河流廊道河岸带景观生态研究.docx
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河流廊道河岸带景观生态研究
河流廊道河岸带景观生态研究
摘要:
近些年从水利工程和态学角度对其的研究比较多,景观和游憩角度的则相对比较少。
本文从景观生态的角度论述近几年河岸带的研究现状。
关键字:
河岸带、生态、景观、功能
河流廊道是指沿河流分布而不同于周围基质的植被带,它包括河道本身,以及河道两侧的河漫滩,堤坝和部分高低,宽度随河流大小而变化。
其中河岸带的组成、功能和动态则是河流廊道研究的主要内容。
由于自然和人为因素的影响,河岸带的问题已经日益严峻,然而河岸带研究在我国起步较晚,因此,今后应加强河岸带的管理和对退化河岸带生态系统的恢复与重建工作,使河岸带生态系统可持续地为人类提供丰富多样的生产、生活和观光旅游产品。
1.河岸带的定义
河岸带的定义最早为行政管理人员所用,泛指靠近河边几十米的区域;在学术界首次关于河岸带的定义是指陆地上同河水发生作用的植被区域。
之后,河岸带(Riparianzone)的定义被拓展为广义和狭义两种:
广义是指靠近河边植物群落,包括其组成、植物种类及土壤湿度等同高地植被明显不同的地带;狭义指河水—陆地交界处的两边,直至河水影响消失为止的地带。
2.河岸带植被的结构
植物群落的结构是指群落组成物种及其个体在空间上的配置状
况,在水平结构上表现为一定的分布格局,而垂直结构通常表现为垂直成层现象和层片结构。
河岸带具有四维结构特征,即纵向(上游~下
游)、横向(河床~泛滥平原)、垂直方向(河川径流~地下水)和时间变化(如河岸形态变化及河岸生物群落演潜)4个方向上的变化。
河岸带是水陆交错区,环境条件独特、生态过程复杂和植被梯度明显,并常常受各种干扰,边界不易确定。
河岸带的宽度以及河岸植被对河溪影响的强度,与河溪的大小和地貌有关。
河溪越小,河岸植被越少,小溪边岸植被仅宽1m~2m;中等大小的河溪具有明显的河岸植被,并随着河道的长期变迁和河水升降而进行各种演替;大型河流的河岸带有着多样化的植被,有明显的植被演替梯度,在某些情况下,河岸植被的宽度可达几十公里。
3河岸带的功能
河岸带具有重要的生态、社会、经济和旅游价值。
河岸带是陆地生态系统和水生生态系统的生态过渡区,具有明显的边缘效应和丰富的生物多样性,是地球上多样性最丰富、变化最快、最为复杂的陆地生境之一,具有一系列的环境、社会和经济功能。
3.1生态功能
3.1.1廊道功能
在河岸带众多的研究内容中,河岸带的廊道、缓冲带和植物护岸功能研究的较为多见。
河岸带的廊道功能主要包括:
(1)增加物种种类的多样性,即物种源和栖息地。
由于河岸带经常遭受洪水、泥石流、风蚀、病虫害、人类、动物等干扰,加之水分充沛,太阳能较高,微小地形复杂多样,河岸植被生态系统中蕴藏着丰富的动植物种。
许多研究表明,河岸带中动、植物种类数量较其他生态系统要高的多。
(2)相邻地区之间物质和能量的交换。
河溪生态系统的养分和能量河溪生态系统的养分和能量主要来源是河岸植被。
河岸植被及相邻森林每年都向河水中输入大量的枯枝、落叶、果实和溶解的养分等漂移有机物质,成为河溪中异养生物(如菌类、细菌等)食物和能量的主要来源,直接控制河溪生态系统的生产力。
(3)为陆地动植物提供栖息地及迁徙通道,为水生生物提供能量及食物,改善生存环境。
河岸带所形成的特定空间是众多植物和动物的栖息地,这些生物中还包括在缓冲带以外很难找到的一些物种。
