河岸植被缓冲带生态水文功能研究进展
饶良懿
1,2
,崔建国
1
(1.北京林业大学水土保持学院; 2.水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室:100083,北京)
摘要 河岸植被缓冲带是河岸生态系统的重要组成部分,对河岸生态系统的生态及水文过程具有重要的影响。世界上许多国家已将河岸植被缓冲带列为河岸生态系统管理的一个重要内容,并在一些国家被作为控制农业流域非点源污染的最佳管理措施。河岸植被缓冲带的生态水文功能体现在控制河岸侵蚀、截留地表径流泥沙和养分、保护河溪水质、调节水温、为水陆动植物提供生境、维护河溪生物多样性和生态系统完整性以及提高河岸景观质量等多个方面。本文综述河岸植被缓冲带生态水文功能方面的研究进展,总结了一些研究中提出的不同河岸植被缓冲带功能发挥所需要的宽度,同时指出由于河岸生态系统保护的目标,侧重的功能,研究区域土壤、地形、植被、排水特征等因素各异,河岸植被缓冲带生态水文功能发挥所要求的实际宽度也有所不同。关键词 河岸植被缓冲带;生态水文功能;研究进展
收稿日期:2007 06 28 修回日期:2008 04 26
项目名称:国家自然科学基金 长江三峡库区基于模型的坡面尺度森林植被空间优化配置研究 (30500389);国家十一五科技支撑计划课题 都市重要水源区水源涵养林构建技术试验示范 (2006BAD03A18 02)
第一作者简介:饶良懿(1976!),女,博士,副教授。主要研究方向:森林生态水文及水土保持。E mail:raoliangyi@https://www.doczj.com/doc/844856538.html,
Research advances on the eco hydrological functions of riparian bu ffer
Rao Liangyi 1,2,Cui Jianguo 1
(1.College of Soil and Water Cons ervati on,Beijing Forestry Universi ty;2.Key Lab.of
Soil &Water Conservation and Desertification Combating,M i nistry of Educati on:100083,Beijing,China)
Abstract As the key component of the riparian ecosyste m,the riparian buffer zone plays an important role in the ec ohyrological process,whic h has been taken a key measures in riparian ecosystem management by many countries,especially as the Best Management Practices(B MPs)in non point pollution control for a gricultural watershed in some developed countries.The ec o hyrological functions of riparian buffer zone focus on aspects such as bank erosion control,sediment and nutrients retention,water quality protection,water temperature regulation,wildlife habitat,strea m biodiversity and ecosystem integrity maintainence as well as the riparian landscape quality improvement.This paper revie ws the advances in the research on the ec o hyrological functions of riparian buffer zone,and summaries the width of riparian buffer for various ec ological functions requirement,which will be determined by many factors such as protection goals,soil,topography,vegetation and drainage of study site.
Key words riparian buffer;eco hydrological functions;researc h advances 河岸带属于水陆生态交错区,是水陆物种源(基因库)和野生动物的重要栖息地,是河溪中粗木质碎屑和养分能量的来源,它直接影响着河溪的微气候,更保护着河溪的水质,为人类的户外活动提供休闲场所,为农、林、牧、渔业的发展提供基地;河岸带也是养分管理、沉积物和水土流失控制及保护淡水资
源环境系统的重要组成部分,其功能的有效发挥与否关系到流域生态系统的健康,是维护陆地和水域生态系统稳定的重要屏障。河岸植被缓冲带作为河岸带的重要组成部分以及水陆间重要的生态交错带
(ecozone),对水陆生态系统间的物流、能流、信息流和生物流发挥着重要的廊道(corridor )、过滤器
2008年8月6(4):121 128中国水土保持科学
Science of Soil and Water Conservation Vol.6 No.4Aug.2008
(filter)和屏障(barrier)作用,具有重要的水文、生态、美学和社会经济功能。近年来,国外在河岸植被缓冲带结构与功能、规划设计、树种选择及其管理等方面开展了许多研究,如早在1991年,美国农业部林务局(USDA FS)就制定了 河岸植被缓冲带区划标准,而且各州也相继出台了相关的河岸植被缓冲带设计、管理的规定及标准,如他们制定的植被缓冲区净化水质的效应标准为:移除50%以上的氮和农药、60%的磷以及75%的泥沙。由于河岸植被缓冲带在控制农业非点源污染方面的有效作用,在美国被推荐为最佳管理措施(best manage ment practices),在欧洲也成为各国河岸生态系统及自然资源管理的一项重要措施;因此,河岸植被缓冲带对于保护河溪生物多样性和生态系统完整性、实现河岸带自身的各种功能具有十分重要的意义。目前,我国在河岸植被缓冲带生态水文功能、结构设计、规划管理方面的研究工作刚刚起步,笔者着重介绍近年来国外河岸植被缓冲带生态水文功能的研究现状,希望能为国内尽早开展相关研究和实践提供参考。
1 河岸植被缓冲带的概念
