刘家峡水库柳树良种固岸林防护效应.doc

刘家峡水库柳树良种固岸防护效应试验摘要：在刘家峡水库涨落带滩地2块不同立地条件的地块上，栽植的柳树良种J172、J369和青刚柳在水库蓄水期间被水完全淹没下仍能存活，青刚柳生长表现得最好，在A地的成活率和保存率分别达到97.30和96.20；树高、胸径、新稍长分别比苏柳J172平均提高12.98、12.50和10.28。柳树根系及主干基部长出的大量不定根，可减缓水库水流对滩地土层的冲蚀。密度配置以青刚柳1m1.5m的防护效果最好，冲蚀量仅8.64 kgm-2，比对照减少74.38。坡度小的涨落带滩地（A地）更有利于柳树的成活和生长。关键词：刘家峡水库；固岸；防护效应The experiment on bank fixation and shelter effect of Salix Jiangsuensis in Liujiaxia ReservoirAbstracts：The Salix bylonica in the strongest in all strain of Salix Jiangsuensis which were planted in different site block A, B at the fluctuation of Liujiaxia Reservoir. In site block A, the surrival rate and preservation rate are 97.3% and 96.2% separately, the tree height, breast diameter and, new btanch and tree top increased by an average of 12.98%, 12.50% and 10.28% than the Salix Jiangsuensis172, root system underground and the basis truck growth plenty of adventive root can reservoir watetr evoding soil layer of sand. The density of Salix bylonica 1m1.5m shows the best safety action, the amount of washout was 8.64 kgm-2，The mini-fluctuation is saitable for survival and growth of Salix Jiangsuensis。Key words：Liujiaxia Reservor bank；fixation；shelter effect.土壤侵蚀是危及人类生存与发展的头号环境问题，在我国表现得尤为突出，径流与水流冲击是造成坡面土壤侵蚀的直接动力1。刘家峡水库位于黄河上游，地处甘肃省临夏回族自治州永靖、东乡、临夏、积石山4县之间, 水库建成于20世纪70年代，蓄水容量达5.70109 m,水域面积130 km2多，兼有发电、防洪、灌溉、旅游、航运等多种功能2。刘家峡水库根据防洪蓄水运行方案，在每年汛期（68月）把水库水位降至最低的水位1703m，汛期后（9月初）开始慢慢蓄水，11月底至12月上旬蓄水到最高水位1735m，并保持到次年4月，然后水位又开始逐步回落，至5月底降到最低。这样，1年内在刘家峡库区就形成了垂直落差达32m面积近20km2的水库涨落带3。由于库区自然环境特殊，生态脆弱，缺乏植被保护，加上该地带多由黄土沉积构成，土质疏松，接水黄土母质受水侵蚀，常出现山体滑坡或崩塌，每年因库水侵蚀而流入库中的泥沙达数十万t 4，目前库内已淤积泥沙1.43109 m,占库容的25，直接影响了水库的经济寿命和正常运行。而且由于泥沙淤积，在枯水期游船难以到达炳灵寺石窟，也影响了当地旅游资源的开发利用。因此，加大刘家峡库区水土保持生态环境建设的力度意义重大、势在必行。