国内水库消落带植被恢复影响因素研究进展

杨好星，邴永鑫，陈思莉，易 皓，张政科，曾圣科，谢武明，虢清伟＊

（1.广东工业大学环境科学与工程学院，广东广州510006；2.环境保护部华南环境科学研究所，广东广州510655）

国内水库消落带植被恢复影响因素研究进展

杨好星1，2，邴永鑫2，陈思莉2，易 皓2，张政科2，曾圣科2，谢武明1，虢清伟2＊

（1.广东工业大学环境科学与工程学院，广东广州510006；2.环境保护部华南环境科学研究所，广东广州510655）

消落带研究的出发点和目的是消落带植被恢复，该恢复过程受各种因素的影响。为国内消落带植被恢复相关研究及工程实施提供参考，综述了消落带人工植被恢复各种影响因素的影响方式及特点、消落带类型的划分、植物的选择及配置等方面的研究进展；指出消落带类型的划分和植物的选择及配置是决定消落带植被恢复成败的2个最关键前提条件。

影响因素；消落带；植被恢复；水位节律；浪涌

消落带（water－level－fluctuation zone）一词随着大型水利工程的兴建越来越受关注［1］，消落带处于水陆生态系统的过渡地带，建坝蓄水导致大面积的自然河岸带遭到淹没，周期性水位涨落且人为控制性较强是其显著特点［2］。由于自身类型的多样性、动态变化性及环境复杂性等特点，使人类认识此领域存在理论和实际的困难。一般这些水库开始蓄水后，通过不连续和不稳定方式控制自然水流运动将对流域生态产生严重的破坏，不仅改变了原有河流流量模式和水动力条件，而且水库长期蓄水和非季节性泄流导致消落带生态系统生产力下降［3－4］，使其结构和功能失稳退化，消落带植被逐渐萎缩并慢慢消失。同时植被被破坏直接导致消落带生物多样性急剧下降，生态恶化［5］。这些问题归根结底均是因库区植被被破坏所致，故消落带的植被恢复是关键［5－6］。

国内外学者对水库消落带植被恢复做了大量研究，主要集中在消落带植被演替［7］、消落带植被构成［89］、消落带适生植物筛选［10］、消落带植被恢复限制因素［11－13］和消落带植被恢复模式［14－16］等方面。这些研究对于选择合适的植物种类用于消落带生态体系建设具有重要的理论和实践价值。总结国内外消落带植被恢复和生态修复研究进展，分析消落带植被恢复研究过程中可能或实际存在的限制因素，对进一步加强我国消落带植被恢复研究具有重要意义。

在国内外大量关于水库消落带植被恢复研究的基础上，笔者针对可能对消落带植被恢复产生影响的因素进行较全面且深入的剖析及综述，阐述了进行消落带植被恢复的2个重要前提，即消落带类型划分和植被恢复植物的选择及配置，展望了未来关于水库消落带植被恢复研究重点及趋势，旨在为国内植被恢复相关研究及工程实施提供参考。

1 消落带植被恢复的影响因素

1.1 水位节律

水库消落带作为一种独特的地貌［17］，其拥有与其他湿地生态系统显著不同的水环境变化规律。所以水位节律不仅是消落带生态系统最核心的环境因素之一，同时也是影响水库消落带植被恢复最关键的限制因素。人工水库为满足发电、蓄水、排洪和灌溉等功能的需要，通常实施与自然湖泊相反的冬蓄夏泄的水位调度办法［18－20］，即夏季低水位冬季高水位的反季节蓄水方法，使得大多数处于消落带区域的植被难以生存而死亡，有的物种甚至完全消失［2122］。有研究指出，水位年内变化湖泊的物种多样性比水位年际变化湖泊的丰度低［13］，且物种多样性随水库水位涨落次数的增加而降低［23］，原因在于植物生长周期与淹没期相重叠；适合生长的一年生植物因为其生长周期与淹没期不完全重叠而存活下来成为优势物种［22］。大多数人工水库都属于年内水位变化类型，从而使得消落带植物以一年生或多年生草本植物为主［22，24］。故在消落带植被恢复的实际工程中，尤其在植被恢复初期，要充分考虑水淹对人工恢复植被的影响。

