于 江，萬 丹，周火明，甘國權(quán)，趙 姹，歐陽德和，劉 波

（1.中國三峽建設(shè)管理有限公司環(huán)境保護(hù)部，成都 610023；2.長江水利委員會長江科學(xué)院 重慶分院，重慶 400026；3.三峽水利樞紐梯級調(diào)度通信中心昆明調(diào)控中心，昆明 530102；4.武漢長江科創(chuàng)科技發(fā)展有限公司，武漢 430010）

干熱河谷是我國西南山區(qū)特有的一種生態(tài)系統(tǒng)類型，分布于元江、怒江、金沙江、瀾滄江及其支流地區(qū)，區(qū)域氣候高溫干燥，水熱失衡[1]。長期以來，在自然因素和人為干擾綜合影響下，干熱河谷地區(qū)水土流失嚴(yán)重、自然植被遭受嚴(yán)重破壞，成為我國生態(tài)環(huán)境最為脆弱地區(qū)之一[2]。近年來，隨著西南山區(qū)水利水電開發(fā)，干熱河谷地區(qū)出現(xiàn)大面積消落帶區(qū)域。消落帶的出現(xiàn)可能引發(fā)一些環(huán)境問題，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定影響。庫區(qū)消落帶是由于水電站建設(shè)運(yùn)行，人為調(diào)控水位變動規(guī)律而產(chǎn)生的陸地生態(tài)系統(tǒng)與水生生態(tài)系統(tǒng)的過渡帶。消落帶植被具有保持水土、保護(hù)生物多樣性、美化環(huán)境等重要生態(tài)功能[3]。受水位波動影響，庫區(qū)消落帶原有植物生長受限，植物多樣性降低，易產(chǎn)生庫區(qū)崩塌等地質(zhì)危害，影響庫區(qū)安全運(yùn)行與生態(tài)環(huán)境[4-5]。因此，開展干熱河谷庫區(qū)消落帶植被恢復(fù)對庫區(qū)生態(tài)環(huán)境改善及水庫安全運(yùn)行具有重要意義。本研究以烏東德水電站庫區(qū)消落帶為例，開展植被恢復(fù)試驗，以期為干熱河谷庫區(qū)消落帶生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與實踐經(jīng)驗。

1 試驗區(qū)概況

1.1 試驗區(qū)位置

烏東德水電站庫區(qū)消落帶試驗區(qū)建立于2019—2020年，位于云南省楚雄彝族自治州武定縣己衣鎮(zhèn)新民村西北部近金沙江右岸（圖1），沿978 m高程岸線長3 km，面積約30 hm2，海拔952～975 m，坡度15°～20°。土壤類型主要為黃棕壤，氣候特征是炎熱干燥，降雨量少而蒸發(fā)旺盛。根據(jù)消落帶不同高程水淹時間和深度，將試驗區(qū)分為消落帶下段（952～960 m）、中段（960～970 m）和上段（970～975 m）三段修復(fù)區(qū)，篩選種植了多種植物，以期改善庫區(qū)生態(tài)環(huán)境。

圖1 烏東德水電站庫區(qū)消落帶試驗區(qū)位置Fig.1 The location of water-level fluctuation experimental zone in Wudongde Reservoir

1.2 烏東德蓄水水位

從2020年1月至2021年5月，烏東德水庫運(yùn)行方式為：2020年1月15日順利實現(xiàn)下閘蓄水，1月30日蓄水至895 m，完成第一階段蓄水；2020年5月6日，啟動第二階段蓄水，6月5日蓄水至死水位945 m，完成第二階段蓄水；2020年8月3日啟動第三階段蓄水，8月7日蓄水至汛限水位952 m，8月23日蓄水至運(yùn)行控制水位965 m，按照965 m水位控制運(yùn)行。烏東德水電站于2020年12月19日啟動蓄水試驗工作，12月21日蓄至968 m，在968 m臺階停留3 d；12月26日蓄至970 m，在970 m臺階停留8 d；2021年1月9日蓄至972 m，至2月27日維持在972 m臺階控制運(yùn)行；2月28日至4月2日，烏東德壩前水位維持在973 m及以上運(yùn)行，其間最高運(yùn)行水位為974.3 m。4月3日起，烏東德水庫水位逐步回落，至5月27日，水位消落至汛限水位952 m。烏東德庫區(qū)水位具體變化如圖2所示，消落帶不同高程段淹水時間如表1所示。

圖2 烏東德水庫2020年3月至2021年4月水位變化Fig.2 The change of water level in Wudongde Reservoir from March 2020 to April 2021