河岸植被缓冲带(riparian vegetation buffer, riparian buffer strips,conserva tion buffer strips,vegetative filter strips,riparian buffer,riparian zone,buffer strip, filter strip and vegetated filter strip)又称缓冲带、植被过滤带、河岸缓冲带、保护带等,术语众多,是欧美国家河岸带研究和管理中常用的一个概念,目前还没有统一的定义。一些学者认为,河岸植被缓冲带是指与河流、溪流或湿地相邻的植被带,有人则认为它系指河岸两边向岸坡爬升的由树木(乔木)及其他植被组成的,防止或转移由坡地地表径流、废水排放、地下径流和深层地下水流所带来的养分、沉积物、有机质、杀虫剂及其他污染物进入河溪系统的缓冲区域[1];美国农业部林务局[2]早在1991年制定的 河岸植被缓冲带区划标准中则认为,河岸缓冲带就是为河溪水质保护,防止农业污染而规划的河岸植被缓冲带系统及区内的管理规范,它普遍适用于与坡地农田、草地或牧场相邻的河溪、湖泊水塘、洪泛区、湿地、喀斯特落水洞和其他较少地下水排放区的河岸区域;还有一些人认为,河岸植被缓冲带是指建立在河湖、溪流和沟谷沿岸的各类植被带,包括林地、草地或其他土地利用类型,主要目的是保护水质清洁,拦截过滤可能进入河流和水库的泥沙、有机质、杀虫剂及其他有害物质,包括拦截污染物的过滤带、拦截农田污染物的岸边、田边缓冲带等;另有一些人认为,河岸植被缓冲带是指从水面的边缘处向外延伸一段指定的距离,利用永久性植被拦截污染物或有害物质的条带状、受保护的天然植被带。尽管对河岸植被缓冲带的定义不一,但都强调了河岸植被缓冲带在养分截留、污染物拦截、水质保护等方面的生态水文功能。
2 河岸植被缓冲带的组成
河岸植被缓冲带一般由水域区、河岸区和相邻土地区等3部分组成[3]。水域区一般由粗木质残体及水生植物构成,其功能主要在于控制水流和泥沙,营造不同的泥沙拦截池,截留养分及枯落物,为野生动植物提供栖息地等;河岸区组成包括根系、岸边草丛及河岸树木和灌丛的林冠和根茎等,主要功能在于减少河岸侵蚀、截留泥沙,提供遮荫调节河溪微气候及水温、影响河流的初级生产力,吸收排放污水中的养分,河岸植被枯落物及粗木质残体可为陆生无脊椎动物提供食物和养料来源,为野生动植物提供栖息地等;相邻土地区则包括林地及开阔植被地区,主要功能在于保护河岸和水生生态系统不受林业经营活动的干扰,截留地表径流中的养分和泥沙,为野生动植物提供栖息地等。
3 河岸植被缓冲带的生态水文功能
河岸植被缓冲带的生态水文功能体现在控制河岸侵蚀、截留地表径流泥沙和养分、保护河溪水质、调节河溪微气候及水温、维护河溪生物多样性和生态系统的完整性以及提高河岸景观的质量等几方面。
3 1 控制河岸侵蚀拦截泥沙
泥沙会对河溪水质及河流生物产生重要影响,如泥沙会阻塞和磨损鱼腮,使鱼卵和水生昆虫的幼虫窒息,导致鱼类改变它们的产卵和繁殖习性。泥沙的增多降低了水体的清洁度,也会对水体娱乐活动造成干扰。此外,侵蚀泥沙携带的其他一些物质,如动植物粪便、养分、农药、油化物、金属及其他化合物都会引发水质问题[4]。
研究表明,植被缓冲带能够有效移除地表径流中的泥沙[5]。美国海岸平原的河岸植被缓冲带,由一个与河溪相邻的10m宽林带(A区)、一个坡下部的人工管理的45~50m宽的松林带(B区)及与农田相临的8m宽的草地过滤带(C区)组成,在B区的松林内实行3种不同的管理方式(未受影响的成
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熟林、皆伐和择伐),J.M.Sheridan等人[6]经过4年的观察研究发现,3种不同管理方式都对水流和沉积物有很显著的减少作用,最主要的减少作用发生在草地过滤带C区,通过该区的径流减少量达到了56%~72%,从农田排放的水流中的沉积物聚集率在3种不同森林管理模式下均显著减少,平均有73%的沉积物被排除转移,其中63%的转移作用发生在草地过滤带C区;而在北卡罗莱那州,研究人员[7]估计,84%~90%的农田泥沙可被附近的落叶硬木林河岸植被带拦截,砂砾沉积在河岸植被带边缘,而黏粒则沉积在林中;在左治亚州的Little River 河沿岸,研究人员也发现,河岸森林在过去的100年里能积蓄351~531t/(hm2?a)泥沙[8]。
不仅河岸森林缓冲带能有效拦截泥沙,许多研究表明,草带在拦截泥沙方面也有同样的效果,如在美国弗吉尼亚州Blacksburg,9m宽的果园草地过滤带能移除地表径流中84%的泥沙及溶解质,而4 5 m宽的草地过滤带能将泥沙携带量减少70%[4];在马里兰州的海岸平原,4 5m宽的酥油草(Fescue)缓冲带能减少66%从农田流失的泥沙量[9];研究人员在北卡罗莱那州的Piedmont发现,草地过滤带和草地森林过滤带在移除泥沙能力方面同样有效,能减少60%~90%的泥沙量[10]。然而,草地过滤带对泥沙的截留能力会随着时间的推移而降低,这是因为当地面完全被水流淹没后,过多泥沙会使得草带的过滤功能下降,如在弗吉尼亚州的Tech开展的实验研究表明,草带刚开始能移除90%的泥沙,而经过6次实验后,截留泥沙率仅为5%[5]。
影响缓冲带拦截地表径流泥沙能力的因素很多,如泥沙大小及泥沙量、泥沙类型及缓冲带植被密度、地被物的现存量、土壤结构、亚表层排水模式以及暴雨的频率和冲击力等。研究认为,植被缓冲带在拦截沙砾等大颗粒物质方面效果最好,如亚利桑那州研究人员发现,3m宽的草带就能在非常短的距离内拦截沙砾,而移除细沙颗粒物的草带宽度需要达到15m[11],拦截黏粒颗粒物则需要达到90~120m。
3 2 保护河溪水质
河岸植被缓冲带通过过滤、调节由陆地生态系统输入河溪生态系统的各种有机物和无机物进而影响河溪中化学物质、营养元素的含量及时空分布规律。许多研究表明,河岸植被缓冲带能有效移除氮、磷、钙、钾、硫、镁等营养物质以及一些污染物[12]。由于氮和磷是水体富营养化的主要来源,因此,大多数研究都集中在缓冲带对氮和磷的移除功能上。3 2 1 缓冲带氮的去除功能 河岸森林能够有效移除农田地表径流中的氮含量。美国农业部研究人员20世纪80年代早期在左治亚州Tifton开展的研究认为,河岸落叶林缓冲带能减少68%的农田地表径流中氮的含量[12];在马里兰州Chesapeake Bay西海岸,科学家们发现,河岸缓冲带可移除89%的氮含量,尤其是在缓冲带18 6m处,截留的氮量最多[13];而在马里兰东海岸,科学家们发现,河岸缓冲带可移除农田地表径流中95%的氮[14];在弗吉尼亚州Richmond东北部的Nomini Creek流域的研究表明,河岸森林植被缓冲带可以减少农田地表径流中48%的硝化氮聚集物[15]。在其他地方也开展了类似的研究,如爱达荷州、威斯康辛、新西兰等,也都肯定了森林缓冲带在氮减少方面的作用,但不是所有的缓冲带区域对氮含量都有明显的减少作用,如在威斯康辛开展的研究表明,氮含量在河岸森林经常为洪水淹没的区域减少得最多,而在较为干旱的地方则依然维持较高的含量[16];研究人员在新英格兰也有类似的发现,当地下水位在土壤表层0 5m以下时,氮移除率要比干旱土壤高70%[17],他们也发现,在冬季河岸缓冲带仍维持较高的氮移除能力。弗吉尼亚州Richmond东北部的Nomini Creek流域的研究认为,地下水位高及土壤富含有机质的河岸植被带对氮的减少量最大,实验室研究表明,肥力土壤(含16%的有机质)的反硝化作用率要比仅含1 5%有机质的土壤高出10倍。
