錢斌天，石磊，高甲榮?，韓昱，王越，顧嵐，康燁，王曦

(1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持與荒漠化防治教育部重點實驗室，100083，北京;2.西寧防洪及流域管理利用世行貸款項目建設(shè)辦公室，810001，西寧)

河岸生態(tài)系統(tǒng)是河流生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡區(qū)，其對水陸生態(tài)系統(tǒng)間的物流、能流和生物流發(fā)揮著廊道、過濾器和天然屏障等功能。作為重要的生態(tài)交錯帶，河岸生態(tài)系統(tǒng)具有明顯的邊緣效應(yīng)和豐富的生物多樣性，具有一系列的環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)功能［1］。早在20世紀(jì)，歐美國家就對水利工程的規(guī)劃設(shè)計理念進(jìn)行了深刻的反思，認(rèn)識到混凝土護(hù)岸是導(dǎo)致河流污染的根本原因，河流近自然治理不僅要符合工程設(shè)計原理，也要符合自然生態(tài)學(xué)的原理［2］。隨后，瑞士、德國等歐洲國家提出了全新的“近自然河流”概念和“自然型護(hù)岸”技術(shù)，與此同時“土壤生物工程”護(hù)岸技術(shù)也開始提出并被大量研究［3］。在我國，不論是生物護(hù)岸的機(jī)制研究，還是生物護(hù)岸的材料選擇，目前都尚處在探索階段;因此，開展生物護(hù)岸植物材料的篩選研究具有十分重要的意義。

近年來，隨著河岸生態(tài)修復(fù)技術(shù)的備受關(guān)注，國內(nèi)一些學(xué)者對生物護(hù)岸植物材料的篩選也做了大量工作。目前已經(jīng)篩選出一些用于北方地區(qū)河岸修復(fù)的材料，如香根草(Vetiveria zizanioides(L.)Nash)、百喜草(Paspalum natatu)、旱柳(Salix matsudana Koidz)、毛柳(Salix luctuosa Levl.)和金絲柳(Salix alba var.Tristis)等［4-9］;但是，檉柳(Tamarix chinensis Lour.)作為一種根系發(fā)達(dá)、萌生力強、喜光、耐寒、耐旱且耐水濕的植物在這方面的研究卻甚少［10-12］。筆者通過對湟水河河岸檉柳護(hù)岸效果的研究，以期為河岸生態(tài)修復(fù)技術(shù)植物材料的篩選提供一定的參考。

1 研究區(qū)概況

湟水河發(fā)源于祁連山系大板山南麓，是黃河上游的一條較大的支流，介于 E100°42'～103°01'，N36°02'～37°28'之間。湟水河干流全長 374 km，流域總面積1萬7 333 km2，在青海省境內(nèi)干流全長335.4 km，流域面積1萬6 120 km2，占全省總面積的2.2%［13］。本研究河段位于湟水河在西寧市海湖橋到新寧橋段之間，長500 m，岸寬4 m，岸坡坡度40°，岸坡底部約1.2 m被河水淹沒。研究區(qū)屬高原半干旱大陸性氣候，降水量少而集中，蒸發(fā)量大，日溫差大、年溫差小，冬季寒冷、夏季涼爽。海拔高、氣壓低，凍土期長，無霜期短，紫外線強。多年平均降水量為460.2 mm，平均蒸發(fā)量為827.1 mm，平均氣溫為5.7℃，平均風(fēng)速為1.97 m/s，常年最大風(fēng)風(fēng)向為東南風(fēng)。土壤類型多為黃、灰栗鈣土，干旱貧瘠，水土流失嚴(yán)重，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1%，兩岸植被稀疏。

2 研究方法

本試驗于2008年4月初開始，河流坡腳用鉛絲石籠技術(shù)進(jìn)行加固，以防治流水對坡腳的沖淘和侵蝕。在裸露邊坡上扦插長30 cm，直徑介于1.5～4.0 cm的檉柳插條，插條間距為30 cm×30 cm，面積1 250 m2。試驗于4月底完工，完工后6個月、15個月和51個月，即2008年10月、2009年7月和2012年7月采取隨機(jī)采樣和現(xiàn)場測量的方法，調(diào)查岸坡上扦插檉柳的成活率和覆蓋度，其中2012年7月還對檉柳的基徑、株高和生物量做了詳細(xì)測量，同時調(diào)查了周邊環(huán)境的氣溫、濕度和生物多樣性。

2.1 基徑和株高測定

在檉柳護(hù)坡試驗區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取50根插條，分別用游標(biāo)卡尺和鋼卷尺測量每根插條上枝條的直徑和長度。