水淹通常会引起其他相关因素发生变化从而影响植物生长。水位上升引起植物缺氧及光线穿透率变化，导致植物光合作用性能降低，同时在一定程度上对水温产生影响［25］。程瑞梅等［26］指出，水淹区段内经过水淹后裸露的土壤含水量降低、容重增加、毛管孔隙度减少、通气度较差，说明季节性水淹导致土壤结构被破坏、土壤质量逐渐变差。李飞等［27］研究指出，随着海拔降低和淹水强度增强，土壤pH趋于碱性，微生物生物量和微生物熵降低，消落带低海拔土壤受水淹胁迫强度较大且时间较长，土壤环境质量在一定程度上降低，这些因素的改变都将决定消落带植被恢复适生植物的配置和选择。

植物生长季节与水库水位变化规律将直接影响植物群落特征及结构。在非生长季，植物因为新陈代谢降低等因素，有可能采用忍耐策略度过淹水期。另有研究指出，消落带的某些物种，如南川柳（Salix rosthornii）在较长时间的冬季淹水后盖度增加［28］，但短期夏季淹水后盖度却明显降低，原因在于某些植物对生长季淹水的敏感度相对于非生长季淹水高［29］。因此在消落带植被恢复初期，除了充分考虑植物是否耐淹外，还需要考虑植物的生长季是否与水库水位节律有冲突；同时，在水淹之前保证植物拥有适合且足够的生长时间。这是保证植被淹水后能够存活的关键，也是消落带植被恢复的关键。

1.2 浪涌

浪涌通过水位变化对消落带土壤进行冲刷从而影响消落带植被。水库边坡因地形地貌、土质、坡度及营养程度等形成不同类型的消落带［30－32］，浪涌对不同类型的消落带呈现不同的破坏力，土质松软且坡度较大的消落带往往易受波浪的侵蚀，甚至发生塌岸等地质灾害［33］。在水位上升前的干旱、土壤风化和土壤团聚体丧失等因素影响基础上，浪涌的冲刷对消落带土壤和植被的影响更强。同时，处在不同水域的消落带其受浪涌影响的强度及频率等均不同，处于航道周边及位于开阔地带的消落带其受波浪冲刷的强度更大，频率更高。故在消落带植被恢复初期，应结合生态工程手段加强防浪消浪措施。植被通常有一定的消浪作用，所以在进行消落带适生植物筛选时，不仅要考虑植物的耐淹耐旱性能，还要考虑植物本身的生长特征，一般具有耐淹耐旱性同时能够迅速生长出大量匍匐茎的草本植物可作为消落带植被恢复的先锋植物［34－35］。

浪涌对消落带的冲刷作用除因消落带类型及消落带所处区域不同而不同外，还因水位在各个高程的停留时间不同而不同。消落带某高程段将要被淹或者被淹之后出露于水面时，浪涌都会对其产生不利影响［36］。虽然各个水库消落带水淹时间随高程变化，但水位停留时间不随高程变化，且各水库浪涌规律各有其特点。说明，浪涌对消落带的冲刷作用大小并不遵循严格的高程变化趋势。因此，在进行消落带植被恢复时应注意浪涌随高程的作用规律对每个高程采取合理防浪消浪办法，以期将浪涌对消落带以及恢复初期植被的破坏降到最低。

1.3 气候

1.3.1 干旱 消落带虽处在水陆交叉的位置，但水库消落带出现的干旱胁迫同样不容忽视［37－38］。人工水库为满足发电及蓄水等功能进行周期性的人工水位调节，其水位呈现年内变化特性，这将产生水淹与干旱交替出现的土壤水分胁迫现象，水淹浸泡导致土壤质量及保水能力降低，出现干燥和板结等情况［2627］；在非淹水及无降雨时，由于高温蒸发作用，土壤含水量出现一定程度的下降，消落带出现一定程度的干旱，而这种干旱将直接影响植株生长［39－40］。Suresh等［41－42］认为，土壤水分胁迫对植物的净光合速率（Pn）、表观量子效率（φ）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）等产生影响，进而影响植物的光合速率，导致植物的生物量和生产力下降。同时，植物细胞缺水引起溶质浓度升高导致细胞渗透势降低，影响渗透调节［43］。李强等［37］研究发现，消落带干旱导致菖蒲植株叶长、叶宽、株叶长、总叶长、叶片数和总叶片数以及植株存活数显著降低。

