泥质海岸生物护坡植物群落演替过程研究

赵凌云;黄明勇;袁建军;张民胜

【摘 要】以天津淤泥海挡植物防护工程为例,对利用碱渣、海底淤泥等废弃物质作为种植基质,通过工程脱盐后种植耐盐和盐生植物,同时在高潮线以下低潮位浅滩种植互花米草群落,从而形成的泥质海岸特定功能的植物群落进行多年观测.发现互花米草促淤的过程是创造生境的过程,其群落的演替过程也是造陆过程,演替方向是向退潮方向逆行演替,3年淤积厚度达30cm,出现次生裸地,次年盐生植物迁入其间,形成盐地碱蓬、碱蓬、中亚滨藜、獐毛、芦苇、白刺、狐米草等盐生植物群落带.随着地势继续抬升,超高潮带(包括海挡下部高程2.8～5.5m的坡面)的地下水位和土壤盐分的下降,种植耐盐性强、护坡固土能力强的灌木柽柳,构成迎风潮坡面护堤海挡植物,使其向潮间带重盐碱地演替或向坡顶轻盐碱堤上扩展,形成茂密的灌木林防护带.当海挡上部土壤含盐量下降至0.6%以下,种植毡毛棒、沙枣、臭椿、刺槐、柽柳、紫穗槐等多种耐盐乔、灌木植物,从而形成多层多种的海防林演替顶极乔木群落.

【期刊名称】《天津农业科学》 【年(卷),期】2008(014)003 【总页数】5页(P56-60)

【关键词】海挡;滩涂;互花米草;生态演替;碱渣;淤泥 【作 者】赵凌云;黄明勇;袁建军;张民胜

【作者单位】天津科技大学海洋科学与工程学院,天津,300457;天津市盐碱地生态绿化工程中心,天津,300457;天津市盐碱地生态绿化工程中心,天津,300457;天津科

技大学海洋科学与工程学院,天津,300457;天津市盐碱地生态绿化工程中心,天津,300457 【正文语种】中 文 【中图分类】Q948.15

为了加固海挡，增强海挡对潮水的袭击能力，达到减灾防灾，堤防潮汐、风浪、风暴潮袭击的目的，我们对利用植物护堤、防潮、保滩的海挡工程的工程设计、植物筛选、配置方法、生态效果等进行了系统研究[1-3]。作者在前期研究基础上对泥质海岸生物护坡植物群落演替过程进行了描述，为泥质海岸地区进行生物护坡、植物引种以及探索海陆间植物演替动态规律，建立可持续发展的绿色海挡提供依据。 天津开发区海挡位于天津市东部，渤海湾西海岸，天津经济技术开发区东侧，属新港到北塘段海挡的一部分，直接与塘沽区、开发区、保税区、滨海新区相关联（图1）。本区地处北纬38°33′～40°14′，东经116°42′～118°03′。属于粉沙淤泥质海岸。海拔标高约2m，地势低平。气候属暖温带大陆性季风气候，年平均气温11.7℃，年降水量588.2 mm，年蒸发量1 742.6mm。受季风影响，海陆风特征明显，风向多东南风。年平均风速4.2m/s，极大风速为48.7 m/s，形成强破坏性天气[4]，海域潮汐为不规则半日潮，每昼夜涨落潮各两次，历年月最高潮位多出现在8月份，平均值为2.92 m；最低潮位多出现在4月份，年均值为1.75m。渤海湾海浪90%以上属于风浪型，涌浪类型出现机会约为1%，且常与风浪混合出现，大浪通常为偏东北方向，但出现次数较少。沿岸多年平均波高为0.4～0.6m，最大波高3.1m。一般年份11月下旬至12月初开始结冰，3月初海冰消失，冰期90～110 d。

