0 引 言
三峡工程是当今世界上最大的水利枢纽工程，发电总装机容量22 500 MW，控制着流域面积约100万km
2、水域面积1 080 km
2、库容393亿m
3的三峡水库。2006年三峡大坝建成，2009年完成蓄水至正常水位175 m。三峡工程的周期性蓄水运行，在库区水位145~175 m之间形成了垂直高差30 m、长662 km、总面积349 km
2的水位消涨区域——三峡库区消落带
[1]。消落带作为衔接库岸和水体的过渡区域，其生态环境的健康状况直接影响库区水体的水质安全。
相对于其他国家的水库和湖泊的消落带，三峡库区消落带范围和面积更大，冬蓄夏落的反季节水位调度模式使其具有独特的湿地水生态特点。同时，由于三峡库区是长江经济带的重要区段，其消落带受到人类活动的强烈干扰，生态环境极其脆弱。因此，三峡库区消落带的生态环境成为国内外学者研究和关注的焦点。迄今为止，对三峡库区消落带的研究主要集中在：① 水文反季节改变条件下植被的适应、恢复及演替；② 消落带土壤污染物的迁移转化特征与机制；③ 消落带地质结构变化过程与劣化机制（
图1）。但目前水位消涨对消落带生态环境的动态作用过程仍不明晰。深入理解消落带生态环境对水位消涨动态变化的响应规律及机制，有助于准确掌握三峡库区水位调度对水质和生态环境的作用，进而有助于确定库区水环境保护的新策略。本文基于三峡库区消落带的植物多样性保护及植被恢复、污染物迁移转化行为、地质劣化机制进行文献综述。
1 三峡库区消落带植物多样性特征及植被恢复
三峡库区蓄水后，人工水位调度使库区水位由自然洪水控制的不规则水文向人工规则水文变化转变，使消落带由陆地生态系统转变为季节性湿地生态系统，从而导致了植被群落构成、植物多样性、生理生态适应性等多方面受到影响。
1） 植物多样性。水位消涨过程中的水文条件变化是影响消落带植物群落构成中物种多样性的主导因素
[2]。通常认为，水文条件对消落带物种组成和多样性变化具有促进和限制的双重影响，水文过程的强度、周期、频度和深度等因素的联合作用，决定着其对植物多样性的影响。一方面，水位变动引起的淹水持续时间、深度及频率等因素的变化，会对植被生长产生胁迫作用，降低植物的多样性
[3]；另一方面，水位变动引起的消落带土壤理化性质的变化也能间接促进植物的多样性，如淹水过程携带上游或库岸的营养物质，增加了土壤养分，从而促进消落带植被生长，提高消落带植物多样性。同时，淹水也增加了土壤含水率，减少了植物优势种的盖度，增加了其他物种的生长空间，从而改善了植物的多样性
[4]。在三峡库区消落带，与蓄水前相比，消落带植被组成正朝着物种丰富度降低的方向发展。蓄水后植物物种多样性显著降低，植被覆盖度随坡度的增加而降低，具体表现为：随着水位梯度的升高，物种丰富度、多样性、均匀度和优势度均表现出先增加后降低的趋势
[5]。水位消涨通过影响土壤理化性质、淹水时间和程度从而作用于消落带植物多样性。
2） 植被恢复。消落带作为各类污染物进入水库的最后一道屏障，具有截污、过滤、控制侵蚀和稳定植被等功能
[6]，保护着生物多样性和稳定水陆两大生态系统，在水土流失和面源污染控制方面具有重要地位。水库消落带的成陆期与库区光热水资源集中期一致，为植被的恢复重建、消落带固土和面源消减提供了环境基础。目前，消落带的植被构建研究主要集中在：① 适宜植物的筛选及培植，具有耐淹、耐贫瘠、固土和减污截污（N、P及重金属）能力的植物是消落带植被的首选，例如狗牙根、桑树、香根草和中华蚊母等；② 物种搭配，采用乔、灌、草相结合的复合种植方法，将植物多层配置在香溪河消落带，建成立体的生态屏障；③ 工程植被构建，包括生态袋、防浪消能高渗透性生态混凝土构件、植被混凝土、自锁定消浪植生型生态护坡和串珠式消落带柔性护坡等构建方式。在三峡库区消落带和丹江口水库消落区，利用适生植被结合河岸加固基建工程，已经在库岸固土抗浪蚀、水土保持、水体净化和面源控制方面取了一定的成果。
2 三峡库区消落带污染物迁移转化特征及机制
消落带作为衔接库岸和水体的过渡区域，既是环境中污染物的“汇”，也是“源”
[1]。在水位消涨的作用下，消落带水文条件发生改变，使得消落带土壤污染物的“汇”/“源”关系发生改变，影响污染物在水-土界面的稳定、溶出及迁移行为，可对库区水质安全产生重要影响。
1） 重金属污染。土壤重金属是三峡库区消落带典型的污染物之一，其中重金属元素 Zn、Cu、Pb、Cr、Hg、As、Cd中除Cr外均已超过三峡库区背景值
