重慶市三峽庫區澎溪河流域河／庫岸帶生態系統修復

注：本文為刪減版，不可直接引用。原中英文全文刊發于《景觀設計學》（Landscape Architecture Frontiers）2021年第3期“大河流域生態系統保護與修復”?？?。獲取全文免費下載鏈接請點擊此處。

導 讀

河岸帶是河流與景觀環境耦合的核心部位。然而，水壩和水庫的建設使得多數河段河岸界面變成河／庫交替的界面，由此對流域水文及水環境產生巨大影響。本文在探討界面生態特征的基礎上，提出了河／庫岸帶界面生態設計策略及基本技術框架，并以重慶市三峽庫區澎溪河流域為例，探討了水位變動下河／庫岸生態系統修復設計與實踐。生態績效分析結果表明，修復后的烏楊壩河／庫岸界面實現了界面生態修復與濱水空間景觀建設和優化協同共生。該項目是河／庫岸帶界面生態系統修復設計和實踐的創新探索，其設計策略可應用于受水位調節影響的河／庫岸帶生態系統修復。

跨越界面的生態設計

——重慶市三峽庫區澎溪河河／庫岸帶生態系統修復

Ecological Design Across Interface:

Ecosystem Restoration of Pengxi River/Reservoir in Three Gorges Reservoir Area, Chongqing

袁興中

重慶大學建筑城規學院教授，博士生導師；重慶大學三峽庫區消落區生態修復與治理研究中心主任

向羚豐

重慶大學建筑城規學院風景園林專業碩士研究生

扈玉興

重慶大學建筑城規學院風景園林專業碩士研究生

程威

重慶大學建筑城規學院風景園林專業碩士研究生

黃亞洲

重慶市開州區自然保護地管理中心副主任，高級工程師

熊森

重慶市開州區自然保護地管理中心主任，教授級高工

袁嘉

重慶大學建筑城規學院副教授，博士生導師；三峽庫區消落區生態修復與治理研究中心骨干研究人員

王芳

重慶大學環境與生態學院生態學專業博士生

1 引言

“界面”（Interface）概念源于物理學，是指物質相與相的分界面^[1]。20世紀六七十年代，物理學家與生態學家、生理學家合作提出了生物與環境間“界面”的概念^[2]~[4]。1993年，王信理等人揭示了生態邊界層的結構特征和變化規律^[5]。

然而，目前鮮有對于陸地與河湖水體之間的水陸生態界面的研究。河岸帶是集水區陸域與河流水體間的界面，在河流生態系統健康維持中發揮著重要的生態服務功能^[6]。既有研究對河岸帶作為水陸界面的生態特征及功能關注較少，尤其對筑壩蓄水影響下天然河岸成為河／庫岸帶交替生態界面（下文簡稱“河／庫岸帶界面”）后的變化、修復技術及調控機理的研究很少。本文在探討河岸帶界面概念、界面生態特征的基礎上，提出了河／庫岸帶界面生態設計策略及基本技術框架，并以重慶市開州區三峽庫區澎溪河流域水位漲落的河/庫岸帶界面（消落帶界面）為例，探討了河／庫岸帶界面生態系統修復設計實踐，以期為相關流域界面生態系統修復研究與實踐提供參考。

2 河岸帶界面總體特征與變化

河岸帶界面概念及特征

河岸帶是聯系陸地和水生生態系統的重要界面，環境脅迫最易富集，河流自然調節也最為活躍，故而也是河流與景觀環境耦合的核心部位。

物理特征

河岸帶界面的物理特征可概括為界面寬度、界面底質、界面坡度、界面地形起伏度等方面。河流級別越高，河岸帶界面寬度越大。界面底質可為動物提供不同性質的活動基底。河岸帶界面坡度與河岸穩定性相關。河岸帶地形起伏度與生境類型的多樣性密切相關。

生態特征

河岸帶具有明顯的四維結構特征，即縱向（上游－下游）、橫向（河道－河岸帶－河岸高地）、垂向（河岸土壤－地下水）和時間（隨時間而變化的河岸形態及河岸生物群落演替）4個維度。

