王 艳, 耿梦恬, 陈秋颖, 张英东, 王佳妮, 于晓杰, 向凌旭

(沈阳师范大学 生命科学学院, 沈阳 110034)

0 引 言

我国是拥有水库最多的国家,各种等级的水库在饮水、灌溉、水产养殖、水利发电等方面发挥了重要的作用。但有一些建成时间长、规模小、水准低、老化失修的小型水库存在着可能决堤垮坝等问题,因此对于这些病险水库大坝的拆除在我国成为了一项重要的工作[1]。国外开展了很多相关的研究与实践,也有很好的案例[2-3]。拆坝是环境管理中的一个重要课题,水坝拆除后会引起河流及沿岸的物理、化学、生物等方面的一系列变化,拆坝后的这些影响很难正确预测,因此水库拆除后的生态变化研究和评估工作对于指导该项工作具有重要的指导价值,能够起到加强水库拆坝后的生态环境建设,促进河道自然生态的恢复等作用,对于从流域角度指导河流生态恢复工作具有重要意义。而我国在这方面的研究尚处于起步阶段,目前只有很少的相关研究报道[4-8]。

水库退役后库底裸露会形成湿地,物种在湿地的分布格局、 物种多样性反映了湿地的自然环境与质量, 是衡量湿地生态功能和生态系统稳定性的重要指标[9-12]。平山水库位于抚顺东洲区碾盘乡丁家村,处于浑河的一级支流东洲河上,属小二型水库。由于处于病险状态,该水库于2016年退役,大坝被拆开一段,其余大部分坝体保留。本研究于2017年9月对平山水库进行了裸露库底及保留大坝上的植物群落调查,分析库底裸露形成的湿地及大坝上的物种分布规律,目的是研究随着水环境改变而产生的植物群落特征,发现存在的问题,为水库退役后的生态管理提出对策和建议。

1 调查方法

高等植物方面主要调查了保留的大坝不同位置及库底裸露后形成的湿地上的植物群落。由于植被主要由草本植物构成,所以采用1 m×1 m的样方调查。调查时将大坝分为上、中和下3个部分,在各部分调查时采用沿同一水平线隔3 m距离调查,每个水平线调查5个样方,记录样方内的植物群落盖度、种类及各种植物的分盖度。在湿地上沿着河流每隔5 m进行样方调查,共计调查10个样方。

因为河流深度不足1 m,宽度也不足1 m,故在大坝附近、原来库区内的入水口,即上游这2个点位分别采集了河流的0.5 m深的水样,在实验室内使用多参数比色计(奥立龙/ORION-AQ3700)测量COD、TN、TP和NH3-N 这几项指标,计算平均值。

采用EXCEL进行数据分析及作图。

2 结果与分析

2.1 拆坝后不同位置植物种类构成特点

由表1可见,本次调查大坝及河岸湿地的野生植物种类共计40种。大坝上部的植物种类最多,有21种,以菊科植物种类最多,为8种,占植物种类数的38%;其次是禾本科植物,有4种,占19%。大坝中部出现7种植物,大坝下部有6种,均没有明显的优势科,可见随着大坝高度降低,植物种类数明显减少,这可能与土壤水分含量增加有关。而且大坝上不同位置的共有种较少,大坝上部和中部仅有草问荆这一共同出现的物种,大坝中部和下部没有相同物种,大坝上部和下部有小飞蓬、狗尾草这2个共同出现的物种。

河岸缓冲带土壤水分呈过饱和状态,有一定程度的积水。这里生活的植物为典型的湿地植物,计有植物12种,以蓼科、菊科、禾本科植物种类居多。其中禾本科植物4种,菊科和蓼科植物各3种。

表1 大坝不同位置植物种类构成Table 1 Plant species on different position of the dam

2.2 群落及植物盖度分析

大坝上部的植物群落平均总盖度在60%左右。由图1可见,各物种平均的分盖度均在18%以下,没有明显的绝对优势种类,其中盖度较高的种类有菊科的茵陈蒿、林艾蒿、三裂叶豚草、小花鬼针草,禾本科植物分盖度较高的有狗尾草、宽叶隐子草、野古草和荻,可见菊科及禾本科植物在大坝上部不仅种类数占据优势而且盖度也占据优势。虽然平均盖度不高,但在某些样方中一些物种明显占据了绝对优势,如茵陈蒿在个别样方中的最高盖度可达70%,狗尾草和三裂叶豚草盖度可达到40%,野古草和荻的盖度最高达到20%以上,可见这些植物呈集群分布,在个别部位占据优势。

图1 大坝上部植物种类及盖度Fig.1 Plant species and coverage on the top of the dam

大坝中部的群落盖度约为40%。由图2可见,群落中各物种的分盖度都不高,平均都在15%以下,其中盖度较高的种类有葎草、小花鬼针草、狭叶荨麻和沼泽蕨,它们在个别样方中的最高盖度可达30%～40%。