刘家峡水库涨落带具有以下特点：水淹旱晒交替，生境变化极端，一般植物难以生存；2、相对于河流漫滩或湖泊滩涂，水库涨落带不仅高差大，而且绝大部分坡度较陡（通常1060或以上）、土壤贫瘠，适宜在浅水或淤滩种植的传统挺水（两栖）植物并不适应；3、大多水库涨落带冬季往往淹于水下，春夏雨季出露，适合种植的植物不多，植物护坡难度很大，以上原因使涨落带成为多年来困扰水库生态建设的老大难问题。我们利用柳树良种具有喜湿耐水的特性，在水库涨落带选择了2块有一定代表性的滩地，进行了固岸防护效应试验，现将试验结果总结如下。1自然概况试验地位于甘肃省临夏州永靖县刘家峡水库北岸的岘塬乡东塬坡，东径10317，北纬3552。北依刘家村，南入水库，东接李家塬，西连姬川，属陇中黄土高原西缘，系中温带干旱气候区，涨落带及水域海拔为17031735m。年平均降水量405mm，且分布不均，多集中在夏秋季，年蒸发量1689mm。年平均气温8.3，无霜期170180d，晚霜期出现在5月上旬，早霜出现在10月下旬。刘家峡水库库区地质结构复杂，地貌特征明显，是典型的黄土高原梁峁地带。刘家峡水库涨落带是因为水库调度引起库水位变动而在库周形成的一段特殊区域，是水陆生态系统的交错地带。它在生态系统的稳定、抗外界干扰能力、对生态环境变化的敏感性及生态环境改变速率上，均表现出明显的脆弱特性。涨落带地表有黄土塌陷的断层、陡坡、滩地等，在南岸地势较高而平缓的滩地上，当地百姓种植有小麦和玉米等作物，北岸立地条件较差。通过现地考察，最后在水库北岸选择了A、B 2块不同坡度、方位的滩地，A地位于正北方向，坡度611，水位最低时，涨落带宽910m426m，蜿蜒长347m，面积23hm2。B地位于东北方向，坡度1725，水位最低时，涨落带宽370m280m，蜿蜒长132m，面积4hm2。土壤为黄绵土，水溶性强，养分贫瘠，盐渍化程度高，pH值89之间，有机质含量小于1。2试验材料和方法2.1材料刘家峡水库涨落带环境脆弱，条件复杂，我们选择了在当地生长表现优良，根系发达，耐盐碱，耐水淹的苏柳系J172（Salix Jiangsuensis CL.172）、J369（S.jiangsuensis CL.369）和青刚柳（S. viminalis L.），苗木来自临夏州林科所苗圃扦插繁育的2根1干健壮大苗，平均苗高为2.52m，平均地径达到2.20cm,于2002年9月初栽植，栽植面积共6.3 hm2。据观测，8月中旬水淹至柳树的基部，9月中旬淹至柳树的中部，11月上旬树体全部被淹。2.2方法2.2.1生长量观测在A地和B地各品种（系）分别按2m2m，1m2m和1m1.5m密度配置，品字形栽植，每种密度各品种（系）配置呈带状栽植，与水位线垂直。每品种（系）栽植宽度在16m21m之间，以不同品种（系）和不同密度为试验因素,随机设试验小区，每小区调查10株，重复3次，取平均值。观测每因素的成活率、保存率、树高(H)、胸径(D)、新梢长(NT)等。2.2.2固土效果测定分别在A地和B地每一密度和每一品种（系）各设3m9m的标准地3个，每个标准地随机抽取3个的样点观测冲蚀深度，取平均值，找出最接近平均值的样点为中心取1个1m的样方，测定根系长度和水流对涨落带滩地的冲蚀量（erosion mete）5。在没有植树的地块上设对照(CK)。3结果与分析3.1柳树成活情况于2003年8月3日调查成活率，2004年9月6日调查保存率，结果见表1。A地的青刚柳成活最好，成活率达到93.30，保存率达到90.54，而B地3种柳树的成活率和保存率都较低。B地比A地各树种成活率平均低26.45，保存率平均低29.62。表1：涨落带被水淹没下柳树成活情况（）因素A地差异幅度B地差异幅度A、B间差异幅度成活率保存率成活率保存率成活率保存率J172J369青刚柳平均91.1092.2193.3092.2090.1190.3091.2090.541.102.121.141.8067.3567.5268.5667.8164.1263.3163.7263.725.036.657.606.4326.0726.7826.5226.4528.8429.8929.6229.62据观测，B地柳树成活率和保存率低的主要原因是部分树被水冲走，没有被水冲走的绝大部分存活。