氮移除机制还包括植被、土壤微生物吸收等,植物根系、叶子及植物根茎能够吸收大量的氮,然而,当植物枯萎时,这些氮都返回土壤之中,如在马里兰的研究认为,落叶河岸森林植被可吸收31kg/(hm2?a)氮,但80%都返回到枯落物中[13];尽管如此,D. L.Correll[18]认为,植物吸收是河岸系统移除氮的一个非常重要的机制,因为植物尤其是树木能在植物组织中将氮转化成有机氮,然后沉积在地表矿化或是通过土壤微生物除氮。
草地过滤带也能减少氮的含量,如在北卡罗莱那州的Piedmont,研究人员发现,草地和草地 森林混合河岸植被缓冲带都能降低地表径流中50%的总氮含量[10];在弗吉尼亚州的Blacksburg进行的一项研究表明,9m宽的果园草地过滤带能够减少76%的总氮[4]。然而,英国研究人员认为,虽然草地和森林缓冲带都能有效移除氮,但森林缓冲带的效果更好[19]。他们发现临近种植谷物农地的白杨(Poplar)林缓冲带即使在休眠季节仍可以移除
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第4期饶良懿等:河岸植被缓冲带生态水文功能研究进展
100%的氮,而多年生黑麦草(Ryegrass)草带仅能移除84%的氮,研究认为,这是由于森林植被带存在大量碳的缘故。
3 2 2 缓冲带磷的去除功能 河岸区也是磷的重要聚集地,然而,缓冲带在移除磷的功能方面要比截留泥沙和去除氮的效果低[20]。例如,在北卡罗莱那州的研究认为,只有半数进入河岸森林的磷沉积在林中[21],R.Lowrance等[12]在左治亚州的研究也发现,仅有30%的磷被河岸硬木林去除;然而,在马里兰州研究人员发现,落叶硬木河岸缓冲植被带能够去除农田地表径流中80%的磷,但其中大部分是颗粒物磷,河岸缓冲带对溶解态的磷去除功效很低。
研究人员认为,河岸植被带移除磷的主要机制在于磷能够与泥沙一起沉积下来。除了颗粒物磷外,溶解态磷也有可能通过腐烂物质的吸收而从地表径流中被移除,尤其是在铝和铁含量较高的腐殖质土壤中[21]。一些研究则认为,土壤在吸收大量磷方面能力有限,在磷过量富集的地方,土壤在几年内会变得饱和而失去吸收能力[21 22],有机质含量较高的土壤对磷的吸收能力会降低,一些磷会被植物和土壤微生物所吸收,但像氮一样,大多数磷也最终会返回到土壤中。如研究人员在北卡罗莱那州东部的研究发现,进入洪泛区森林的磷仅有不到3%被吸收及转化成木材组织,而在马里兰州的研究则认为,落叶河岸林缓冲带能吸收9 9kg/(hm2?a)磷,但其中80%的磷返回到枯落物中[13]。
草地缓冲带在移除磷方面也具有一定的功效。在伊利诺伊州,研究人员比较了混交硬木林河岸缓冲带和草地过滤带减少农田地表径流中磷的能力,结果发现,尽管刚开始森林缓冲带能够去除更多的磷,但是在休眠期,森林缓冲带也会释放更多的磷,若按年单位计算,则草地缓冲带在磷聚集量方面要高于森林缓冲带;在北卡罗来那州海岸平原的研究表明,草地缓冲带能减少50%~70%磷的含量[10]; T.A.Dillaha等[5]也有相同的研究结论,认为9m宽的果园草地过滤带可移除地表径流中89%的磷,而4 5m宽的过滤带则可移除61%的磷,但同时他们也指出,草地过滤带只能暂时截留颗粒物磷,一旦发生暴雨,磷就会流失掉。
3 2 3 其他污染物的去除 河岸植被缓冲带也可有效去除其他污染物质,如病原体、农药、毒素、金属等,国外在这方面也开展了大量研究。
1)病原体(pathogens)。病原体包括水生细菌、病毒及原生动物等,它们都是许多疾病的来源。病原体会从不同的渠道进入河溪或湖泊,如未经处理的污水、暴雨径流、养殖场流出的污水等。科学家们在美国明尼苏达州一个养牛场开展了模拟降雨实验,用来评估不同类型植被减少地表径流中牲畜排泄物大肠杆菌含量及其他污染物的能力。研究发现,玉米(Corn)、燕麦(Oats)、苏丹草(Sudangrass)等过滤带能有效减少地表径流中70%的细菌,而35m 宽缓冲带能够减少径流中的大肠杆菌含量,从而达到娱乐活动的用水标准;其他研究人员的实验也证明,草带能够截留奶牛场污水中的细菌[23],他们认为,即使是0 6m宽的窄草带也能成功将排泄物中大肠杆菌含量减少83%,而2 1m宽的草带则可减少95%。
2)毒素(toxins)。毒素一旦进入水体,便会附着在泥沙中几十年,一些扰动泥沙的活动,如挖沙等会使泥沙中的毒素释放出来,对水体造成污染。毒素污染物会影响水生生物,降低它们对疾病的抵抗力,干扰繁殖等。毒素一旦通过水体媒介进入人体,则会对人的神经系统、免疫系统等造成影响。
3)农药(pesticides)。研究表明,草带可减少农田地表径流中的农药含量,如研究人员在左治亚州南部研究发现,草带能有效地减少86%~96%的农田地表径流中的除草剂氟乐灵[24]。大约有1/2的除草剂被植物或有机物体所吸收。雀麦草(Bromegrass)过滤带对阿特拉津等除草剂截留作用效果的研究表明,该类型草带只能移除10%~40%的除草剂[25],农药量减少大多发生在土壤表层5cm 处,这里有机质含量丰富,加速了农药的入渗及吸收率。
4)金属(metals)。金属会通过工矿业、城市排放的地表径流、交通等活动进入水体。研究人员[26]在弗吉尼亚州的研究发现,相当数量的铬、铜、镍、锌、镉、锡等金属元素富集在Chickahominy河沿岸的洪区平原内的泥沙中。对树木组织的分析表明,这些复合物都被树木所吸收。因此,泥沙沉积和河岸植被的吸收有助于减少水体中金属物质的含量。
3 3 调节河溪微气候及水温
河岸植被对河溪的微气候尤其是水温具有重要影响。河溪植被的存在,可以吸收白天太阳辐射的大部分光线或使其反射回大气层,同时可截留夜间流失的长波辐射,进而使得河溪水温、蒸发、大气温度及湿度等气象因子发生变化。研究表明,采伐沿岸森林会增加日最高温度和平均水温2~10 #[27 28]。在美国东部森林流域的实验研究认为,移
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除临近河溪的森林林冠会增加到达河溪表面的太阳辐射量,从而造成夏季河水水温增加1 1~6 1 #[29];而在西部森林流域,采伐沿河植被后,河溪水温增高更多[26];G.W.Brown等[27]20世纪70年代在美国俄勒冈州海岸地带的Alsea实验流域进行的研究则表明,不同森林砍伐方式会对河溪水温造成影响。该项研究选择了3个流域进行实验:在Deer Green流域(303 51hm2)进行择伐,森林择伐面积占流域面积的1/4,在溪流边缘留有15 24~30 48m 宽的植被缓冲带;在第2个流域Needle Branch(70 82 hm2)则进行完全的皆伐;第3个流域Flynn Green (202 34hm2)未采取任何措施,作为对照流域。结果表明:在Deer Green流域进行的森林择伐未对溪流水温造成影响,原因是溪流边缘的缓冲带发挥了作用,由于植被缓冲带的庇荫作用,使得溪流的水温未受到森林择伐的影响,而在皆伐的Needle Branc h流域,水温则发生了明显的变化,在流域植被残余物清除后的第1个夏季,溪流的月平均温度提高了7 78 #,同时,年最高温度提高了15 56#,其后,随着河岸植被的逐渐恢复,溪流的年最高温度和月平均最高温度都有所降低。
