金沙江下游干热河谷消落带植被修复试验探讨

卢阳， 周火明， 万丹， 金可， 张乾柱， 胡月， 闫建梅

(长江水利委员会长江科学院 重庆分院，重庆 400026)

干热河谷指高温、低湿河谷地带，主要分布于金沙江、元江、怒江、南盘江等沿江的四川、云南和贵州等地区。消落带是水库最高水位和正常低水位之间的区域，属水位反复周期性涨落形成的干湿交替区，是控制陆地和水域的关键系统，是生态脆弱的敏感带、易污染带和易破坏带。良好健康的消落带系统具备固岸护坡、截留径流污染物、净化水质、维系生物多样性和美化景观等生态功能[1]。水库蓄水后消落带植被动态，将成为生物化学循环和水循环的关键过程，也是环境变化的重要指示因子[2]。构建稳定的消落带植物群落系统看似是一个简单问题，实则是世界性难题[3]，尤其在原本生态脆弱的干热河谷区，本土植物长期处于干热环境中，水淹后其存活状况不明，而外来耐水淹植物能否适应干热河谷气候亦不明确。

金沙江下游指攀枝花(雅砻江口)至宜宾段，全长约768 km，落差719 m，分布有乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝4座世界级巨型梯级水电站。这些水电站的建设和运行将改变库区原有的生态环境，导致消落带植物种类较以前的陆生环境的大为减少，生态系统结构和功能简单化，生态系统稳定性降低，脆弱性增强。库区消落带系统虽可通过自然演替重构，但需要的时间较长，且往往多限于草本植物。因此，人工修复与重建消落带植被生态系统是消落带系统建立的主要途径。从已有研究成果和实践经验来看，关于消落带的研究多集中在三峡库区[4]，对干热河谷区消落带的研究尚少。在金沙江下游干热河谷,选择立地条件较好的消落带优先开展植被修复试验，再结合试验效果和成效，适时启动消落带修复示范区建设，是做好干热河谷消落带治理工作的必要环节，对解决流域开发建设与生态环境保护矛盾以及实现经济建设与生态保护协调统一具有重要的意义。

1 试验选址

提供适宜的生长环境是消落带植被修复试验的关键[5-6]。因此，试验选址的合理与否将直接决定消落带植被修复试验的成败。鉴于目前金沙江下游除乌东德和白鹤滩水电站在建外，溪洛渡和向家坝水电站已建成并投产发电，为减少库区水位涨落给植被生长带来的不利影响，保障修复试验的顺利实施，秉着先易后难、循序渐进、分步实施的原则，优先考虑在乌东德和白鹤滩水电站库区寻找试验点。选址工作采取室内卫片筛选与野外实地考察相结合的方式进行，并遵循以下准则：

1)地质条件稳定；

2)地形条件良好，坡度适中，无冲沟等不连续地貌；

3)土壤条件良好，适宜植被生长；

4)具备施工条件；

5)交通条件便捷。

经初步筛选，乌东德水电站库区共选出8个备选试验段，如图1所示，分别为鲹鱼河段(左右岸共4 km)、赊莫段(1～2 km)、新田段(1 km左右)、新民段(3 km+2 km)、普隆河/城河段(1 km)、勐果河段(2 km)、丙洪段(2.5 km)和龙川江河口片区(金沙江对岸有约500 m的长度范围可利用)。

图1 乌东德水电站库区消落带植被修复试验选址位置

白鹤滩水电站库区共筛选出12个备选试验段，如图2所示，分别为邱家湾子段(1.5 km)、巧家县段(3.5 km+1 km+3 km+2.5 km)、田家坪子段(1 km)、花椒坪段(1 km)、上二坪子段(3 km)、上青冈坝段(1.5 km)、蒙姑段(5 km)、野牛坪乡段(2 km)、干盐井村段(2 km)、小江段(2 km)、盐坝塘段(1 km)以及大沙坝段(1 km)。

