崇明島南岸不同植物配置模式護岸能力及優(yōu)化策略研究.pdf

1、海岸帶侵蝕是全球沿海城市普遍面臨的一大難題。為此,如何減少海岸侵蝕保護海岸帶一直是全球廣泛關注的熱點問題。
　　 崇明島南岸正是面臨同樣問題的地區(qū)之一。為減少海岸侵蝕保護海岸帶,早在上世紀50年代,縣水利局就利用灘涂濕地植物--蘆葦(Phragmitesaustralis),構建成了蘆葦群落護岸帶。在過去的幾十年中,蘆葦群落對崇明南岸岸灘的穩(wěn)定發(fā)揮了關鍵作用。然而,它正面臨著新的挑戰(zhàn)。近年南岸深水航道建設及青草沙水庫的建設勢必將

2、加劇對南岸岸灘的沖刷和侵蝕,使南岸坍勢更為嚴重。同時也將對原有蘆葦群落的護岸能力提出更高要求。為提升原有蘆葦群落的護岸能力,在2002和2006年,崇明縣水利局在考慮樹種耐濕性、耐鹽堿性等特性后,從針葉喬木與闊葉喬木,垂直根型與散生根型喬木中篩選出池杉(Taxodiumascendens)、垂柳(Salix babylonica)兩種喬木,在主要防護岸段沿240cm-370cm潮位線將其分別以2×2m種植密度增配于原有蘆葦群落中,分別構

3、建成池杉-蘆葦群落和垂柳-蘆葦群落。目前南岸植物護岸模式為蘆葦群落、4齡垂柳-蘆葦群落、8齡垂柳-蘆葦群落、4齡池杉-蘆葦群落和8齡池杉-蘆葦群落。對此,究竟哪種植物配置模式的護岸能力最佳一直是崇明南岸護岸林帶建設與管理中普遍關注的問題。
　　 要回答好這一關鍵問題,則主要取決于下述三個問題的回答:各季節(jié)各植物群落的護岸特點如何,及各植物群落護岸能力的季節(jié)變化規(guī)律如何?垂柳-蘆葦群落和池杉-蘆葦群落的護岸能力隨喬木樹齡的增加產(chǎn)生

4、怎樣的變化?研究區(qū)域岸灘侵蝕過程及侵蝕季節(jié)性變化規(guī)律如何?
　　 本研究利用阻力系數(shù)比、土壤水穩(wěn)性指數(shù)和根長密度三項指標對低潮位(240-270cm潮位線與侵蝕陡坎間岸灘)、中潮位(240-270cm與300-320cm潮位線問岸灘)、高潮位(300-320cm與350-370cm潮位線間岸灘),春季、夏季與秋冬季蘆葦群落、4齡垂柳群落、8齡垂柳群落、4齡池杉群落和8齡池杉群落的地上部分與地下部分護岸能力進行了分析,總結出了各潮

5、位不同植物群落護岸能力的季節(jié)變化規(guī)律,并結合研究區(qū)域岸灘侵蝕過程與侵蝕季節(jié)性變化規(guī)律,指出了崇明南岸護岸林帶建設與管理現(xiàn)存的主要問題,并提出了相應的優(yōu)化建議,期望能為未來南岸護岸林帶的建設與管理提供科學依據(jù)。主要研究結果與結論如下:
　　 1)蘆葦群落在各潮位各季節(jié)對水流的阻力作用最大,在春夏兩季對中、高潮位岸灘表土層的保護能力最強從植物地上部分的阻力系數(shù)比分析,在春季、夏季、秋冬季,蘆葦群落的阻力系數(shù)比均高于四種喬草群落,表明

6、蘆葦群落對水流的阻力作用最大,這與蘆葦群落內(nèi)蘆葦密度最大有關。從土壤水穩(wěn)性指數(shù)分析,在春夏兩季的中、高潮位,0-20cm表土層中,蘆葦群落的土壤水穩(wěn)性指數(shù)和根長密度均顯著性的高于喬草群落(P<0.05)。如與蘆葦群落土壤水穩(wěn)性指數(shù)相比,在春季中潮位4齡垂柳群落、8齡垂柳群落、4齡池杉群落、8齡池杉群落分別減少了13.2％(P<0.05)、42.8％(P<0.05)、16.2％(P<0.05)、11.7％(P<0.05),高潮位它們分別小

