,全市1 154 km2的陆域面积中,有775 km2是围垦而成的平原,而且这个面积还在不断扩大。在反对围垦之声此起彼伏的今天,值得着重指出的是,这些围垦土地中的相当一部分是北宋之前的1 000 a间自然淤涨而成的陆地,所谓 “秦海汉涂唐灶”,说的就是从海面到滩涂再到农田的 “沧海桑田”变迁过程。随着人口的增长、技术的进步,到了北宋◦咸平年间 (998～1003),人们才逐步踏上向滩涂要田地的人工促淤围垦之路,而新中国成立后的60 a间,只是围垦速度加快而已[16]。

半掘浦位于慈溪市新浦镇,2007年4月成陆的围垦区内,试验、示范长度约2.9 km。堤顶高程5.5 m,河底高程-0.87 m,河道常水位1.83 m,河岸坡比约1∶3。该试验点位于北亚热带南缘季风气候区,年均气温15.8℃,无霜期平均244 d,多年平均降水量约1 350 mm。项目实施前,仅在坡底水边附近长有少量杂草,生长不良,岸坡上基本没有植物,见图1。

图1 未经植物干预的沿海河道Fig.1 Coastal river bank without plantation

试验研究开始于2008年4月,至今已历时3 a多,历经坎坷,终见成效,固土护坡、防治水土流失,防治沙尘、改善小区气候,调整景观格局、优化视觉效果等生态效益、社会效益明显。但在试验之初,困难重重,物种选择、群落构建、植物种植等都存在许多不确定性因素。起初由于项目采购程序限制,种植时间拖到了天气比较炎热的4月下旬,植物总成活率受到明显的影响。由于盐分影响,有些植物只能利用土球中的土壤和养分短时间内存活,出现假活现象。而另一些植物刚接触高含盐量的土壤就 “死了”,但随着土壤在雨季的淡化,又 “复活了”,出现假死现象。经优选、优化,并采取辅助措施后,植物成活率、生长状况明显改善。目前,河岸植物与标准海塘一起,组成了一道亮丽的沿海风景线,图2是目前的景象。河道坡岸林草植被覆盖率、郁闭度、三维绿量等明显提高,水土流失现象减少,小区气候条件改善。更为可喜的是,随着人工种植植物的生长,生境条件不断改善,其它本土植物,尤其是草本植物不断增加,生长状况良好,对植物群落的稳定、健康、可持续生长、繁衍打下了坚实的基础。随着植物的生长,昆虫、鸟类的种类、数量也明显增加,从侧面也印证了小区环境的改善。经试验研究与观测分析,推荐表1所列4种植物组合作为优良植物群落,推荐给类似条件的沿海河道使用。

图2 植物干预3 a后的沿海河道景观Fig.2 Coastal river bank 3 years after plantation

表1 慈溪市半掘浦河岸植物配置表Table 1 Plant communities for Banjuepu river in Cixi City

4 结论与建议

沿海新围垦区具有高盐、风大、潮湿与干旱交替胁迫等特征,河岸植物生长环境恶劣,如不进行人工植物干预,在很长一段时间内,很难形成健康、稳定的植物群落。河岸水土流失严重,旱季易生沙尘,影响周边环境。开展沿海河道植物技术试验研究,促进河岸植物生长,改善河道生态环境是非常必要的。

课题组在政府相关部门的支持、资助下,历经5 a多,在浙江省沿海各地选取多处试点河道,开展试验、观测和研究,优选出20多种适合浙江沿海河道环境生长的物种,构建了6个植物群落,配合建设了4个示范工程。试验、示范河道岸坡林草覆盖率、郁闭度逐年提高,三维绿量不断增加,土壤有机质含量、抗侵蚀能力明显提高,土壤侵蚀减少,显著改善了沿海河道生态环境。研究成果在浙江省各地得到普遍推广应用,部分研究成果被写入浙江省河道建设标准,前来参观学习的外省同行络绎不绝。

植物的生长、繁衍应能改善动植物、微生物的生境条件,增加河道生态系统的生物多样性,进而提高河道对水质的自净能力。待条件成熟时,将以本课题建立的试点、示范河道为基础平台,开展长期、定量观测和试验研究。

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