缓冲带的不断延伸还可成为野生动植物各个群落之间的往来通道。
草木丛生的河岸带通过遮蔽、过滤和降低河水流速等作用来改善周边的水质条件,从而改善水生生物栖息地。
3.1.2护岸功能
河流两岸一定宽度的缓冲带,可以通过过滤、渗透、吸收、滞留、沉积等河岸带机械化学和生物功能效应使进入地表和地下水的径流污染物毒性减弱及污染程度降低。
(1)过滤径流,吸收养分,改善河流水质
缓冲带可以过滤和截留地表径流中的沉积物和动植物残骸等粗大有机物。
缓冲带能够同时截留分解地下水及地表水中的污染物质。
土壤的化学和生物作用,特别是依森林而构建的缓冲带,能够吸附截留大量的氮磷及其他污染物质并将其转化成低害或无害形态,担当转化器的角色。
当营养物质和过多的水分被植物根系吸收并存储时,此时的缓冲带的作用就相当于一个贮存池。
当然,那些来自农药化肥和畜禽粪便的氮磷等营养物质,如果超过植物能够吸收范围时会造成水体富营养化,从而带来严重的污染。
(2)调节河流流量,降低洪、旱灾害机率
缓冲带可以减小河岸一侧水流流速从而降低河水的侵蚀速度,增大水流入渗和补给地下水。
与没有植被缓冲带的河岸相比,具有缓冲带的河岸其地下水能够在一个较长的时间内以较缓慢的流速进入河流,保持河流流量的相对稳定。
因此缓冲带具有明显削减河流洪峰流量,稳定河流流量的作用。
(3)保护河岸,稳定河势
缓冲带植被有助于稳固河岸和减少侵蚀。
根系将堤坝土壤紧密结合起来,茎干通过自身对水浪、冰块和暴雨径流的抵制来保护河岸。
缓冲带同样可以通过吸收地表径流和降低流速来减少水流对河岸和河床的冲刷。
当植被覆盖被清除后,更多的地表径流迅速流入河道中,致使在暴雨或是融雪时水头增高。
强烈的水流可以冲刷河床并干
扰水生生物的生存和繁衍。
3.2社会功能
户外活动场所。
河岸带可提供多用途的娱乐场所和舒适的生活环境,提高临近土地利用价值。
草木丛生的河岸带的另一特殊功能,即在河岸、滨水地带构建出一片绿色的风景,与周围的景观结合形成一种舞台层次感,最大限度地发挥其景观效应。
同时它还可为人们提供徒步旅行或是野营等户外活动的场所,为人类提供亲水场所,充分满足人类与生俱来的亲水性。
3.3经济功能
河岸带同时还是重要的农、林、牧、渔业基地。
由于水分充足,地势平坦,处于水、陆交接处,河岸带往往是从事农、林、牧、渔的理想场所。
例如,在许多林区的河岸带常生长有高大。
而且,木质优良的树种(如云、冷杉、柏木等)是伐木部门求取木材优先考虑的区域。
在农、牧业地区,近河边处土壤肥沃,草质良好,便于灌溉和放牧,是景观中获取高经济效益的主要基地。
4.河岸带生态系统的影响因素
河岸带是一个复杂的生态系统,其生态状况受到很多因素的影响,如自然灾害、污染、建筑施工等。
这些因素可概括为自然因素和人为因素。
4.1自然因素
自然因素主要包括自然干扰、周围生态系统的生态退化以及外来物种的入侵。
①自然干扰火灾、洪涝灾害、地震、病虫害爆发等自然干扰可以引起河岸带生态系统功能的减弱甚至破坏。
②周围生态系统的退化河流生态系统的退化、湖泊生态系统的退化、土壤生态系统的退化、森林、草地生态系统的退化、湿地生态系统的退化等可直接导致河岸带生态系统的退化。
③外来物种入侵河岸带具有很强的生物多样样,生物物种极易入侵。
物种的迁移都会入侵河岸带生态系统,造成其食物链的变化和某些物种的减少。
4.2人为因素
①过度开发利用:
对陆地、水体生态系统的过度收获、过度捕鱼狩猎、放牧、矿物开采等可造成河岸带景观结构、结构稳定性、生物物种种群的变化,严重情况下还会造成生态系统失衡,功能的减弱甚至消失。
由于过度放牧或砍伐,造成植被破坏,植被的破坏导致水土流失,水土流失所产生的泥沙会影响到水体的物理性质(浊度、透明度以及水的动力学性质等),破坏水生生物群落的组成、结构和功能,导致水生态系统退化。
②物理重建:
为了达到某种目的来改变生态结构和功能,破坏了生态系统的完整性,严重威胁生态系统的存续,城市化、工业化、路基建设、农业开发及废物处理等造成河岸带面积的缩小,挖渠、开荒、筑堤造成河流水力条件的改变,引起河岸结构失稳,景观不协调。
③污染排放:
含有多种有毒污染物和过量养分的工业废水和生活污水任意排放,营养物径流、杀虫剂、除草剂径流造成的生物多样性减少,水质下降。
5.河岸带管理的研究
在实际生产中,河岸带管理常常被忽视.河岸带管理不能盲目进行,而应该遵循一定的原则.目前的研究,就河岸带管理提出了以下几方面的原则:
(a)保护河岸带生物物理特征,提高自然资源的利用价值;(b)保护地表和地下潜水的相互作用,维持河岸带生态系统的完整性;(c)允许河流横向迁移,保证河岸带生物生境的异质性;(d)充分利用自然的河床水流特性,以提高河岸带生物多样性和恢复力;(e)保护河岸带物种种源;(f)提供和扩大河岸带的娱乐旅游服务设施以方便居民和旅游者.这些原则是宏观性的,只能从概念上加以理解,可操作性不强,甚至某些原则根本就无法把握.
6.河岸带宽度确定的研究
目前对河岸带的宽度主要有两个观点:
一是认为河岸带的范围下至洪水到达的界线,上至河岸带植物林区的顶端。
二是认为河岸带的宽度应从河岸岸趾起算,到河岸顶部的一定距离的范围内。
由于影响河岸带宽度的因素很多,它主要取决于河流的类型、地质、土壤、水位以及相邻土地的使用情况等,不同的河道其宽度是不同的,小则几米,大到几百米,甚至几千米,所以不能用统一标准来衡量。
7.河岸带保护技术研究
以往,国内外河岸带保护技术多采用浆砌或干砌块石、现浇混凝土、预制混凝土块体等结构形式.虽然这些结构形式在保持岸坡的结构稳定性、防止水土流失以及防洪等方面起到了一定的作用,但是它们在不同程度上对景观、环境和生态均产生了不良的影响,造成水体与陆地环境恶化和生态破坏,甚至严重威胁着人们赖以生产、生活的生态环境.这一问题越来越受到人们的重视。
国内有不少人在此基础上开始研究生态型护岸技术,并取得了一定的成果.如:
胡海泓等人在广西漓江治理工程中提出了笼石挡墙、网笼垫块护坡、复合植被护坡等生态型护岸技术;在引滦入唐工程中,陈海波等人提出网格反滤生物组合护坡技术;另外,云南地理所周跃提出了/坡面生物工程0技术.这些不同的生态型护岸技术综合起来可以归纳为两种:
一种是单纯利用植物护岸,一种是植物护岸与工程措施相结合的护岸技术。
在国外,对环境、生态退化问题的认识较早,很早就开始研究传统护岸技术对环境与生态的影响,认为传统的混凝土护岸会引起生态与环境的退化.为了能有效地保护河道岸坡以及生态环境,提出了一些生态型护岸技术,如:
瑞士、德国等于20世纪80年代末就已提出了/自然型护岸0技术,日本在20世纪90年代初提出多自然型河道治理0技术,并且在生态型护坡结构方面做了实践.目前,在美国以及欧洲一些国家较为常用的技术是/土壤生物工程0(soil2bioengineering)护岸技术.该项技术是从最原始的柴木枝条防护措施发展而来的,经过多年的研究,现已形成一套完整的理论体系和施工方法,并得到了广泛应用.