表1 烏東德庫區(qū)消落帶不同高程段持續(xù)淹水時間Table 1 Continuous flooding time of different elevation sections in the Wudongde Reservoir

1.3 植被概況

2020年3—4月在烏東德水電站消落帶修復(fù)區(qū)內(nèi)種植經(jīng)篩選的植物物種，包括喬木中山杉（Taxodium hybrid‘zhongshanshan'）、池杉（Taxodium ascendens）、烏桕 （Sapium sebiferum）、楓楊 （Pterocarya stenoptera）、桑樹 （Morus alba）、構(gòu)樹（Broussonetia papyrifera）、銀合歡（Leucaenaleucocephala），灌木小桐子（Jatropha curcas）、中華蚊母樹（Distylium chinense）、小梾木（Cornus paucinervis）、秋華柳（Salix variegate）、花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim），以及草本狗牙根（Cynodon dactylon）、蒼耳 （Xanthium sibiricum）、狗尾草（Setaria viridis）等植物。消落區(qū)上、中、下段依次配置喬木、灌木、草本（圖3），構(gòu)成單一或者復(fù)合的群落；沿著消落區(qū)上、中、下段分栽草本植株，并設(shè)置草種播種試驗帶，撒播狗牙根、狗尾草和蒼耳種子，植物種植設(shè)計詳見表2。在修復(fù)區(qū)附近，選擇與修復(fù)區(qū)土壤、坡度、海拔等條件相近區(qū)域，設(shè)置對照區(qū)，對照區(qū)內(nèi)不進(jìn)行修復(fù)及苗木種植，且保留當(dāng)?shù)卦参?。試驗區(qū)苗木栽植后進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)。

表2 植物種植設(shè)計Table 2 The design of planting

圖3 烏東德庫區(qū)消落帶植物種植示意圖Fig.3 Schematic diagram of planting in water-level-fluctuating zone of Wudongde Reservoir

2 研究方法

在水位上漲前和水位消退后，根據(jù)不同高程修復(fù)區(qū)、不同植物物種、不同苗木大小分別調(diào)查栽種植物的生長存活狀況。逐株調(diào)查并記錄植物高度、基/米徑（木本植物）、葉片顏色、萌芽狀況、物候期、存活狀態(tài)等生長指標(biāo)。其中高度采用精度為0.1 cm的鋼卷尺和測高桿測量，基徑采用精度為0.01 mm的游標(biāo)卡尺測量，米徑采用精度為0.1 cm的圍尺測量，單位均為cm；肉眼觀察植物萌芽、存活、葉片顏色和物候期等生長指標(biāo)；觀察記錄植物生長環(huán)境變化。

3 結(jié)果與分析

3.1 淹水后植物生長存活現(xiàn)狀

3.1.1 木本植物

消落帶上段（970～975 m）不同喬木物種及苗木大小存活率分析結(jié)果顯示，φ=10 cm的苗木中，存活率較高的物種依次是烏桕、桑樹、楓楊、池杉、中山杉，均超過80%，其中烏桕存活率達(dá)88.5%；φ=5 cm的苗木中，存活率較高的物種依次是楓楊、桑樹、構(gòu)樹、烏桕、中山杉，均達(dá)到了50%，其中楓楊存活率達(dá)81.4%；φ=3 cm的苗木中，存活率較高的物種依次是烏桕、銀合歡、中山杉，均達(dá)到了50%，其中烏桕存活率達(dá)70.0%，如圖4所示。

圖4 喬木存活率Fig.4 The survival rate of trees

消落帶上段（970～975 m），同樣大小φ=3 cm的小梾木、秋華柳、小桐子、花椒存活率分別為93.8%，86.5%，19.4%和0，d=1 cm的中華蚊母樹存活率為52.5%（表3），說明小梾木、秋華柳、中華蚊母樹可適應(yīng)干熱河谷消落帶生境，而小桐子、花椒不適宜在干熱河谷消落帶區(qū)域生長。另外，現(xiàn)場觀察到種植的小梾木和秋華柳開花結(jié)果，生長良好（圖5）。

表3 灌木存活率Table 3 The survival rate of shrub

圖5 小梾木與秋華柳Fig.5 Cornus paucinervis and Salix variegate

3.1.2 草本植物

根據(jù)觀察，同種草本植物在消落帶不同高程段（上、中、下段）生長差別較小。撒播的狗牙根和狗尾草草種在消落帶水位上漲前發(fā)芽，但受當(dāng)?shù)貎?yōu)勢草本植物扭黃茅（Heteropogon contortus）、三芒草（Aristida adscensionis）等影響，種子發(fā)芽率較低；淹后水退，岸坡淤積泥沙，之前撒播種子區(qū)域未見狗牙根植株。淹水前分栽的狗牙根植株由于當(dāng)?shù)貎?yōu)勢草本影響生長受限，淹水后出露的狗牙根植株仍有存活且已萌發(fā)新芽。蒼耳在水淹之前未發(fā)芽，淹水出露后發(fā)芽，生長良好。當(dāng)?shù)貎?yōu)勢草本植物扭黃茅、三芒草在淹水前生長良好，淹水出露后未見存活植株，詳見表4。