消落带水淹和干旱环境要求筛选的适生植物不仅具有适应水分饱和与过剩的能力，还要具有适应水分亏缺与干旱的能力［38］。所以，消落带植被恢复期，尤其在植被恢复初期，为保证植物在淹水之前或淹水之后有足够正常生长的时间，除在植物筛选上多做研究外，还需探讨消落带土壤在非降雨季节的水分变化，以及面对干旱时植物生理生化指标的异常，以期在适当的时间进行灌溉浇水，实现效益最优化。

1.3.2 降雨 全球变暖不仅可引起干旱，而且可引致极端降雨天气。消落带不同于其他湿地生态系统，其最下端和最上部之间往往形成巨大斜面落差，在降雨季节，其受坡面径流的影响尤为突出。由降雨引起的坡面径流作为造成水土流失的主导因子［44］不仅能带走消落带土壤的营养物质，同时能产生大量水槽沟壑，使得消落带生态系统屡遭破坏，尤其南方大部分人工水库消落带出露水面时期正是南方水热资源丰富的夏秋季节，降雨引起的水土流失问题尤为突出；在浪涌的协同影响下可产生地质灾害，影响消落带生态系统的稳定［45］。坡面径流不仅是影响消落带稳定的重要因素，同时也是进行植被恢复过程中需要面对的不利因素之一。坡面径流由降雨产生，往往同时以层流和股流形式侵蚀坡面。其侵蚀强度与降雨强度、坡度及坡面土质结构等有密切关系［46］。在消落带植被恢复初期，由于坡面较陡且植被较稀疏使得渗透率很低，一般小雨便可形成层流侵蚀，带走粒径0.063mm以下的小土粒；大雨暴雨则可产生冲刷，冲移粒径2cm以上的质粒［33］。尤其在植被恢复初期，植物根系并未形成一定规模且单位面积生物量较低，对降雨产生的雨滴溅蚀及坡面流的阻挡并不理想，对植被的冲刷影响较大，故在消落带植被恢复初期，应加强抵抗雨滴溅蚀和坡面流的措施，将降雨对植被恢复的影响降到最低。

1.4 人类活动

人类活动对水库消落带的影响范围及程度差异较大。回水区部分消落带在成库前是肥沃的耕地和园地，即使原是瘠薄土地也可能因为成库后的泥沙淤积而成为肥沃土地。受利益驱动及库区人地矛盾影响，当地农民或有关部门会自发地无序开垦和不合理利用消落带土地［47］，这不仅破坏水库生态环境，也因为农活、刈割杂草等活动对消落带植被直接造成不良影响。另一方面，大部分人工水库同时兼具旅游景观功能，部分兼具航运功能，每天数百艘过往的船只形成大小不等的涌浪冲击，淘刷岸坡［48］；同时，淘沙金、挖河沙及网箱养鱼等人为因素通过影响库岸稳定从而影响库区消落带植被的恢复［49］。位于城市区域的消落带因受人类活动的干扰强度更大，生态环境更易遭破坏，消落带区域的植被生长受人类直接影响较明显［50］。

1.5 其他

在植被恢复初期，除水淹、浪涌及气候等因素影响植被生长外，植物种植方式、配置模式、种植季节、整土形式和施肥模式等因素也或多或少影响消落带植被的恢复。不同的植物适宜不同的种植方式，特别是草本植物，在挑选种植方式时不仅要考虑土壤环境及整土难易程度，还要考虑消落带坡度，较陡的消落带往往受浪涌及降雨等影响较大。水库消落带自上而下具有较大落差，其不同高程水淹时间和受浪涌影响时间不尽相同，不同高程段适宜栽种不同类型的植物，采用适宜的植物配置模式进行植被种植，可以将各类型植物对消落带植被恢复的贡献最大化。种植季节由水库水位变化决定，不同的植物有不同的物候类型，其适宜生长的季节也不同。在进行植物种植之前，将根据需要对消落带进行适当整土，如果是匍匐茎较发达的草本或藤本植物，应针对消落带大面积进行轻微整土，以便植物匍匐茎能够迅速铺展开形成规模效应。大部分水库消落带都存在或深或浅的贫瘠程度，在植物种植初期，需要施以基肥，以保证其充足生长。为保证其生长持续，在水淹之前，往往将化肥和农家肥结合使用，并深挖基底用于埋肥，防止肥料因坡面流、水淹及浪涌等原因而散失，但化肥的使用会引起水质问题，不宜大量使用。