不管是国内的植草护岸还是国外的土壤生物技术,这些技术仅仅是从引进植物物种的角度来保护岸坡的稳定的.具有一定的缺陷,主要包括:
(a)植物物种的选择和植被的生长发育均受到极大的时空变化限制;由于水流对岸坡坡脚的冲刷,易导致岸坡的崩塌,从而影响岸坡上植物的生长.
(b)植物种植方式、种植季节以及种植位置也有一定的限制.植物种植下限受到水位的限制,如果下限设置在水中太低时,一些植物不易成活.
(c)施工及维护保养要求较高.
可见,目前有关河岸带生态方面的研究主要集中在定性方面(这些定性的结论可操作性大多较差,很难将其应用到实际生产管理中),而定量方面的研究却很少,几乎没有,这就导致了河岸带生态系统的建设、保护和管理缺乏统一的衡量和评价标准,给生态河岸带的建设、保护和管理带来了一定的困难,从而造成目前河岸带生态系统的建设、保护与管理具有一定的片面性和盲目性.
8.河岸带研究发展趋势
目前,河岸带的相关研究主要是利用数理统计方法来分析问题的,但是从流域的角度来看,河岸带是一个大尺度的问题,使用普通的数据统计方法和手段,在效率、精确度、准确性等方面很难满足要求.所以河岸带生态系统的研究应该利用现代先进的数学、计算机技术,从系统的角度对其进行定量分析研究.
通常,生态河岸工程要考虑的因素很多,在纵向上,工程所涉及的范围都很广,要考虑工程尺度因素;在横向上,要考虑水面、水流条件以及陆上田地等因素;在垂向上,要考虑土质、地形以及地下水等因素;另外,还有水文、气象、地质等因素.对于这些众多因素,普通的人工方法是很难兼顾统筹考虑的,所以生态河岸带的研究应借助于现代计算机技术,以现代数学、生态学、水力学等学科理论为依据,利用GIS技术实现河道生态河岸带的统筹规划、优化设计、监控管理,并对其生态影响进行有效的评估.使河岸带生态系统能与周围环境相互协调、协同发展,保持岸坡生态系统的完整性、安全性、健康性、可续性和动态平衡,有效地保护河岸带的生态稳定与结构稳定.未来生态河岸带研究主要包括以下几方面的内容:
a.以生态学、景观学、水力学等为理论依据,研究生态河岸的概念和内涵.
b.利用生态学原理和数理统计方法,分析研究河岸带生态状况,重点研究河岸带的生物多样性及物种间的相互关系,优化物种数量.对植被而言,研究最优植被种植面积和植被布置形式.
c.利用现代数学方法,如模糊数学方法,分析研究影响河岸带生态安全、生态稳定、生态健康以及结构稳定的主要指标.分析研究河岸带生态综合评价数学模型,利用该评价模型对河岸带的生态状况进行综合评价,为河岸带生态系统的建设和管理提供可靠的理论依据和评价标准.
d.河岸带与水流相互作用的研究,分析河岸带对水流条件、水文状况、地形地貌等的影响以及水流对河岸带结构稳定与生态稳定的影响,为寻求防洪与生态保护间的平衡点提供理论依据.
e.作为地表水和地下水之间的媒介,分析研究河岸带在两者之间是如何发挥作用的.这为防止地下水受污染提供理论依据.
f.利用3S技术,将各种基础数据、数学模型、评价模型及相关计算方法均集成到GIS中,利用3S技术研究大尺度河岸生态系统的结构稳定与生态稳定状况.
9.结论
河岸带是既具有水域特性,又具有陆地特性的水陆交界区域.生态河岸带是在保证河岸结构稳定和满足行洪要求的基础上,与周围环境相互协调、协同发展,保证社会、经济可持续发展,维持生物动态平衡的开放性生态系统.未来生态河岸带的研究应从系统的角度,利用现代数学方法、计算机技术(如3S技术)进行定性定量分析,为河岸带的生态建设和保护提供合理有效的评价标准和理论依据,从而有利于维持河岸带物种多样性、减少工程建设对资源的剥夺、维护河岸带生态系统的动态平衡,提高河岸带生态系统的自我调节、自我修复能力、改善人类生活环境.
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