坡度的因素对柳树的成活率影响很大，坡度越大，水对滩地表层土壤的冲击力越大，也就很容易冲走表层土壤，使树根不能立足而被水冲走，因此成活率就很低。A、B 2块地各品种（系）成活率和保存率之间的差异不大，A地的平均差异幅度为1.8，B地的平均差异幅度为6.43，说明只要第1年能扎住根不被水冲走，一般情况下均能保存成活。根据郭群等在江苏江宁县长江滩地的试验研究结果，柳树无性系栽植的密度越小，抗水流冲击的能力就越弱，林木被冲倒损失的比例越高6。另据戴方喜研究的结果：涨落带生态系统修复治理研究仍处于起步阶段，成功的例证极少，主要原因是：1、涨落带植被生长基材易受水体冲刷流失，植物生长的基础条件不断被破坏；2、涨落带的生态环境恶劣，植被要长期忍受深水、低温、缺肥的不良影响以及洪水的冲刷；3、自然界中适于水利水电工程涨落带所特有的生态环境种类极少；4、各地的生态环境和植被区系不同，难以用统一的物种和模式进行生态修复；5、涨落带植被应具有丰富的植物组成与较为复杂的结构，各别植物移栽成功难以形成稳定的涨落带植被群落；6、在新建工程的运行特征使得稳定型涨落带的植被不能简单地在新的涨落带上重建；7、植物与鱼类以及两栖类爬行动物的相适应性决定了对植物种类的选择更加苛刻7。因此，在刘家峡水库涨落带这样及其脆弱的生态条件下，所栽柳树达到这样的成活保存率可算成功。3.2不同栽植密度柳树各品种（系）生长表现于2004年9月进行调查，苏柳系和青刚柳之间生长差异很大(见表2)。在正常的生长环境中，苏柳系的生长量在树高、胸径、新稍长均超过了青刚柳且差异显著8。而在季节性被水淹没的情况下，青刚柳的生长表现在A 地和B地都明显超过了苏柳系。苏柳品系生长期长，在水库水位将其全部淹没时，其生理活动还处于旺盛期，枝条木质化程度低，造成了其成活、保存以及生长情况低于青刚柳。而青刚柳因其生长季短，在水位淹没时已基本到了落叶期，生理活动较弱，所以生长情况较好。表2：A地不同栽植密度柳树各品种（系）生长情况调查结果因素2m2m1m2m1m1.5mJ172J369青刚柳J172J369青刚柳J172J369青刚柳H/mD/cmNT/cm3.763.3638.213.633.2138.714.323.8442.593.313.1038.313.413.0339.544.213.4039.253.242.9633.243.202.9340.423.653.2436.75对A地各品种（系）树高生长量的进行双因素方差分析9（见表3），只有品种的F F且差异极显著(=0.01)，而密度之间差异不显著。表3：A地各品种（系）树高生长量方差分析表变异来源自由度平方和均方F值F值品种（系）22.411.2056.25F（0.05）3.55F（0.01）6.01密度21.320.6603.42误差183.690.248总计267.42对品种间进行多重比较（见表4），采用q法进行检验：表4：苏柳系品系间树高多重比较表因素平均树高/mX3XiX1XiX2Xi青刚柳X34.06J172X13.430.63*J369X23.410.65*0.02注：q（0.05）0.60，q（0.01）0.78。青刚柳和J172、J369之间的差值均大于q（0.05），因此青刚柳和J172、J369之间的树高生长量均差异显著。而J172和J369之间的差值小于q（0.05），因此J172和J369之间树高生长量差异不显著。从差异幅度来看，在2m2m的栽植密度下，A地青刚柳的树高达到4.32m，平均比J172提高12.98，胸径平均提高12.50、新稍长平均提高10.28，B地青刚柳的树高平均比J172提高11.23，胸径平均提高14.25、新稍长平均提高9.11。B地柳树的生长量较A地相对较低，以2m2m配置的J172柳为例，其树高生长量比B地的树高生长量提高6.70，胸径生长量提高10.57，新梢长生长量提高4.64。其他各密度的生长情况类似。主要原因是B地土壤被水冲走较多，根系吸收的养分不如A地所致。