周明涛，杨平，许文年，肖海

(1.三峡大学土木与建筑学院，443002，湖北宜昌;2.三峡大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心，443002，湖北宜昌)

三峡库区消落带植物治理措施

周明涛1，2，杨平1，许文年1，2，肖海1

(1.三峡大学土木与建筑学院，443002，湖北宜昌;2.三峡大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心，443002，湖北宜昌)

根据三峡库区消落带的水土流失程度及库区水位变化规律，将145～152 m、152～170 m、170～177 m的消落带分别划为消落带下端、消落带中端与消落带上端，并以三峡库区185 m观景平台的上游消落带生态治理试点为例，采取植物与工程相结合的治理模式，通过选取植被覆盖率、物种种类、物种多样性、植物生长基质流失量4类指标，对试验区的生态修复效果状况进行监测分析。结果表明:试验区的植被覆盖率沿消落带梯度方向从上至下在观测期内逐年降低;物种种类因受库水长时间的淹没有所减少，均匀性随高程的不同也呈现较大差异，α多样性指数在监测期内随时间的增长逐年降低;库岸受库水的长期浸泡以及浪涌的高频繁冲刷是消落带植物生长基质流失的关键因素，造成消落带上下两端植物生长基质流失比中端严重的主要原因为行船所产生的涌浪，且其随时间的增长日趋严重。

消落带;植物治理;三峡库区

水库消落带是指水库因季节性水位涨落而使周边淹没土地周期性地出露于水面的一个特殊的区域［1］。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，是一种特殊的水陆交错湿地生态系统，其水位的周期性涨落将导致水土流失、植被破坏、地质灾害等危害［2－3］，威胁到水利水电工程功能的正常发挥及库区生态系统的可持续发展［4］。消落带的生态环境具有淹没时间长、水位涨落幅度大等特征，特别是在一些坡度陡、水流急、土壤难以沉积的河段，植被常常因此完全消失而成为裸地，其产生的景观不协调也将制约三峡库区旅游业的发展，且治理存在很大困难。目前对库区消落带的研究主要集中在地质灾害防治、土地资源利用、生态环境调控、健康评价体系构建与土壤物质释放规律等方面［5－8］，而对消落带的生态治理则鲜有成果，可借鉴的经验也十分有限。

通过对已完建消落带生态治理试点进行连续3年观测，发现现有的治理技术在消落带上下两端的应用存在很大弊端，直接影响了生态治理成果和景观效果［9］，及时开展水电工程库区消落带植被生态恢复的理论与原则、生态恢复工程的技术和方法、消落带生态系统管理方法的研究，具有积极和现实的意义。笔者以此为出发点，通过选择合适的植物，对三峡水电站坝前145～175 m高程的消落带进行植被生态恢复的现场试验研究，以期为三峡库区消落带后续的生态治理模式提供一定的参考。

1 消落带分区

三峡水利枢纽工程建成后，三峡水库在每年10月开始蓄水，到11月上旬水库水位由145 m逐渐上升至175 m;此后至翌年1—4月，水位由175 m逐渐降低至156 m，至5月下降到145 m，在5—9月汛期内，水库一般保持145 m水位运行，夏季水位低而冬季水位高。随着每年水位在145～175 m之间的变化，在库区两岸会形成水位涨落高差达30 m且与水位自然涨落节律相反的消落带，如图1所示。

结合三峡水库水位调度计划与现场观测资料，可得三峡库区夏季防洪水位在145～152 m之间，冬季蓄水水位在170～177 m范围内，以此对库区消落带岸坡在梯度方向进行分区，分区结果见图2。

图1 三峡库区水位变化图Fig．1 Variation of water level in Three Gorges Reservoir Area

图2 三峡库区消落带分区示意图Fig．2 Three Gorges Reservoir Area water－levelfluctuating－zone partition schemes

2 试验区概况

以三峡库区185 m观景平台上游145～177 m高程部位的消落带生态治理试点和观测区为例。治理区长167 m，斜高32.5 m，面积5 427.5 m2。该区域坡度较缓，边坡比为1∶2，治理范围区的原有表层土基本流失殆尽，剩下坚硬贫瘠的土石层，缺乏植被适宜生境，除了少量狗牙根(Cynodon dactylon)及霸王草(Overlord grass)，坡面几乎没有植被生长。