生態功能

河岸帶界面為河流提供遮蔭、維持邊岸穩定性、過濾并凈化地表徑流、提供生物生境等生態功能^[7]。

生態過程

河岸帶界面生態功能與界面生態過程關聯密切。河岸帶界面生態過程指營養物質循環、能量流動、水文過程及其相互關系，具體包括跨越界面的地表水文流、營養物質流和物種流等。

河岸帶界面特征變化

由于河流梯級水壩建設及水庫運行的人為調節方式，河／庫岸帶界面特征已發生明顯變化。大多數河流水庫基于發電及防洪需要，在自然汛期后進行反季節水位調節。這種水位調節對流域水文過程及水環境，以及流域整體生態系統產生不利影響。因此，需要針對受到人工調節影響的河／庫岸帶界面的具體水位變化進行綜合修復設計。

3 河／庫岸帶界面生態設計策略及技術框架

河／庫岸帶界面生態設計策略

針對受反季節水位調節影響的河／庫岸帶界面的生態特征變化，以及相關生態功能衰退問題，本文創新性地提出適用于河／庫岸帶界面生態設計的“NMSRMC策略”。

1）N—基于自然的解決方案（nature-based solutions）：通過保護、管理和修復自然生態系統，以應對環境變化的挑戰。

2）M—多功能設計（multi-function design）：針對河／庫岸帶界面生態功能衰退狀況，強調界面過濾、攔截、屏障、生物生境等多功能設計。

3）S—自然的自我設計（self-design of nature）：重視自然動力過程為推動力的河／庫岸帶界面的自我設計能力。

4）R—再野化設計（rewilding design）：通過生態系統修復重塑自然過程。

5）M—多維空間設計（multi-dimensional spatial design）：遵循生態梯度變化，重建多空間維度、多景觀層次、多生態序列的河／庫岸帶景觀。

6）C—協同共生設計（collaborative design）：遵循協同共生原則，使界面內所有要素形成相對穩定的協同共生系統。

河／庫岸帶界面生態設計技術框架

遵循界面生態設計策略，以要素－結構－功能－過程為邏輯思路，提出河／庫岸帶界面生態設計的基本技術框架。該框架強調環境要素與生物要素之間的協同共生，維持河／庫岸帶界面的生態健康。

河／庫岸帶界面生態設計技術框架 ? 袁興中，向羚豐，扈玉興，黃亞洲，熊森，袁嘉，王芳

4 澎溪河流域河／庫岸帶生態修復

研究區域環境概況

重慶市澎溪河受三峽水庫蓄水影響顯著。研究區域烏楊壩河岸帶區域位于南河與東河匯合口的下游，是典型的河－庫交替區域，具有季節性水位變動：三峽水庫蓄水后，每年汛后10月份，澎溪河水位逐步升高至175m，并維持到一月初；其后隨著三峽水庫放水，水位逐步下降，五月末降至最低水位145m。

研究區域地理位置 ? 袁興中，向羚豐，扈玉興，黃亞洲，熊森，袁嘉，王芳

受三峽水庫蓄水影響，原145m高程以下的河岸帶被淹沒；由于水位周期性漲落，植物種類單一、群落結構簡單；因城市建設及防洪護岸需要，175~185m高程已建成完全硬化的護坡。

三峽水庫蓄水前烏楊壩河岸狀況（攝于2010年） ? 袁興中

綜合要素設計

地形設計

烏楊壩河／庫岸帶175m高程是一個坡度轉折點，175m以下是季節性水位波動區，175~185m區域是坡度約為40°的護坡。本研究在維持原有蜿蜒岸線的基礎上，進行河／庫岸帶界面復合地形格局設計：