对以上备选试验段进行综合比较与分析，优先选择新民段和蒙姑段作为乌东德和白鹤滩水电站库区消落带植被修复试验段，如图3与图4所示。新民段位于云南省楚雄彝族自治州武定县己衣镇新民村西北部，靠近金沙江右岸，距乌东德坝址约100 km，地势较平坦，平均坡度15°～20°，梯田分布较广，植被覆盖率高，土壤类型以残坡积砂壤土为主，夹杂少量碎石。蒙姑段位于云南省昭通市巧家县蒙姑乡徐家院子，靠近金沙江右岸，距白鹤滩坝址50 km，上游1 km坡度5°～10°，土壤类型为残坡积砂壤土，层厚1～2 m，下卧粉细砂层，以梯田为主，植被良好；下游2 km坡度10°～15°，土壤类型为残坡积砂土，层厚0.1～0.3 m，下卧层厚2 m以上强风化层，主要为荒坡地。二者所属的区域均无大型崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象存在，是开展消落带植被修复试验的理想场所。相较新民和蒙姑两个备选试验段而言，其余备选段或因地形条件较差或因土壤条件不利或因居民及土地利用等不利因素，不适于植被修复试验的实施。

图3 新民段卫星图(GPS 102.232 924°E，26.173 016°N)

图4 蒙姑段卫星图(GPS 103.036 765°E，26.582 173°N)

水库消落带淹没高程和淹没时间与水库调度计划密切相关。考虑到水库调度可能带来的库区水位大幅度、无规律的变化，为突出植被恢复重点区域，减少试验难度，植被修复试验选择在以正常蓄水位和防洪限制水位为上下限高程范围内进行布置。其中，乌东德库区的试验高程为945～975 m，白鹤滩库区的试验高程为765～825 m，二库区的水位涨落幅度分别为30 m和60 m。

2 适生植物的选择

消落带生态恢复的难点之一是适宜生长植物的稀少性[5]，植物遴选是解决消落带植被重建的核心问题[7]。消落带植被恢复重建兼有水生生态修复与陆生生态修复的特点，淹水持续时间、频率和水深对植物群落的组成和分布格局有显著影响，造成不同消落带高程对应的适宜植物物种不同。因为水文机制是决定植物群落分布格局的主导因子。所以在选择干热河谷消落带适生植物时，既要考虑植物的耐淹特性，又需考虑植物的耐旱特性。消落带植被修复试验需要筛选出大量能适应消落带生态环境的植物种类，以满足消落带的各种生态系统功能要求。

2.1 物种选择原则

植物物种选择坚持以下主要原则：

1)生态优先原则。优先考虑防治库岸崩滑、减缓江水浪击、拦泥挂淤以及保持水土、涵养水源等生态效果好的植物物种。

2)生态位分化，生物多样性原则。选用不同生活型的植物，进行乔、灌、草以及常绿和落叶植物的合理搭配，构建物种多样性的生态系统，使不同物种在时间结构、水平结构、垂直结构和地下空间的根系都有合理的生态位分化。

3)消除竞争，增加互补原则。充分利用不同植物高矮、株型、叶型、需光等特性进行植被的合理搭配，减少物种之间的竞争，能充分利用空间和时间，并使养分和水分互补。

4)因地制宜原则。需因地制宜选择适应在干热河谷区消落带生长环境条件下生长的耐水淹、耐旱、耐贫瘠的植物物种。

5)提高效益原则。社会经济技术条件是生态恢复的后盾与支柱，在一定程度上制约着恢复重建的可能性、水平和深度，植物物种的选择需要考虑经济效益、社会效益与生态效益的协调。

6)观赏性原则。根据植物观赏特性进行搭配选种，给人以美的享受和精神愉悦。

2.2 物种选择条件

根据植物生态学特性，结合试验区立地条件和气候环境条件，筛选干热河谷消落带植被修复适宜物种。植物物种筛选条件如下：

1)耐水淹且耐旱能力强，景观效果好；

2)根系发达，具备较强的固土保水、净化水质能力；

3)耐贫瘠，易成活，速生，具有较强的萌芽更新、繁殖能力；

4)优先选择多年生植物。

2.3 物种选择过程

适生物种的选择采取外来植物与本土植物相结合的方式进行，既考虑在干热河谷气候生长良好的本土物种，又考虑适应消落带生境生长的外来物种。通过初步筛选，共选出可能适应在干热河谷消落带环境生长的乔木25种，灌木19种，草本28种，具体见表1。