学者们研究认为,沿河设置植被缓冲带能够有效降低河溪水温。加拿大学者R.A.Curry等[30]也认为,秋季没有植被缓冲带时水温更高,但当缓冲带达到20m宽时,不能观测到采伐措施对水温的影响;加拿大Ne w Brunswick省的林业部门则要求在宽度>0 5m的所有连续河溪设置30m宽的缓冲带,以防止过多的太阳辐射造成水温升高[31]。
3 4 为水陆动植物提供良好的生境,维护河溪生物
多样性及河岸景观生态系统的完整性
河岸缓冲区可为水陆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。缓冲带植被的根系有助于稳固河岸和减少侵蚀,同时通过吸收地表径流和降低径流流速来减少水流对河岸和河床的冲刷,从而减少对水生生物生存和繁衍的干扰;缓冲带通过遮蔽、过滤和降低河水流速等作用改善河溪周边的水质条件,从而改善水生生物栖息地;遮蔽作用能够维持较低的水温,有利于鱼类和其他水生生物更好地生存;粗木质残体可以对河岸、河床的侵蚀起到很好的控制作用,特别是大型树木残体滞留在河道中,改变了河道梯度结构,增加了河流内部水流流态的复杂性,减缓了水流流速,从而减轻了冲刷侵蚀;植物的枯枝落叶及粗木质残体还能截留水流中的其他有机物质,为各种动物提供食物来源及重要的活动场所。河岸植被是景观中的重要廊道,是动植物沿河上下运动的通道,不仅如此,还是维护河岸景观完整性的重要组成部分,在很大程度上对河岸景观的其他斑块、基质都起着重要的连接作用。
3 5 提高河岸景观质量,为人类提供理想的户外休
闲活动场所
河岸植被的存在,可在河岸区勾勒出一片绿色风景区,与周围景观镶嵌融合,可以大大提高河岸景观的质量,具有美学效应,同时,所营造的良好环境可为人们提供理想的户外休闲活动场所。河岸景观质量同样也受河岸缓冲带宽度的影响。河岸植被缓冲带会显著影响森林景观的统一性和自然性,如P. S.Maitland等[32]建议根据河流流向,在河流二侧设置不同宽度的缓冲带。他们认为,南北流向的河流二侧设置的植被缓冲带宽度要一致,而对于东西流向的河流,缓冲带面积的2/3要设置在河流南部,这有利于大量阳光到达河溪表面,使得河岸景观呈现出多样性。英国林业景观设计规范[33]也建议缓冲带区域的宽度应有多种尺寸,以反映出景观的立体感及生态系统的多样性。
4 河岸植被缓冲带不同生态水文功能所要
求的宽度
影响河岸植被缓冲带生态功能发挥的因素很多,如土壤、植被类型、水文以及缓冲带自身的结构等,但许多研究者认为,最重要的因素是缓冲带的宽度。如在英国,防止或减少因耕作及排水活动产生的泥沙进入河流,从而实现水质保护是缓冲带设置的一项主要功能,在英国森林与水纲要中推荐的河流二侧的缓冲带宽度为:1m宽河道缓冲带宽度为5 m,1~2m宽河道缓冲带宽度为10m,大于2m宽河道缓冲带宽度为20m。D.W.Swift等[34]建议在坡度大于3?的林地,控制泥沙的缓冲带宽度为55~100 m,而50m宽的缓冲带可以有效去除水体中的磷。
G.Pinay等[35]认为,30m宽的河岸缓冲带可以有效地去除浅层地下水中的氮。N.E.Haycock等[19]实验证明,水体中99%的氮可被滞留在缓冲带5m范围内。R.K.Hubbard等[36]认为,7m宽的森林缓冲带,通过植物吸收及硝化作用,可以有效地去除地表径流中的氮。
英国研究人员[37]调查了英格兰北部2种针叶林无脊椎动物的丰富度及生物多样性。一条河溪设有10~50m宽的河岸植被带,长度为3 8km,植被
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第4期饶良懿等:河岸植被缓冲带生态水文功能研究进展
为白桦(Betula platyphylla Suk.)灌丛及湿生树种混交。研究发现,该河流中无脊椎动物种群的生物多样性及丰富度与河岸带植被为草地及土生硬木林的河流相同。S.D.Rundle 等[38]及S.J.Ormerod 等[39]研究发现,5~20m 宽的植被带能有效保护河流栖息地结构及大范围无脊椎动物的种群,避免由于森林经营活动引起的河流流量及水温变化对他们造成潜在致命的影响。A.J.Castelle 等[40]总结认为,保护河溪及湿地的河岸植被缓冲带,最小宽度应在15~30m 之间,15m 宽的下限能保护河流的物理化学特性,而30m 宽的上限则可以维护生态系统的完整性。对于生态价值较高的河流,对缓冲带宽度的要求更大。
在河岸植被缓冲带生物多样性维持功能方面,美国开展的研究较多,早期的研究主要关注如何设置最小河岸缓冲带的宽度,以防止水生生态系统免受森林采伐的影响。如D.C.Erman 等[41]发现,30m 宽的河岸硬木林足以维持加利福尼亚河溪中无脊椎动物数量不受邻近伐木活动的影响,而J.O %Laughlin
等[42]则建议河岸缓冲植被带的宽度应等于树木的最大高度(约为52m),以保证粗木质残体不断供给河溪。
美国有49个州都制定了河岸缓冲带设置规范,其中2/3的州建议的缓冲带宽度为7 5~15m,而有1/4的州建议设置的缓冲带宽度范围在15~30m 之间[43]。瑞典规定[44],河岸缓冲带设置宽度在10~30m,依设置地点的敏感度而定。爱尔兰林业及水质规范则建议缓冲带宽度设计要根据坡度及侵蚀情况而定:在中等或较陡的坡地,缓冲带宽度最小为10~20m,而在侵蚀严重的地区,缓冲带的宽度则应在15~25m 之间。A.J.Castelle 等[45]认为,缓冲带宽度在5~30m 之间则能够维持未受干扰的森林流域河流不同生态功能的需要。
由于河岸生态系统保护的目标,侧重的生态功能,研究区域土壤、地形、植被、排水特征等因素各异,河岸植被缓冲带生态水文功能发挥所要求的宽度也各有不同。表1总结出国外一些研究所得出的河岸植被缓冲带不同功能发挥所要求的宽度。
表1 河岸植被缓冲带不同生态水文功能发挥所要求的宽度Tab.1 Width of riparian buffer for vari ous eco hydrological functions requirement
河岸植被带功能
要求的宽度/m
文献来源
1.固岸防止河岸侵蚀0~50CRJ C [46]
2.控制洪水
75~200CRJ C [46]3.水质保护
减氮功能
25~12530CRJ C [46]G.Pinay 等[35]减磷功能
50 D.W.Swift 等[34]4.泥沙截留
45~150
55~100(坡度大于3?的林地)CRJ C [46]
D.W.Swift 等[34]5.调节水温
15~70
30(加拿大New Brunswick 省)!