大坝下部群落盖度在65%左右,各物种的平均分盖度在35%以下。其中盖度较大的植物有小飞蓬、狭叶荨麻、水葱和藨草。

图2 大坝中部植物种类及盖度

图3 大坝下部植物种类及盖度

综上可见,在大坝不同位置植物的优势种类随环境水分条件的改变而出现了明显变化,尤其到下部出现了以湿生植物如水葱和藨草为优势的群落类型。菊科植物小飞蓬在大坝上部和下部均存在,且在下部占优势,个别样方中的盖度甚至达到了60%,说明了其对环境条件极强的适应能力。

大坝拆除后,原来的库底裸露形成河岸缓冲带,其中的一大半(土壤无积水现象)已经种植了农田,主要农作物是大豆和玉米。在临近河流的水湿地段生长着耐水湿的野生植物群落,群落平均总盖度约为85%,由图3可见野稗平均盖度达32%,占据绝对优势,其次是马唐,平均分盖度为17%,小飞蓬、桃叶蓼、长刺酸模和狗尾草的平均盖度在7%左右。

从结果看,大坝退役后处于演替初期阶段的植物群落主要由草本植物构成,群落组成简单,所能发挥的生态功能较弱。

图4 河岸缓冲带植物种类及盖度Fig.4 Plant species and coverage on the top of the dam riparian buffer

2.3 水质测定分析

检测结果如表2所示。从表2可见,河水中的化学需氧量(COD)、总磷(TP)均符合国家地表水I类水质标准,氨氮(NH3-N)符合国家地表水II类水质标准,但是总磷(TN)仅达到IV类水标准,可见氮超标是河水污染的主要原因,而这与库底开辟为农田施用化肥之间存在密切关系。

表2 水质指标测定结果Table 2 The results of water quality indexes

3 讨论及建议

水库报废涉及到很多相关的技术和政策,不同国家在水库退役方面考虑的侧重点不同,例如美国等发达国家主要考虑通过拆坝恢复河流及沿岸的自然生态环境,而我国拆坝目前主要考虑经济方面的平衡与收益,所以不少水库拆坝后原来的库底不积水处立即被开辟为农田。但是在我国目前注重生态环境和生态文明建设的大背景下,水库报废后的生态环境修复和建设应该成为重点考虑的内容[13-14],良好的沿岸生态环境对于水体质量提升及水生生物群落的构建也具有重要意义[15],因此大坝退役对于河流及其沿岸湿地生态恢复的研究和实践是挑战也是机遇[16],其后续管理和建设要符合流域综合管理的要求,因此水库大坝建议在拆坝前做好生态规划,尽量恢复河流的河岸带自然植被系统。

3.1 平山水库裸露库底的管理

平山水库位于浑河的一级支流东洲河上,该河流在大伙房水库下游5.3 km汇入浑河,因此其水量和水质对浑河具有重要影响。水库拆坝后,原来的库底裸露,其中的一半以上不积水的地方已经变成了农田,只剩下约50 m宽的水湿地段,经本次调查这里形成以野稗为建群植物构成了湿生植物群落。但这里也有被农田蚕食的迹象,调查中发现了这片群落中有的部分被农用薄膜覆盖,下面可能已经种植了某些农作物。河流宽度不足1 m,流量很小,接近干枯。如果不从生态角度开展管理,预计未来随着土壤水分的进一步下降,农田将逐渐侵占现有的河漫滩湿地直到河边,植被对河流的水源涵养作用将进一步降低,河道势必进一步萎缩,化肥和农药的使用也将导致河流水体较为严重的污染。这种变化将影响河流的水质以及河流正常生态服务功能的发挥,对浑河的水环境质量将产生不良影响。

建议退耕还草还林,通过人工种植适合的植物,形成河岸缓冲带,发挥水源涵养、过滤污染物等生态作用,从而使河流的水量和水质都得以改善,达到预期的改善生态环境、为当地及下游提供生态服务。虽然通过本研究发现河流中的氮污染较为严重,但是如果能够做好河漫滩的生态修复工作,降低面源污染,从长期的角度看,该河流的水质将会变好,天然水流的恢复最终可导致水生生物栖息地环境的改善[11-12],河流中的生物区系会进一步丰富。

3.2 关于保留大坝的建议

丁庄水库的大坝是土石坝,目前植物在坝体表面的石缝中生长,且随着高度的不同植物群落发生着变化。建议对保留的大坝进行一定的改造,比如去掉部分表面的石块或者往大坝表面添加一定厚度的土层,给植物提供一定的生长基质,通过人工种植合适的乔木、灌木和草本植物,促进群落的快速生长与演替,从而起到护坡、固坡作用,以尽量减少拆坝后可能出现的水土流失、泥石流等问题,最大限度发挥涵养水源等生态功能。

综上所述,水坝拆除后,存在着诸多的问题,如环境退化、水质下降、河漫滩湿地被农田占用等,为了尽快恢复良好的河流生态环境,应依据生态学原理从全流域角度开展河流生态系统的管理工作,保护好河流两岸缓冲带的植被,避免让农田侵占、蚕食河岸带,通过自然或人为干预演替使其发挥水源涵养和滤除污染物的作用,从而保证河流的水量和水质,尽可能快速地达到预期的拆坝后的生态效果。