库区消落带植被生境构筑技术初探

库区消落带植被生境构筑技术初探

吴江涛,许文年,陈芳清,戴方喜,郑江英

(三峡大学,湖北宜昌443002)

[关键词]水库消落带;植被恢复;生境构筑;隔河岩水库;清江

[摘要]在水库消落带内为植物生长构筑适合的立地条件和生态环境,是消落带植被恢复非常关键和重要的一个步骤。通过对水库消落带的形成特征及其植被生境状况的研究,运用恢复生态学和生态工程学基本理论,确立了库区消落带植被生境构筑技术的概念;并结合清江隔河岩水库消落带植被修复的现场试验,提出了库区消落带植被生境构筑的三种方法,即PEB防冲刷基材生态护坡技术、防冲刷生态型护坡构件、燕窝植生穴。结合具体地质地理条件,三种方法可以组合使用。

[中图分类号]S157.2[文献标识码]B[文章编号]1000-0941(2007)01-0027-04

1消落带的形成和生态状况

1.1消落带的概念

消落带是指河流、湖泊的水位消涨在河道中形成的涨水期间最高水位线与落水期间最低水位线之间的消落区域,是一种特殊的季节性水陆交错湿地生态系统。水利水电工程消落带是指水利水电工程因防洪与发电需要调节水位消涨在水库与河道中形成的最高水位线与最低水位线之间的消落区域。水库消落带在库区水体与陆岸之间形成一个巨大的环库生态隔离带。

1.2消落带的形成、特点、功能

1.2.1消落带的形成

以清江隔河岩库区为例,其消落带形成的主要原因是水库水位的季节性升降。即每年汛期(6~9月)清江上游来水量很大,水库水位最高将升至195m,夏季保持在190m左右;枯水期间,由于发电原因,库区内的水位将逐渐下降到175m左右,这样就在库区两岸形成两条平行的永久性的水位季节性涨落带。库区水位的年调节变化见表1。

表1清江隔河岩库区水位的年调节变化

月份1~34~56~910~1112

水位(m)175180190180175

清江水库属河谷型水库,水库东起长阳隔河岩,西至恩施巴东水布垭,全长90k m。从平面观察,水位涨落带位于清江干流和支流两岸,环绕着高地生态系统分布。

1.2.2消落带自然环境特点[1]

清江水库的水位变化特点是夏季半年涨水,冬季半年落水,这就使清江水库消落带的成陆期与库区光热水资源集中期相反。

[基金项目]湖北省教育厅自然科学研究项目资助项目(D200613005);

国家高技术研究发展计划(863项目2003AA601100-5-

3);科技部农业科技成果转化资金项目(合同号:

05EFN216800399)

据研究,高度规划的水流将会改变河流的生物群落,尤其在河流上修筑大坝以后,通过不连续和不稳定的方式控制自然水流的运动将对流域生态产生很大的破坏作用,特别是消落带生长植物的土壤,经过常年的雨水、涌浪冲刷,几乎不复存在。清江隔河岩水库正是这样一个大型的水利工程,因此其水位消落区生态系统退化比较严重。由于消落带成为水位周期性反复涨落的干湿交替区,同时具有水陆两区域某些生态系统的结构、功能和独特的环境景观特点,是介于水域和陆地之间的过渡性连接地带,因此可以将消落带看成是人工湿地。消落带生态系统由其地貌形态、组成物质与土壤、地下水、气候与植被等要素组成,它不仅通过库区水流的侵蚀与淤积、库水与地下水的相互补给等方式与库区常年水域系统进行着物质流和能量流的交换,还通过与库区岸坡的各种块体运动、坡地和沟谷流水的冲刷淤积、水面风浪的作用与地下水位的垂直变化等,与库区岸坡进行着能量和物质的交换。所以消落带是库区水域与周边环境之间的过渡地带,是库区生态系统中的重要生态过渡带。

1.2.3消落带的功能

消落带是陆地生态系统和水域生态系统之间的一个重要生态交错带,是库区泥沙、有机物、化肥和农药进入水库的最后一道生态屏障,其独特的功能可以分为三个方面:环境功能、生态功能和经济美学价值。环境功能包括消落带的截污和过滤功能、改善水质功能、控制沉积和侵蚀功能;生态功能包括消落带的保持生物多样性功能,提供鱼类繁殖和鸟类栖息场所的功能,调蓄洪水和稳定相邻两个生态系统的功能;经济和美学价值包括消落带为人类生产再生资源、改善环境,种类丰富的资源给人们带来独特的娱乐、美学、教育和科研价值。

1.3消落带环境的退化状况

清江隔河岩水库是大型的水电工程,在带来巨大经济效益的同时,由于拦腰筑坝导致清江部分水文情势发生变化,从而引起生态和环境系统结构与功能的变化等一系列生态环境问

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题,主要表现在以下几个方面:①扩散能力减弱使岸边污染加重;水库蓄水后水位抬高,流速减小,从而使扩散能力减弱。②复氧能力减小使库区接纳BOD 污染负荷的能力下降。③水土流失,泥沙淤积严重。④土壤受到水陆的交叉污染。1.4 消落带植被恢复的现实意义