三峡库区消落带生态环境是一种人为创造出来的特有生态环境，其适宜物种应具备耐水淹、低温、弱光、低氧等特点［10］，当前可满足此条件的植物物种极少。依据物种多样性、生态适应性、乡土植物、抗逆性等原则，结合试点工程所在地气候条件及库区水位消涨规律的特点，选取狗牙根、香根草(Vetiveria zizanioiaes)、疏花水柏枝(Myricaria laxifflora)、水蓼(Polygonum hydropiper)、马棘(Indigofera pseudotinctoriaMatsum)、火棘(Pyracantha fortuneana)、水昌蒲(Acorus calamusL.)、香蒲(Typha orientalis)为试验物种。

试验区治理于2008年4月，所采取的措施为:首先在消落带145～177 m区域内设置菱形框格梁，以加固原有库岸边坡，接着向框格梁内回填人工建植土至菱形框格梁表面，以作为植物生长基质，最后将事先选配好的物种进行撒播或栽种，并进行养护管理。

3 监测指标与方法

以三峡185 m观景平台上游已完建消落带生态治理试点项目为对象，自2008年9月开始，对145～177 m范围内的消落带边坡进行连续调查，形成一系列观测资料，监测分析对象包括植被覆盖率、物种种类、物种多样性、植物生长基质流失量。依据库水位变化及植被返青效果，每年9月份进行试验区监测。

1)植被覆盖率。指植物绿叶的垂直投影面积与土壤总面积之比［11］，可作为植被整体生长情况的评价指标。观测方法:根据图2，在试验区消落带的上端、中端和下端沿水平方向各随机设置3个面积为1 m×1 m的样方，测量每个样方的植被覆盖率，并求出对应区域的平均值。

2)物种种类。物种种类数量的变化可反映物种适应消落带严酷生境的生存能力，物种数量越多，植被群落的稳定性越高［12］。试验中，分别调查上述9个样方内所出现的物种数。

3)物种多样性。α多样性指数为生物群落内的多样性，是反映群落内部物种数量和相对多度的一个指标［13－14］，采用香农－威纳指数(Shannon－Wiener指数)来计算，其公式为

式中:H为物种多样性指数;s为物种数;Pi为属于种i的个体在全部个体中的比例，Pi=Ni/N，Ni为第i种个体数，N为物种个体总数。

4)植物生长基质流失量。指试验治理区框格梁内回填土的流失厚度，反映了框格梁内植物生长基质的侵蚀破坏情况。观测方法:在单个样方内的不同部位，用直尺测量土层表面与框格梁表面之间的距离5次，用其平均值来表示植物生长基质流失量。

4 结果与分析

4.1 植被覆盖率

经过近6个月的管理养护，在2008年9月第1次监测时，145～152 m区域内的植被受库水浪涌的冲刷影响较大，152 m以上区域植被长势良好，整个试验区植被覆盖率为76.1%;10月份水库开始蓄水，至11月份蓄水至175 m，在此时间段内，植被完全被淹没，在缺氧、缺光、低温等条件下，植物存活和生长的条件得不到满足，大部分枯死。2009年1月，库区开始缓慢泄水，水位逐渐降低，至5月底水位降低到145 m，在此过程中，试验区的植被逐渐露出水面，未枯死的植被逐渐返青，但库水位消落时气候炎热，消落带土壤干燥缺水，也不利于植物生长。在2009年9月第2次监测时，植被覆盖率为37.5%。经过同样的一个库水淹没周期，在2010年9月第3次监测时，植被长势较差，不形成完整群落，植被覆盖率仅有26.9%。由于受库水淹没时间、淹没水深、淹没水温等因素影响，消落带上、中、下3区域3年的平均植被覆盖率分别为61.9%、50.2%和28.4%。整体来看，植被受水淹、水库调度、浪涌冲刷、雨季降雨冲刷等影响，再加上风浪冲刷造成消落带土壤侵蚀等因素，严重影响了植物的定居与生长;因此，试验区的植被覆盖率在观测期内逐年降低，且沿消落带坡面从上至下整体呈下降趋势。

4.2 物种种类

2008年9 月第1次监测时，试验区除了人为引进的狗牙根、香根草、疏花水柏枝、水蓼、马棘、火棘、水昌蒲、香蒲8种物种之外，还出现了回填土携带的自生物种，如霸王草。2009年9月第2次监测时，因试验区在蓄水期长时间遭水淹，生存环境恶劣，抑制了植被的生长，导致马棘、水昌蒲、香蒲3种植物死亡。2010年9月第3次监测时，又有火棘死亡，保留下的耐性物种基本能适应三峡库区消落带的恶劣环境。