表5：B地不同栽植密度柳树各品种（系）生长情况调查结果 因素 2m2m 1m2m 1m1.5mJ172 J369 青刚柳 J172 J369 青刚柳 J172 J369 青刚柳H/m 3.72 3.59 3.98 3.30 3.26 3.74 2.53 2.48 2.68D/cm 3.30 3.25 3.69 3.02 3.01 3.27 2.87 2.90 3.11NT/cm 34.10 33.29 35.76 35.17 34.02 35.51 32.35 32.07 38.753.3不同栽植密度柳树根系固土表现柳树在被水淹没的情况下，在树干上特别是树干基部着生大量的气根，其根系对水流冲蚀滩地表土的固土作用最初主要表现在表层土，将根系按粗度1.0cm以上，1.00.5cm和0.5cm以下进行分组，测量其长度，同时观测冲蚀深度，数值越大，表明土壤被水冲蚀的越多。由于涨落带滩地地下水位较高，树木根系大多分布在表土层，表土层细根数含量也较高10，11，于2004年8月12日对样方表层10cm的范围内进行调查。在A地以青刚柳1m1.5m栽植密度配置的固土效果最好（见表6），平均下降仅0.72 cm，J369柳树2m2m密度的固土效果最差，为1.49cm，对照为2.81cm。DP值和根系总长度值成反比，即根系的总长度越长，DP值越小，固土效果越好。栽植密度越大，根系总量越多，根系长度亦越长，在土层形成了盘根错节的根系网络结构，根系的网络结构就越紧密，加上密度越大，树体就愈能减缓水流对滩地的冲击力度。根据张金池研究的结果，土壤抗冲性与林木根系，尤其是根径2mm根系的数量、长度相关密切。细小的根系，其是根毛穿插在土体中可防止土体在水中分散、破碎，可增强土壤的抗蚀性12，13。表6：A地不同栽植密度各因素根系生长情况和冲蚀情况调查结果因素密度根系分组/cm总长DP/cm冲蚀量/kgm-21.0cm1.00.5cm0.5cmJ172柳22m36.0171.13527.27634.411.4417.2812m26.36124.57772.72923.661.2515.0011.5m21.85131.641179.381332.870.779.24J369柳22m31.3489.49475.82596.651.4917.8812m29.34105.52994.371129.231.1313.5611.5m20.82113.431074.351208.600.9211.04青刚柳22m42.39139.27873.521055.181.3916.6812m31.34157.521052.131240.991.0712.8411.5m23.43221.291521.571766.290.728.64CK2.8133.72按刘家峡水库涨落带滩地的泥沙实测容重1.2(tm -3)计算，A地栽植的青刚柳1m1.5m配置的泥沙冲蚀量最少为8.64kgm-2，比同样密度配置的J172柳的冲蚀量9.24 kgm-2 减少6.96，比J369柳的冲蚀量11.04 kgm-2减少28.14，比J172柳2m2m密度配置的冲蚀量17.28 kgm-2减少50.00。比J369柳2m2m密度配置的冲蚀量17.88 kgm-2减少51.68，比没有栽植柳树的对照冲蚀量33.72 kgm-2减少74.38。 B地柳树各品种（系）的根系长度各因素均小于A地（见表7），其DP值就明显高于A地，因此，B地的冲蚀量就很大。 1m1.5m密度配置的青刚柳冲蚀量为24.24 kgm-2，高于同样配置A地的61.88，2m2m密度配置的冲蚀量为30.24 kgm-2，高于同样配置A地的44.84。因此坡度大的地块明显受冲蚀的程度就大。表7：B地不同栽植密度各因素根系生长情况和冲蚀情况调查结果因素密度根系分组/cm总长DP/cm冲蚀量/kgm-21.0cm1.00.5cm0.5cmJ172柳22m20.2198.31487.10505.622.4229.0412m18.44157.24491.23666.912.1425.6811.5m17.35156.71727.42901.482.1125.32J369柳22m22.4280.06379.96482.442.4929.8812m17.19102.71524.29644.191.8622.3211.5m18.35117.14903.311038.801.4113.68青刚柳22m19.35197.21407.33623.892.5230.2412m33.72108.53535.44677.692.0624.7211.5m11.59247.38647.21896.182.0224.24CK2.8133.72在某一流域内的侵蚀主要包括重力侵蚀，降雨溅蚀和流水侵蚀14。