表4 草本植物生長狀況Table 4 Growth of herbaceous plants

3.2 鄉(xiāng)土植物與引進(jìn)植物生長比較

對對照區(qū)和試驗區(qū)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，在消落帶上段（970～975 m）海拔974～975 m區(qū)域生長較好的植物有當(dāng)?shù)匚锓N銀合歡、構(gòu)樹和斑茅（Saccharum arundinaceum），引進(jìn)物種中華蚊母樹。在消落帶海拔970～975 m區(qū)域生長較好的當(dāng)?shù)匚锓N有桑樹、蒼耳、苘麻（Abutilon theophrasti）、鬼針草（Bidens pilosa）、狗牙根，引進(jìn)物種有池杉、中山杉、烏桕、楓楊、小梾木、秋華柳等植物。在海拔970～975 m區(qū)域生長較差的物種有鄉(xiāng)土植物車桑子（Dodonaea viscosa）、疏序黃荊（Vitex negundo f.laxipaniculata）、木棉（Bombax ceiba）、滇刺棗（Ziziphus mauritiana）、皇竹草（Pennisetum sinese Roxb）、金合歡（Acacia farnesiana）、小桐子、扭黃茅，引進(jìn)物種花椒、菖蒲（Acorus calamus），詳見表5。

表5 鄉(xiāng)土植物與引進(jìn)植物生長狀況Table 5 Growth of indigenous plants and introduced plants

3.3 植物生長影響

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及觀察，除了消落帶水位上漲水淹的主要影響，影響烏東德庫區(qū)消落帶植物生長的環(huán)境因素還有氣候、病蟲害、浪蝕等，可分為生物因素與非生物因素。

（1）非生物因素。高溫干旱的氣候條件是影響淹水前后修復(fù)區(qū)植物生長最主要的非生物因素。植物栽植初期葉片枯黃，部分植株樹皮灼傷，栽植后平均15 d才開始萌發(fā)新芽，生長恢復(fù)緩慢。另外，烏東德庫區(qū)船艇航行產(chǎn)生較大沖擊波浪，侵蝕庫岸，消落帶修復(fù)區(qū)出現(xiàn)庫岸坍塌（圖6），部分植物傾倒，根系外露，植物生長受限。

圖6 消落帶修復(fù)區(qū)坍塌庫岸Fig.6 The collapsed reservoir bank in experimental waterlevel-fluctuating zone

（2）生物因素。當(dāng)?shù)夭荼局参锱S茅、三芒草等生長較快，植株高度平均在80～100 cm，在生長競爭中占有絕對優(yōu)勢，栽植草本植株生長與撒播草種萌芽受到抑制。另外，栽植初期灌木秋華柳、小梾木植株上發(fā)現(xiàn)不同程度病蟲害（圖7），栽植池杉、中山杉死亡苗木根部也發(fā)現(xiàn)白蟻蟲害，影響植物生長。

圖7 小梾木與秋華柳病蟲害Fig.7 Diseases and insect pests in Cornus paucinervis and Salix variegates

