廖勇 张新 张雪杨 黄斌 田红卫 张晓皓

摘要：干热河谷地区山高坡陡，原生植被稀疏，土壤贫瘠，常年高温，年均降水量少但容易发生短期暴雨，生态环境较恶劣，生态恢复极其困难，需要开展有关生态恢复的专项研究。选取金沙江上游干热河谷地区开展研究，在分析其生态障碍的基础上，

提出了立地（土壤）条件改良、引种问题、消落带边坡防护等对策，

构建了综合评价消落带的边坡稳定性及其水土流失情况、生态恢复效益的指标体系。

关 键 词：

干热河谷； 生态障碍; 生态恢复； 金沙江上游

中图法分类号： TV212.5

文獻标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.S2.030

0 引 言

干热河谷地区存在长期高温、降水较少、降雨集中于雨季、季节性干旱、原有生态系统发生退化、植被覆盖率较低、植被存活率较低、植被生长演替较困难、短期极端灾害频发、水土流失较严重及表土资源较贫瘠等生态障碍。以往研究主要针对其中下游的生态恢复，采取“遴选适宜的、较耐旱的植被品种，通过现场小试调整植被恢复技术、确定植被恢复及土壤改良方案，逐步恢复项目区范围尤其是临河高陡边坡的植被”这一思路恢复当地的生态环境［1-3］。但是，上述措施通常时效性短，且不能从根本上恢复项目区的生态环境。若想彻底改良当地的生态环境，建设成本将十分高昂，因此很难实施［4-5］。旭龙水电站位于川滇两省交界的金沙江干流上游干热河谷地区，与该流域中下游干热河谷地区（半湿润气候）相比，该地区的自然环境更为恶劣，具备以下特征：① 降水量更少，长期处于干旱-半干旱状态，存在土壤干化、高温焚风等极端现象；② 降雨集中在雨季，容易发生短期暴雨溅蚀；③ 土壤退化严重，土壤养分含量偏低，且土壤质地过砂或过黏，水稳性差，难以保水保肥；④ 原有植被及土壤生境已遭受严重破坏，难以直接恢复植被。上述情况暂无相似的先例可循，若直接借鉴现有经验进行生态恢复工程设计，则其有效性值得商榷。

总之，在金沙江上游干热河谷地区进行生态恢复困难重重且存在相当多的技术空白。因此，有必要开展生态恢复专项调查及研究，根据调研的成果编制生态恢复方案；否则，仅靠常规的水土保持设计将难以控制项目区的水土流失，且极易彻底摧毁原本脆弱的生态环境，引发泥石流、植被永久性萎蔫等灾害，威胁施工安全，阻碍项目运行。

本研究采用资料分析、现场调查及遥感法来确定项目区生态障碍；以消除项目区的生态障碍为研究目的，采用类比法及演绎法，逐级推导消除生态障碍的对策，以期为恢复生态恶劣地区的生产建设项目建设用地提供有益参考。

1 研究基础

1.1 研究区域概况

1.1.1 地形地貌特征

金沙江上游旭龙水电站位于云南省德钦县与四川省得荣县交界的金沙江干流上游河段，地处横断山脉，呈明显台阶状下降，属高山地貌，地势总体西北高南东低。项目区河段河势较顺直，河谷为深切峡谷，横断面为典型的“V”形谷，河谷两岸地形对称性较好，两侧为高耸的山脊，走向与金沙江流向基本一致。

1.1.2 气象与水文条件

项目区的多年平均气温14.5～14.6 ℃，极端高温36 ℃，极端低温-18.9 ℃，多年≥10 ℃积温4 458 ℃，多年平均降水量340.7～383.7 mm，多年平均蒸发量2 431 mm，多年平均日照时数1 943.3 h，多年平均霜日95.7 d，平均风速1.5～2.1 m/s，风向多为西北风。

1.1.3 土壤及植被情况

项目区植被类型多为自然生长的灌林群落或自然草被。沿河谷多分布有低矮荆棘灌丛和少量乔木，山坡上分布有低矮灌丛和草本植物。灌木多为耐旱、多刺、多绒毛和根系发达的灌木，如仙人掌、白刺花、十沉香、小薷等，草本植物有芸香草、两头毛、山地香茶菜等，林草植被覆盖率为49.9%。

项目区所在县市的土壤以燥褐土（又称燥红土）为主。在自然条件下，其具有明显的粘化作用和钙化作用，土壤酸碱性呈中性至碱性，表层厚度多为20～35 cm，腐殖质含量10～30 g/kg，养分含量属于中等-中等偏上水平［6］。根据NY/T 1634-2008《耕地地力调查与质量评价技术规程》和LY/T 2250-2014《森林土壤调查技术规程》，最终选取21个勘测点。勘测结果如下：土壤类型主要为山地褐土、棕壤、暗棕壤、黄壤、紫色土和冲积土等，肥沃土层相对较薄，土壤有机质含量较低，氮、磷含量不足；部分冲积土土层较厚，可达30～40 cm，但是含有较多砂砾石，可剥离的表土量有限；项目区土壤的有机质含量低于其三级水平，氮、磷含量低于其三级水平，属于中等-中下等水平。

