湘江流域植被变迁对沿江生态环境的影响

湘江,位于东经110°30′~114°00′,北纬24°31′~28°45′,长江七大支流之一,也是洞庭湖水系中流域面积最大的河流。它发源于广西临桂县的海洋山,流经广西的兴安、全州,在东安庙头进入湖南,经永州、祁阳、衡阳、衡山、株洲、湘潭、长沙、望城等城镇地域,至湘阴县濠河分东西两支,东支经湘阴县城,至芦林潭与西支汇合后注入南洞庭湖,西支经新泉寺、临资口与资江东支汇合后,下行至芦林潭与湘江东支相汇。从河源至濠河口干流全长856km,流域面积94660km2;在湖南境内长670km,流域面积85383km2,占流域总面积的89.2%。占湖南省国土总面积的40.3%。湘江支流众多,5km以上的大小支流有2157条,其中一级支流124条。流域面积2000km2的一级支流有11条。流域内人口占全省总人口的50%以上。在湖南省社会经济发展中起着举足轻重的作用。1历史时期湘江沿岸的植被自古以来,人类与河流就有着亲密关系。北魏郦道元《水经注》记载当时湘境(包括今广西兴安、全州部分地域在内)河流15条。清汪士铎依《水经注》,将15水制图6幅,是其《水经注图》中列名河流最多的图组。15水分别为:湘资沅澧涟漓溱匡深钟耒米漉浏买。其中,除“湘资沅澧”对应今湖湘四水外,“涟耒米漉浏买”均为今湘江支流,“钟”为今耒水支流,“漓溱匡深”则为今广西境内河流。湘江作为长株潭三座城市的水脉,是一条永久的生命之河和文化之河。历史时期,湘江流域由于人类定居较早,森林也最先被开发。到东汉末年以后,由于中原大乱,湖南人口锐减,人少地闲,天然次生林有所恢复与发展。从这一时期古籍对湘江流域的片断记述中,不难看出当时森林覆盖好,山青水秀的自然景观[1]。晋桓元《游南岳诗序》:“涉湘江千里,林阜相属,清川穷澄映之流,山径彻通,或垂柯跨谷,夹景交荫”。描述从长沙到衡山的湘江沿岸,均有森林覆盖,山青水秀的自然景观。晋代罗含《湘中记》记述当时的湘江“湘川清照五六丈,下见底石”。唐宋时代的湘江沿岸植被情况,多散见于诗文中。如宋之问的诗:(见于《全唐诗》卷五一)《自湘源至潭州衡山县》,“赤岸杂云霞,绿竹绿溪涧”,反映出由红色岩系组成的河流阶地与绿竹,泉流连绵不绝的自然景观。张九龄的诗:(见于《全唐诗》卷四八)《初入湘中有喜》,“征鞍穷郢路,归棹入湘流。两边枫作岸,数次桔为洲”,描述湘江两岸多阔叶林,江心洲上种桔也比较普遍。又诗《将至岳阳有怀赵二》,“湘岸多深林,青冥昼结阴”反映当时岳阳一带湘江沿岸古树参天蔽日的情况。又如:株洲,古时,当地多槠树,湘江过而多沙洲,故株洲又称槠洲。唐代诗人刘禹锡在诗中形容“沅江清悠悠”,并说“潇湘间无土山,无浊水。”(《刘禹锡集》卷二十九)可见当时的生态环境仍保持着较良好的状态。唐代以后,人口不断增加,农田大量开垦,并从平地发展到岗阜、山岳,“刀耕火种”随之发展,意味着栽培植物(包括农田和人工林)对天然林在更大范围内的更替。宋代张昊《云谷杂纪》卷四中说:“沅湘间多山,农家惟植粟,且多在岗阜,每欲播种时,则先砍林木,纵火焚之,俟其成灰,即播种于其间,如是则收必倍,所谓刀耕火种也”。在山地毁林开荒,极易引起水土流失。南宋范成大在《骖鸾录》中,叙述他从苏州赴桂林经湖南所看到的情况是“湘江岸小山坡陀”,“略无峰峦秀丽之意,但荒凉相瞩耳”。这种“小山坡陀”和“荒凉相瞩”的情形,正是当时流行的“刀耕火种”的生产方式的产物[2]。反映了山区垦殖状况。湘江、资江以西的湘西到广南西路,历来为人少地多的山丘地区,此时也有较大幅度的开垦。15世纪(明代中叶)以来,尤其到清代后期,随着人口的增加,由于开垦、樵采、战祸、开矿等原因,松杉多“近颇伤樵采或兵余剪伐殆尽”,原始森林被破坏,湘江的自然环境发生新的演化。植被的逆向演替趋势更加明显。18世纪以来,湘江下游地区人口的巨大压力使垦殖更甚,樵采更重,并最终使这里“合抱之木,百不存一,常美之山,多突而童”[4]。