塔里木河下游断流河道整治生态问题与重建

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1、塔里木河下游断流河道整治生态问题与重建1生态概况塔木盆地的地质构造和水文状况是影响流域生态环境质量和地貌发育的重要因素。塔里木河深居欧亚大陆腹地,距海遥远,海洋的湿润水汽难以到达。在大地貌格局上,青藏高原阻挡了来自印度洋的暖湿气流,能够进入的水气也数量有限,致使本区降水稀少,降水变率大,且水资源的分布也极不均衡,大气降水主要集中于山区,盆地内部降水稀少,气候干旱,为区域生态环境的脆弱性奠定了基础,塔里木盆地的干旱气候在新生代早第三纪已初步形成,自第四纪以来总的趋势是以干旱为主。塔里木河下游干旱荒漠生态环境就是在这种气候干旱、降水稀少、蒸发强烈的环境条件下经过长期演变和更新而形成的,具有明显的生

2、态环境脆弱性。这样的环境条件,不仅严重制约着植被的生长,并对土壤等其他环境资源的发育和稳定构成威胁,土壤普遍含盐、碱和石膏化,有机质含量极少,养分贫乏。受气候及土壤制约,植物物质积累过程极其缓慢,植被生产力较低,抵抗动物啃食、人为砍伐等干扰能力弱,植被一旦遭到破坏,很难恢复。水是干旱区最宝贵的资源,绿洲的形成和演变完全依赖水的数量和质量的变化,河流的改道往往是古代绿洲消亡和衰落的主要原因。发源于山地的河流将大量的碎屑物质和无机盐输送到盆地,为沙漠的形成提供了丰富的沙物质,同时,也决定着绿洲的格局和范围。下游生态环境的脆弱性突出体现在地下水系统的不稳定性,地下水主要依靠河道径流下渗补给,受地表径

3、流变化影响显著,同时,由于蒸发强烈,地下水的重复补给率高。而生态环境的敏感性、易变性远较地下水强烈,且恢复力极小,荒漠化是其发展的必然结果。随着下游河道断流,地下水位强烈下降,流水地貌萎缩;天然植被大面积衰败和死亡,风沙灾害天气增多,在强烈的风蚀作用下,风沙地貌发育,生态系统的地貌的不稳定性加强。塔里木河下游脆弱的生态环境为土壤侵蚀、生物多样性丧失、沙漠化创造了条件。1.1塔里木河年降水量17. 442. 0 mm,蒸发量2 671. 42 902. 2 mm,年平均气温在10. 611. 5之间,年平均日较差1416,最大风速为2040 m/s,沙尘暴最多的年份达40 d以上。塔里木河下游3

4、20 km河道呈东南走向穿行于塔克拉玛干沙漠与库鲁克沙漠之间狭窄的冲积平原上,河床下切深度25 m,河道纵坡1/4 5001/7 900。河岸主要由细沙和粉沙组成,粒径小于0. 1 mm的占90%以上。河道两侧310 km范围内发育成以胡杨、多种柽柳等为主体的荒漠河岸林生态系统,依托每年不定期的河道上游来水补给来维持生态系统水量动态平衡和土壤-植被水循环过程的稳定性。自20世纪5070年代,人类大规模垦殖活动使该河段来水量开始锐减,特别是自1972年新建大西海子水库完全截断下游给水后,河道干涸,地下水位降至68 m以下,已接近或超过一些植物的临界水位,水质恶化,矿化度增加到38 g/,l使得依

5、赖地下水而生存的下游植被黑刺绝大部分已经死亡,柽柳大片干枯,河道两侧胡杨严重衰败等,种子和根系营养繁殖严重受阻。对塔里木河下游样地多年的生态监测结果表明:在50m50m的监测样方中,植物种类数一般只有48种,柽柳盖度从亚合甫的10%以上减到库尔干的不足1%,多数柽柳枝条已不发育,胡杨平均密度从亚合甫断面的166棵/hm2降至到阿拉干122棵/ hm2,到依干不及麻剧烈下降到33棵/hm2,部分胡杨树顶干枯。胡杨、柽柳林密度呈现出随着与断流源区距离的增加而下降的趋势,说明历史上越往下游到达的水量越少,长期断流加速了植被退化的趋势,走廊植被呈现稀疏化、窄条分布的成林格局。国家投资107108元用于