7、13.7％(P<0.05)、42.3％(P<0.05)、11.1％(P<0.05)、10.0％(P<0.05)；夏季中潮位它們也分別減少了29.1％(P<0.05)、40.4％(P<0.05)、31.0％(P<0.05)、21.6％(P<0.05),高潮位分別低了8.2％(P<0.05)、47.9％(P<0.05)、21.5％(P<0.05)、12.0％(P<0.05)。土壤水穩(wěn)性指數(shù)(y)主要受根長密度(x)的影響,二者的關系可用指數(shù)

8、函數(shù)Y=aeb/x表示。
　　 2)4齡垂柳群落在各潮位各季節(jié)對岸灘20-50cm土層的保護能力最強；8齡池杉群落在低潮位各季節(jié)及中、高潮位秋冬季對岸灘灘面的保護能力最強從阻力系數(shù)比分析,所有喬草群落的阻力系數(shù)比均低于蘆葦群落,這與喬草群落中蘆葦密度低于蘆葦群落內(nèi)蘆葦密度有關。從土壤水穩(wěn)性指數(shù)分析,在0-20cm表土層中,與其它四種群落相比,8齡池杉群落在低潮位各季節(jié)及中、高潮位秋冬季具有最大的土壤水穩(wěn)性指數(shù)和根長密度。如在秋冬

9、季,與8齡池杉群落相比,中潮位蘆葦群落、4齡垂柳群落、8齡垂柳群落和4齡池杉群落下的土壤水穩(wěn)性指數(shù)均分別少7.2％、6.6％、32.7％、2.8％；高潮位它們的土壤水穩(wěn)性指數(shù)則分別減少了19.6％、14.9％、42.9％(P<0.05)、21.8％。在20-50cm土層,在各潮位各季節(jié),五種植物群落中4齡垂柳群落的土壤水穩(wěn)性指數(shù)與根長密度最高。如在低潮位,4齡垂柳群落之后,春季的土壤水穩(wěn)性指數(shù)大小依次為8齡池杉群落、4齡池杉群落、蘆葦群

10、落、8齡垂柳群落,它們分別比4齡垂柳群落低34.5％(P<0.05)、39.8％(P<0.05)、46.5％(P<0.05)、51.8％(P<0.05)；夏季則分別是8齡池杉群落>4齡池杉群落>8齡垂柳群落>蘆葦群落,它們與4齡垂柳群落相比,分別降低了0.04％、19.6％(P<0.05)、37.4％(P<0.05)、44.9％(P<0.05);秋冬季則分別是8齡池杉群落>蘆葦群落>4齡池杉群落>8齡垂柳群落,與4齡垂柳群落相比,它們均

11、分別下降了10.1％、46.0％(P<0.05)、49.9％(P<0.05)和50.0％(P<0.05)。土壤水穩(wěn)性指數(shù)主要受根長密度影響,二者的關系為指數(shù)函數(shù)Y=aeb/x。
　　 3)各潮位各植物群落地上部分阻力系數(shù)比的季節(jié)變化規(guī)律是由春季向夏季和秋冬季增加,地下根系固岸能力的季節(jié)變化規(guī)律則是由春夏兩季向秋冬季減小各植物群落地上部分阻力系數(shù)比的變化規(guī)律均是春季低,夏季與秋冬季較高,由春季向夏季、秋冬季增加。阻力系數(shù)比的變化規(guī)

12、律與群落內(nèi)蘆葦密度緊密相關。春季正處于蘆葦萌芽期,及受上年冬末蘆葦收割的影響,因而此時蘆葦密度較低阻力系數(shù)比也低；夏季進入蘆葦旺盛生長期,群落內(nèi)蘆葦密度較高阻力系數(shù)比大；進入秋冬季雖然進入蘆葦開花期,但群落內(nèi)蘆葦密度依然較大阻力系數(shù)比也高。各植物群落內(nèi)表土層和深土層土壤水穩(wěn)性指數(shù)的季節(jié)變化規(guī)律,則正好與阻力系數(shù)比的變化相反,表現(xiàn)為秋冬季最低,春夏兩季高,由春夏兩季向秋冬季減小。這與群落根長密度的季節(jié)變化相關。春季是植物萌芽階段,夏季是植