经综合考虑，仅可对耕地及园地进行表土剥离，其中，耕地表土层可剥离厚度为30 cm，园地表土层可剥离厚度为20 cm，其养分含量均属于中等水平。

1.2 研究方法

本研究以乌东德、向家坝水电站的生态恢复经验为基础，采用资料分析、现场调查及遥感法来确定项目区内对生态恢复构成障碍的因素（下称“生态障碍”），并划定不同生态障碍的主要影响范围；将水土保持（重点是如何改良立地（土壤）条件）、景观设计（重点是如何恢复土壤生境）、消落带防护、泥石流治理及修复效果评估等问题整合为一体，采用类比法及演绎法，逐级推导生态障碍对策。

1.3 其他研究经验

1.3.1 乌东德水电站的经验

乌东德水库呈季调节性，水库水位在死水位至正常蓄水位即945～975 m之间随季节变化［7］。因此，根据高程（945～960 m、960～970 m、970～975 m）、坡度（25°以下、25°～40°、40°以上）及土壤（土质型和岩质型）等环境特征条件，将乌东德水库消落带分成18类区域，构建了耐淹草本、耐淹灌草、耐淹乔灌草植被恢复模式及保留模式等4种生态恢复模式，并选定了10种植物用于生态恢复。

但是，若仅采用植被恢复措施，无法有效治理不良地质区域，也未考虑立地条件改良（包括表土培肥、土壤熟化、土壤质地改良和土层结构改良等），则难以恢复项目区的生态环境，不利于植被恢复。因此，须考虑补充立地条件改良措施和针对不良地质区域的边坡防护措施，以提高植被恢复的成功率。

1.3.2 向家坝水电站的经验

向家坝水电站项目区存在大量的易扰动边坡，因此首先通过构造生态护坡的方式来恢复项目区生态环境和植被，防治水土流失［8-10］。采集7个样地的土壤，根据灰色理论建立Logistic预测模型，用土壤微生物含量等指标表征土壤肥力水平，分别评估生态护坡的水土保持效益、生态效益和基材改良效益。结果证明，植被混凝土边坡的土壤肥力恢复状况最佳。

但是，生态护坡构造主要依靠砌筑类工程措施，未考虑立地条件改良的问题，且无法排除植物品种、土壤质地、土层结构、坡度等其他因素对土壤肥力恢复过程的影响。因此，上述研究结果是否具有普遍性还有待验证。

2 生态障碍

2.1 水障碍

（1） 项目区年均降水量仅300～400 mm，集中于雨季（5～9月），容易发生短期暴雨溅蚀。

（2） 冬季至初春时（12月至次年3月），土壤含水率长期低于土壤凋萎湿度（在当地，该值约为9%），该现象被称为土壤干化，一旦发生，植被将难以从土壤中获得有效水，植物细胞会遭遇不可逆的损害，极可能导致大面积的植被凋萎。因此，当地生态安全阈值应以土壤凋萎湿度表征［8］。

（3） 其余时间则处于干旱-半干旱狀态，容易发生高温焚风（背风坡局部区域在夏季白天时最高可达50 ℃），仅靠布置灌溉系统和引水系统难以解决上述问题，而且维护成本很高。

2.2 土壤障碍

（1） 土壤养分普遍不足，其中有机质、碱解氮、有效磷的含量均偏少，仅速效钾的含量较多；表土层的厚度相对偏低，多为10～25 cm，平均值约21.3 cm，表土资源有限［8］。

（2） 土壤pH值的大致范围是5.0～6.0，属于强酸性-酸性范围，容易发生铁铝毒害。

（3） 土壤颗粒的水稳性差，团聚体结构易被破坏，水土流失严重，养分易流失，缺乏优质的耕、林、草地资源，土壤持水（或保水）能力有待提高。

（4） 砂粒、黏粒及石砾含量的占比较大（合计超过85%），粉粒含量过低（理想值是25%～35%，但在项目区仅为10%～15%），土壤质地较差。

（5） 土壤类型主要是易被侵蚀的燥红壤和冲积土，就地取材进行质地改良的难度较大。

（6） 复垦地块上可能存在相当面积的“漏砂型”（即上黏下砂）土层，该土层保水保肥性很差。

（7） 原有土壤生境已被破坏，且难以恢复。

（8） 由于表土回覆量十分庞大，传统的表土调运方案会造成“拆东墙补西墙”式的二次破坏。

2.3 植被障碍

（1） 土壤生境已发生退化，现有的植被数量较少，植被结构单一，且生长情况不佳，因此可能需要先选育、栽植先锋物种，以达到“开荒”的效果——即通过先锋物种，在土壤内缓慢积累有机质，逐渐恢复土壤内的微生物群落，控制水土流失，为植被恢复奠定生态基础。