T.Stewart 等[31]6.较大木质残体及枯落物供应
25~100
!
7.河溪生物多样性维持及生态系统完整性维持
无脊椎动物生物多样性维持
10~5030(硬木林)5~20 D.Co wan [37]D.C.Erman 等[41]
S.D.Rundle 等[38];S.J.Ormerod 等[39]野生动物栖息地保护50~300CRJ C [46]鱼类栖息地保护
0~75
CRJ C [46]
8.满足各功能发挥
7 5~15/15~30(美国各州)10~30(瑞典)
C.R.Bli nn 等[43]Skogss tyrelsen [44]10~30(较陡坡地)/15~25(侵蚀严重)(爱尔兰)!
[45]
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中国水土保持科学
2008年
5 结语
河岸植被缓冲带是河岸生态系统的重要组成部分,对河岸生态系统的生态和水文过程具有重要的影响。世界上许多国家已将河岸植被缓冲带列为河岸生态系统管理的一个重要内容,并在一些国家被农业、林业及环境保护部门作为控制流域非点源污染的最佳管理措施。从国外的研究来看,河岸植被缓冲带的生态水文功能,主要体现在控制河岸侵蚀、截留地表径流泥沙和养分、保护河溪水质、调节水温、为水陆动植物提供生境、维护河溪生物多样性和生态系统完整性以及提高河岸景观质量等多个方面。国外对河岸植被缓冲带生态水文功能发挥的机制有了较为深入的研究,在河岸区管理方面也提出了行之有效的措施,如根据不同的研究区域及河岸生态系统保护的目标,提出相应的缓冲带宽度设计、树种选择的建设性方案。目前,我国在这方面开展的研究工作还不多,如何在河岸植被缓冲带生态水文功能机制研究的基础上,提出科学、有效的河岸植被缓冲带规划、设计与管理的措施,对于我国河岸生态系统的管理具有十分重要的意义,也是今后要加强研究的方向。
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(责任编辑:宋如华)
128中国水土保持科学2008年
第二节河岸植被缓冲带建设 一、河岸植被缓冲带定义 河岸植被缓冲带是一个位于水生和陆地之间的过渡地带,一般被描述为长的、线状的邻近溪流，河流湖泊水库等各种水体的植被带。 二、植被缓冲带的生态功能 （1）过滤径流 降低径流速度，过滤径流，从而将沉积物、养分和其他污染物在进入水体之前移除。 （2）保护河岸和湖岸 植物的根系，特别是乔木，使湖岸的土壤变得结实，经得起波浪、暴雨和泛舟波的打击。（3）吸收养分 从化肥和动物粪便中经径流携带进入岸线缓冲带，将可能为树木根系吸收。 （4）有效控制洪水 缓冲带降低径流速度，从而重新分配径流，并使一部分水量进入地下水，而地地下水进入河流的速度大大低于直接从地表径流进入。 这样可以降低洪峰通过时的水量和增加旱季时的河流水量。 （5）为野生动物提供食物和栖息地 植物的木质分解残体和叶片落入湖泊和河流后就成了水体动物的食物，而这些动物是湖泊食物链中最重要和最关键的组分。 （6）维护财产价值 利用缓冲带保护水质，维持湖泊的美学价值和市场价值是最为有效的低成本手段。 （7）提供美学价值 三、河岸缓冲带生态护岸模式 传统护岸的功能主要是防洪，为了增加工程强度多使用混凝土或钢筋混凝土材料，却忽略了河流与河岸生态系统的有机联系以及人类与河流间的文化交流。 河岸缓冲带在确保一定防洪能力的前提下，强调河流生态系统和景观的保护，重视河流的亲水性。 （一）按照护岸功能进行分类 1、亲水型生态护岸 亲水护岸植被带的设计旨在保证人类能与河流亲近、享受河流景观所带来的自然美，因此设计时不仅要求周围居民容易靠近河岸，而且强调设计的实用性与安全性。 较为常用的方法为通过削坡、修筑阶梯等措施减缓河岸坡度。 最好采用天然石块材料，但是，在缺石少料的地区，可以用植物和混凝土的组合材料。 2、生态系统保护型生态护岸 生态系统保护型护岸主要是构建利于生物生存的河岸生境空间，保护现有河岸的生态功能而使用自然材料。 在需要增加工程强度时，应使用内部有孔隙的混凝土块体护岸，孔隙部分成为利于鱼类生存的空间。 尽可能使用天然材料，使河岸有一定数量的树木和土壤面，形成通风良好的树荫，为野生动物的生存和繁衍创造条件。 3、景观保护型生态护岸 景观保护植被护岸主要设计目的是通过人工手段营造一种与自然景观相互协调的人工景观。通常以各种乔木、灌木、草本植物为主要材料，辅以砌石、水泥等建筑用材加固河岸。（二）按生态护岸用材分类 传统的护岸主要釆用工程措施，护岸目的主要为防洪，因此护岸所用材料多为建筑石材、钢筋混泥土。 随着护岸构建理论以及生态学的发展，逐渐认识到采用林草工程护岸的重要性。 1、植物护岸
河岸带绿化结构及植物多样性分析 发表时间：2018-11-20T09:19:30.757Z 来源：《防护工程》2018年第21期作者：武剑[导读] 河岸带生态系统与其它生态系统相比具有自身的特点，河岸带不但具有防洪功能、生产功能和景观功能，还具有重要的生态功能。鞍山市人民公园辽宁鞍山 114010 摘要：河岸带是一类重要的生态廊道。它具有生物多样性保育，动物迁移通道，稳定河岸，截留过滤面源污染，保护河流生态健康，美化环境等多种生态功能。但在过去的几十年里，由于人们对河岸带生态功能的重要性认识不足，在经济建设过程中，大量的河岸带被人工构筑物所侵占，使得河岸带的生态功能大为降低，甚至完全消失。伴随着人们对河岸带生态功能重要性的认识和重视，河岸带生态功能 的修复和重建已逐渐成为人们关注的焦点之一，而河岸带绿化作为河岸带生态修复的重要手段，目前受到国内外社会的广泛关注，但是由于受到河岸带自身条件，河岸带经济生产以及河流防洪功能、河流两岸空间等因素的限制，河岸带绿化远较其它绿化复杂得多。为此，下面文章将围绕河岸带绿化结构及植物多样性展开分析。 关键词：河岸带；绿化结构；植物多样性引言：河岸带生态系统与其它生态系统相比具有自身的特点，河岸带不但具有防洪功能、生产功能和景观功能，还具有重要的生态功能。为此，文章对河岸带绿化结构及植物多样性进行分析，具有重要的现实意义。 一、河岸带的特征简析 （一）结构特征河流系统具有三维结构(纵、横和垂直)特征:第一，位于河溪两侧，一般呈狭长状；第二，由相邻生态系统向河溪传送物质和能量，必然经过河岸带，因此河溪生态系统是最典型的开放型系统；第三，河岸带将上游和下游连为一体，是高地植被和河流系统之间的桥梁。