4.3 物种多样性

通过对试验治理区植被的生长情况及生态修复效果的监测，框格梁内连续3年监测与计算的物种α多样性指数见表1。

表1 框格梁内物种的α多样性指数Tab．1 Species alpha diversity index within frame space beam

可见，框格梁内物种α多样性指数在监测期内随时间增长而降低。经分析，试验区在2008年9月第1次监测时，种植植物种类没有变化，而且增加了回填土携带的自生物种，丰富度增加，且种类中个体分配比较均匀，物种 α多样性指数最高，达到2.013。2009年9月第2次监测时，因试验区遭受过长时间水淹，生存环境恶劣，抑制了植被的生长，导致马棘、水昌蒲、香蒲3种植物死亡，使得物种种类减少且受水位变化及淹没时间影响，种类之间个体分配的均匀性随高程不同呈现较大差异，沿坡面从上至下逐渐降低，物种 α多样性指数降低为1.605。2010年9月第3次监测时，又有火棘死亡，保留下的耐性物种基本能适应恶劣环境，但群落的均匀性下降较大，致使物种α多样性指数下降为1.353。

4.4 植物生长基质流失量

通过现场观测，框格内植物生长基质流失情况随时间增长愈趋严重。经分析，发现导致消落带岸坡遭侵蚀破坏的主导因素为涌浪对岸坡的长期冲刷。框格梁内不同年份植物生长基质流失量观测值见图3。2008年9月第1次监测时，夏季防洪期间，库区水位基本保持在145 m左右小幅度波动，长期处于相对稳定状态［15］，而浪涌对消落带下端高频率的冲刷，导致消落带下端植物生长基质流失严重;消落带上端和中端不受库水位影响，雨季降雨成为消落带上端、中端坡面植物生长基质侵蚀的最主要原因，但此时坡面植被整体长势良好，对保持岸坡水土流失起到了较大作用，因而第1次监测时植物生长基质流失量相对较小。2008年9月到2010年9月，试验区内植物生长基质流失量逐年增加，主要原因为初期岸坡未被库水淹没，植被生长较好，根系发达，有较强的水土保持功能;第2次观测时，因为库水长时间淹没，植被覆盖率降低，因而植物生长基质流失加剧;第3次观测时，库水长期淹没，以致物种数量急剧减少，植被群落稀疏，且植被长势较差、覆盖率低，以及水位变化过程中，饱和土体强度及抗冲刷性能下降，浪涌对消落带的冲刷，进一步加剧了植物生长基质的流失。

通过现场观测，试验区不同方位植物生长基质流失情况如图4所示。整体来讲，消落带下端植物生长基质流失量大于消落带上端，中端最小。原因在于消落带下端长期浸泡在库水中，经常处于饱和状态，导致其强度和抗冲刷性能降低，且行船产生的涌浪高频率地冲刷岸坡，加速了回填土的流失，因而植物生长基质流失最严重;消落带上端浸泡时间及涌浪冲刷时间相对消落带下端较短，因而其植物生长基质流失值相对较小;消落带中端因蓄水及放水过程中水位变化较快，受涌浪冲刷几率小，植物生长基质的流失主要由雨季降雨冲刷及重力侵蚀所引起，因此，相对于消落带上端及下端其值较小。

图3 框格梁内不同年份植物生长基质流失量Fig．3 Plant growth matrix loss within frame space beam for different years

图4 不同方位植物生长基质流失量Fig．4 Plant growth matrix loss in different directions

5 结论与建议

1)水淹、水库水位调度、浪涌冲刷、降雨冲刷等严重影响着消落带植物的定居与生长，试验区的植被覆盖率在观测期内逐年降低，且沿消落带梯度方向从上至下也逐渐降低。

2)试验区受库水长时间水淹，生存环境恶劣，抑制了植物生长，导致物种种类减少;水位变化及淹没时间不同，物种的均匀性随高程不同呈现较大差异，且试验区物种α多样性指数在监测期内随时间增长而降低。

3)库水长期浸泡库岸以及浪涌的高频率冲刷是消落带植物生长基质流失的关键因素，且行船产生的浪涌是造成消落带上下两端植物生长基质流失量比中端严重的主要原因;试验区框格梁内植物生长基质流失情况随时间增长愈趋严重。

针对三峡库区消落带治理现状，建议在以后的工作中进一步研发相应的植物生长基质稳固技术，并继续筛选或驯化适宜于消落带生长的两栖植物，并针对三峡库区消落带的水土侵蚀状况，对消落带采取分区分块治理措施，在消落带坡岸上沿梯度方位，对不同的区域采用不同的灌草物种搭配与工程相结合的综合治理模式。