（2） 有必要在植被恢复中精准控制各种植被的种植密度，避免因植物蒸腾而加重缺水问题。

（3） 植被在越冬时同时面临土壤水不足和土壤养分不足的问题，很可能会因缺水和缺肥问题而大面积凋萎，最终导致植被恢复的失败。

2.4 其他障碍

（1） 水库消落带防护。项目区两岸为经常性（日调节）水淹型（缓坡）消落带，防护的难度极高。

（2） 地质条件较差，短期极端气候频现。项目区石质边坡角度、地势陡峭、滑坡频繁，常有大风、暴雨等短期极端天气。

3 生态障碍对策

结合初步勘察及生态障碍分析的结果，提出5大类生态障碍对策。

3.1 立地（土壤）条件改良

立地（土壤）条件改良可解决表土培肥及质地改良、普通土壤熟化及质地改良、表土临时防护措施（包括雨季的临时防暴雨溅蚀措施和旱季的临时保水措施）、复垦耕地土层结构改良、复杂边坡防护设计（通过选取典型区）等5个具体的难点。

3.2 引种问题

判断是否应该引入非本土的耐旱或耐淹植物及是否选育先锋物种可解决引种问题。

3.3 消落带边坡防护

设计消落带边坡防护及植被恢复方案，可解决消落带边坡防护设计（通过选取典型区）。

3.4 评估消落带的边坡稳定性及其水土流失情况

根据乌东德水电站的经验，需要综合评估消落带的边坡稳定性及其水土流失情况，然后复核消落带边坡防护的典型设计，并再次开展现场小试。其难点是需视水库水面对消落带的浸水过程为“灌溉”过程，浸水量为“灌溉”量，然后根据消落带植被的生长情况，使用AHC软件模拟消落带植被的生长情况，反推浸水量［11-14］。

3.5 评估植被及生态恢复工程效益

目前，中国尚未颁布可用于评估生态恢复效应的技术规范性文件。根据向家坝水电站的经验，可建立立地条件改良后评估体系，通过开展植物群落、土壤农化性质及水土保持监测，以便综合评估植被及生态恢复工程的效益，包括：

根据层次分析法，建立旭龙水电站生态恢复的评估指标权重体系，并设计权重参数（见表1）；监测典型区的植被群落监测指标、土壤农化性质监测指标及水土保持监测指标，获取指标分值；综合评估植被及生态恢复工程的效益［7，15-16］。

3.5.1 立地条件改良后评估体系

对旭龙水电站的立地条件改良成效进行分析，即建立后评估的指标体系，包括具体的指标与权重（见表2）［17-18］。用目标层A和一级指标层B建立A-B判断矩阵，将之规范化。在其他情况下即B-C或C-D级时，应对矩阵采取类似处理方法。

根据上述矩阵计算规则，计算出A值。对A值的评级规则如下：优［0.800 0，+∞），良［0.700 0，0.800 0），中［0.600 0，0.700 0），差（-∞，0.600 0）。

3.5.2 现场监测

（1） 水土保持监测指标。监测指标包括坡面最大冲刷深度、坡面侵蚀量、土壤根系干容重增加率和坡面裸露度等4项。每个监测点处需设置一组重复（下同）。监测频次及监测时段按水土保持监测相关规范确定即可（下同）。

（2） 植物群落监测。需要计算的指标包括第一优势种重要值、Gleason丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数等4项，监测指标包括植被群落的盖度、生长型、高度、株数和分布情况。盖

度采用目估法，以百分比估计。生长型以一年生或越年生草本植物（annual herbaceous ＆biennial herbaceous，以A/B表示）、多年生草本植物（perennial herbaceous，以P表示）、藤本植物（lianas，以L表示）、灌木或半灌木（shrubs or subshrubs，以S/SS表示）、乔木（arbors，以AS表示）分类；高度用卷尺测量每种植物的高度，测3次取平均高度，精确到cm。株数采用点数法。

分布情况分为团状、散生、片状和点状分布等4种分布情况。

（3） 土壤农化性质监测。监测指标包括土壤有机质含量、碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量和土壤容重等5项［19-20］。

4 结 语

金沙江上游干热河谷地区恶劣的生态环境对旭龙水電站的生态恢复构成巨大阻碍。由于无相似案例可循，本文以项目区的生态障碍为突破点，参考同流域的生态恢复方案，逐级推导解决立地（土壤）条件改良、引种问题、设置消落带边坡防护及植被恢复、评估消落带边坡稳定性及水土流失效益、生态恢复措施质量等生态障碍的对策，并初拟了现场小试的方案。在这类地区的生态修复中，需考虑季节性干旱、雨季短期暴雨等极端气候问题，分地块进行详细设计，不可套用统一的模式或方案，尝试通过软件模拟来评估生态恢复效益；根据现场小试及模拟的结果，修正生态恢复方案，并再次开展现场小试以进行验证。

下一步需加强对土壤、植被的调研，尽快布置现场小试，并以土壤健康为指导思想，逐步探索出完备的生态恢复方案。争取将旭龙水电站工程的生态修复过程打造为典型作业流程，推广到整个流域。

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（编辑：黄文晋）