[7]。目前，针对三峡库区消落带重金属的研究主要集中在重金属的时空分布及污染生态风险评价。在三峡库区长江干流和主要典型支流（香溪河、澎溪河、梅溪河和神农溪等），消落带重金属含量变化表现出一致的趋势：消落带土壤重金属总量显著高于消落带上缘土壤重金属总量，且呈不断升高的趋势
[7]。消落带的低海拔区域（145~155 m）土壤重金属总量显著地高于高海拔区域（165~175 m）土壤重金属总量，可交换态重金属含量也表现出同样的趋势
[8]。在香溪河库湾，消落带上层土壤（0~20 cm）重金属（Cd、Pb、Cr 和 Cu）含量显著低于下层土壤（20~40 cm）重金属含量，且呈向下层土壤富集的趋势
[8]，说明反季节水文节律产生的地球化学和生物过程作用对消落带重金属的富集及空间分布产生了显著影响。蓄水后，消落带土壤重金属Cd和Pb大部分以可交换态的形式存在，具有较高的生物有效性，使消落带重金属Cd具有向水体释放的潜在风险
[9]。三峡库区Cu、Pb和Cd的含量高于长江流域沉积物重金属背景值，在干流和支流都表现为较高的生态风险等级
[7]，尤其是 Cd，从蓄水前的“无风险”等级快速上升为“强或极强风险”等级。
2） 多环芳烃污染。多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是三峡库区消落带重要的典型有机污染物。受库区船舶航运以及库岸生物质燃料不完全燃烧排放的影响，库区消落带土壤存在不同程度PAHs污染
[10]。三峡库区消落带土壤PAHs单体以4、5环PAHs单体为主，主要来自化石燃料和生物质的不完全燃烧。库岸环境中的PAHs输入是消落带土壤PAHs的重要来源。在水位消涨作用下，消落带土壤PAHs总量表现出累积增加的趋势，高环（4~6环）PAHs增加的比例最为显著。消落带海拔145~175 m内，PAHs总量呈现两端高中间低的分布规律，高海拔消落带（165~175 m）土壤PAHs累积是因为库岸污染源输入，低海拔消落带（145~155 m）土壤PAHs累积是因为泥沙携带后的沉积效应
[11]。水位消涨作用下消落带土壤PAHs的分布差异取决于土壤理化性质及微生物环境的改变：① PAHs为疏水性有机污染物，易吸附于土壤颗粒表面，水位消涨过程土壤团聚体失稳，并向消落带低海拔沉积；② 土壤颗粒的有机质浓度决定土壤颗粒与PAHs结合能力大小；③ PAHs是含碳丰富有机物，水位消涨过程中的微生物作用对其分布具有重要作用，消落带各海拔土壤因为淹没落干时间不同及有机质的浓度和组成的差异，使得土壤微生物组成和结构也都不同。因此，水位消涨引起的土壤理化性质特别是土壤团聚体结构和有机质的组成和浓度，以及土壤微生物特征的变化是导致消落带土壤PAHs分布差异的主要原因。
3） 氮磷污染。受库区农业面源污染随径流输入的影响，氮、磷成为消落带土壤主要的营养元素，且易因淹水而释放，成为水体氮、磷的主要来源，严重时可能造成水体富营养化，影响库区水质安全。消落带土壤氮以铵态氮、硝态氮、氨基糖态氮和有机氮等形态赋存，在硝化和反硝化作用下，土壤氮的形态相互之间发生转化。水位消涨过程中，消落带土壤中氮素的迁移方式包括：氮素的损失（氨的挥发、淋洗和反硝化）、有机氮的矿化以及无机氮的生物固定等。水位消涨淹水过程中，土壤溶解氧、光照、温度和pH等发生显著变化，通过影响好氧微生物的活动、土壤质地和土壤有机质的结合来改变氮素的矿化等
[12]。水位消涨通过改变土壤的氧化还原潜能，介导土壤氮转化过程。淹水条件下，硝化作用被抑制，反硝化作用增强。此外，消落带土壤氮素的生物固定途径受水位消涨过程中植被群落结构变化的影响，土壤氮素赋存形态和氮素总量均会发生改变。磷素是诱发水体富营养化的主要限制因子，其在土壤中以有机磷和无机磷赋存，相对于氮素其形态相对稳定。三峡库区消落带经历反复的淹水-落干循环，消落带土壤磷迁移转化过程加快，促进了消落带土壤活性磷的生成和中等活性磷的释放和积累
[13]，可能加剧支流库湾水体富营养化。干湿交替对消落带土壤生物可利用形态磷的影响机制包括：① 土壤水分环境的变化直接影响活性磷的附着状态；② 土壤氧化还原条件和pH的变化使得铁铝氧化物与磷酸盐的结合方式发生转变，磷酸盐被释放或重新结合；③ 植物和微生物生长死亡过程使得土壤有机质迅速积累和消耗，淹水落干的时间差异导致有机磷梯级分布。
3 三峡库区消落带地质结构变化过程与机制