2 消落带植被恢复的2个重要前提

2.1 消落带类型

生态系统的生态类型划分对认识和保护生态系统的可持续发展具有十分重要的作用［32］。水库消落带的类型划分直接关系到针对退化消落带植被恢复方式的选择，熟悉目标水库消落带的类型对合理选择植被类型、种植方式及施肥方法等都具有直接指导意义（表）。正确的消落带分类对消落带治理以及模型的建立具有重要作用［1］，同样也是进行消落带植被恢复的重要基础。谢会兰等［51－53，30］的划分依据太过单一，对消落带植被恢复指导意义不大。夏品华等［31］对消落带的划分考虑了土壤质地、地形地貌及坡度，具有一定参考价值，但并未指出受水淹和人类活动等影响的程度及水土流失状况，对实际植被恢复的指导性不强。雷波［32］对消落带类型划分较严谨，考虑了水位变化、地形地貌及坡度等因素，对于植被恢复指导意义较大，但其仍未明确指出土壤营养状况，无法科学配置土壤营养。总之，消落带类型的划分要全面考虑消落带地质地貌、水文特征、理化性质和土壤特性和人类活动影响等因素进行，且不同的水库具有明显不同的地质地貌和水文等特征，受人类活动影响也不尽相同，从而形成原因具有明显区别。消落带植被恢复受水位节律、浪涌、气候及人类活动等因素的影响，同时其植被生长需要适宜的水肥、种植方式和生长季节等，综合消落带本身坡度、地质地貌及所处地段等特点，进行消落带类型的划分，才能在植被恢复工作中确保各种资源的合理利用。

表 国内几个典型人工水库消落带生态类型的划分Table The type division of WLFZ of some reservoir in China

2.2 植物的选择与配置

消落带植被恢复首先需要进行植物的选择。在植被恢复工程实施或研究中，可参考前人相关研究成果选择备选植物，再结合实际水库消落带环境对备选植物进行筛选［20，52］。目前，有关消落带植被恢复研究选择的主要植物可分为乔木、灌木和草本3大类。

国内进行水库消落带植被恢复研究或实际工程选择的乔木主要有水榕（Ficus spp）、水翁（Cleistocalyx operculatus）、落羽杉（Taxodium distichum）、池杉（Taxodium ascendens）、白千层（Melaleuca leucadendron）、水杉（Metasequoia glyptostroboides）、垂柳（Salix babylonica）和桑树（Morus alba）等［34，53－55］；选择的灌木主要有黄槿（Hibiscus tiliaceus）、秋华柳（Salix variegates）和火棘（Pyracantha fortuneana）等［53－54，56］；选择的草本植物主要有狗牙根（Cynodon dactylon）、芦苇（Phragmites australis）、香根草（Vetiveria zizanioides）、铺地黍（Panicum repens）、牛鞭草（Hemarthria altissima）、百喜草（Paspalum Notatum）和李氏禾（Leersiahexandra Swartz）等［32，34，3637，56］。其他植物诸如水松（Glyptostrobus pensilis）、意杨（Populus euramevicana）、香樟（Cinnamomum glanduliferum）、赤桉（Eucalyptus camaldulensis）、栀子（Gardenia jasminoides Ellis）、小梾木（Swida paucinervis）、毛杜鹃（Rhododendron pulchrum）、疏花水柏枝（Myricaria laxiflora）、马棘（Indigofera pseudotinctoria）、水葱（Scirpus validus）、钝叶草（钝叶草）、香蒲（Typha orientalis）、野地瓜藤（Ficus tikoua）、苏丹草（Sorghum sudanense）、水蓼（Polygonum hydropiper）、苍耳（Xanthium sibiricum）、马唐（Digitaria sanguinalis）、小蓬草（Conyza Canadensis）、莲子草（Alternanthera philoxeroides）、狗尾草（Setaria glauca）、蟛蜞菊（Wedilia chinensis）、菖蒲（Acorus calamus）、合萌（Aeschynomene indica）及旱稗（Echinochloa crusgalli）等［4，34，36－37］在实际工程中应用较少，但可作为消落带植被恢复的备选植物。