海挡海岸为冲刷型，冲刷带直抵海挡，滩涂高程2.0 m（大沽标高），滩面宽度3～4 km，坡降为1.13‰～1.41‰。涨潮时，整个滩涂被海水淹没，退潮时泥滩

裸露，上覆粥状淤泥，深度20～40 cm。春秋季节滩面有冲刷淘蚀现象。海水矿化度月平均值为21.0～37.7 g/L，受海潮影响，海岸线内侧土壤为滨海盐土，含盐量一般为2%～3%，最高可达5%～6%以上。盐分组成以氯化物为主。地下水埋深约1.0m，矿化度25～30 g/L。海岸线周边分布着众多的盐池和海水养殖场。滩涂闲置土地多为裸地，无植被覆盖，仅有盐地碱蓬（Suaeda salsa）、滨藜（Atriplex centralasiatica）、白刺（Nitraria sibirica）、地肤（Kochia scoparia）等盐生植物零星分布。

20世纪60年代以来，仲崇信教授先后从欧美各国采集、引进4种米草，即大米草（Spartina anglica）、互花米草（Spartina alterniflora）、狐米草（Spartina patens）和大绳草(Spartinacynosuroides）。据不完全统计，目前互花米草面积已发展至5× 104hm2以上，展示出它们在绿化海涂、保滩护堤、促淤造陆、发展经济等诸方面强大的生命力[6]。经过40年的栽培、观察、实验研究，已证明大米草和互花米草在保护我国海岸带生态环境中具有多方面的积极作用。然而互花米草却被定罪为“生物入侵种”、“食人草”等[7]，废草兴虾、“变废为宝”浪潮风行一时，米草遭到破坏。下面就互花米草在海挡生态演替系列中的先锋群落作用及演替过程做详细描述，以证明互花米草的造陆、脱盐功能及在营造海防林中的作用。

天津海岸带盐生植被属于隐域植被，无地带性演替规律，一般的生态演替规律指的是天然植物群落的原生演替。互花米草属人工群落，单优势种，又是外来种，孤立成片分布，与其他植物群落或植物种群无关联。经多年观测[8,9]，发现互花米草促淤的过程是创造生境的过程，强大的促淤能力使滩面抬高，陆地显露，潮水受阻，随之土壤理化性质发生改变，土壤含盐量下降，土壤失水从而呈现一片光滩裸地。一般植物演替过程是从水生到中生的顺行演替过程。互花米草生长在海水边，涨潮时，潮水仅能淹没其茎秆下部，每天浸泡7～8 h，可称之为阳生湿生植物。由于

强大的促淤造陆作用，3年滩面增高30 cm，使高潮线明显后退约10 m，互花米草群落也随之后退，向海外方向逆潮流演替发展。因此，互花米草群落的繁殖演替方向不可能“登陆”，其生境条件仅限于高程2.8～3.2 m（大沽标高），坡比1∶50的范围内。

互花米草群落演替的下一阶段，应在低、中潮带发生，淤积的土壤是潮汐带来的淤泥，土壤已基本脱水。土壤结构和肥力尚未破坏，含盐量约3%左右，理化性质与滨海盐土相同。因此，积淤创造了新的生境，而首先进入新生境的是藜科（Chenopodiaceae）植物，其中盐地碱蓬（Suaeda salsa）为优势种，属顺向演替的先锋植物，群落的发育形成肉质、多浆液、地毯状紫红色草甸植被。群落的发展随着地势的抬高，土壤盐分的下降，成分逐渐增加，芦苇、二色补血草、中亚滨藜、碱蓬等相继进入，成为盐生植物草甸。该群落上缘则可种植狐米草群落（因是人工培育种，未发现直接的演替关系）。

近高潮线一带，演替过程进入第三阶段，地势继续抬升，属高潮带范围，地下水位相对下降，土壤盐分下降约1.5%～2.0%，土壤趋于干旱，则出现禾草型杂草群落，常以虎尾草(Chloris virgata）、白茅(Imperata cylindrica）、獐毛、白刺、阿尔泰狗哇(Hetropappusaltaicus）等干性植物为主，并常见柽柳分散分布，构成各种盐生草地群落。

