西南干旱河谷区水库消落带柳树造林效果评价

2018-10-12鲍玉海胡保生王建华贺秀斌张淑娟

水土保持研究 2018年5期

鲍玉海,郭丰,胡保生,王建华,贺秀斌,张淑娟,4

(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; 2.四川省水土保持局,成都610041; 3.凉山州大桥水电开发总公司,四川西昌615000; 4.中国科学院大学,北京 100049)

水库消落带是水库水位调节形成的水陆交错、衔接和过渡带，受水陆过程高强度交替反复作用形成生态脆弱带，同时构成水库关键生态功能区[1-4]。消落带是泥沙、污染物入库的最后一道屏障，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[5-7]。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。

大桥水库是冕宁县城和西昌市城市供水重要水源地，同时也是重要的农业灌溉水源地。而大桥水库消落带与国内其他水电开发水库的消落带一样面临着生物多样性锐减、生态系统受损、库岸水土流失等生态环境问题，无法发挥其应有的生态服务功能，且上述问题具有隐蔽性、潜伏性、传递性、长期性、积累性的特征[8]，从而影响水库库岸稳定、生态景观与安全运行。亟需通过植被恢复固土护岸、重建水库消落带生态屏障。然而，受水库水位调节节律影响，消落带经受淹水—出露—淹水的周期性水陆交替控制，其生态修复是一个世界性难题，尤其是适宜耐淹抗旱植物的品种配置是消落带植被恢复的关键。柳属植物具有较强的耐淹耐旱能力、水土保持与景观效果[9-11]，柳树在三峡水库、刘家峡水库消落带治理中得到了良好应用[12-14],在亚热带湿润区三峡水库消落带的研究表明柳树在全淹条件下生长被限制,出水后能够恢复生长,且半淹对柳树生长无明显抑制作用。但我国水库消落带生态修复研究还处于起步阶段，尤其是西南干旱干热河谷地区水库消落带的研究还十分缺乏，柳树在干旱干热河谷环境中的系统应用研究尚不多见，缺乏生长适应实证观测资料。因此，本文基于凉山州大桥水库近年已经实施的植被恢复工程，进行野外跟踪观测，评价分析柳树在大桥水库消落带的生长表现，探讨其主要影响因子及在消落带植被恢复中的可行性，以期为今后西南干旱河谷区大中型水库消落带的植被重建提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

大桥水库位于凉山彝族自治州冕宁县大桥镇，属于攀西干旱河谷区，水库上游控制流域面积796 km2，总库容6.58亿m3，有效库容5.93亿m3，为年调节水库，历史水位调度情况见图1A。水库功能以灌溉、工业和城镇生活用水为主，同时具有发电、防洪、水产养殖、旅游等功能。受大桥水库蓄水调度方式的影响，水库水位于每年汛期前(5月末)降至防洪限制水位，历史最低水位为1 975.35 m(水库水位以黄海平均海面作为基准面)，根据上游来水及水库运行管理模式，6—10月开始逐步蓄水至2 020 m以便蓄水发电，次年1—6月再次逐步回落，历史最高水位为2 021.26 m，年度水位最大消落44.11 m。根据大桥水库10 a的水库水位运行数据统计分析表明(图1B)，大桥水库消落带最大淹没时间可达360 d(1 975 m-1 980 m)，随海拔增高，年均淹没天数逐渐降低，大桥水库消落带岸线长度约55 km，面积约7.5 km2。水库周边涉及大桥镇8个村、43个村民小组，总人口14 303人。凉山州大桥水电开发总公司2014—2016年实施了消落带生态修复工程，沿消落带2 006～2 020 m海拔区间栽植柳树(S.matsudana)1.62 hm2。

1.2 试验材料

柳树树苗的胸径>6 cm，苗高≥2.5 m，冠幅≥60 cm，一级分枝3枝以上。于2 015 年4月初截干栽植，栽植穴按照50 cm×50 cm×50 cm的规格进行整地，采用品字型配置，株行距为2 m×2 m。此外，在柳树栽植工程中，为了防止波浪、径流对栽植穴及柳树的冲刷淘蚀，特别在在栽植穴的下沿设计了石坎筑台，即用块石垒砌了1个长1.2 m，宽20 cm，高30 cm的石坎。

图1 大桥水库消落带水位调节情况

1.3 研究方法

根据柳树种植的海拔区间、土壤、地形等下垫面情况的不同，将研究区柳树林地分为A，B，C三段进行调查观测(表1)，于2015年8月栽植4个月后采取分段逐株进行苗木当年成活率调查，经过一个淹水周期后，于2016年8月逐株进行第2年保存率的调查。同时根据各段实际栽植范围，选择具有代表性、典型性、均一性的地段作样地，在A，B段林地分别设立1个4 m×25 m长方形调查样地，在C段按不同海拔设立5个4 m×25 m长方形调查样地，用测高杆、围尺和钢卷尺按照常规每木调查方法观测各段林地树高、胸径和冠幅。