在进行消落带植被恢复之前，植物的选择是消落带植被恢复的关键一环［20，57］，但同时必须意识到不同的消落带适生植物适宜生长的消落带高程段不同。植物的配置直接关系到植被恢复的成败。通常消落带植物配置依据高程自上而下采用乔木＋灌木＋草本、灌木＋草本及草本的配置模式［58－59］，以期达到乔木、灌木和草本的完整消落带生态系统和立体景观效果。但在实际工程中，植物除考虑高程因素外，多依据消落带水位变化规律、浪涌高程影响规律、消落带高程差及坡度等因素进行适生植物栽种的配置，使植物达到最佳生长状态，提高消落带植被恢复效果。

3 小结

1）水库消落带植被恢复影响因素主要有水位节律、浪涌、干旱、降雨和人类活动等，且在不同水库消落带该因素又具有不同特点；其他诸如植物种植与配置方式、种植季节、整土形式和施肥模式等因素也不同程度地影响消落带植被的恢复。单一的影响因素研究难以科学指导实际植被恢复，在工程实施前，应全面查找与该水库相关主要影响因素的信息，并分析探讨各因素的特点，为消落带类型的划分和植物的选择及配置提供支撑，同时采取措施应对这些因素对植被生长的影响。

2）消落带植被的划分和植物的选择及配置是决定消落带植被恢复成败的关键。消落带类型的划分直接关系到其植被恢复方式的选择，且对于合理选择植被类型、种植方式、配置模式及施肥方法等都具有直接的指导意义；同时，不同类型消落带应采用合适的工程方式对岸坡进行处理及稳固。植物的选择除参考已有研究成果外，还应当加大对植物适应性的研究，而不仅仅停留在植物筛选的环节；植物配置也不再是简单的相加，而应充分发挥每一类植物的特点及综合植物生长季节，从空间配置向时间配置转移。

3）消落带生态系统是一个特殊的水陆交叉生态系统，兼具陆生生态系统和水生生态系统的特点［17］。一般在进行植物筛选研究时水淹因素考虑较多，今后应结合水淹与干旱交替胁迫的影响探讨植物对消落带的适应能力；此外，还应考虑降雨和浪涌等直接对植物的影响，并将植物根系的固土能力及防冲刷能力也作为消落带植物筛选的考虑条件［45］。总之，研究多因素影响将是进行消落带植被恢复影响因素研究的趋势。

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（责任编辑：王 海）

Research Progress of Factors Influencing Vegetation Restoration in Reservoir Water－Level－Fluctuating Zone in China

YANG Haoxing1，2，BING Yongxin2，CHEN Sili2，YI Hao2，ZHANG Zhengke2，ZENG Shengke2，XIE Wuming1，GUO Qingwei2＊

（1.School of Environmental Science and Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou，Guangdong 510006；2.South China Institute of Environmental Sciences，MEP，Guangzhou，Guangdong510655，China）

The starting point and purpose of research of water－level－fluctuating zone（WLFZ）is the revegetation of reservoir，the revegetaion of reservoir is impacted by various factors.To provide the reference for the relative revegetation research of WLFZ and engineering project in China，the authors reviewed the research progress of mode and characteristics of factors influencing WLFZ vegetation restoration，and the division of belt type，plant selection and configuration，it was also pointed out that two most critical premise conditions to the success of vegetation recovery were the classification of belt type and plant selection and configuration.

impact factors；water－level－fluctuating zone；vegetation restoration；rhythm of water level；surge

S181.3；Q945.79

A

1001－3601（2016）08－0361－0148－06

2016－02－20；2016－07－03修回

国家自然科学基金项目“具高效脱氮除磷特性的植生混凝土护砌材料开发及其作用机理研究”（50908095）；广东省自然科学基金项目“具高效脱氮特性的植生混凝土护砌材料的开发研究”（9451065501002521）

杨好星（1990－），男，在读硕士，研究方向：水库湖泊岸坡植被恢复。E－mail：738912472＠qq.com

＊通讯作者：虢清伟（1975－），男，教授级高级工程师，从事环境应急与风险管理、环境工程与设计研究。E－mail：guoqingwei＠scies.org