演替过程进入第四阶段，因地势继续升高，处于超高潮带，包括海挡下部高程2.8～5.5 m的坡面，属人造海挡建筑工程。土壤属碱渣、淤泥改良人工种植土，经天然淋溶，土壤脱盐为0.6%～1.0%。选择耐盐性强、护坡固土能力强的灌木柽柳，构成迎风潮坡面护堤海挡植物。柽柳的生态幅很宽，可向潮间带重盐碱地演替，也可向坡顶轻盐碱堤上扩展，形成茂密的灌木林防护带。

演替过程的第五阶段，是在海挡顶部两侧，高程5.5～7.5 m的范围内，土壤经天然淋洗或盲管排咸，盐分已下降到0.3%～0.6%。按常规植树方法，选用耐盐乔木，

如毡毛梣(白蜡)、沙枣、臭椿等，即可营造成海防林。林下配置白刺护坡地被层和紫穗槐、枸杞、柽柳，形成多层多种的海防林演替顶极乔木群落。按照原生演替规律，海挡植被演替系列中初期没有人工演替过程，因此不列入乔木海防林，但演替的变化过程总是趋于与自然环境相融合，终究到达演替顶极，出现稳定的海防林群落。

互花米草在自身淤积土上的演替是属于次生演替，是受外界因素的影响而发生的外因演替。因为种苗为人为引进，其生长发育过程的动态变化受土壤水分和土壤含盐量梯度变化的制约。上述互花米草演替过程正是受低潮带顺向至超高潮带的土壤水盐动态变化的影响而发生的，海水←→互花米草→淤积裸地→盐地碱蓬群落→杂草盐生植被＋狐米草群落→柽柳灌草丛→乔木海防林盐生植物的演替系列如图2。 观测资料表明：互花米草具有特殊的抗盐功能，能充分从海水盐土中吸取养料而不受盐害。另一方面，互花米草的繁殖能力异常强大，具有有性繁殖和无性繁殖的特性。据此，互花米草的生态效益表现为：互花米草在栽植的第3年，淤积土壤厚度达30 cm。可观测到潮间带滩面明显升高，高潮线退缩到10 m之外，土地露出水面，互花米草成陆现象十分明显，多种藜科植物如盐地碱蓬(Suaeda salsa）、碱蓬(Suaeda glauca）、地肤、滨藜、碱菀及獐毛等盐生植物随之进入裸地，发展形成盐生植物草甸植被。甚至狐米草也能在这片新出土的盐碱土上栽培形成群落。 互花米草固土促淤的机制与种群地上部分茎秆密度和根系的增长有关，茎秆密度越大、生长年龄越久，拦截泥沙能力越大；根系含量越多，土体的抗蚀性能越好，植物护坡固土效果越明显[4,10]。互花米草的缓流作用非常明显。潮水经过10m宽的互花米草群落带时，流速平均衰减率为55%，经过20 m宽群落带时流速衰减率为64%，这说明潮水流速衰减率随着互花米草群落带宽度增加而提高。 互花米草的消浪作用更明显，当潮位在3.5 m高程时，仅10 m宽的群落带波高衰减率就达48.5%。在群落带宽度为20 m时，波高衰减率可达66.7%，说明互

花米草减轻潮汐风浪袭击的作用很大，互花米草种植宽度大于50 m，消浪效果更佳。互花米草缓流消浪功能的大小与其生长密度密切相关。当第3年互花米草群落郁闭时，为消浪功能最大值，群落带宽度应在20 cm以上。观测证明：浪高和流速是影响风浪对海挡迎水坡作用的主要因素，减少和抑制波浪高度和潮汐流速是保滩护堤较好的方法。互花米草植株高大，茎秆粗壮，生长快，繁殖能力强，种群密度大，必然减缓波浪的高度和行进速度。密度越大，群落带越宽，其功能作用越显著（消浪、缓流测量数据与曹大正测量数据相一致[11]）。

