呂曉彤，張偉忠，吳 波，王豐毅，王 強(qiáng)

（1.華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 上海城市化生態(tài)過程與生態(tài)恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200241；2.華東師范大學(xué) 長(zhǎng)江口濕地生態(tài)系統(tǒng)野外監(jiān)測(cè)研究站，上海 200241；3.浙江省平湖市自然資源和規(guī)劃局，浙江 314200；4.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津300222；5.華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241）

關(guān)鍵字：生態(tài)護(hù)岸；工程植物；逆境；植物抗逆

引 言

傳統(tǒng)護(hù)岸工程主要側(cè)重于某些實(shí)用性價(jià)值如防洪、水運(yùn)、灌溉等[1-2]，往往是剛性護(hù)岸，不重視與本土環(huán)境的融合，造成河岸帶生境條件單一、生物群落多樣性減少等問題。隨著生態(tài)學(xué)理論不斷發(fā)展，河岸的生態(tài)與景觀美化功能受到人們關(guān)注，應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)原理對(duì)岸堤展開多尺度、多學(xué)科的綜合研究，實(shí)現(xiàn)生態(tài)型的護(hù)岸作用是實(shí)現(xiàn)“自然-人類-水體”可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)[3]。

1 生態(tài)護(hù)岸工程的特點(diǎn)

傳統(tǒng)護(hù)岸工程多采用干砌塊石、現(xiàn)澆混凝土、預(yù)制混凝土塊體等結(jié)構(gòu)，在耐久性、穩(wěn)定性、防止水土流失、防洪安全等方面有一定作用，但不同程度上對(duì)當(dāng)?shù)鼐坝^、生態(tài)環(huán)境造成不良影響，因此近年來生態(tài)型護(hù)岸工程日益受到關(guān)注[4]。Coppin把生態(tài)護(hù)岸定義為“單獨(dú)用植物或植物與土木工程措施及其他非生物材料相結(jié)合，以減輕坡面不穩(wěn)定性、水流侵蝕作用的護(hù)岸工程[5]”；黃岳文等認(rèn)為生態(tài)護(hù)岸是融現(xiàn)代水利工程學(xué)、生物科學(xué)、生態(tài)學(xué)、景觀學(xué)等學(xué)科的水利工程[6]?？傊?，生態(tài)護(hù)岸是利用人工措施選用適當(dāng)生物及工程技術(shù)，確保護(hù)岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全性的前提下兼顧生態(tài)效應(yīng)，使岸堤與當(dāng)?shù)睾恿鳌⑼寥?、生物相融合，達(dá)到仿自然狀態(tài)的護(hù)岸形式，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。

生態(tài)護(hù)岸工程中，植物護(hù)坡起關(guān)鍵作用，水文效應(yīng)上，植物通過滲透、過濾、吸收、沉積和截留等作用削弱徑流量及排污量，在水陸之間充當(dāng)緩沖帶[7]；力學(xué)效應(yīng)上，植物可增加坡面粗糙度，阻截徑流，同時(shí)根系能夠固土，減少水流對(duì)坡面基質(zhì)的侵蝕，防止水土流失；生態(tài)效應(yīng)上，植物可以發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，維持生物多樣性，防止堤岸生態(tài)系統(tǒng)的退化。因此選擇植物是生態(tài)護(hù)岸工程的重點(diǎn)，這方面的研究沒有成熟的參考體系和規(guī)范[8]。本文結(jié)合護(hù)岸植物可能面臨的脅迫進(jìn)行分析，以期為工程中植物合理化配置提供參考。

2 生態(tài)護(hù)岸植物面臨的脅迫及工程中的選擇

景觀生態(tài)學(xué)角度看，岸坡生態(tài)系統(tǒng)屬于生態(tài)交錯(cuò)帶的一種，具有生物多樣性高、空間異質(zhì)性強(qiáng)、生態(tài)脆弱等特性[9-10]，植物在這種環(huán)境下，易遭受外界脅迫。由于生態(tài)護(hù)岸工程中植物的特殊角色及作用，所篩選的工程植物往往需要具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：本土種優(yōu)先，引種適宜當(dāng)?shù)丨h(huán)境，無入侵性；管理粗放，抗性強(qiáng)，根莖發(fā)達(dá)；觀賞性強(qiáng)。實(shí)際護(hù)岸工程中，結(jié)合特殊逆境與普遍規(guī)律，進(jìn)行工程植物的篩選工作。