进入21世纪,据湖南省林业厅统计,湘江流域有林地面积394.29万hm2,森林覆盖率51.55%;水土流失面积18808km2,占全流域面积的22%,平均侵蚀模数为3365t/km2。由于流域易蚀母质发育的土壤比例大,加之人类活动频繁,经营粗放,林草植被破坏严重,特别是衡邵盆地大面积紫色页岩,荒山秃岭,植被稀疏,生态环境十分恶劣。据衡阳英南、衡南谭子山、衡东吴集等采集样地的统计,湘江沿岸红壤丘岗地的植被种类大致有:常绿阔叶林、针阔混交林、马尾松稀疏灌草丛(幼林马尾松林)、中生性或旱中生性草丛、半湿生性草丛、湿生性草丛、侵蚀面植被等等。丘岗地的常绿阔叶树种,多为次生幼林,为地带性植被常绿阔叶林群落类型的残迹之一。乔木层有香樟(Cinnamomumcamphora)、苦槠(Castanopsissclerophylla)、青冈(Cyclobalanopsisglauca)、木荷(Schimasuperbo)、石栎(Lithocarpusglabra)及枫香(Liquidambarformosana)等。丘岗地的针阔叶混交林,多为原有森林植被常绿阔叶林被砍伐后,经培育而成的次生林树种与马尾松混交而成。乔木层有马尾松(Pinusmassoniana)、木荷、香樟、苦槠及栎等,马尾松多为人工种植,为10年生左右的树木,居于乔木层的上层。灌木层植物因受到一定的樵采,高度在1~1.5m左右,其中不少乔木树种形成萌生灌丛状态。灌木层种类主要有映山红(Rhododendronsimsii)、赤楠(Syzygiumbuxifolium)、乌饭(Vacciniumbracteatum)、小叶乌饭(V.carlessi)、枫香、白檀(Smyplocospaniculata)、锐齿槲栎(QuercusalienaVar.acuteserrata)、槲树(Q.dendata)、木(Lorpetalumchi-nense)及黄瑞木(Adinandramillettii)等。马尾松为暖性针叶林树种,常与常绿阔叶树及少量落叶树构成中亚热带针阔叶混交林。在江边低丘分布有较多的马尾松稀疏灌草丛(或幼林马尾松林)按其自然群落结构及地理生态分布,划分为两类:(1)低丘岗地第四纪红色粘土红壤上分布的类型,为分布范围较大的暖性灌草丛,生长的主要是亚热带及热带旱中生禾草草类,如鸭嘴草(Ischaemumaristatum)、野古草(Arundinellahirta)、四脉金茅(Eulaliaquadrinervis)、白茅(Imperatacylindricavar.major)及假俭草(Eriochloaophi-uroides)等等种类占优势,散生少量乔、灌木植物,呈灌丛状,疏疏灌草丛或疏灌林受到明显的生境影响。这类植被是因为常绿阔叶林植被被砍伐后,导致水土流失,土壤日益贫瘠,生境趋于旱化所形成的次生类型。这类地块,如果停止人为破坏,便会出现正向演替,有恢复森林植被的可能;(2)紫红色砂岩发育的紫色粗骨土上分布的类型。草本植物有臭根子草(Bothriochloeintermedia)(此草为紫色土指示性植物)、白茅、假俭草、鸡眼草(Kummerowiastriata)等,小灌木有截叶铁扫帚(lespedezacuneate)。2植被变迁与自然灾害的关系植被变迁与自然灾害有着密切的关系,在原始植被保存完好的年代里,湘江沿岸到处呈现出山青水秀的景色,水土流失轻微,湘水含沙量较少。植被森林被破坏以后,涵养水源的功能降低,水土流失加剧,水旱灾害日见频繁[1]。同时水土流失也使泥沙淤积河道、水库,加重了洪涝灾害。据《湖南自然灾害年表》记载,从公元101年到1949年的1800多年间,湘江流域共发生水灾291次,平均约6年一次。其中,从乾隆元年(1736年)至1949年的213年中,水灾占总数的48%,平均不到1.5年一次。由此反映出湘江流域自然灾害逐渐增多的趋势。1998年山丘区因暴雨山洪诱发山体滑坡、泥石流或房屋倒塌等造成214人死亡,占因灾死亡人数的63%。