表1 适生植物物种推荐名录

以下举例说明物种的选择依据与过程:

1)已有的研究表明，在干流及其支流的消落带浅平区域可能存在少量湿生和水生植物[8]。通过植物群落现状调查，在乌东德、白鹤滩库区河床边缘发现灌木植物火棘、小金丝竹、猪牙皂、戟叶酸模和草本植物野青茅、狗牙根、狗尾草、卡开芦、甜根子草等本土植物，这些物种可在金沙江干热河谷生长。距离河床稍远地段，当地农户种植了桑树、印楝、合欢等经济树种，在选择这些树种时，既考虑到植物生长适宜性又考虑到其经济效益。

2)狗牙根分生组织活跃，水淹后恢复生长能力强，根系发达，固土保水作用显著，是良好的消落带修复物种[9]。牛鞭草群落固土能力强，恢复生长快，长期水淹后，能在落干三四天后长出新芽，且新芽可以快速集聚光合作用产物为其恢复生长提供物质基础，是一种在消落带广泛适应的植物。

3)池杉、落羽杉、垂柳均能耐一定水淹，在整株淹没后，垂柳成活率下降，而池杉、落羽杉则不受影响[10]。水淹200 d时，池杉、落羽杉生长正常[11]，二者均较适宜在土壤饱和水环境中生长[12-13]，可列为干热河谷消落带修复试验物种。

4)中山杉是针叶乔木，水桦是阔叶乔木，二者在三峡库区消落带修复试验中推广已久，且其育苗、快繁和种植等技术均已成熟。试验表明，中山杉和水桦冬季在水下持续淹没200 d左右仍能存活，在保证给水和营养供给的前提下，引种到干热河谷消落带，其存活的可能性极大。

5)非乡土植物水桦、中山杉、枫杨、竹柳、秋华柳、扁穗牛鞭草、香根草等，除具备耐旱和耐淹特性，还具有一定的观赏特性，如观姿植物竹柳、香根草等，观根植物中山杉，观叶植物水桦，观果植物火棘等，已在湿地生态修复中被广泛应用。在保障水和营养物质供给前提下，这些植物存活的可能性大。

3 植物配置模式

植被耐淹、耐湿等生理特性差异造成其对水位变动的适应性不同。因此，有必要根据植被生理学特性，提出适应水位变动要求的梯级恢复重建模式[14]。根据乌东德和白鹤滩库区消落带的立地条件，结合主要树(草)种的生物学特性和生态学特性，在本土植物考察成果和以上适生植物物种推荐名录的基础上，进行植物的水平配置和垂直配置。

3.1 水平配置

水平配置上，选择抗逆性强且生态位互补的混交(混合交叉)树种，采用行间混交、带状混交、块状混交或与原有幼苗、幼树随机混交等方式进行。干热河谷消落带混交林配置以针叶树种与阔叶树种混交方式为主，营建中山杉混交良种水桦、中山杉混交桑树、多年生草本植物等多种混交配置形式。

3.2 垂直配置

在消落带适宜地段营造乔灌草垂直配置的多层次复合结构林分，以充分发挥消落带林分的多种生态服务功能。依据植物的耐水淹特性，乔木和灌木优先种植于消落带受水淹时间短的区域，草本植物可选择种植于消落带长期受水淹的区域。其中，乔木层可配置的树种有中山杉、水桦、枫杨、桑树、印楝、竹柳等；灌木层可配置的树种有秋华柳、火棘、小金丝竹、戟叶酸模等；草本层可配置的草种有狗牙根、甜根子草、野青茅等。

新民试验段配置18种植物作为修复试验的先锋物种，如图5所示，包括印楝、桑树、合欢、火棘、戟叶酸模、猪牙皂、小金丝竹、狗牙根、甜根子草等9种本土植物，中山杉、水桦、黄连木、乌桕、竹柳、小梾木、扁穗牛鞭草、香根草、野青茅等9种外来植物。