6 参考文献

［1］杜逢彬，陈继平，石金胡.三峡库区消落带环境问题及生态环境评价治理［J］.城市勘测，2009(2):150－153

［2］苏维词，杨华，罗有贤，等.三峡库区涨落带的主要生态环境问题及其防治措施［J］.水土保持研究，2003，10(4):196－198

［3］周彬，朱晓强，杨达源.长江三峡水库库岸消落带地质灾害防治研究［J］.中国水土保持，2007(11):43－45

［4］Su Weici，Liu Jinping，Zhang Junyi.The main ecological issues of water－level－fluctuating zone and the strategies in Three Gorges reservoir area［J］.Remote Sensing，Environment and Transportation Engineering，2011，1:8679－8682

［5］陈梓云，彭梦侠.三峡库区消落带土壤中重金属铬调查与分析［J］.四川环境，2001，20(1):53－54

［6］王炯.三峡库区消落地的利用与管理问题研究［J］.西南农业大学学报:社会科学版，2003，1(1):35－38

［7］熊俊，袁喜，梅朋森，等.三峡库区消落带环境治理和生态恢复的研究现状与进展［J］.三峡大学学报:自然科学版，2011，33(2):23－28

［8］Su Weici，Liu Junping，Yang Hua，et al.A preliminary study on land exploitation and utilization models of waterlevel－ fluctuating zone(WLFZ)in the Three Gorges Reservoir area of Chongqing ［J］.Advanced Management Science，2010，3:228－232

［9］杨平.恢复生态学在隔河岩库区消落带生态修复中的应用［J］.三峡大学学报:自然科学版，2011，33(4):11－14

［10］布东方，胡金明，周德民，等.不同水位梯度下的小叶章种群密度［J］.生态学杂志，2006，25(9):1009－1156

［11］田静.基于遥感实验下的植被覆盖率反演［D］.长春:吉林大学，2004

［12］赵常明，陈伟烈，黄汉东，等.三峡库区移民区和淹没区植物群落物种多样性的空间分布格局［J］.生物多样性，2007，15(5):510－522

［13］程瑞梅，肖文发，李建文.长江三峡库区草丛群落多样性的研究［J］.山地学报，2005，23(4):502－506

［14］马克平，黄建辉，于顺利，等.北京东灵山地区植物群落多样性［J］.生态学报，1995，15(3):268－277

［15］苏维词，张军以.河道型消落带生态环境问题及其防治对策［J］.中国岩溶，2010，29(4):445－450

Plant management measures on water-level-fluctuating-zone in Three Gorges Reservoir Area

Zhou Mingtao1，2，Yang Ping1，Xu Wennian1，2，Xiao Hai1

(1.College of Civil Engineering＆ Architecture，China Three GorgesUniversity，443002，Yichang，Hubei;2.Engineering Research Center of Eco－environment in Three Gorges Reservoir Region，Ministry of Education，China Three Gorges University，443002，Yichang，Hubei:China)

According to the degree of soil erosion and the change rule of water level of water－levelfluctuating－zone in Three Gorges Reservoir Area，this paper divided the water－level－fluctuating－zone into three zones，145－152 m(bottom zone)，152－170 m(middleend zone)，170－177 m(top zone)respectively.The ecological management mode of combing plant and engineering measures were conducted at the 185 m observation platform upstream in Three Gorges Reservoir Area.Four kinds of indices including vegetation coverage，species，species diversity，the loss of plant growth matrix.were selected to analyze the effect of ecological restoration.The results show that the vegetation coverage along with the slope surface of water－level－fluctuating－zone from up to down reduced year by year in experimental observation period.As submerged by water for a long time，the types of species reduced，the uniformity presented great difference with different elevation，and the alpha diversity index reduced as time goes on during the monitoring period.Bank soaking and frequent surge scouring for a long time led to the loss of plant growth matrix，and the surge which produced by voyaging was the main reason led to the loss at the bottom and the top part being more serious than the middleend section.The loss of plant growth matrix became more serious as time goes by.

water－level－fluctuating－zone;plant management;Three Gorges Reservoir Area

2012－01－04

2012－05－13

三峡大学博士启动基金“植被混凝土生态基材胀缩恢复性研究”(KJ2011B006);国家水体污染控制与治理科技重大专项课题“陡坡消落带生态防护的土壤改良和稳固技术研究及示范”(2008ZX07104－003－03);三峡大学研究生科研创新基金“含水率及温度对植被混凝土基材胀缩规律研究”(2011CX023)

周明涛(1979—)，男，博士。主要研究方向:边坡生态修复与库区消落带综合治理。E－mail:zmt@ctgu.edu.cn

(责任编辑:宋如华)