河岸带作为河流和陆地的过渡带，水陆相互作用，既有水流的作用又有生物环境的作用，还有人为的作用。它是一个特殊的相对独立的复合生态系统，具有纵向(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替)4个方向四维结构特征[1]。其中前3个特征均与空间位置有关，是属于空间特征。 （二）自然水文特征纵向上，一条完整的河流跨过很大的流域，由于流域降雨量和下垫面等情况均随各地季节气候的变化而变化，即在河流的上中下游将具有不同的流量、流速、水深、含沙量等。横向上，河岸带与水流之间存在强烈的相互作用，不同的来水来沙条件会影响河岸的稳定、河岸带结构等，如河岸坡面形态与坡脚结构容易发生变化。特别是在洪水期，水流的侵蚀与淘刷，造成岸坡滑坡、河岸崩塌，使坡面形态与坡脚结构发生剧烈变化;当水流流速降低时，水体中携带的泥沙在某一区段沉积，经过一段时间的淤积后，就形成了河漫滩。洪水的发生，可使河床的内部产生一定的异质性，呈现河岸带复杂的初始地貌。垂向上，河岸带是一类具有高地下水位的生态系统，潜水层位于河床和河岸带下部，是充满来自地表河床水的饱和沉积层。由于潜水层是地表水和地下水的混合体，含有截然不同的化学组分，可以更有效地保持和处理溶解的营养物质，成倍提高河流去除有机废物的能力，大大促进了生物活动。即使在枯水期其地下水位也基本和最低水位齐平或略低，这样就能为植被的生长需要提供充足的水分。潜水层和河岸带相互作用的强度既受河谷形态等大的地理因素的影响，又受如沉积物、河床岩石、浅滩等表征单个河流特性因素的影响。如在河溪尺度情况下，地形可产生广宽的浅层水流，这种水流可以很容易地与河岸带植物的根系和土壤保持接触，从而有利于河岸带植被的生长发育。 （三）独特性、复杂性和动态性独特性是指在河岸带地区具有独特的植被、土壤、地形、地貌和水文特性，以及由其所决定的独特的生态系统服务功能，表现在景观廊道、多样性保护、缓冲带、社会经济功能等方面；河流的频繁作用以及人为干扰决定了河岸带生态系统的复杂性和动态性，河流水文过程使河岸带地区地形地貌和土壤结构经常发生复杂变化；人为干扰也影响着河岸带生态系统的演替与发展[2]。 二、河岸带绿化结构及植物多样性分析 （一）不同城市化区域对河岸带绿化结构和植被多样性的影响根据真实调查结果显示，农村地区的河岸带绿化结构仅有近自然型和种植型两类，缺乏园林绿化型、高挡墙型和广场型的河岸带，而其中又以种植型的河岸带为主。城市地区的河岸带绿化结构没有种植型，近自然型和广场型仅各有一个，而园林绿化型和高挡墙型是城市地区河岸带绿化结构的主要类型。由此可知，农村地区与城市地区的河岸带绿化结构存在很大的区别，河岸带的直接物质生产是农村地区河岸带利用的主要形式；而在城市化区域，河岸带逐渐变为城市绿地的一部分，在设计、使用和管理上也已与城市绿地趋同，并且因为防洪和河岸稳定的目的，在城市地区的河岸带往往使用大量的混凝土高墙，对河流的景观和生态功能造成了很大的影响。农村和城市的乔木种类数量几乎相等，而城市的乔木多样性指数却高于农村，其原因在于农村的河岸带主要功能是木材生产，往往种植单一的种类，造成乔木层的单优种，使得均匀性降低。在灌木的种类数量上，城市高于农村，其多样性指数值也略高于农村，其中的原因，一是为了增加木材的高产，农村河岸带的人工林密度一般都很高，抑制了其下层灌木的生长发育，二是为了避免灌木同用材林竞争养分，常常人工去除灌木，而同时，城市河岸带为了景观效果往往营造乔、灌、草相结合的复合结构[3]。在城市河岸带乔木和灌木在种类数量上几乎是相等的，这说明在城市河岸带中灌木的使用并没受到限制。城市中灌木多样性低于乔木的原因在于，城市中的河岸带园林绿化型所占比例较高，而园林绿化型的河岸带中有一定数量的景观色块，这些色块都是由灌木而不是乔木来组成的，色块一般是由单一种类灌木形成的，这就降低了城市河岸带灌木植被的均匀性。无论是种类数量还是多样性指数，农村和城市的最大区别出现在草本植物上，在种类数量上，农村高于城市2.8种，多样性指数值，农村高于城市近0.9，这其中的原因是，农村河岸带全为近自然型或种植型，其草本植物基本处于自生自灭的状态，人为干扰较少，尽管上部有高密度的乔木层，但一些较耐荫的种类大量繁生，而城市河岸带的草本植物多为人工建植的草坪，种类单一，并且这些种类还受到经常性的人工清除杂草的“保护”。 （二）河岸带宽度对河岸带绿化类型和植被多样性的影响河岸带宽度是影响河岸带功能的重要因素之一。河岸带宽度对河岸带绿化类型具有重要影响。在城市地区河岸带宽度的变化幅度是很大的；而主要分布在农村地区的种植型和近自然型的河岸带宽度差异较小。关于河岸带内部距离河流不同距离位置的生态功能的研究鲜见报道，不过，一般认为，距离水陆交界线越近，河岸带的功能特征就越明显，由此可以推定河岸带越窄，单位面积河岸带上可以支持更多的物种存在。
不同植被类型生态效应的研究 园林0901 姜文娟090480111 摘要：通过对城市生态效应的研究，结果表明不同的植被类型对生态效应有不同的影响。一般认为乔灌草相结合的三元复合结构绿地，其生态效应明显优于单一结构绿地。在特定的人工环境条件下，城市绿地生态效应的有效发挥具有一定的局限性和特殊性，不仅取决于绿色植物的植被类型，而且与其空间结构等各方面密切相关[1]。由于乔、灌、草结合建造的复层结构的绿地生态效应明显大于双层或单层结构的绿地，因此通过改善绿地种植结构和配置方式，可提高单位绿地的生态效应。在城市用地紧张，扩大绿地规模难度较大的情况下，因地制宜，植物种植以乔木为主，结合灌木和草坪，以增加复层种植的垂直高度和单位绿地上的叶面积，可有效提高园林绿地的生态效应[2]。本研究采用试验方法研究了邯郸市不同植被类型对相对湿度、光照强度、地表温度的影响，并对城市绿地系统植被类型的规划和设计提出合理化建议。 关键词：植被类型、生态效应、相对湿度、光照强度、地表温度 前言：随着城市不断地发展，园林绿化成为城市发展的重要任务之一。对于哪种植被类型更能提高园林绿地的生态效应，从而应用到城市绿地系统的规划和设计中去，这个研究就显得尤为重要。 1、试验材料与方法 1.1试验地点的选择及植被现状 邯郸市为大陆性季风气候，年平均气温约为摄氏13度，最低温度在1月，极限约为摄氏20度，最高温度在7月，可达摄氏38度。