2.1 水文周期變化的脅迫

生態(tài)護(hù)坡應(yīng)滿足防洪、護(hù)岸的要求，其次，作為陸地-水體過渡帶水位周期變化的水文條件下，物種應(yīng)具有良好的水陸兩棲性。工程中死水區(qū)指坡底到枯水位間的部分，常年在水下，選擇適宜的沉水植物；水位變化區(qū)指枯水位與高水位間的區(qū)域，受豐水期與枯水期交替作用，水位變化大，風(fēng)浪淘蝕嚴(yán)重，易造成短期淹水及干旱，對(duì)護(hù)岸植物造成脅迫；無水區(qū)指洪水位到坡頂間的區(qū)域，多種植本土陸生植物[11-12]。

水文周期明顯的岸堤會(huì)受到水位消長(zhǎng)的影響，首先根據(jù)水位變化及水深，形成水生-沼生-溫生-中生群落帶[13-14]。同時(shí)考慮適應(yīng)水位變化，間種耐受周期性淹水的物種：一年生草本植物，生長(zhǎng)周期短繁殖力強(qiáng)，在岸堤一定水淹條件下也能完成生活史，次年可依靠土壤中種子庫或者臨近種源開始新的生長(zhǎng)周期。如可耐受重度淹沒的植物水蓼、狗牙根、扁蓄等；短時(shí)間水淹工程種水蓼、苔草、天胡宴、白茅、棒頭草和牛筋草等[15]，實(shí)現(xiàn)一個(gè)適用性、多層次、實(shí)用美觀的護(hù)岸[16]。

2.2 污染物脅迫

污染是工程植物面臨另一威脅，包括材料的水化反應(yīng)及各種添加劑等工程原因造成的污染，工農(nóng)業(yè)發(fā)展、城市化進(jìn)程造成的過量營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬、航船油污等污染。適宜的植物能夠截留陸地污染物向水體排放，也可長(zhǎng)期耐受，對(duì)污水起到一定的凈化作用，同時(shí)改善景觀，避免產(chǎn)生新的環(huán)境問題。如富營(yíng)養(yǎng)化生活污水中，合適的生態(tài)工程植物會(huì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐受及去除能力[11]，適宜的工程植物有香菇草、細(xì)葉莎草和水生美人蕉等[17]。同時(shí)大部分植物春夏季發(fā)芽生長(zhǎng)，對(duì)污染物的耐受及處理能力較強(qiáng)，秋冬季枯萎衰亡，對(duì)污染物處理效果和抗性下降[18]。但冬季水蔥、燈心草、水芹、狐尾藻、輪藻和小茨藻等也能較好生長(zhǎng)，可以在低溫下耐受污染起到一定的凈化作用[17-19]，可搭配種植，保證岸堤常年具有功能性。

2.3 鹽堿脅迫

濱海鹽堿岸堤一直是濱海護(hù)岸的難點(diǎn)之一，我國(guó)11個(gè)?。▍^(qū)）分布在海岸線上，約1.8萬km濱海地帶和島嶼沿岸[20]，需引進(jìn)或培育適宜的鹽生植物或耐鹽植物[21]。利用隸屬函數(shù)法得出抗鹽性度量值對(duì)抗鹽植物的耐鹽性進(jìn)行評(píng)價(jià)[22-23]，研究顯示馬鞍藤耐鹽堿，對(duì)土壤要求不高，景觀效應(yīng)好，可作為濱海護(hù)堤植物[24]；康俊水等篩選出 36種適應(yīng)性強(qiáng)的植物，適合在濱海護(hù)岸中引進(jìn)的物種有矮鳶尾、三七景天、八寶景天、費(fèi)菜、荷蘭菊等[25-26]。

