向家坝水电站工程扰动边坡生态修复人工调控研究

侯燕梅，许文年，2，夏振尧，2，周正军

(1.太原市建筑设计研究院岩土所，山西太原 030002;2.三峡大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心，湖北宜昌 443002)

在水电站建设过程中，时常伴随着因工程建设扰动而形成的大量裸露边坡，这些边坡坡面的植物种类单一、覆盖度低、表层土壤易碎落和滑塌，容易引起局部水土流失和物种退化等生态问题。国内外学者针对这种状况研究出了一系列植被恢复技术，如植被混凝土生态护坡技术(VCT)、厚层基材植被护坡技术(TBS)等。这些技术的应用不仅能够改善工程扰动区的水土流失状况，使受损的生态环境得到恢复，而且还能有效改善扰动区的景观效果，因此得到了广泛的应用［1-2］。但是，关于这些技术的应用效果，目前还没有建立一个系统的评价体系来进行比较和综合分析，同时对于植被群落建立后存在的问题也没有提出相关的调控建议［3］。笔者针对生态恢复后的边坡进行分析并提出一些修复边坡的人工调控方法，在此基础上又结合向家坝水电站生态修复TBS示范样地进行研究，以期为加快扰动边坡植被恢复及演替提供新的思路和方法。

1 生态工程调控技术

1.1 扰动边坡生态修复存在的问题

目前，在工程边坡进行植被恢复，考虑较多的是修复基材在扰动坡体上的稳定性、先锋物种对修复基材的适应性等问题。植被群落建立后，缺乏有针对性的调控建议，各坡面植被群落独自正向或逆向演替，边坡生态工程完全呈现“自由”状态，不利于实现恢复“自然”的目标［3］。当前工程扰动边坡生态修复存在的问题主要有生境构筑不合理等(表1)。

1.2 调控理论基础

调控的目的是通过各种手段使生态工程实现良好的生态、经济、社会效益。生态工程技术调控通常是指通过对现有生态系统中的某个环节或某几个环节进行扩大、缩小、置换、添加或功能变换以及对其所处的生态经济环境进行适当的改变，最终达到不断提高生态工程整体效益的目的。由于生态系统的协调稳定既受自然规律的支配，又受社会经济规律的调节，因此生态工程的调控是以自然调控与人工调控相结合为基础的。

表1 扰动边坡生态修复存在的问题

1.2.1 自然调控原理［4-5］

生态系统在自然发展过程中有趋于稳定的性能，即具有受到干扰后能维持稳定并恢复到原态的能力，这被称为稳态调控。稳态调控不仅受到多种机制的作用，而且在基因、酶、细胞、组织、个体、种群甚至群落中均有丰富的表现形式。稳态调控中最主要的环节是内部的反馈机制，即系统的输出成分被回送，重新成为同一系统的输入成分，成为同一系统输入的控制信息。

1.2.2 人工调控原理

人工调控是指按人的需求目的，在系统内采取同自然调节产生互补作用的调控措施。通过对被破坏的生态系统实施人工设计，以人为主导，在人与自然共同创造原则的指导下，对结构进行修补和完善，以达到修复生态系统的目的。人工调控是自然调节的补充、调整和增强，目的是使系统结构和功能达到最优化。因此，在生态工程的设计建设与技术调控中必须以自然生态系统的调节机制为基础，人工调控必须与系统内部的自然调控相结合。

1.3 人工调控

人工调控的目的是使植物群落在较短的时间内达到自我维持、自我调控、自我繁殖的稳定健康状态，为群落演替提供良好的环境，以达到尽快恢复系统生态功能的目的。虽然植被群落自身具备演替功能，但从实际出发，在工程扰动区仅依靠群落自身的作用难以达到人类对边坡生态工程的应用要求。因此，要达到尽快恢复生态系统的目的，仅通过单次的人工建植远远不够，尤其是对已经完成的边坡生态工程，采取相应的人工调控措施是必要的步骤。通常，将人工调控分为生物环境调控、生物调控、系统结构调控、输入与输出调控、复合调控［4-9］(表2)。

表2 人工调控概述和方式

2 工程实例

2.1 研究区概况

工程实例是向家坝水电站新开挖的岩面生态修复工程。向家坝水电站位于四川省宜宾县与云南省水富县交界处，属金沙江流域。该区域年平均气温17.5℃，雨量充沛，年均降水量1 070.4 mm。岩面部分为泥岩，部分为沉积砂岩，总面积约4.5万m2，最高处约30 m，岩面坡度55°～78°。生态修复工程自2007年5月20日开工，于2007年10月25日完工。

2.2 生态修复工程植被恢复情况

向家坝扰动边坡人工植被的建植，极大地改善了坡地生态，美化了工区的环境，对整个施工区域的水土保持也起到了良好的作用，但监测发现还存在一些不足，如:①构建的植被生境与自然群落自身的土壤环境存在不同程度的差别;②在恢复初期，人工植被群落结构较为简单，具体表现为垂直结构失调(基本无乔木层)、水平结构失稳(水平方向植物群落均质化)、生态系统进料不足(样地中群落盖度较低、生物量较少)等问题。

2.3 TBS示范样地的生态调控

2.3.1 样地存在的问题

生物群落垂直结构不完善、水平结构失稳，具体表现为:

(1)垂直结构中仅有草本层，不利于群落结构稳定。典型情况是紫花苜蓿占绝对优势，一方面不利于其他物种的生长，另一方面若遭遇病虫害，则样地内植被群落将受到严重打击。

(2)水平结构失稳体现在区域内生物类群、景观单元在水平方向上异质性差。典型问题是紫花苜蓿作为建群种重要值过高，占绝对优势地位，水平方向均质化问题严重，不利于向顶级群落演替。

2.3.2 调控方案

(1)生物调控。采用间苗措施，对坡面紫花苜蓿进行部分的直接干预甚至去除，同时撒播一定量的其他草本植物种子。通过外来物种的引入，实现生物与生物、生物与生境之间的协调发展。

(2)系统结构调控。通过移栽一定数量的耐旱、耐贫瘠乔灌木幼苗，促进样地内物种丰富度、多样性、均匀度指标的增加。①用不同种群合理组装，建立新的复合群体，使系统各组分间的结构与机能更加协调，系统的能量流动、物质循环更加合理。②通过建立合理的群落结构和景观单元的镶嵌关系，形成种群与种群、种群与环境之间的协调关系，以实现资源的合理利用和种群的持续发展。

2.3.3 调控前后的数据比较

对样地开展监测并现场取样进行试验，主要从水土保持效益、生态效益和基材改良效益方面进行比较分析，其中水土保持效益包括坡面最大冲刷深度、坡面侵蚀量、坡面裸露度和土壤根系干重增加率;生态效益包括第一优势种重要值、Gleason丰富度指数、香农—维纳多样性指数、皮耶罗均匀度指数;基材改良效益包括土壤有机质、速效氮、速效磷、速效钾和土壤容重。调控前后的数据见表3—5。

表3 水土保持效益调控前后的数据

表4 生态效益调控前后的数据

表5 基材改良效益调控前后的数据

由表3可知:水土保持效应的4个指标都比原来有所好转。由表4可知:生态效应的4个指标中除皮耶罗均匀度指数的实际数值增幅较小外，其他均有大幅度的改善。由表5可知:基材改良效应5个指标中除土壤容重、速效氮、速效钾指标的实际数值增幅较小外，土壤有机质、速效磷都增加到原来的2倍以上，其中有机质增幅最大。

自然演替是一个漫长的过程，生态系统恢复到顶级群落需要较长的时间。由表3—5知，在两次现场调研期间边坡生态修复工程在水土保持、生态效应、基材改良3个方面的各个指标数据改善十分明显。说明通过采取合理的人工调控措施对坡面群落加以干预，充分发挥生态系统的自我调节和自我组织能力，能够促进生态系统的正向演替，达到拟自然程度较高的层次，有利于边坡生态修复工程各项服务功能的有效正常发挥，达到预期目标。

2.3.4 小结

理论上讲，调控理论能解决全部的问题，但从调控手段的角度出发则存在一定难度。由于各样地的特殊环境决定了调控工作的复杂性，因此针对不同样地人工植被群落演替初期不利因素的复杂特性，采取多种调控方法的组合形式进行调控很有必要。同时，在调控中应注意:①调控措施的选用要与周围环境因素相结合，这样才有利于边坡植被群落的正向演替。②可以通过引入外来物种(如周边环境中适于生长的物种)，能有效增加边坡植被种类。③将同样的措施应用于不同的边坡可能会有不同的调控效果，因此要根据具体的边坡情况选择不同的调控措施。

3 结语

(1)通过归纳，总结出人工调控技术包括生物环境调控、生物调控、结构调控、输入与输出调控、复合调控。这些调控技术为解决扰动边坡人工植被群落生长缓慢、演替方向不明等提供了一种新的方法和思路。

(2)对向家坝扰动区边坡生态修复工程的示范样地进行了调控试验研究。选取典型的TBS边坡样地进行人工调控，得出结论:调控后，生态工程效应中的水土保持效益、生态效益和基材改良效益方面代表指标的数据均有不同程度的优化，同时植被群落得到不同程度的改善，显示出人工调控工作的成效。

(3)探讨扰动边坡生态修复工程调控措施，对日后开展类似的调控工作有一定的指导作用，同时更能提高生态修复的质量。

［1］曾旭，陈芳清，许文年，等.大型水利水电工程扰动区植被的生态恢复——以向家坝水电工程为例［J］.长江流域资源与环境，2009，18(11):1074-1079.

［2］LI S C，SUN H L，YANG Z R，et al.Root anchorage ofVitex negundo L.on rocky slopes under different weathering degrees［J］.Ecological Engineering，2007，30(6):27-33.

［3］夏振尧，许文年，王建柱.向家坝水电站开挖边坡人工植被生态特征及调控研究［R］.宜昌:三峡开发总公司，2008:10.

［4］杨京平.生态工程学导论［M］.北京:化学工业出版社，2005:106-108.

［5］盛连喜，许嘉巍，刘惠清.实用生态工程学［M］.北京:高等教育出版社，2005:132-133.

［6］Steven G W.受损自然生境修复学［M］.赵忠，译.北京:科学出版社，2008:101-122.

［7］傅桦，吴雁华，曲利娟.生态学原理与应用［M］.北京:中国环境科学出版社，2008:116-118.

［8］李季，许艇.生态工程［M］.北京:化学工业出版社，2008:222-223.

［9］范志平，曾德慧，余晓新.生态工程理论基础与构建技术［M］.北京:化学工业出版社，2006:38-40.