重力侵蚀是指位于坡面上的物质由于其向下移动的势能大于阻力时而发生位移的现象，主要为后面的流水侵蚀提供物质来源，例如崩塌和滑坡都是在重力作用而形成的自然灾害。降雨溅蚀是指地表物质在雨滴的冲击下而发生的位移现象。这两种侵蚀作用主要发生在坡面上，是坡面地貌形成的主要动力。流水侵蚀是指河流的水流破坏并掀起地表物质的作用，包括侵蚀、磨蚀和溶蚀，统称为河流的侵蚀作用。流水侵蚀按照作用方向分为下切侵蚀和侧方侵蚀，按照侵蚀的方式分为面状侵蚀和线状侵蚀。刘家峡涨落带滩地库水对库岸的侵蚀按照作用方向为侧方侵蚀，按照侵蚀的方式为面状侵蚀。4讨论4.1被水淹时，仍生长良好，甚至在季节性完全被水淹没时，还能成活生长，在枝干上长出大量的不定根。由于枝干及水生不定根的阻拦，能显著降低水流速度，并且柳树根系网络的固土作用，可减轻水流对堤岸的冲刷。柳树良种品种（系）J172，J369和青刚柳具有很强的耐水淹性能。4.2在水库涨落带滩地上影响柳树成活率的主要因素是坡度，坡度越大，水流对滩地的冲击力量越强，冲蚀的泥沙量也越多，柳树的成活率就越低。4.3从3个柳树品种（系）的生长表现看，青刚柳的生长表现最好，树高、胸径、新梢长和根系生长比2个苏柳品系的生长明显要好，而2个苏柳系之间的生长表现差异不大，青刚柳在季节性完全被水淹没的情况下，生长旺盛，树体健壮，根系发达，更耐水淹。4.4柳树良种固岸林防护效应A地好于B地，在青刚柳1m1.5m的栽植密度下，0.2m1m2的范围内根系总长可达1766cm，形成的根系网络其泥沙冲蚀量仅8.64kgm-2，比对照的泥沙冲蚀量可减少74.38，比苏柳系的泥沙冲蚀量减少6.9651.68。4.5在滩地坡度25的地方栽植柳树时可因地制宜，采取一些如在栽植穴上压石、压塑料薄膜等措施，可提高柳树的固岸防护效果。 4.6 虽然B地的柳树护岸林在生长指标、防护效果等方面不如A地，但类似刘家峡水库涨落带滩地这样的地方仍应栽植柳树护岸林。以青刚柳为例，毕竟栽植比不栽植平均可以减少泥沙冲蚀量27.73。参考文献1 王占礼，黄新会，张振国，等。黄土裸坡降雨产流过程试验研究J，水土保持通报，2004，25（4）：142 于慎言等，甘肃省志、林业志M，兰州：甘肃人民出版社，1999。3 张玉珍、周茂荣,刘家峡库区县水土保持生态环境建设对策J,中国水土保持,2002，22（1）7779。 4 谢影、张金池，黄河、长江流域水土流失现状森林植被保护对策J，南京林业大学学报，2002，26（6）：8892。5 吴秉礼，森林资源价值核算指标体系M，兰州：兰州大学出版社，2004。6 郭群，涂忠虞，潘明健等，滩地柳树无性系人工林密度试验研究J，江苏林业科技，1996，23（1）：14。7 戴方喜，许文年，刘德富等，对构建三峡库区涨落带梯度生态修复模式的思考J，中国水土保持，2005（1），22248李菊英，柳树优良品系区域性试验J，甘肃林业科技，2000，（1）：814.9贾乃光，数理统计M，北京：中国林业出版社，1999。10张金池等，苏北主要造林树种根系研究J，南京林业大学学报，1992，(l)：1619。11张金池等，苏北海堤林带树木根系固土功能研究J，水土保持学报，1994，8（2）：4247。12张金池、胡海波，水土保持及防护林学M，北京：中国林业出版社，1996。13张金池、胡海波，苏南山区不同土地利用方式对水土流失影响研究J，南京林业大学学报，1994，18（2）：2026。14叶青超.黄河流域地表物质迁移规律与地貌塑造研究M.北京：地质出版社，1992. 水库消涨带铺地植被护坡技术研究付奇峰中国水土保持、2006、第7期水库消涨带是指水库低水位与正常水位之间的岸带，具有以下特点：水淹旱晒交替，生境变化极端，一般植