三峡库区蓄水以来，岸坡变形及稳定问题一直是国内外研究者关注的焦点。水位周期性波动作用下，消落带是地表水和地下水极为活跃的区域，水-岩相互作用加剧了消落带岩体的损伤劣化进程，促使岸坡局部失稳。消落带逐渐成为三峡库区库岸稳定性的主要承载单元
[14，15]。现场调查和资料分析表明，周期性水位消涨过程中，三峡库区岩质岸坡中的碳酸盐岩和碎屑岩地层的消落带岩体均存在明显的损伤劣化现象
[15]。损伤劣化的分布区域、发育特征与地层岩性、坡体结构等密切相关。
1） 碳酸盐岩类消落带。碳酸盐岩类消落带岩体在水位消涨作用下的损伤劣化主要表现为溶蚀（潜蚀）、裂纹显化扩展、侵蚀等，主要涉及水-岩化学和物理作用
[16]。水库蓄水运行后，化学溶蚀作用加剧了原来岩溶地貌的形成过程，改变了原来地下水的运移路径，抬高了地下水位线，水平岩溶与垂向岩溶界限发生改变，交替浸泡过程更加剧了化学和物理作用的叠代过程
[17]；物理劣化作用主要与机械侵蚀作用相关，表现为对岩石冲刷破碎作用和对充填物的冲刷侵蚀作用，其中对灰岩裂隙中充填粉质黏土的冲刷侵蚀作用可以造成岩体中声波速度衰减10%~30%，失去黏土充填裂隙的岩体更容易发生化学溶蚀和冲刷破碎作用，加剧了岩体的整个劣化过程
[18]。水-岩化学和物理作用造成岩体结构类型发生根本性转变，由原来的层状裂隙岩体逐渐转变为层状碎裂型岩体，甚至转变为层状松动岩体，造成大量危石的出现，以及危岩体和崩塌地质灾害的加剧
[19]。
2） 碎屑岩类消落带。碎屑岩类在水位消涨作用下的损伤劣化主要表现为松动（剥落）、冲蚀、块裂崩解、软硬互层相间侵蚀
[20]。对碎屑岩来说，化学溶蚀作用明显减弱，水-岩物理作用是造成消落带岩体性能劣化的主要原因
[21]，主要表现为泥岩的吸水膨胀、软化、流变和崩解作用，特别是在流变作用过程中，泥岩层的厚度发生变化，局部加厚，引起局部减薄，上覆砂岩层随之发生破裂，造成岩体结构类型发生根本性改变
[22]，由层状岩体逐渐转变为层状碎裂岩体，局部甚至形成散体。消落带泥岩层逐渐转变为具有土体结构特征的粉质黏土或碎石土，形成局部地质灾害的聚集
[23]。
库岸消落带岩土体在水位消涨作用下的损伤劣化是不可逆的过程，也是逐渐由表及里的过程。消落带岩土体的损伤劣化不仅会导致该区域变形破坏，还可能会导致库岸边坡局部或者整体产生变形失稳破坏。岸坡消落带岩土体中的节理、裂隙、孔隙等缺陷是水-岩作用的集中区域，也是形成滑裂面（破坏面）的重要组成部分，如何控制消落带水-岩作用的劣化进程，控制消落带岩土体向碎裂、松动方向转变，是后续研究的重点。
4 展 望
三峡库区周期性水位调度，对库区消落带生态环境状况产生了显著影响。研究消落带生态环境变化对保障库区及下游长江水质安全有着重要意义。在未来探究三峡库区消落带生态环境问题时，可以从以下几个方面进行深入研究：
1） 消落带生态环境问题研究的新方法、新技术。现阶段关于消落带生态环境问题的研究主要利用常规野外静态监测手段，通过分析污染物浓度变化反映消落带环境问题的发展变化。受限于淹水深度和淹水时间的限制，原位实时污染物动态变化的监测很难实现，而这一过程是研究三峡库区消落带环境变化驱动机制的关键环节。所以，未来需要借助水下机器人、深水原位污染物传感器等先进的技术和方法，进行淹没状态消落带生态环境变化的研究。
2） 消落带新型污染物的生态环境影响研究。现阶段对三峡库区污染物的关注主要集中在营养元素氮磷、重金属、多环芳烃等传统污染物。但随着工业发展和城镇化进程的加快，消落带出现更多新型污染物，如库区蓄水在坝前聚集的固体漂浮物产生的微塑料、全氟有机化合物、溴化阻燃剂等，这些新型环境污染物已被证实对人体健康和生态环境具有重要的威胁。因此，其在消落带的生态环境效应也需要引起高度关注。
3） 消落带地质边坡的修复方法与技术研究。消落带地质劣化的机理已经从多个维度进行了深入的探究，探索出了系统的地质灾害预警机制。但是针对于长期处于淹水-落干波动环境下的消落带地质劣化的现实，如何修复消落带库岸边坡，减少地质灾害的发生仍然任重道远。
4） 消落带的综合利用途径。三峡库区水位消涨给消落带不可避免地带来一系列环境问题，同时也为消落带的利用提供了机遇。寻求一种消落带生态友好的综合利用途径，既充分利用消落带土地资源，又解决其面临的生态环境问题，实现经济效益和生态效益的统一是我们亟待解决的问题。
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