2.4 寡營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的脅迫

目前一類常用的生態(tài)護(hù)坡為鏤空網(wǎng)結(jié)合塊石進(jìn)行護(hù)岸，這種護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，植物根系可以纏繞在網(wǎng)格上，抗洪、保護(hù)河堤能力強(qiáng)，但處于坡面、水流洗刷易造成前期營(yíng)養(yǎng)不充分，且保水能力差，工程栽培植物難以自身繁殖、建群和穩(wěn)定生長(zhǎng)。調(diào)查顯示，三年后格賓網(wǎng)片護(hù)岸上人工栽培植物全部演替為自然生長(zhǎng)的野生植物[27]。

面對(duì)這種營(yíng)養(yǎng)不足、保水性不強(qiáng)的基質(zhì)條件，需要選擇根系發(fā)達(dá)能透過網(wǎng)格石塊，耐受貧瘠環(huán)境的植物，如紫穗槐以及丁香等；豆科植物有固氮能力，根部能共生根瘤菌固定大氣中的氮，改善貧瘠土質(zhì)，促進(jìn)后續(xù)植物的生長(zhǎng)；灌木和喬木（小喬木）生命周期長(zhǎng)、有龐大的根系。因此可結(jié)合上述類群混植，充分利用空間生態(tài)位，構(gòu)建穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)。

2.5 水流沖刷的脅迫

河道急速水流的沖刷、臺(tái)風(fēng)、船行波等都會(huì)對(duì)堤岸造成嚴(yán)重?fù)p壞，在水流、波浪的共同作用下產(chǎn)生侵蝕效應(yīng)，使護(hù)岸垮塌。適宜的工程植物枝葉，特別是柔性枝葉對(duì)波浪有能量吸收、消散的作用，原水波對(duì)基質(zhì)造成的拖曳力一部分由植物承擔(dān)，可以降低水體動(dòng)能，減少波浪對(duì)堤身的沖擊力。水流速?。ā? m/s），沖刷不嚴(yán)重時(shí)，可以選擇植物覆蓋能力強(qiáng)，綠化效果好的植物；當(dāng)水流速大，河道洪水流速（＞3 m/s）或風(fēng)浪、船行波通過堤岸反射，強(qiáng)烈地直接拍打或搖動(dòng)植物體，會(huì)對(duì)植物造成一定的脅迫，植物葉片破碎、莖折斷，甚至連根拔起。

適宜的工程物種可起到一定的緩沖作用，柔性植物莖葉可減緩水流對(duì)岸坡的沖刷與侵蝕，發(fā)達(dá)的根系能夠增加土壤抗剪切強(qiáng)度，起到固土的作用，保護(hù)岸坡穩(wěn)定。同時(shí)根據(jù)波浪特點(diǎn)結(jié)合工程手段，在種植物前用松木樁、毛竹樁等進(jìn)行消浪、護(hù)岸加固技術(shù)措施。隨后選擇根系發(fā)達(dá)，柔性好抗折能力強(qiáng)的植物，例如長(zhǎng)勢(shì)良好的挺水植物，特別是梭魚草，水生鳶尾，黃菖蒲，花葉蘆竹等[28]。

3 不同條件下工程案例及植物選擇

3.1 不同條件下工程案例

1）水文周期脅迫下生態(tài)護(hù)岸工程——中山岐山公園

廣東省岐山公園總面積10.3 km2，日水位變化達(dá) 1.1 m，在水位變化較大的情況下，俞孔堅(jiān)等人選用適宜工程植物設(shè)計(jì)了一種親水生態(tài)護(hù)岸工程-棧橋式生態(tài)親水湖，采用梯田式種植臺(tái)，在最高和最低水位之間的湖底修筑3～4道擋土墻，形成一系列梯田式水生和濕生種植臺(tái)，根據(jù)水位的變化及水深情況，選擇鄉(xiāng)土植物形成水生-沼生-濕生-中生植物群落帶，包括：荷花、菱白、營(yíng)蒲、旱傘草、茨菇等；濕生和中生的包括蘆葦、白茅和其他茅草、苦苡等。隨著時(shí)間的推移，水際群落的不斷豐富和成熟，生物多樣性將不斷提高，護(hù)岸效果顯著[13]。