表1 大桥水库消落带柳树林地分段基本情况

同时，为了分析研究石坎筑台对柳树栽植穴土壤保护能力，待经历夏季数次降雨过程，于2015年蓄水前对各段林地栽植穴附近分别布设了侵蚀针样方，每个样方1 m×1 m，侵蚀针长度为15 cm，在样方内按30 cm距离呈4行×4列的网格状、共16根侵蚀针垂直坡面钉入地表，侵蚀针上端出露坡地表面5 cm，次年退水后2016年8月用钢卷尺再次测量侵蚀针出露长度，从而获取土壤侵蚀厚度。

2 结果与分析

2.1 柳树成活情况

试验库段消落带共栽植垂柳4 050株，据2015年8月蓄水前观测，各分段林地柳树当年成活均较好(表2)，区间无差异，成活率均达到98%。经历2015—2016年一个蓄水周期后，通过2016年8月对柳树的成活情况的样地调查表明，试验区柳树平均保存率达到96%，说明经历一个蓄水周期的淹水考验，第一年成活的柳树除4%淹水枯死外，第二年大部分仍可以发芽成活，保存较好。其中，B段(Y口码头—老堡子)的柳树保存最好，保存率达到97%,而C段(老堡子)柳树的保存率最低，为95%。C 段(老堡子)保存率低的原因主要是底部水位较低，最大淹水深度为15 m，栽植后柳树很快被淹没，可利用的生长时间较短，一部分长势弱的柳树根系未能良好发育，经受不住淹水考验。

表2 柳树栽植成活情况

2.2 柳树生长表现

2.2.1 不同基质条件柳树生长差异经历一个消落带淹水—出露过程，A，B，C3个栽植区段的柳树均能重新萌芽生长，根据2016年8月的观测结果(表3)，试验区柳树的平均树高达到3.10 m，胸径达到15 cm。生长表现最好的为C段(老堡子)栽植的柳树，其平均树高达到3.45 m，胸径17 cm；其次为A段(码头)，平均树高为2.95 m，胸径15 cm；B段(码头—老堡子)区域的柳树生长表现最差，平均树高仅为2.90 m，胸径14 cm。

表3 试验区柳树生长表现

注：同一行中的不同字母表示不同试验区段柳树的生长指标差异极显著(p<0.01)。

通过对不同试验区段柳树树高、冠幅和胸径生长的数据分别进行单因素方差分析，结果表明，3个试验区段柳树的树高、冠幅和胸径生长方面均存在极显著差异(F树高=29.832，p=0.000<0.01；F冠幅=27.034，p=0.000<0.01；F胸径=13.247，p=0.000<0.01)。通过进一步对各试验区段生长表现指标进行多重比较发现，C段栽植的柳树树高、冠幅和胸径生长量表现出明显优势，A段、B段与C段栽植的柳树各生长指标之间达到差异极显著水平(p<0.01)，A段与B段栽植的柳树各生长指标之间差异不显著。这可能由于C段土壤条件较好，砾石含量低。而A，B两段基质均为砾石夹土，砾石含量高，黄棕壤和红壤黏重，易板结，透水性差，土壤肥力较弱，不利植被根系生长。

2.2.2 不同淹没深度柳树生长差异为阐释不同淹没深度对柳树生长的影响，对C段试验区的柳树林地进行了垂直海拔分区调查。设置了高、中、低水位区间的调查样地。通过对不同水位区间调查数据进行单因素方差分析，结果表明，不同水位区间的柳树树高、冠幅和胸径生长方面均存在极显著差异(F树高=7.711，p=0.000<0.01；F冠幅=11.360，p=0.000<0.01；F胸径=20.754，p=0.000<0.01)。通过进一步对各水位区间的柳树生长表现指标进行多重比较发现，不同淹没深度消落带柳树生长存在显著差异。总体来看，海拔越高，淹没时间越少，柳树生长表现越好。2 020 m水位处柳树树高可达4.01 m，比2 006 m水位处的高0.77 m；胸径可达0.21 m，比2 006 m水位处的粗0.07 m；冠幅可达3.00 m，比2 006 m水位处的宽1.53 m。

2.3 石坎筑台的土壤基质保护效应

土壤是消落带植被生长的最基本条件，柳树栽植过程中因整地开挖而造成地表扰动，在水库波浪淘蚀和出露期降雨径流冲刷的作用下，易引发土壤侵蚀，不利用植被生长基质的保育。因此，大桥水库消落带柳树栽植时设计了石坎筑台的方式来进行栽植穴防护。通过对栽植穴旁有无石坎的柳树林地的土壤侵蚀样方观测表明，在20°左右的陡坡林地，有无石坎筑台的林地侵蚀差异极显著(F=118.537，p=0.000<0.01)，石坎筑台可以有效防止土壤侵蚀，与无石坎对比，减蚀效益达到75%。但是在<3°的平缓坡地，有无石坎林地土壤侵蚀对比无差异，均没有观测到发生土壤侵蚀。