2.2 生物量測定

在隨機(jī)選取的50根插條中，任選20根全株挖出，剪下每一根插條上所有的枝條和根系，分別裝入已編號的塑封袋。將取回的枝條和根系放入烘箱烘干，烘干后放到電子天平上稱得其枝條生物量和根系生物量。平均枝條生物量為所有樣本枝條生物量總和除以總樣本數(shù)，平均根系生物量為所有樣本根系生物量總和除以總樣本數(shù)。

2.3 溫度和濕度測定

在檉柳護(hù)坡區(qū)和周邊裸露區(qū)各任選3個點，間距約50 m，在每個點處放置一個干濕溫度計。分別于09:00、11:00、13:00、15:00 和17:00 記錄各個干濕溫度計上干球和濕球的讀數(shù)，并根據(jù)干、濕球溫度對照表查出相對濕度。

2.4 生物多樣性調(diào)查

在研究區(qū)內(nèi)用皮尺量取1 m×1 m的樣地，即樣方1，記錄該樣方內(nèi)出現(xiàn)的植物種類及株數(shù)。在樣方1的一邊量取另一個1 m×1 m的樣地，即樣方2，同時記錄該樣方內(nèi)出現(xiàn)的植物種類及株數(shù)。然后依次取1 m×2 m、2 m×2 m、2 m×4 m等樣方進(jìn)行調(diào)查，直到調(diào)查樣方內(nèi)不再出現(xiàn)新物種為止。

3 結(jié)果與分析

3.1 檉柳的生長狀況

3.1.1 成活率和蓋度 護(hù)坡植物的成活率和蓋度是檢驗該植物材料是否適合用于生物護(hù)坡的一個關(guān)鍵指標(biāo)。用于護(hù)坡的植物材料，若成活率太低或者成活率高但蓋度很低的話，都不能滿足生物護(hù)坡的需求。一種良好的護(hù)坡植物材料，既要有較高的成活率，還要能改善周邊環(huán)境，促進(jìn)周邊植物生長并快速覆蓋坡面，達(dá)到較高的蓋度。分析表1數(shù)據(jù)可知:完工6個月后檉柳的成活率達(dá)到了93%，完工51個月后成活率仍高達(dá)88%，說明檉柳對該環(huán)境有較好的適應(yīng)性，完全滿足生態(tài)護(hù)坡對植物材料成活率的要求。從蓋度來看，坡面植物的蓋度逐步遞增，到完工51個月后達(dá)到了100%的蓋度，說明檉柳能很好地改善周邊環(huán)境，并能促進(jìn)當(dāng)?shù)乇就林参锏纳L，滿足對坡面蓋度的要求。因此，單從成活率和蓋度來看，檉柳是一種在北方地區(qū)用于河岸生態(tài)修復(fù)非常好的植物材料。

表1 不同時間檉柳的成活率及蓋度Tab.1 Survival and coverage of Tamarix chinensis Lour.in different time

3.1.2 基徑和株高 護(hù)坡植物的生長特性不僅反映了該植物對周邊生長環(huán)境的適應(yīng)性，而且是衡量其能否用于生物護(hù)坡的一個重要指標(biāo)。在本試驗中，扦插檉柳新生枝條基部的直徑和高度就是檢驗其能否用于河岸生態(tài)修復(fù)的一個基本指標(biāo)。分析表2數(shù)據(jù)可知:經(jīng)過51個月的生長，扦插檉柳新生枝條的平均基徑和平均株高分別為3.19 cm和348.9 cm，其中基徑和株高的最大值則分別達(dá)到了4.38 cm和442.0 cm。通過對扦插枝條的直徑、生長51個月后的基徑和株高3組數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，扦插直徑越大的插條，其新生枝條的基徑也越大，生長的高度也越高。本試驗扦插枝條的直徑在1.5～4.0 cm之間;因此，今后檉柳扦插時盡量在此范圍內(nèi)選取直徑較大的插條，這樣不僅能保證成活率，還能使其今后新生枝條長得更加健壯。

