三峡水库消落带植被重建途径及其固土护岸效应

鲍玉海, 贺秀斌, 钟荣华,2, 高进长,2, 唐 强,2

(1.中国科学院 水利部 成都山地灾害与环境研究所 山地表生过程与生态调控重点实验室, 成都 610041; 2.中国科学院大学, 北京 100049)

三峡水库消落带植被重建途径及其固土护岸效应

鲍玉海1, 贺秀斌1, 钟荣华1,2, 高进长1,2, 唐 强1,2

(1.中国科学院 水利部 成都山地灾害与环境研究所 山地表生过程与生态调控重点实验室, 成都 610041; 2.中国科学院大学, 北京 100049)

三峡水库蓄水运行后将出现一个落差达30 m的消落带，由于库水涨落和水文地质条件改变，导致其植被破坏，土壤裸露，在降水、库水位周期性地涨落和波浪的作用下，土壤侵蚀强烈，如何重建消落带植被成为广泛关注的热点问题。通过系统总结三峡水库消落带植被重建的科研实践及经验，提出了消落带植被重建的基本思路和途径，并利用侵蚀针定位观测方法，对比分析了不同植被重建途径下的固土护岸效应。结果表明，人工种植草地和自然恢复草地较其对照分别减少了土壤侵蚀74%和55%，显示出极显著的控制土壤侵蚀的效应。而表层土壤受人为扰动强烈的传统耕作耕地土壤侵蚀强度相较于对照高11%。

三峡水库; 消落带; 土壤侵蚀; 植被重建; 固土护岸

三峡水库消落带是人为调控水库水位形成的反季节变化的水、陆交错过渡区域，落差30 m，岸线长度5 578 km，面积349 km2，是库区陆域与水域之间的生态缓冲带，对水库、库岸带生态环境均有重大影响。三峡水库消落带幅度大、面积广及其长时间反季节性淹水等特性使其形成地球上特殊的地理、水文和生态单元，备受广泛关注[1-4]。在长期反复淹水—出露和干—湿交替作用下，消落带原有生境将发生剧烈改变[5-9]，许多植物不适应新生境而难以生存，原有植被逐渐消亡，植被与生物的多样性丧失，生态系统结构简单化，生态功能衰退，进而造成库岸地质灾害发生的频率增加、土壤侵蚀异常强烈、库区景观质量下降等一系列生态问题，已经成为当地政府和国家关注的重大环境问题。

消落带植被是其生态功能的主体，不仅可以拦截入库泥沙和颗粒态污染物，利用自身根系生长固土护岸，还能极大改善景观效果，创造良好旅游条件[9]。因此，对植被的恢复和重建是消落带生态系统恢复和保护的重点，植被重建也是提高消落带生态系统适应能力的主要措施之一[10]。但水库型消落带植被恢复被认为是较困难的一项工作，虽有一些相关实验工作初见成效，如在我国华南地区的几个水库消落带已经筛选出几种适用于植被恢复的植物[11]。但这些研究都仅限于短时间或低水位的水淹。而三峡水库消落带淹水面积广、深度大、持续时间长，植被恢复的规模和难度要远大于这些工程。

科学地构建水库消落带的植被及其生态功能，无疑将会促进水利水电防洪与发电功能的高效发挥，对维护库岸带旅游环境，保持流域经济可持续健康发展都具有重要意义。本文通过2007年以来在三峡水库消落带开展植被重建的相关科研实践，介绍了在忠县库段消落带植被重建工作中的思路和技术途径，并对植被的固土护岸效应进行了观测分析，以期为库区消落带的植被生态系统恢复提供参考。

1 研究区概况

2 植被重建思路及途径

2.1 植被重建思路

三峡水库蓄水运行后，消落带原有陆生生态系统演变为水陆交替控制的生态系统，原来适应陆生环境生长的植物物种逐步消亡演替，而植被演替过程需要多长时间尚未有明确定论。整个消落带的植物种类将较以前的陆生环境大为减少，生态系统结构和功能简化。因此，筛选适宜在消落带生长的物种和维持植物生长需要的基质环境是植被重建的基础。同时，植物耐淹、耐旱等生理特性差异造成其对水位变动的适应性不同，而且植被生态系统的构建要经过合理的物种搭配，正确的物种搭配构建的生态屏障所取得的环境效益要远超过单种植被[12]。因此，三峡水库消落带植被重建需根据消落带水位涨落节律、生境特点及其区位生态服务功能，突出不同海拔梯度的植被生长环境、人为干扰和抗干扰能力、生态服务功能需求等方面，以水陆两栖、根系发达、截污能力强、生物量可回收利用和景观效果优良的本地植物物种为主，因地制宜、合理配置、分区治理(图1)。