2）污染及河床淤積條件下生態(tài)護(hù)岸工程——崇明港沿鎮(zhèn)獨(dú)立河段

上海市崇明區(qū)港沿鎮(zhèn)獨(dú)立河段河床淤積并且污染嚴(yán)重，河道黑臭，顧向陽等人基于底泥固化/穩(wěn)定化的技術(shù)理論，進(jìn)行了崇明河道護(hù)岸生態(tài)中試工程，總長(zhǎng)度60 m。在近岸河床底部采用置石或建筑廢料堆砌加固，護(hù)岸砌筑使用建材式生態(tài)磚和輕質(zhì)生態(tài)磚，保障植物生長(zhǎng)，護(hù)坡土層原位固化后栽種植物，分別移植和栽種了草皮、挺水植物和沉水植物護(hù)岸近水和護(hù)坡為區(qū)域劃分，近水種植美人蕉、花葉蘆葦，種植距離為20 cm，護(hù)坡鋪設(shè)草皮，在種植3周后有30 %的植株開花，護(hù)坡鋪設(shè)草皮生長(zhǎng)迅速，護(hù)坡效果顯著[28]。

3）河岸侵蝕條件下生態(tài)護(hù)岸工程——法國(guó)阿爾卑斯山前河流

在法國(guó)羅納-阿爾卑斯地區(qū)山前河流上岸堤侵蝕區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定岸線、防止沖刷侵蝕和水土流失，建造了三種護(hù)岸工程：土木結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)護(hù)岸工程、土木結(jié)構(gòu)-生物結(jié)構(gòu)混合型生態(tài)護(hù)岸工程及純生物型生態(tài)護(hù)岸工程。

土木結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)護(hù)岸工程主要以巖石、水泥為材料；土木結(jié)構(gòu)-生物結(jié)構(gòu)混合型生態(tài)護(hù)岸工程是混合硬質(zhì)護(hù)岸和生物工程技術(shù)（結(jié)合工程灌木插條和人工林）；純生物型生態(tài)護(hù)岸工程是用岸堤下端種植柳樹，上端進(jìn)行植物插枝和人工林。人工林選用如水楊科植物，深根、密集覆蓋，同時(shí)生長(zhǎng)迅速。工程后觀察三種工程護(hù)岸效果相差不大，但兩種生態(tài)型護(hù)岸植物的覆蓋度和生物量顯著高于傳統(tǒng)硬質(zhì)護(hù)岸工程，生態(tài)護(hù)岸引進(jìn)的柳樹、灌木插條等工程植物提供的食物資源和棲息地引來了諸多昆蟲構(gòu)建起完整的河岸生態(tài)系統(tǒng)，護(hù)坡的同時(shí)保證了生態(tài)可持續(xù)發(fā)展[29]。

3.2 不同逆境條件下工程植物的選擇

本文結(jié)合上述分析，總結(jié)了不同特殊逆境下可選擇的護(hù)岸工程植物（表1）。

表1 生態(tài)護(hù)岸工程中不同脅迫因子下常用的植物

4 結(jié) 語

生態(tài)護(hù)岸與傳統(tǒng)護(hù)岸相比，成本低、工程小同時(shí)生態(tài)景觀性好，但植物選擇上，理論研究滯后于工程應(yīng)用的需要。目前大部分工程很少考慮工程中植物面臨的逆境，造成后期植物大量死亡或被原生種演替，達(dá)不到護(hù)岸的目的，本文總結(jié)了護(hù)岸植物面臨的脅迫，篩選出抗性高的工程物種，以供生態(tài)護(hù)岸工程中參考。

生態(tài)護(hù)岸工程不能只注重短期效果，只關(guān)注暫時(shí)的功能性和美觀性，應(yīng)對(duì)各種長(zhǎng)期行為進(jìn)行有效的分析評(píng)估，如植被配置過程中是否存在潛在生態(tài)危害。同時(shí)應(yīng)將植物措施與工程措施相結(jié)合，如在部分水流沖刷很嚴(yán)重的區(qū)域，修建相應(yīng)的工程措施，如防浪墻、石籠護(hù)坡等，只有這樣才能保證生態(tài)護(hù)岸工程的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證整條河流生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展。