盐生草甸植被在天津海岸带上分布广泛，属天然滨海潮间带典型的植被，群落在地势低平、土壤湿潮、含盐量在0.6%～3.0%的中、重盐碱土壤上均有分布。盐生草甸植被包含：（1）肉质多浆盐生植物，如盐地碱蓬、盐角草等藜科植物；（2）禾草型盐生植物，如大米草、獐毛等禾本科植物；（3）杂草类盐生植物，如二色补血草、碱菀等盐生植物[12]。 3.1 盐地碱蓬群落

属于盐生草甸植被类型的肉质多浆盐生植物。自然植被多为单优势种群群落，形成地毯状紫红色草皮。主要分布在潮上带近海滩地区，地势平坦，多有灰白色盐霜裸地斑块，土壤质地多为沙壤土，由于经常受到海潮浸渍，土壤湿度大，含盐量高达0.9%～3.0%。该群落以盐地碱蓬为优势种，是向滩涂延伸的先锋植物群落，多呈斑块状分布。其植株形态因环境条件不同而有差异，在水分充足，含盐量l.0%～1.5%的地段，其植株高达50 cm以上，分枝多，呈暗绿色；在土壤干燥，含盐量在1.5%以上的地段，植株矮小，一般高15～25 cm，且分枝较少，8月呈紫红色。常见的伴生植物有芦苇、獐毛、藜科植物和二色补血草等。

本群落大面积的分布在海挡下部潮上带附近，潮水不能淹没的地区，在海挡中部柽柳林下，或潮间带多水地段也有。群落环境的一般土壤含盐量高达3%左右，但随土壤含盐量和地下水埋深的变化而有很大差异（地下水埋深0.5～3 m），在盐分

含量较高的环境则常常形成盐地碱蓬单优势群落，盖度可达100%；在浅水滩涂和轻盐碱土环境中生长不良，群落盖度不足5%。群落结构简单，除优势种盐地碱蓬之外，群落中偶见芦苇、二色补血草等。群落外围，常见藜科植物，如中亚滨藜、地肤、碱蓬、猪毛菜、碱菀等。在高潮线退缩后裸露的潮间带上，盐地碱蓬群落成为演替的先锋植物群落。在互花米草群落带对潮汐泥沙的拦截作用下，盐生草甸群落土壤层逐渐抬高，逐渐脱离海水的浸泡，群落逐渐向陆地方向演替，参与围海造陆作用。 3.2 獐毛群落

獐毛（Aeluropus sinensis）是禾本科植物，属于禾草型盐生草甸植被。植株低矮，草皮状。根茎发达，地上匍匐茎无性繁殖力强，能够生长发育成均匀的草坪状植被。当海拔在1.91m的滨海低平地段，土壤质地以重壤土为主，含盐量在1.5%左右，在群落中獐毛长势强，高度达20～25 cm，叶层高度10～15 cm，多数茎直立或斜上升，密集铺地生长，匍匐茎向外扩展，覆盖率达100%，为群落的单优势种。群落中小环境的变化，如含盐量偏高，地表土壤湿度加大，群落中则出现盐地碱蓬、二色补血草（Limonium bicolor）、猪毛蒿（Artemisia scoparia）等伴生种。在抬高的小环境中，土壤偏干，则出现少量白茅、芦苇（耐盐、耐旱，植株矮小），群落总盖度平均为93%，獐毛种盖度60%，盐地碱蓬种盖度30%。当海拔高程2.2m左右时，土壤含盐量下降到1.0%以下，该獐毛群落中将出现伴生植物芦苇、盐地碱蓬等。但总盖度下降为90%左右，獐毛种盖度为70%、芦苇种盖度25%，其它伴生植物种占5%。叶层高度为獐毛19 cm，芦苇高37 cm。

随着植被的演替过程，种类不断丰富，群落盖度逐渐增加，大部分地区土壤最终含盐量下降到0.5%～1%左右。主要的植物种类是碱蓬、獐毛、柽柳、芦苇等植物，其演替过程是盐荒裸地—盐地碱蓬盐生草甸—獐毛盐生草甸—白茅草甸。以盐地碱蓬为先锋植物，定居于含盐量2%左右的生境中，当土壤含盐量下降到l%以下