年降雨量627毫米，主要集中在7—8月，无霜期为235天。春季多干旱，夏季多雨。春秋季节较短，夏季较长，并且气温较高。邯郸境内自然植被类型可分为针叶林、阔叶林、灌丛和灌草丛、草甸、沼泽植被、水生植被六种类型。邯郸市的森林植被主要分布在西部山区；草丛植被主要分布在山地丘陵区的沟谷和荒坡，草甸植被则遍布全境；沼泽植被和水生植被主要分布在东部滞水洼地。亚热带树种漆树在西部山区有着广泛分布。 本实验在邯郸市丛台公园内进行。丛台公园位于邯郸市内中华大街中段西侧，占地360亩，是以武灵丛台为中心建成的一座大型园林，为邯郸人民休息娱乐的重要场所。公园内茂林修竹，植被覆盖率达到90﹪以上，植被分布的空间类型多样。结合邯郸市丛台公园的绿地现状选择植被类型处理一、处理二、处理三、处理四、处理五，处理一代表乔灌草结构，处理二代表乔灌结构，处理三代表乔木结构，处理四代表灌草结构，处理五代表裸地。各种结构所选树种及林分状况如下。 表1 典型植被结构配置模式及林分状况 植被类型植物种类树高/m 胸径/cm 冠幅/m 面积/m2 乔灌草 悬铃木（Platanus acerifolia） 榆叶梅（Prunus triloba） 黄杨球（Euonymus japonicus） 混合草坪 25 2.5 1.2 43 -- -- 10 3 1.3 135 48 34 乔灌垂柳（Salix babylonica） 黄杨球 6 1 20 4 1.2 56 24
滨岸缓冲带植物选择与应用 滨岸缓冲带是一种控制水土流失和面源污染、进行景观重建的新型生态工程措施，位于河流、水库、湖泊滨岸的植被区域，可有效地拦截、滞留泥沙，减少氮、磷等污染物进入受纳水体，显著控制水土流失、降低面源污染对水体的影响，保护水源、保障饮水安全［1－3］。植物缓冲带技术的关键是植物物种的选择，而植物具有一定的地域性，因此乡土植物成为水土保持、景观重建和生态恢复的首选植物，它们适应当地的气候、土壤和生物条件，无需驯化就能够正常生长发育、开花结实，能够比较稳定地扩大种群数量，表现出较好的观赏价值、生态调节功能和水土保持功能［4］。川中丘陵是中国最典型的方山丘陵区，丘坡较陡，森林覆盖率低，土壤中多沙和碎石，是四川水土流失最严重的地区。该地区植物资源丰富，河库滨岸地带生长有大量的水生、陆生植物。我们对处于川中丘陵区的8个饮用水水源地进行了调查，对自然生长的植物进行了分析，筛选出了适合于盆地丘陵区水源地水土保持、生态修复与景观重建的乡土植物，以期能够为川中丘陵乃至整个西南地区水源地的水土流失治理提供参考。 1主要植物种类与生活型 本次调查涉及川中丘陵区8个农村饮用水水源地(包括水库型和河流型)，有常见的河流、水库岸边和湿地区域维管植物82种，隶属38
科74属。其中蕨类植物6种，隶属4科4属;裸子植物1种;种子植物75种，隶属33科69属。种较多的科有禾本科(Poaceae)和菊科(Asteraceae)，分别为15种和10种，其他较大的科有蓼科(Polygonaceae)5种、苋科(Amaranthaceae)4种、莎草科(Cyperaceae)3种、凤尾蕨科(Pteridaceae)2种、木贼科(Equisetaceae)2种、杨柳科(Salicaceae)2种、桑科(Moraceae)2种、马鞭草科(Verbenaceae)2种、大戟科(Euphorbiaceae)［基金项目］国家科技重大专项“水体污染控制与治理”(2009ZX07425－003)资助项目2种、毛茛科(Ranunculaceae)2种、茄科(Solanaceae)2种、浮萍科(Lemnaceae)2种，其余科均为单科单种。从生活型来看，水源地分布的植物以草本植物为主，共69种，占总种数的84．14%，草本植物中以一年生草本植物为主，占草本植物总种数的46．34%。灌木和乔木较少分布，灌木只有2种，但是有很多乔木物种在水源地目前以灌木的形态出现。 2主要植物群落功能分析 2．1河道浅水区挺水和浮水植物 (1)荷花群落。荷花群落是川中丘陵区水源地常见的植物群落，主要为人工种植和种植后被遗弃的种群，植物种类以荷花(Nelumbonucifera)为主，并分布有香蒲(Typhaorientalis)、水葫芦(Eichhorniacrassipes)、青萍(Lemnaminor)、紫萍(Spirodelapolyrhiza)、
河岸带的功能与管理研究 颜兵文,肖瑞龙 (中南林业科技大学环境艺术设计学院,湖南长沙410004) 摘要 基于河岸带功能和研究内容综述的基础,分析了河岸带管理的目的和意义,指出了今后河岸带管理的发展趋势,以期为河岸带的管理、建设提供参考。 关键词 河岸带;植被缓冲带;生态功能;生态管理;发展趋势 中图分类号 S718.59 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2008)27-11970-03 Study o n the Functions a nd Ma nagem ent o f Riparia n Zo ne Y ANBing -wen et a l (C ollege of E nvironmen tal Arts an d Desi gn,Central South Universi ty of Fores try Science and Tec hnology,Ch an gs ha,Hunan 410004) Abstract B ased on the fu nctions of ripari an z on e and the foun dati on of su mm arizing the research con tent,the pu rpose and significance of ri parian zone m an agemen t were anal yzed.And the developmen t trend of ri parian zone management in future was poi nted out i n ord er to provi de references for the m anage -ment and construction of riparian z one. Key w ords Ri parian zone;Vegetation b uffer zone;Ecological functi on s;Ecol ogical m an agemen t;Develop ment trend 基金项目 中南林业科技大学青年科学研究基金项目资助(07015B)。