1）145~165m高程帶保留原微地貌形態，保留采掘坑，形成高水位時期水下豐富的地形結構；不進行植物種植，以自然恢復的草本植物為主。

2）173m高程處有一處因人工挖掘破壞形成的較陡邊坡，將165~173m高程帶設計為坡率1:3的緩平岸帶，同時保持岸坡表面的微地形起伏。

3）173~175m高程帶根據季節性水位變化，結合動物的生境需求，設計寬5m的線性凹道，以及洼地、淺塘等水文地貌結構。

4）通過破除硬質化護坡，在175~185m高程護坡上設計起伏的微地貌結構，形成喬－灌－草相結合的多層群落結構。

烏楊壩河／庫岸帶界面復合地形格局設計 ? 袁興中，向羚豐，扈玉興，黃亞洲，熊森，袁嘉，王芳

底質設計

除了河／庫岸帶界面穩定性外，還應綜合考慮通過不同高程、不同類型底質設計，增加基底環境異質性，并與生物群落有機結合，形成適應水位變化的河／庫岸帶界面基底結構。

1）145~165m高程帶保留原有砂石、黏土交混的底質，以利于植物群落的自然恢復和水生無脊椎動物生存。

2）165~173m高程帶內的平緩岸緣采用塊石拋石護岸，形成多孔隙水岸，為魚類及蝦蟹類水生無脊椎動物提供棲居空間；其余區域選取砂卵石（或碎石土）分層碾壓回填，其上鋪設壤土，為灌叢和草本植物的恢復提供條件。

3）173~175m高程帶選取砂卵石分層碾壓回填，再鋪設壤土，為林澤帶的種植提供生長基底；線性凹道兩側均用大塊石拋石護岸，形成多孔隙水岸。

4）175~185m高程帶破除硬質護坡后，回填夯實后鋪設壤土，為喬－灌－草復層混交植物群落提供著生基底。

與水文變化相適應的種植設計

將高程與水文節律及水位波動相結合，保證烏楊壩河／庫岸帶界面生態設計在縱向上不阻擋水文流，同時通過凹道設計保證橫向上多流路水文形態的存在。

1）145~165m高程帶植物以自然恢復為主；

2）165~173m高程帶稀疏種植耐水淹灌木、自然恢復草本植物；

3）173~175m高程帶種植混交林澤，林澤帶內設計林窗、凹道、洼地、淺塘等水文地貌結構，后期依靠自然傳播在林下形成高草草本群落；

4）在175~176m高程帶稀疏種植芭茅，在175~185m高程帶的前緣形成緩沖帶，同時也有助于豐富植物群落層次結構。

5）176~185m高程帶設計喬－灌－草復層混交植物群落。

生物要素設計

本研究提出了地形－底質－生物協同設計系統和植物－昆蟲－鳥類協同設計系統。設計重點在于運用耐受季節性水淹的植物物種，建立優良的植物群落結構；再通過不同高程的生境設計吸引動物，從而豐富河／庫岸帶界面的生物多樣性。

烏楊壩河／庫岸帶界面植物—昆蟲—鳥類協同設計模式 ? 袁興中，向羚豐，扈玉興，黃亞洲，熊森，袁嘉，王芳

植物篩選是河／庫岸帶界面生態修復的關鍵。165~173m高程帶稀疏種植耐水淹的灌木，173~175m高程帶種植耐水淹的喬木并稀疏種植耐水淹灌木，草本植物依靠自然恢復，由此形成冬季淹沒水中、夏季出露的喬－灌－草復層混交林澤帶。

烏楊壩河／庫岸帶界面不同水位時期的植物群落模式圖 ? 袁興中，向羚豐，扈玉興，黃亞洲，熊森，袁嘉，王芳

在不同高程、水位、地形復合格局中，植物、昆蟲、鳥類也形成協同共生關系，構建起穩定的河岸界面生命系統，從而提高了河／庫岸帶界面的生物多樣性。

結構設計

研究區域長約2km，根據高程、地形、底質特征和水位變動，將植物群落設計為多帶多功能緩沖系統。在各高程帶內，為不同種類的動物提供棲息環境；對各斷面植被帶寬度做出適應性調整，形成植物群落的水平鑲嵌結構；采取多種類植物交錯鑲嵌生長的種植策略，形成擬自然植物群落的多層垂直分布格局。