6、塔里木河流域近期综合治理。下游河道经初步整治后自2000年开始应急输水,在2001年第3次应急输水后水头抵达台特玛湖的目标已实现,截止2006年底已完成8次输水,累计输送生态水22.75108m3。2007年开始由应急输水转为河道正常供水。长期断流和近期河道整治输水对区域水文发生了哪些重大改变,如何恢复退化生态系统,预计恢复到何种程度成为主要问题。应急输水后沿河道一定范围内胡杨，柽柳等植被的复壮效益已显现。但河道整治和生态输水引发的生态问题探讨较少。2 河道整治输水引发的生态问题塔里木河流淌在塔克拉玛干沙漠东缘的干道,在不定期的水流冲蚀和风沙吹蚀淤积等的相互作用下,上游来水在新旧河道之间迂回穿

7、梭,保证了下游河道一定的发育和流往台特玛湖的主河道水系的贯通,也促成了下游河岸两侧数百米至数公里宽的自然林生态系统发育。然而,人类近些年来对下游水资源的完全掠夺造成的河道长期断流使河道正常发育受阻河道部分地段在强烈风沙作用下壅塞,主河道过水能力严重受阻。显然,上游有限来水任其水流的自然属性发展是难以实现水流到达台特玛湖这一目的地,为确保主河道的贯通必须实施河道治理。河道治理工程措施主要体现为“疏”和“堵”。“疏”就是通过对干河道疏浚、清淤、河弯裁直、衬砌、护坡等工程措施疏通河道来水,“堵”就是通过河堤、截流封堵、护坡、分水枢纽和生态闸等控制水流的方向截止目前,塔河下游已完成1座分水枢纽、7座生

8、态闸(堰)(在主河道一侧设置,主要是控制水流方向)、6座节制闸(在河道截面设置,通过升降闸板来壅高或降低河道水位、320 km河道疏浚、305 km下游生态修复围栏以及河道护岸和管理道路建设。通过多次疏浚治理后,河道漫溢水量急剧减少,主河道过水量成倍增加,主河道起始端下泄水流量已由2000年的最高30 s/m3增加到2006年底最高75 s/m3(仅有少量漫溢水),上游来水在12个月内即可到达尾闾台特玛湖,实现全流域水流系统和生态的完整性。同时河道水通过侧渗向两侧一定范围土壤补给水分,抬升下游地下水位,缓解已衰败植物的水分需要。通过生态闸、节制闸等工程控制调节作用,河道输水的生态效果开始显现。

9、经过7年的生态输水,下游河道两侧一定范围内生态系统衰退的趋势得到初步遏制。河道治理带来新的问题极端干旱区断流河道变迁、整治过程与生态后果2.1河道治理抑制了河道自然发育过程经过人工“疏”、“堵”等河道治理后下游河床固定,河道原有的自然属性发生改变,河道进一步人工化。“疏”“堵”抑制了河漫滩、漫溢口的再形成,阻止了新河道和河弯发育,改变了水沙运移循环规律。其次,经过人工改造的河道固定,淤沙必须清理,原来靠自然“改道”来实现。由于河道的不断改道更替,胡杨种子在新河床的萌发着床成苗,孕育了新河道胡杨林,发育成现代河道两岸数百米至数千米胡杨成林格局。但经过治理后的塔里木河下游河道固定,河床变窄,平均宽

10、度在2537 m之间。生态输水变为以主河道过水为主的线状输水,可持续维持的植被生命带变窄。塔里木河下游人居环境恶劣,除铁干里克灌区外,其它沿河道零星灌区已经在断流过程中完全放弃,这给河道流水的自然梳理整治提供了难得机会。然而长期的断流和风沙淤积又使河道水流的自然梳理偏离了已有的人类建设目标(交通和通讯设施),人类需要施加外力才能使退化生态系统按照人类的要求恢复。尽管人为措施保障了主河道输水的顺畅,但却改变了水流的自然运行规律和河道的自然属性,河道变迁成为:人类截取水河道断流主河道淤积河道人工整治主河道畅通这样一种人类干预下的河道演化模式。2.2塔里木河人工生态过程1)生态回归搬迁过程。通过河道

11、整治实现了上下游生态回归搬迁:即生态大转移在严重干旱缺水的西北地区,生态系统以“水”而“生”,任何水资源的调配转移都意味着生态的转移。塔里木河从上游向水、土、热环境严酷的下游生态输水维护河流生态的完整性但同时却伴随着水分大量无效损耗和生态经济损失,如上游用水量减少而产生的生态经济损失,输水过程320 km河道水面蒸发损耗、上下游生物生产潜能差别(相对于下游区土壤植被发育状况而言,上游区土壤和植被发育较好,单位用水可产生更多生物量)以及下游恶劣环境增加的生态损耗(地表裸露面积和风沙更大等造成水分蒸发蒸腾损耗过程更强烈)等,当然这一转移过程是一种向原始自然状态的生态回归转移。之前人类在上游大量开发