表2 51個月后檉柳的生長情況Tab.2 Growth condition of Tamarix chinensis Lour.after 51 months

3.1.3 生物量 護(hù)坡植物的生物量在一定程度上反映了該植物對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的適應(yīng)性，因此也可作為檢驗其是否適合用于生態(tài)護(hù)坡的一個條件。從表3可以看出:生長51個月后，扦插檉柳枝條的平均生物量為1 370.15 g，根系的平均生物量為24.31 g。枝條生物量的最大和最小值分別為1 521.26 g和985.67 g，根系生物量的最大和最小值分別為27.82 g和19.54 g。此外，通過現(xiàn)場挖根測定，完工51個月后單株檉柳的根系生物量比完工1年后平均增長了74%，單位面積50 cm深土壤中根系生物量較完工1年后增長了83%，大大增強了岸坡抗侵蝕的能力。由此可以說明，檉柳能很好地適應(yīng)該環(huán)境，并在短時間內(nèi)能長出大量根系來固定岸坡土壤，非常適合用于北方地區(qū)河岸的生態(tài)修復(fù)。

表3 51個月后檉柳的生物量Tab.3 Biomass of Tamarix chinensis Lour.after 51 months

3.2 周邊小氣候的改善

護(hù)岸植物除了起保護(hù)岸坡、美化環(huán)境的作用之外，還有改善周邊小氣候，為居民提供休閑、娛樂場所的功能。由圖1可以看出，在2012年7月15日觀測的5個時間點中，檉柳護(hù)岸區(qū)的氣溫明顯低于周邊裸露區(qū)。在15:00時周邊裸露區(qū)的氣溫達(dá)到了34℃，而此時檉柳護(hù)岸區(qū)的溫度僅有23℃，比周邊裸露區(qū)低將近67.6%。經(jīng)分析觀測數(shù)據(jù)得出:周邊裸露區(qū)的平均氣溫為30.9℃，而檉柳護(hù)岸區(qū)的平均氣溫僅為19.6℃，比周邊裸露區(qū)低63.4%。

圖1 2012年7月15日檉柳護(hù)岸區(qū)和周邊裸露區(qū)溫度對比Fig.1 Contrast of temperature between Tamarix chinensis Lour.revetment area and bare area on July 15，2012

由圖2可以看出，在一天觀測的5個時間點中，檉柳護(hù)岸區(qū)的空氣濕度明顯高于周邊裸露區(qū)。在09:00時檉柳護(hù)岸區(qū)的相對濕度達(dá)到了85%，此時周邊裸露區(qū)僅為53%。經(jīng)分析觀測數(shù)據(jù)得出:周邊裸露區(qū)的平均相對濕度為44.6%，而檉柳護(hù)岸區(qū)的相對濕度則高達(dá)71%，比周邊裸露區(qū)高62.8%。

圖2 檉柳護(hù)岸區(qū)和周邊裸露區(qū)相對濕度對比Fig.2 Contrast of humidity between Tamarix chinensis Lour.revetment area and bare area

通過對圖1和圖2數(shù)據(jù)的分析得出:用于生物護(hù)岸的檉柳能在很大程度上降低周邊溫度，提高相對濕度，有效地改善周邊小氣候，不僅能為周邊動植物提供一個良好的生長棲息環(huán)境，還能為岸邊過往行人提供一個陰涼休閑的休息場所;因此，從改善周邊小氣候方面來看，檉柳是一種理想的生態(tài)護(hù)岸植物材料。

3.3 生物多樣性的增加

生物多樣性的變化是衡量植物材料對河岸生態(tài)修復(fù)效果好壞的重要指標(biāo)。如果護(hù)坡植物與周邊鄉(xiāng)土植物存在明顯的競爭關(guān)系，導(dǎo)致周邊植物無法正常生長的話，那么該植物就不能用于生態(tài)護(hù)坡。相反，如果該植物的生長能改善周邊環(huán)境，使得周邊鄉(xiāng)土植物長勢更加茂盛，并不斷有新物種在其周圍扎根生長，則說明該植物能用于岸坡的生態(tài)修復(fù)。調(diào)查發(fā)現(xiàn):自扦插完工51個月以來，周邊植物的種類有了明顯的增加。施工初期，周圍只有冰草(Agropyron cristatum(Linn.)Gaertn.)、蒲公英(Herba taraxaci)和灰綠藜(Chenopodium glaucum Linn.)3種植物，現(xiàn)在周邊植物有冰草、蒲公英、灰綠藜、黃花蒿(Artemisia annua L.)、車前(Plantago asiatica L.)、茵陳蒿(Artemisia capillaries)、狗尾草(Setaira viridis(L.)Beauv)、青蒿(Artemisia apiacea)、龍牙草(Agrimonia pilosa Ledeb.)、萹蓄 (Polygonum aviculare L.)、抱莖苦荬菜(Ixeridium sonchifolium(Maxium).shih)等，達(dá)到15種之多，而且這些植物的總覆蓋度也超過了95%。岸坡植被的恢復(fù)，也為一些小型昆蟲和爬行動物以及部分鳥類提供了一個良好的棲息環(huán)境。由此可見，檉柳的生長能改善周邊環(huán)境，并能促進(jìn)一些鄉(xiāng)土物種的生長，是一種良好的河岸生態(tài)修復(fù)植物材料。