功能與過程設計

本研究重點針對烏楊壩河／庫岸帶的主導生態功能及生態過程進行設計，主要包括污染凈化及雨洪控制、河／庫岸帶界面穩定及土壤保持、生物多樣性提升和景觀優化。

5 河／庫岸帶界面生態修復績效評估

研究區域在基本沒有人工管理措施的情況下，完全經由自然的自我設計和調控，目前正在經歷一個明顯的再野化過程，河／庫岸帶界面生態系統正在發揮著良好的生態效益。

烏楊壩河／庫岸帶界面多帶多功能緩沖系統（2017年7月拍攝） ? 袁興中

烏楊壩河／庫岸帶界面生態系統在經歷再野化過程（2017年7月拍攝） ? 袁興中

生物多樣性提升效果顯著

研究區域種植的耐水淹喬、灌木歷經多年季節性水位變動，存活狀況良好，群落結構穩定，生物多樣性提升明顯。

不同水位時期烏楊壩河／庫岸景觀（上圖攝于2018年11月，下圖攝于2020年7月） ? 袁興中

地形－底質－植物－動物的協同修復產生了明顯效果，不同生境結構單元及立體生境空間的形成，為涉禽、游禽、鳴禽等不同生態位的鳥類營造了棲息、覓食乃至繁殖的生境，形成了從水到陸沿生境梯度的植物－鳥類復合格局，提高了鳥類多樣性。

植物適應水位變化能力強

無論是喬木、灌木，還是草本植物，經過7年冬季水淹的考驗，植物的生長形態、繁殖狀況、物候變化等均表現出對季節性水位變化的良好適應。

冬季高水位期的耐水淹喬木（上圖攝于2018年12月，下圖攝于2020年12月） ? 袁興中

地表徑流面源污染凈化能力提升

2015年6~9月，研究團隊收集降水后徑流水樣，進行了水質監測分析。結果表明，河／庫岸帶界面生態系統修復有效削減了入河／庫污染負荷。此外，修復后烏楊壩河／庫岸帶界面也發揮了較好的雨洪控制功能。

6 結論

作為水陸之間的生態界面，河／庫岸帶界面生態設計應遵循從要素－結構－功能－過程的邏輯思路，強調生態要素設計與空間結構設計的有機融合，奠定界面生態功能的基礎，滿足河／庫岸帶界面的多功能需求；通過生態功能與過程的耦合設計，維持界面生態系統健康。

烏楊壩河／庫岸帶生態系統修復研究僅僅是界面生態設計的初步探索，其設計策略及模式可應用于受水位調節影響的河／庫岸帶生態系統修復。在今后的研究中，應進一步探索河／庫岸帶界面生態組成要素的耦合機制，研發河／庫岸帶界面生態設計的系統方法和關鍵技術，開展河／庫岸帶界面生態結構與功能協同的設計調控機理和方法體系研究。

^{部分參考文獻}

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^{[5] Wang, X., & Xiong, W. (1993). Structure of tea plantation’s ecoboundary layer and its variation pattern. Chinese Journal of Applied Ecology, 4(3), 256-259. doi:10.13287/j.1001-9332.1993.0055}

^{[6]  Yuan, X. (2020). River ecology. Chongqing, China: Chongqing Publishing Group.}

^{[7]  Hedin, L. O., von Fischer, J. C., Ostron, N. E., Kennedy, B. P., Brown, M. G., & Robertson, G. P. (1998). Thermodynamic constraints on nitrogen transformation and other biogeochemical processes at soil-stream interfaces. Ecology, 79(2), 684-703. doi:10.2307/176963}

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^{Yuan, X., Xiang, L., Hu, Y., Cheng, W., Huang, Y., Xiong, S., Yuan, J., & Wang, F. (2021). Ecological Design Across Interface: Ecosystem Restoration of Pengxi River/Reservoir in Three Gorges Reservoir Area, Chongqing. Landscape Architecture Frontiers, 9(3), 12?27. https://doi.org/10.15302/J-LAF-1-020048}

^{編輯 | 田樂 周佳怡}

^{翻譯 | 田樂 周佳怡 肖杰}

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