4 討論

消落帶受長期水位漲落影響，植被自然恢復(fù)較慢，且效果不甚理想。相對而言，人工恢復(fù)能快速重建消落帶植物群落，促進(jìn)群落生物量的累積，加速植被恢復(fù)進(jìn)程[6]。在烏東德庫區(qū)消落帶修復(fù)試驗中，前期的植物篩選借鑒了已有庫區(qū)消落帶植物耐淹機(jī)制研究成果，尤其是三峽庫區(qū)[7]。在烏東德庫區(qū)消落帶修復(fù)區(qū)生長較好的植物，如引進(jìn)植物池杉、中山杉、烏桕、楓楊、秋華柳、小梾木等，鄉(xiāng)土植物蒼耳、苘麻、桑樹、狗牙根等在其他氣候區(qū)消落帶有大量的生長適應(yīng)相關(guān)研究與修復(fù)實踐，其水淹響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制也取得了一定研究進(jìn)展[8-10]。研究表明，這些植物會根據(jù)水淹強(qiáng)度調(diào)整自身生長策略，生理指標(biāo)發(fā)生相應(yīng)改變，如光合速率下降、抗氧化酶含量波動等，而不同植物面對水淹具有明顯的生理指標(biāo)與形態(tài)差異。例如，楓楊、桑樹、秋華柳等在水淹誘導(dǎo)下產(chǎn)生有利于吸收氧氣的不定根[11-12]；池杉、中山杉在水淹環(huán)境中可以產(chǎn)生膝狀根，促進(jìn)呼吸[13]；蒼耳、苘麻生長期短、果實輕、抗逆性強(qiáng)，能夠在水位落下后在消落區(qū)生長[14-15]。相對而言，鄉(xiāng)土植物車桑子、滇刺棗、扭黃茅等經(jīng)歷水淹后存活較差，銀合歡、構(gòu)樹、斑茅也僅在消落帶最上端生長，這些鄉(xiāng)土植物長期生長在干熱河谷，可采取干旱適應(yīng)策略調(diào)整自身功能性狀，如葉面積、葉片厚度等，以適應(yīng)干熱氣候[16]，因此耐淹能力較差。淹水后米徑10 cm的喬木苗木存活率更高，研究表明苗木地上部分粗壯，地下根系發(fā)達(dá)，莖根比越小，其抗性越強(qiáng)，移栽的成活率也越高[17]。在本試驗中，相比于小米徑苗木，大規(guī)格苗木在抗旱、耐淹等方面可能具有更強(qiáng)的抗性，因此存活更好。

植物生長影響因素分為生物因素與非生物因素。氣象資料顯示，試驗區(qū)所處干熱河谷年均溫19～22℃，大于或等于10℃積溫多在6 500～8 000℃，年均降水量630～800 mm，年均蒸發(fā)量2 050～3 650 mm，蒸發(fā)量是降水量的3～6倍[18]，干熱的氣候條件成為修復(fù)區(qū)淹水前后植物生長主要限制因素。引進(jìn)植物原生生長環(huán)境條件與修復(fù)區(qū)存在差異，且修復(fù)區(qū)氣候條件惡劣，因此引進(jìn)植物的生長容易出現(xiàn)病蟲害，并在與鄉(xiāng)土植物的競爭中處于劣勢。

另外，根據(jù)研究結(jié)果及現(xiàn)場調(diào)查，對干熱河谷庫區(qū)消落帶生態(tài)修復(fù)提出以下建議：

（1）稀樹灌草叢植被類型區(qū)域消落帶修復(fù)不適宜撒播草本種子，當(dāng)?shù)夭荼救缗S茅、三芒草等生長占據(jù)絕對優(yōu)勢，撒播草種萌芽及生長較差。

（2）建議土壤松散、坡度較陡的岸坡采取工程加固措施。

（3）狗牙根植株集中成片種植，易成活，且水土保持作用明顯，建議優(yōu)化狗牙根種植模式。

（4）植物需要增加防沖、防倒支撐等輔助生長措施，避免樹干傾斜根系外露，影響植物生長。

（5）消落帶上段偶爾水淹區(qū)域可適當(dāng)種植當(dāng)?shù)厣阅脱椭参?，如銀合歡、構(gòu)樹、斑茅等，低海拔嚴(yán)格篩選配置耐淹及耐旱植物。

（6）大規(guī)格苗木成活率較高，建議適當(dāng)種植大規(guī)格苗木。

（7）后續(xù)進(jìn)行長期生態(tài)監(jiān)測，觀察植物生長存活變化。

5 結(jié)語

本文通過2020年3月至2021年5月期間對烏東德水電站消落帶修復(fù)試驗區(qū)及對照區(qū)植物進(jìn)地調(diào)查，結(jié)合定性與定量分析方法系統(tǒng)分析了區(qū)域植物生長存活狀況，得到以下結(jié)論：

（1）池杉、中山杉、烏桕、楓楊、桑樹等大規(guī)格苗木存活更好。

（2）鄉(xiāng)土植物銀合歡、構(gòu)樹、斑茅在消落帶上段能生長存活。

（3）適宜用于干熱河谷庫區(qū)消落帶修復(fù)的植物有池杉、中山杉、烏桕、楓楊、秋華柳、小梾木、桑樹、蒼耳、苘麻、鬼針草、狗牙根；不適宜植物有車桑子、疏序黃荊、木棉、滇刺棗、皇竹草、金合歡、小桐子、扭黃茅、花椒、菖蒲。

（4）修復(fù)區(qū)植物生長限制因素有高溫干旱、浪蝕、病蟲害以及種間競爭等。