图1 三峡水库消落带植被重建思路

2.2植被重建途径

中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所联合中国科学院植物所、中国科学院武汉植物园，于2007年开始在忠县库段消落带开展了消落带适生植物筛选及生态系统重建的科学研究实践工作，进行了消落带多功能复合系统重建研究试验。目前已筛选出抗旱耐淹且具护坡效应的狗牙根(Cynodondactylon(Linn.) Pers.)、双穗雀稗(Paspalumpaspaloides(Michx.) Scribn.)、牛鞭草(Hemarthriaaltissima(Poir.) Stapf et C.E.Hubb.)、野古草(ArundinellasetosaTrin.)、桑树(MorusalbaL.)、旱柳(SalixmatsudanaKoidz.)、池杉(TaxodiumascendensBrongn)、荷花(NelumbonuciferaGaertn.)等十余个耐淹植物品种，形成了一系列解决三峡水库消落带植被重建的技术途径(图2)。

图2 三峡水库消落带植被重建主要途径

2.2.1 自然恢复 土壤种子库是植被自然恢复的一个重要繁殖体来源[13-14]。三峡水库消落带自然资源丰富，植物种类繁多。根据2006年156 m蓄水以后的调查，高等植物189种(56科)，其中木本13种，草本176种(1 a生草本占绝大部分，多年生草本较少)。但由于三峡水库蓄水之后的人为清库，消落带内乔木和灌木已被人为清除，自然植被以草本为主。通过卢志军等[15]在三峡库区不同地理位置消落带开展的土壤种子库萌发试验表明，蓄水初期(2007—2008年)消落带的45个土壤种子库共萌发20科45种植物，萌发的幼苗总平均密度是4 578粒/m2。因此，作为一个重要的繁殖体来源，在消落带植被重建过程中，土壤种子库萌发驱动下的植被自然恢复应该被考虑在内。在人类活动较少、坡度5°以下、土层较深厚的消落带区域，可利用自然生物群落发展规律，使一些具有较强繁殖能力和适应能力较广的1 a生草本和多年生草本一方面从土壤种子库萌发，另一方面依靠消落带上缘物种自然传播，完成自然植被的恢复演替。

2.2.2 人工种植林草 三峡水库蓄水之前为旱生灌草地、森林采伐迹地或弃耕旱地的消落带，淹水之后一般植被覆盖率偏低，而且土壤浅薄、坡度多在5°以上。这些区域自然恢复难度大，恢复过程所需时间长，需要人为干预采取林草种植措施重建植被。人工植被重建首先以草先行，选择狗牙根、牛鞭草、双穗雀稗、野古草等一些适合消落带气候和水文环境的草本植物。在草本植物生长的同时，进行桑树、旱柳、池杉等灌木及乔木的栽种。并沿海拔梯度(145～175 m)，依据不同植被类型的生物学特性，依次进行1 a生或多年生草本种植(145～160 m)、乔灌草混交种植(160～175 m)。

2.2.3 平缓宜农土地季节性利用 消落带土地耕作利用主要是季节性开发利用，即在充分考虑消落带水位消涨规律、汛期洪水、当地农事活动等因素的基础上，以满足农作物生长期所要求的最短时间为前提，对消落带不同海拔高程的土地进行季节性利用。如生产周期较短的作物(玉米、短季节蔬菜等)布局在海拔较低的160～165 m的区域；生产周期较长的作物(油料作物、瓜果作物等)布局在海拔较高的165～175 m区域。海拔145～160 m间的消落带，每年有7～8个月的时间被水淹没，可利用时间相对较短，并且易受汛期洪水的短期淹没，该区域不宜大规模开发利用。同时为了最大程度地保护消落带的生态环境，对消落带土地资源的农业利用必须做到在生产的各个环节都实行无公害清洁生产、免耕技术和农业废弃物回收利用，实施合理轮作、套间混种、用养结合。农村居民点及移民新村附近消落带，优先安排就近后靠农村移民进行农业种植利用，禁止畜禽散放式养殖。