13、物旺盛生長階段,這兩季地下根系生長的速度超過根系衰退的速度,所以春夏兩階段的根系量大,根長密度長,土壤水穩(wěn)性指數(shù)較高。秋冬季進入植物生長術期,根系生長速度比春夏逐漸放慢,所以根長密度小,土壤水穩(wěn)性指數(shù)也就低。
　　 4)4齡與8齡喬草群落相比,垂柳群落根系固岸能力隨垂柳樹齡增加而減小,池杉群落地下部分固岸能力隨池杉樹齡增加而增大研究區(qū)域岸灘侵蝕驅(qū)動力主要為潮流,侵蝕過程包括灘面侵蝕和侵蝕陡坎蝕退兩類,岸灘穩(wěn)定更為依靠地下根系作用

14、。4齡垂柳與8齡垂柳群落,各潮位各季節(jié)各土層,8齡垂柳群落的土壤水穩(wěn)性指數(shù)均顯著性低于4齡垂柳群落(P<0.05),表明垂柳群落的固岸能力并沒有隨垂柳樹齡的增大而增強,而是隨之減弱。其因為可能在于在2×2m的種植密度下,隨著樹齡增加,具有傘形樹冠的垂柳對其林內(nèi)的“遮光效應”也在不斷增加,下層光線的減弱影響了群落內(nèi)喜光植物蘆葦生長,造成8齡垂柳群落內(nèi)蘆葦密度極顯著的低于4齡垂柳群落(P<0.01),顯著的降低了群落的根長密度(P<0.05

15、),從而表現(xiàn)出8齡垂柳群落的土壤水穩(wěn)性指數(shù)與根長密度皆低于4齡垂柳群落。相反,對于4齡與8齡池杉群落,雖然也同為2×2m的種植密度,但8齡池杉群落的土壤水穩(wěn)性指數(shù)和根長密度在各潮位各季節(jié)各土層均高于4齡池杉群落,池杉群落的固岸能力隨池杉樹齡增加而增強。因為可能是池杉屬慢生樹種,樹冠為狹圓錐形,對林內(nèi)蘆葦?shù)恼诠庥绊懖蝗缈焐鷤阈螛涔诘拇沽?br>　　 5)崇明南岸護岸林帶建設與管理中存在:侵蝕陡坎區(qū)域缺乏有效防護、護岸植物群落結構配置不

16、合理、群落內(nèi)蘆葦?shù)厣喜糠侄臼崭罡叨冗^低等問題目前南岸侵蝕陡坎上仍多為蘆葦群落。依據(jù)前述研究結果,僅在中高潮位春夏兩季對表土層有較強護岸能力的蘆葦群落將很難滿足減緩或阻止陡坎后退的需要。因此對侵蝕關鍵區(qū)域--侵蝕陡坎缺乏有效防護是當前南岸護岸林帶建設與管理中存在的最大問題。
　　 6)根據(jù)研究區(qū)域岸灘的侵蝕過程,侵蝕季節(jié)性變化在“春夏儲秋冬輸”和“春夏輸秋冬儲”情景模式下,岸灘需采用不同植物配置方式研究區(qū)域岸灘侵蝕過程包括侵蝕陡

17、坎蝕退和灘面侵蝕兩種類型。本研究假定研究區(qū)域內(nèi)岸灘侵蝕季節(jié)變化規(guī)律存在“春夏儲秋冬輸”“春夏輸秋冬儲”兩種可能情景。
　　 以上需要增配灌木的植物配置模式,灌木可以考慮選擇耐水濕、耐蔭、淺根系的種類,如細葉水團花(Adina rubella)、赤楊(Alnus tinctoria)、花葉柳(Salixintegra cv.Hakuro Nishiki)、海濱木槿(Hibiscus hamabo)?？紤]到林帶未來整體的景觀效果,還