1999年,山丘区因灾造成124人死亡,全部是山洪灾害造成。湘江流域水土流失的恶化,与流域生态系统的破坏密切相关。因为在正常条件下,植被如果不受到外力的破坏,一般多生长茂密,植被覆盖率可以很高,即使在50~60°以上的极陡坡地和抗冲刷能力很弱的土壤上,在暴雨时也很少形成强水土流失。一般坡耕地的水土流失模数相当于林地的10倍,相当于荒山和其他用地类型的3~6倍。植被覆盖率低,则迳流系数就大,水土流失就强。2.1植被变迁与水土保持唐代以前,由于森林覆盖好,湘江“水深见底”,“无土山、无浊水”。北魏郦道元《水经·湘水注》把湘水在今长沙、湘阴一段称为“潇湘”,并说“潇者,水清深也”。晋罗含《湘中记》记述流至今湘阴县附近,水“至清,虽深五、六丈,见底了然,石子如樗蒲矢,五色鲜明,白沙若霜雪,赤崖若朝霞”(《太平御览》卷六五引),唐李谅的《湘中行》称零陵等地“湘江永州路,水碧山兀,古木暗鱼潭,清可鉴毛发”,(《与地纪胜·荆湖南路·永州》引)。这种清澈见底的江水的存在,正是当时湘江流域植被覆盖率高、水土保持较好的见证。唐末五代到北宋,湖南各地不断开发,原始常绿阔叶林进一步被破坏,水土流失逐渐加重。南宋时,范成大所看到的“小山坡陀”和“荒凉相瞩”的情形,与李谅等所看到的情况已有很大变化。元末以后,天然次生林有新的发展,水土保持情况得到改善,湘水含沙量又显著减少。明代,北方人口大举南迁,丘陵山区开发力度逐渐加大,一些地方森林及土地资源渐显颓势。清初王船山《竹枝词》“洞庭湖北汉水横,青草湖南湘水清”。(道光《沅湘耆旧集》卷三四引)。从诗中反映出湖南植被覆盖较好,水色是清的。清乾隆以来,人口剧增,特别是玉米红薯等旱粮作物在湖南的推广,山林辟垦,水土流失逐渐严重。1834年魏源在考察湖北、湖南的水利以后,著有《湖广水利论》,记载道:“今则承平二百载,土满人满,虽蚕丛峻岭,老林邃谷,无土不垦,无门不辟,于是山无遗力。……则凡箐谷之中,浮沙壅泥,败叶陈根,历年壅积者,至是皆铲掘疏浮,随大雨倾泻而下”(《微古堂外集》卷六)。所写重点虽在汉江中上游,但也能反映出当时湘江的情况。2.2植被变迁对湘江水环境的影响湘江年平均流量为2131m3/s,年平均水位27.31m,年平均流速为0.45m/s,年平均含沙量为0.1~0.2kg·m-3;湘、资、沅、澧四水悬移质泥沙量(kg·m-3)排序是澧(0.416)沅(0.229)湘(0.129)资(0.127)。根据水利部长江水利委员会2002年长江泥沙公报的数据显示:湘江湘潭、资水桃江、沅江桃源、澧水石门四站多年实测水、沙量统计值见表1,迳流量与输沙量的历年变化见图1。从四水的来水量与多年平均比较明显偏多。其中沅江、资水、湘江来水量偏多31%~52%;但从统计4条支流把口站的年输沙量来看,除湘江湘潭站偏多12%之外,其余澧水石门站、沅江桃源站偏少50%以上。湘潭、桃江、桃源、石门4站水量总的变化趋势不明显,但湘潭、桃江、桃源3站20世纪90年代以来水量比20世纪80年代大。湘潭、石门两站沙量总的变化略有减少;桃江、桃源两站自上游先后于1962、1995年分别建成柘溪、五强溪水库后,沙量较建库前明显减小。资料表明,各站水量与沙量的年际变化基本保持一致,但沙量变幅大于水量变幅。湘潭、桃江、桃源、石门4站2002实测水沙特征值见表2,迳流量、输沙量与多年平均值及2001年值对比见图2~3。2002年湘潭、桃江、桃源、石门水文控制站年迳流量与多年平均值比较,各站偏大18%~52%;与上年度比较,各站偏大26%~91%。年输沙量与多年平均值比较,湘潭站偏大12%,其它各站偏小35%~78%;与上年度比较,各站均偏大47%以上。湘江湘潭站2002年逐月迳流量与输沙量的变化见图4,湘江湘潭、沅江桃源站迳流量年内分配不均,主要集中在5~8月;两站输沙量年内变化与迳流量变化相应,5~8月的输沙量分别占年输沙量的80%、96%。湘江含沙量20世纪的70年代与20世纪40年代相比,增长了43%,即增长5倍[3]