4 結(jié)論與討論

1)檉柳插條在完工51個月后，不僅成活率高達(dá)88%，還在坡面上形成了100%的蓋度，此外地上和地下部分的生物量也大幅增加，對岸坡起到了一定的防護(hù)作用，并且形成了較好的景觀效果;因此，檉柳是一種適合于河岸生態(tài)修復(fù)的優(yōu)良植物材料。

2)檉柳枝條的扦插直徑在1.5～4.0 cm內(nèi)，扦插直徑越大，將來新生枝條的基徑也越大，并且相應(yīng)枝條的株高也越高;因此，今后在選取扦插枝條直徑時，盡量選取在1.5～4.0 cm之間，而且如果條件允許的話，在此區(qū)間內(nèi)，扦插直徑越大越好。

3)在檉柳扦插完工51個月后，周邊環(huán)境的小氣候有了明顯的改善，檉柳試驗區(qū)的氣溫比周邊裸露區(qū)低63.4%，相對濕度比周邊裸露區(qū)高62.8%。此外，檉柳護(hù)岸區(qū)的植物種類比施工前增加了5倍，極大地促進(jìn)了周邊生物多樣性的提升。

通過本文的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，檉柳在北方地區(qū)河岸生態(tài)修復(fù)中表現(xiàn)出了扦插易發(fā)芽、成活率高、生長迅速、根系發(fā)達(dá)、適應(yīng)性強等諸多優(yōu)點，而目前在國內(nèi)北方地區(qū)將檉柳應(yīng)用于河岸生態(tài)修復(fù)的案例還并不多見;因此，作為一種優(yōu)良的生物岸坡修復(fù)材料，在今后的工程實踐當(dāng)中有待于進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

［1］張宇博，楊海軍，王德利，等.受損河岸生態(tài)修復(fù)工程的土壤生物學(xué)評價［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2008，19(6):1374-1380

［2］孟凡超.城市河道退化河岸生態(tài)修復(fù)技術(shù)的水土保持效應(yīng)及其穩(wěn)定性評價［D］.北京:北京林業(yè)大學(xué)，2011:3-9

［3］王文君，黃道明.國內(nèi)外河流生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展［J］.水生態(tài)學(xué)雜志，2012，33(4):142-146

［4］高甲榮，呂晶，李曉宏，等.土壤生物工程在沿河公路護(hù)坡中的初期水土保持效應(yīng)［J］.水土保持學(xué)報，2010，24(1):69-72

［5］婁會品，高甲榮，劉瑛，等.土壤生物工程在北京山區(qū)公路邊坡防護(hù)中的應(yīng)用［J］.西北林學(xué)院學(xué)報，2010，25(6):64-68

［6］高甲榮，劉瑛，Rauch H.土壤生物工程在北京河流生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用研究［J］.水土保持學(xué)報，2008，22(3):152-157

［7］婁會品，高甲榮，劉瑛，等.土壤生物工程在北京山區(qū)公路綠化中的應(yīng)用［J］.中國水土保持，2010(3):15-18

［8］王穎，高甲榮，婁會品，等.土壤生物工程在北京市琉璃河生態(tài)恢復(fù)中的應(yīng)用［J］.水土保持通報，2011，31(2):108-111

［9］劉瑛.土壤生物工程技術(shù)在河岸生態(tài)修復(fù)中應(yīng)用效果的研究［D］.北京:北京林業(yè)大學(xué)，2011:91-93

［10］郭澤莉.枝紅葉綠相映成趣 檉柳造景四季可賞［N］.中國花卉報，2009-04-30(8)

［11］劉建軍，張世軍，白金鳳，等.新疆和田地區(qū)人工檉柳生態(tài)修復(fù)工程生態(tài)效益監(jiān)測初探［J］.干旱環(huán)境監(jiān)測，2007，21(3):159-162

［12］楊愛君，魏西，高世營，等.萊州灣檉柳自然演替與生態(tài)修復(fù)的探討［J］.河北林業(yè)科技，2012(3):65-66

［13］趙洪錢，李金花.青海湟水河流域生態(tài)問題與保護(hù)對策［J］.山東林業(yè)科技，2008(3):75-77