12、土地虽然也产生了很大的局部经济社会生态效益,但这种效益却是以掠夺下游生态资源,违背水资源自然运移过程,全局生态受损为代价的不可持续的方式。经过河道整治和生态输水后,尽管上下游生物资源转移过程产生了净流失(净亏),但这种损耗性的转移是早期人类缺乏生态观念掠夺资源的一种补偿,尤其是下游阿拉干以下近百公里沙漠腹地为强烈的风沙源区生态最脆弱带,绿色屏障的建立对阻止沙尘暴源头和蔓延将起到至关重要的作用。这是一种在人为干预下风沙源头治理和生态回归过程,维护了生态持续性。2)自然生态过程受阻。漫溢是自然现象,正是由于河道自然漫溢及改道,才为胡杨柽柳种子萌发和实生苗保苗提供必要条件,从而发育出下游主河道两侧数

13、百米至数公里区域内植被生态系统。然而,人工固定河道封堵了漫溢口,使胡杨柽柳种群扩散更新和自然恢复功能受到限制。从输水的实际效果看只达到胡杨柽柳复壮和近河道处胡杨萌蘖的目的,还远没有实现区域植被自然更新的目标。从种子萌发角度看,原始实生胡杨苗和柽柳苗都是在低盐水的情况下发生,即萌发期和幼苗期不耐盐。在自然条件下,在局部低洼地漫溢积水形成的大量低矿化度河水为地表种子着床发育提供良好的条件。而经过疏浚的深河道放水和通过节制闸壅高水位实现一定距离的水侧渗补给,但侧渗水一般矿化度较高,如塔里木河下游阿拉干地下水质检验结果:浅层水矿化度在3g/mL以上,属于微咸水,无法使附着在地表种子成功繁殖。3塔里木河

14、断流河道生态重建对策分析3.1关于塔里木河断流区生态修复的定位河道整治过程包括堵、截、疏、分等从客观上改变了自然水沙运移形态,而这一过程所产生的生态问题又需要进一步人工干预引导下修复。如封堵大的漫溢口后,必然需要建生态闸来供水修复生态,而小的漫溢口下方区域原有植被则因无法再获得地表水而进一步衰败。为了恢复塔里木河道区域植被,则必须再建造相应的人工引水渠系并进行适当维护。由此,原始的植被自然发生变为人类干预与自然发生综合作用的结果,这也是人类对自然水资源实施了近30年的完全掠夺后大自然给予人类的惩罚。另一方面,极端干旱区内陆河道整治生态输水是一个以天然河道改造、修复原有河岸林生态系统为主的生态工

15、程,考虑到上游开发后下游来水已经减少这一事实,而且,河道治理还需要兼顾到下游区人类已有的开发建设如交通通讯设施建设等,由此可以推断:以塔里木河下游断流区为代表的极端干旱内陆河流域的生态恢复重建需要在已有的主河道工程基础上,依托区域原有植被自然发生规律,运用“生态水工学”原理,进行人类适度干预下的生态修复工程建设。3.2生态修复重建适宜的植物物种组成选择适宜的植物种类,建立合理的生态系统是实现生态修复的关键。根据“适地适生”原理,首先应恢复塔里木河地区广为分布的柽柳、胡杨和黑刺等这些本地种群活力,促使其复壮和更新。对于严重退化的荒漠河岸林生态系统,植被恢复应以柽柳为主。这是因为:从发生地域来看,

16、胡杨一般分布在河道近旁或老河道附近等特定的环境,而柽柳属于隐域性植被,在地下水位较高的地带均有发生,适应性较广;从繁殖方式看:柽柳属种类多,开花期差异很大,如、长穗柽柳多花柽柳短穗柽柳、细穗柽柳每年春夏秋季均可开花落种,而刚毛柽柳和多枝柽柳则在秋季落种,花期多样不同步性决定了适应不同季来水快速繁殖更新的可能,从而在种群竞争中处于有利地位,而胡杨等落种季为每年7月中至8月中旬,而且种子活力保持时间很短等,竞争力较弱;从叶片形态看,胡杨叶片宽而大,为典型中生植物耗水量较大,而柽柳叶片小而窄,茎干表面或被毛等,显示其旱生结构类型,对干旱环境的适应性较强;从个体发育看:柽柳的更新较快,在水分条件能满足

17、需要的情况下柽柳第二年即可成丛,而胡杨需三年以上,更新较慢;从适应地下水方面看,胡杨适宜生长的临界地下水为4 m,而刚毛柽柳可达6 m,柽柳分布在离河道较远的位置而胡杨分布在新旧河道两侧也表明柽柳适应更深的地下水位;从历史上看,胡杨发生的原因可能是河道来水较多且洪水期与胡杨种子成熟期吻合造就了大片胡杨林地,在其外围形成以柽柳为主的植物群落,但由于河道上流的截流强度的增加,到达下游的水量和时间等均限制了胡杨种群的大发生;虽然胡杨树高大,但柽柳树占地面积大,对土壤的固着力强,林下也易形成“沃岛”。据生态监测结果,在衰败柽柳丛都是以半径510 m不等的大柽柳包的形式存在,表面大量结皮,这种形式有利于