图5 新民试验点乔、灌、草植物配置断面示意图

蒙姑试验段配置18种植被作为修复试验的先锋物种，如图6所示，包括合欢、桑树、火棘、小金丝竹、狗牙根、野古草、狗尾草等7种本土植物，枫杨、水桦、中山杉、重阳木、乌桕、秋华柳、小梾木、扁穗牛鞭草、荻、野青茅、雀稗等11种外来植物。

图6 蒙姑试验点乔、灌、草植物配置断面示意图

其它植物如一年生草本植物马唐、苘麻、苍耳、水蓼、酸浆等，乔木弗吉尼亚栎、南川柳、水杉等，灌木中华蚊母树、长叶水麻等较耐水淹的植物，以及乡土植物凤凰木、小桐子、车桑子、花椒等可适当选种在干热河谷消落带修复试验段。

4 种植与管护

考虑到干热河谷特殊的自然环境，为提高植被生长存活率，建议至少在淹水前半年开展消落带植物种植，以保证植被有足够时间生长，根系深入土层，从而降低后期补种风险。植物种植分为植苗种植、分殖种植和播种种植3类。其中，植苗种植适用于乔灌木种苗，种植时将容器苗或带土球苗置于种植穴正中心，保证苗正、不窝根，分层填土压实，使土壤与种苗根系充分接触，根茎低于地面2～3 cm，同时浇足定根水。分殖种植适用于草本种苗，种植时将种苗置于种植穴正中心，保证苗正不窝根，压实，使土壤与种苗根系充分接触，同时浇足定根水。播种种植适用于草本种苗，根据种子大小可采用点播、条播和撒播等方式将种子播于种植区，表面覆1 cm左右细土，压实，使土壤与种子充分接触，并喷洒水分，确保土壤湿润。或者，首先将种子与沙质泥土混匀，而后在土壤湿润时直接撒播于种植区域。

抚育管护包括淹没前后的防护、除草、浇水、病虫害防治、补植等措施：①在试验区设立标志和警示牌，防止人为破坏和牲畜啃食破坏；②安排专人定时巡查，及时发现影响植被生长的自然和人为因素，及时处理；③种植后3 a，采用窝抚除草，每年2～3次；④初植后和退水后，若有植株主干摇动、倾斜歪倒和种植穴泥土过低的现象，应及时填土培实，确保植物正常生长；⑤及时检查死亡、病虫害植株，并进行清除，若成活率低于80%则需进行补植；⑥禁止在试验区放牧、农事耕作、使用化肥与农药；⑦根据树种需要，适时修枝、整形，做好病虫害的生物防治工作，并在干旱时期及时浇水。

5 结论

1)植物生长需要大量水分，但水分过多又会阻碍植物与大气环境间的气体交换，造成植物组织缺氧，严重影响植物的生长发育[15]。考虑到水位消涨规律、汛期洪水、自然特征等因素，可将库区消落带分为上、中、下3个区域分别进行植被修复试验。对于淹没时间超全年1/2或2/3的区域，应重点论证其植物修复成功的可能性。

2)任何植物物种都具有一定的耐淹或抗旱能力。在遴选试验植物时，应深入了解植物的耐淹特性和抗旱特性，尽可能多地尝试各种潜在适生植物。另外，在开展植被修复试验时，还应考虑干热河谷炎热少雨的气候条件，增加灌溉系统，确保植被在水淹前长势良好。

3)根据水库调度运行计划配置不同梯次的消落带修复试验植被。其中，消落带上端以种植乔木和灌木为主，下端以种植草本植物为主，构建的多层植物根系可在上、下土层中均匀分布，从而增强土壤固持力，有效防止根层土壤侵蚀[16]。

4)消落带修复必须坚持以植被种植措施为主、工程措施为辅的方式进行。在采用植被种植措施方式开展消落带修复的前提下，为提高库岸消落带的稳定性，必要时可辅助运用适当的工程措施，如蓄水前采取工程手段改变消落带地形等。

5)试验过程中，应调查消落带的植被构成、土壤组成和土壤性质等，观测消落带生态环境演化过程，分析淹水条件下植物与土壤的相互影响规律，开展适生植物遴选、繁殖和耐水淹机理以及植被修复应用技术等相关研究。