时，通常多年生的禾本科植物獐毛便成为新的优势种；随着含盐量继续下降，另一种耐盐植物白茅（Imperata cylindrica var．major）将代替獐毛，标志着土壤含盐量己下降到1%以下，土壤干旱，达到垦殖标准。从獐毛的演替过程可见是向旱生方向演替的土壤脱盐过程。獐毛的根系细长，耐干旱，可深扎于深层土壤中，能固着坡面土壤，保持水土，避免径流冲刷。

从天津地被植物的地理分布来看，由滨海滩涂向西延伸，主要植被类型及特征植被是天然灌木植被和滨海盐生植被，其分布受生境影响明显。在地势低平、受海潮侵蚀的广大滩涂，土壤含盐量高，只有潮滩植物可以生存。出水成陆的部分主要分布着一年生碱蓬、藜科植物和多年生柽柳等盐生或耐盐植物。由于滩涂向内地推进，盐地碱蓬逐渐增多，在有柽柳种源的地方，逐渐发育成以柽柳为主的灌丛。随着地势的升高，当海拔在3m以上时，地表含盐量减少，形成有一定抗盐特征的一年生或多年生草甸植被。群落的生长发育和演替过程是土壤不断脱盐的过程。 3.3 白刺群落

白刺（Nitraria sibirica）为蒺藜科，白刺属匍匐灌木，茎多分枝。小枝灰白色。叶无柄，簇生。根粗状，分支斜生。枝条平卧或直立，短枝常成针状。叶片小，簇生，肉质状、全缘，无毛或被柔毛。花序生于枝顶，花小，黄白色，浆果状核果，含一个种子，果食用、入药，种仁榨油。花、果期6，7月，果实营养价值高。产于华东、华北、东北沿海及新疆、内蒙古、甘肃等地。生于海滨盐碱沙化土地或干旱沙荒地。在西部地区，常生长于荒漠区或盐化戈壁滩地，有改良盐碱土及固沙防风作用。

引种白刺护坡工程的设计思考是因为海挡迎风面土质疏松，常受海风吹袭，降水冲刷，土表径流，造成水土流失，甚致失去海挡防潮、防浪的作用，使每年不得不付出巨资维修加固。而筛选引种白刺是因为白刺不仅是一种盐生植物，具有很强的抗盐能力，而且极耐干旱，其根系粗壮庞大，根长是植物体地上部分的2～4倍，且

盘根错节，牢固地固着土粒，保护海挡免遭潮汐或风暴潮侵蚀。

白刺苗均采自盐碱干荒地野生苗或种子播种，植于海挡迎风坡面上，地势稍高的干旱海挡上部或顶部小路两侧，形成灌木廊道式或斑块状分布。经过3年的生长观测，白刺生长正常，枝叶茂盛，植冠浓密。经观测，尚未发现土壤流失、海挡受损的现象。

3.4 柽柳灌木林群落

柽柳灌木林群落由人工配置呈带状分布，定位于海挡迎潮坡面，长约620 m，宽约20 m；堤坝下部与盐生草甸群落和狐米草群落比邻，上部与海防林带邻接。柽柳根系庞大，抗沙埋、风蚀，主、侧根发达，不定根萌生能力极强，常形成灌木丛状生长。枝叶茂密，仅3年生长即形成巨大的柽柳群落。群落高达3.0 m，抗风蚀、抗旱、抗寒、抗水湿、耐盐碱，在含盐量2.6%和3.0%的土壤中正常生长。 柽柳灌木群落的结构常构成茂密的单优势种群，但有的地段与狐米草相间配置，其目的是增加群落的覆盖率，减轻土壤冲刷，充分发挥生物的脱盐作用，提高土壤改良效率。在演替动态方面，柽柳群落已基本脱离潮间带潮湿盐碱土的影响而向台地、干荒地方向演替。

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