18、植物存活,并可起到防风固沙保水作用。由此,柽柳属植物以其广适应性、繁殖力强和花期多样性而应成为植被恢复的主要种类。3.3塔里木河恢复重建主要技术措施1)植物群落自然发生人工激发。该技术基于对土壤种子库研究基础上提出的,针对植被自然发育良好,落种较多,但由于断流和河道封堵造成地表土壤干燥而设计。由于土壤种子活力不同,通过不同季节引水淹灌激活土壤种子库,实现荒漠植物群落自然发生人工激发与改造,构成以灌、草为主体生态恢复区。灌木主要有柽柳、黑刺、铃铛刺，草本植物主要有芦苇、疏叶骆驼刺、胀果甘草、大花罗布麻、花花柴、猪毛菜、盐穗木、刺沙蓬、河西苣、鸦葱。2)植物群落自然发生辅助人工改造。该技术针对植被

19、非常稀疏、落种稀少、地表微环境恶劣区而设计,通过补充种源改善生境来实现退化生态系统植被修复。通过开挖引水沟进行漫灌来改善恢复区地表土壤环境,并向引来的河水中播散相同生境有活力的本地建群种种子,种子浸润萌动,在地表着床发芽成苗,达到对退化生态系统恢复重建目的。补充的种源包括柽柳、胡杨、黑刺、骆驼刺、罗布麻等植物的种子。柽柳与胡杨种子着床与萌发现象极为相似,都在洪水泛滥区。只要具活力的种子在发芽能力丧失前散落到过湿或积水面包括河漫滩、溪流边缘,出芽后,仍能维持较长一段湿润期,都有可能成为胡杨、柽柳等种子萌生场地。3)胡杨群落萌蘖更新人工辅助。胡杨萌蘖更新是利用衰老胡杨根系萌蘖能力强的特点,通过开沟

20、断根并引水浸灌诱导等,促使胡杨浅层水平根系萌蘖形成新的个体,增加胡杨幼林,达到更新胡杨林的目的,这是积极保护和恢复胡杨林资源的重要途径和有效措施,已经被实践所证实。根据观察,断根萌蘖发生区域在地表土壤1m以内通常有直径25 mm的胡杨水平根系。4) 塔里木河河岸林生态系统重建。在原有稀疏植被群落区或弃耕荒地,通过人工补植措施来增加新的植株幼苗,使人工林与天然林生态融合,达到加速植被恢复的目的。在极端恶劣环境中重建植被,关键在于选择合适的植物种和栽培技术。在选择植物种时,要特别注意选择耐盐、耐旱、耐高温、耐沙埋的植物种。灌木宜选用柽柳、沙拐枣两类,乔木选用胡杨和沙枣。其中,沙拐枣是外来种,选用它

21、的原因是:生长迅速、成林早、耐沙埋。据调查,中国科学院新疆生态与地理研究所在英苏示范区种植的沙拐枣当年成活率达70%以上,同期相同条件下种植的胡杨成活率不足20%,另外,在防护林迎风面外侧或风沙危害严重地段种植沙拐枣能够早成林,对其它植被的种植起到防风沙、快速改善局部小气候作用。在防护林内侧和风沙危害较轻地区可种植胡杨、柽柳和沙枣。4小结塔里木河下游断流河道治理措施保障了主河道输水的顺畅和水文生态的完整性,实现了上下游补偿性生态大转移(生态回归),却抑制了河道自然漫溢口的再形成,改变了水沙自然运移循环规律和本地种子更新环境,从而抑制了自然生态恢复过程,经过整治河道所能持续维系的植被生命带变窄。

22、人类需要施加外力如建立相应的闸渠系才能修复原有的退化生态系统。断流区生态恢复重建需尊重客观历史,依托区有植被自然发生规律,选择以柽柳灌丛为主要恢复种类,辅助人工引水渠系设施建设,逐步实现对退化生态系统修复。主要技术措施:植物群落自然发生人工激发(土壤种子库)技术、植物群落自然发生辅助人工改造(种源补充生境改善技术)、胡杨群落断根萌蘖更新人工辅助和荒漠河岸林生态系统植被人工补植重建技术。参考文献1陈亚宁,王强,李卫红,等.植被生理生态学数据表征的合理地下水位研究以塔里木河下游生态恢复过程为例J.科学通报, 2006,51(增刊): 713.2高润宏,董智,张昊,等.额济纳绿洲胡杨林更新及群落生物

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