2.2.4 水生植物构建景观植被 旅游风景名胜区(含游人视线范围)、农村开阔较平坦大面积消落带和生态景观结构关键区段消落带，按照景观塑造和生态缓冲净化要求进行植被生态系统培育建设。在三峡水库蓄水前，消落带区域内有大量的水稻田，采取一定措施利用荷花、睡莲(NymphaeatetragonaGeorgi)、黄菖蒲(IrispseudacorusLinn.)等水生植物进行湿地植被恢复，同时在坡度平缓的地段种植池杉、旱柳等植物。在美化景观的同时，这些水生植物具有一定的保持水土和消耗土壤养分功能，能够降低营养元素向水库水体的释放，此外，部分水生植物果实如莲子和藕都具有较高的经济价值，能够给当地农民带来一定的经济收入。

3 植被重建的固土护岸效应

消落带土壤侵蚀受植被、波浪、降雨、地形、土壤质地和结构等因素共同影响。为了分析植被重建的固土护岸效应，于2008年对研究区地形条件一致的自然恢复草地、人工种植草地、点播耕地和传统耕作耕地分别布设了侵蚀针样方，每个样方3 m×3 m，侵蚀针长度为60 cm，直径0.6 cm，在样方内按50 cm距离呈7行×7列的网格状、共49根侵蚀针垂直坡面钉入地表，侵蚀针上端与地表齐平，次年退水后用钢卷尺测量侵蚀针出露长度，获取土壤侵蚀厚度，共进行了连续4 a的定位观测，观测结果见表1。通过与其对照(未种植任何植被)的对比表明，消落带植被可以显著降低土壤侵蚀强度，其中人工种植草地减蚀效应可达到74%，其次为自然恢复草地，减蚀效应为55%。但是传统耕作耕地由于每年均对表层土壤进行翻耕扰动，其侵蚀强度最为剧烈，土壤侵蚀模数达到92 474 t/(km2·a)。

表1 消落带不同植被重建条件下的土壤侵蚀情况

4 结论与讨论

在消落带植被重建过程中，利用土壤种子库进行自然恢复的方法应该被考虑在内。对临近城镇、居民点和重要景区等区位比较重要的重点部位消落带，可根据区位地形和海拔梯度条件，采取人工种植林草、平缓宜农土地季节性利用和水生植物构建景观植被等途径进行植被重建。

在三峡水库消落带进行植被重建固土护岸效应显著，无论是人工种植草地还是自然恢复草地均可减少土壤侵蚀强度。此外，人为扰动后的消落带土壤侵蚀加剧明显，因此应尽量避免对消落带土壤的人为扰动，季节性农耕利用只可在平缓土地上进行，同时大力推广免耕技术的应用，减少表层土壤结构和植被的破坏。总之，三峡水库消落带植被重建需深入分析消落带主要的生态环境问题，根据区位生态服务功能需求和地形条件因势利导提出不同的重建途径，同时对所构建的人工植被进行长期定位监测，以评估植物物种选择和重建方式是否切实可行。

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RevegetationandItsEffectsonSoilReinforcementintheRiparianZoneofThree-GorgeReservoir

BAO Yu-hai1, HE Xiu-bin1, ZHONG Rong-hua1,2, GAO Jin-chang1,2, TANG Qiang1,2

(1.KeyLaboratoryofMountainSurfaceProcessesandEcologicalRegulation,InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China; 2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

Impoundment of the Three-gorge Reservoir (TGR) has formed 349 km2riparian zones with a 30 m annual water level fluctuating between 145 m and 175 m. Severe soil erosion has taken place within riparian landscape as the results of overlaid hydrological alternations, vegetation replacement and soil physic-chemical changes. How to restore the vegetation becomes a regional hot spot issue. Through the system summary on the scientific research practices and experiences of the vegetation reconstruction in Three-gorge Reservoir, the vegetation reconstruction basic strategy and ways are proposed in this study. Meanwhile, the soil erosion of different vegetation reconstruction was observed by erosion pins. The results show that the planted grass can reduce the soil erosion by 74%, followed by 55% in the natural grassland. The soil erosion intensity of traditional farmland is 11% higher than the control because of the intensive artificial disturbance in surface soil.

Three-Gorge Reservoir; riparian zone; soil erosion; revegetation; soil reinforcement

2014-01-15

：2014-03-03

中国科学院西部行动计划项目(KZCX2XB309-02);国家自然科学青年基金(41201272);中国科学院西部之光人才培养计划一般项目

鲍玉海(1981—),男,山东成武人,博士,助理研究员,主要从事消落带土壤侵蚀与生态修复研究。E-mail:byh@imde.ac.cn

X171.4; S157.2

：A

：1005-3409(2014)06-0171-04