清江隔河岩水电工程的兴建对库区生态与环境、动植物、生态系统以及库区经济发展的影响是深远的。清江隔河岩库区消落带是清江隔河岩库区的重要组成部分,其生态系统的修复与重建不仅直接关系到水库水土流失、泥沙淤积的多少和水质标准,而且直接影响到水库的运行和寿命,同时还影响到清江隔河岩库区经济的发展。水利工程引起的环境问题是要与工程的寿命同始终的。因此,进行清江隔河岩库区消落带植被修复与重建研究是必须的,而且随着大坝的修建,这一问题变得更加突出,同时这类研究还应该具有前瞻性。我们所提的/库区消落带植被生境构筑技术0,就是指在库区消落带内构建适合消落带植被生长的土壤、水体等生态因子,为消落带内植物的生长提供立地条件。其主要研究内容包括基底、基质的稳定,土壤的恢复,土壤稳定性以及土壤水文条件的改善等。2 库区消落带植被恢复技术理论基础

在消落带植被恢复研究的工作中,应该把理论研究与现场试验相结合,通过理论研究成果指导现场试验,经过现场试验验证并促进理论研究。库区消落带植被恢复技术的理论研究,必须以恢复生态学和生态工程学为基础,融合生态学、环境学、社会学、经济学、景观学等多种学科,遵循如下基本理论开展工作:

2.1 恢复生态学理论[2]

库区消落带植被恢复技术的研究,需要许多的科学理论,但最主要的是以恢复生态学理论为基础。这些理论主要有:限制因子原理(寻找生态系统恢复的关键因子)、热力学定律(确立生态系统能量流动特征)、种群密度制约及分布格局原理(确立物种的空间配置)、生态适应性理论(尽量采用乡土种进行生态恢复)、生态位原理(合理安排生态系统中物种及其位置)、演替理论(缩短恢复时间)、物种入侵理论、生物多样性原理等。2.2 生态工程学理论[3,4]

生态工程学是继恢复生态学产生之后出现的一门新学科,它以恢复生态学的基本理论为指导,强调生态恢复中的工程技术和实际应用。生态恢复的工程技术大体可以分为生物技术和工程技术两大类,不同类型(如海洋、草地、农田、湿地、湖泊、河流、森林)和不同退化程度的生态系统,其恢复方法亦不相同。库区消落带是界于水域和陆地之间的类似于湿地的生态系统,生态工程学的基本理论对于消落带内植被恢复的研究工作具有重要的指导意义。2.3 经济学和社会学理论

我们在进行库区消落带植被恢复研究的时候,还必须考虑到社会和经济要素。社会经济技术条件是生态恢复重建的后盾和支柱,在一定程度上制约着恢复重建的可能性、水平和深度。从经济学和社会学的角度考虑,我们需要遵循以下原则:经济可行性原则、技术可操作性原则、社会可接受性原则、无害化原则、最小风险原则、生物生态与工程技术相结合的原则、效

益原则和可持续发展原则。2.4 景观学理论

从景观学的角度看,消落带的植被恢复与重建应该给人以美的享受,坚持最大绿色原则、健康原则和精神文化愉悦原则。3 清江隔河岩库区消落带生境构筑方案3.1 选取试验场地

现场试验选取的场地位于清江隔河岩大坝右岸取水口附近消落区内,距离大坝右岸坝肩约200m 。整个试验区域长45m ,坡面垂直高度15m ,坡面宽度18m ,总面积810m 2。该试验场地既有坡度\60b 的岩石边坡,又有坡度[45b 的强风化边坡,具有一定的代表性。坡面及周围环境情况如下:①5月下旬清江流域的丰水期还没有到来,隔河岩库区内的蓄水位在175m 左右,整个约20m 落差的消落区全部裸露在水面以上,满足现场试验的作业条件,方便试验项目的开展。②消落区内的坡面缺少植被生长所必需的土壤条件及养分条件。由于受库水长期浸泡和冲刷,边坡上土壤严重流失,已经不具备植被生长所必需的土壤环境,无法直接进行种子撒播或栽植植物。另外,由于土壤严重流失,坡面大面积为裸露的岩石,所以坡体保水功能差,含有的活化养分低,植被很难从边坡岩石中吸收足够的水分及养分供其生长发育。③边坡坡度大,特别是其中有许多岩石立面坡度达90b ,坡面自然风化很难,风运带来的成土母质在坡面很难留存,受水力和重力作用将被库水带走,降雨又不能滞留在坡面上,致使植被难以生存。④坡面自然生态条件恶劣。除上述无土壤层覆盖、水分匮乏等恶劣的生态条件以外,由于坡面岩石直接裸露,在阳光的直射下岩石表面温度过高,即使有风运或动物搬运的种子嵌入岩石缝隙中,也会因过高的温度而使种子难以生存和发芽。⑤边坡临近一条大坝浇筑时留下的施工便道,为现场试验提供了便利。

根据边坡的具体情况和试验需要达到的预期目标,本次消落带植被修复试验方案拟划分为两个步骤,第一步是植被生境的修复与构造,第二步是植物物种的选择和培育。3.2 生境构筑方案设计3.2.1 构筑燕窝植生穴

这一区域坡面长20m ,坡面宽18m,面积约360m 2。该坡面地势较陡,坡面上地形比较复杂,有许多直立的岩石坡面,由于长期的涌浪冲刷,土壤流失严重,许多大块的岩石裸露在外面,一般的固土护坡技术在这里难以应用。经过分析比较,结合物种的选择要求,我们决定在这一区域构造燕窝植生穴(见图1),种植耐水淹陆生灌木和挺水植物。

图1 燕窝植生穴横断面

为了保证植物有充分的立地条件,保护植物生长基材不被

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