作者简介 颜兵文(1975-),男,湖南汨罗人,硕士,讲师,从事园林景 观生态研究。 收稿日期 2008-07-02 近年来,由于社会生产力的迅速发展,人类对自然的影响越来越大,河岸带生态状况遭到了严重的破坏。为了保护和管理自然河岸带,恢复和重建遭受人为破坏的河岸带,充分发挥河岸带的各种重要功能,使河岸带真正成为人与自然和谐共处的开放空间。近年来,国内外学者在河岸带生态系统管理模型、河岸植被缓冲带、生态管理等方面开展了许多工作,也取得了一定的成效。但是,大量的研究多集中于生态修复材料的开发及生境缀块的设计和构建上,而且存在很多问题,如理论研究较多,应用性研究较少;定性分析较多,定量分析没有;单因素分析较多,多因素综合分析较少等。为此,笔者从河岸带的功能入手,阐述河岸带管理的内容和意义,指出河岸带管理的动向与趋势,以期为河岸带管理的相关研究和实践提供参考。 1 河岸带的功能 河岸带是指高低水位之间的河床及高水位之上直至河水影响完全消失为止的地带,包括非永久被水淹没的河床及其周围新生的或残余的洪泛平原,其横向延伸范围可抵周围山麓坡脚[1]。河岸带作为陆地和水生生态系统的交错地带,具有生态脆弱性、生物多样性、变化周期性和人类活动频繁性的特点[2] 。河岸带是介于河溪和高地植被之间的生态过渡带,具有明显的边缘效应,在生态系统和景观中也有显著的作用。 1.1 物种源(基因库)和栖息地 由于河岸带经常遭受洪水、泥石流、风蚀、病虫害和人类活动等干扰,加之水分充沛,太阳能较高,微小地形复杂多样,河岸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高得多[3]。河岸带也是野生动物的重要栖息地,养育着很多野生动物。目前已发现许多节肢动物和无节肢动物属于河岸种,另外一些种(如两栖动物)在其生命过程中的某一阶段,需要利用河岸带完成某些生命活动(如产卵)。有些动物(如蝙蝠)则在不同的时间内(如白昼、冬夏)出没于河岸带[4]。河岸植被在景观中的数量和配置,直接关 系到区域生物保护及物种多样性。 1.2 养分-能量源 河溪生态系统的养分和能量,除来自 河水中粗大木质物外,主要来源于河岸带。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飘移有机物质,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[5]。一般而言,随河溪级别的增加(即河宽加大)和河岸植被密度的减低,河溪有机物输入率也相应减低。另外,河岸植被向河溪输入细小有机物的过程存在明显的季节变化,并同河岸植被类型密切相关。 1.3 户外活动场所 河岸带也是进行户外活动和休闲娱乐不可缺少的场所。在自然界,许多壮丽的风景,如瀑布、温泉等,都同河溪直接相连。人类的许多休闲娱乐活动都依赖于河流生态系统进行,如对自然河流风光的美学体验和感官享受;划船、钓鱼、游泳等在河流内进行的娱乐活动。此外,河溪及其边岸地区饮水便利,地势相对平坦,容易修筑小路,是爬山、露营等活动所必需的场地。1.4 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、木质优良的树种(如云杉、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,是获取高经济效益的主要基地。 1.5 改善河溪水质 河岸带上的植被能够过滤、调节由陆地生态系统流向河溪的有机物和无机物,如地表水、泥石流、各种养分、枯木、落叶等,进而影响河水中泥沙、化学物质、营养元素等的含量及其在时空中的分布。这一功能在伐木、污染、水土流失严重、农牧活动频繁的地区尤为重要。1.6 调节河溪微气候 河溪的微气候主要受河岸带上植被的影响,其机理在于截留白天太阳入射光以及夜间流失的长波辐射,进而引起河水温度、蒸发、大气温度和湿度等气象因子不同于其他生态系统的变化和组合。白天太阳光在穿过河岸植被时,大部分被吸收或反射回大气层。因此,河溪中光的数量和质量同空旷地截然不同,水生植物的光合作用(即初级生产量)首先受到抑制。此外,河水的温度明显比同地区林下要低,许多生物、生态和化学、物理过程因此也受到 安徽农业科学,Journal of An hui Agri .Sci.2008,36(27):11970-11972 责任编辑 理雪莲 责任校对 卢瑶
河岸植被缓冲带与河岸带管理 3 邓红兵33 王青春 王庆礼 (中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳110016)吴文春 邵国凡 (Department of Forestry and Natural Resources ,Purdue University ,IN 47907,USA ) 【摘要】 河岸带是水陆交错带的一种景观表现形式,即岸边陆地上同河水发生作用的植被区域,是介于河溪和 高地植被之间的生态过渡带.目前,河岸带的保护和管理日益为人们所关注,并成为自然资源经营及管理中不可缺少的部分.本文对国外河岸带管理有关的研究和实践进行了总结,对河岸带管理的目标、作用、一般途径、面临的问题以及将来发展趋势进行了讨论,并详细介绍了USDA 2FS 的河岸植被缓冲带系统.文章最后指出,有必要在国内尽快开展河岸带管理的研究和实践. 关键词 河岸植被缓冲带 河岸带 生态系统管理文章编号 1001-9332(2001)06-0951-04 中图分类号 Q149 文献标识码 A On riparian forest buffers and riparian m anagement.DEN G Hongbing ,WAN G Qingchun ,WAN G Qingli (Institute of A pplied Ecology ,Chinese Academy of Sciences ,S henyang 110016);WU Wenchun ,SHAO Guofan (Depart ment of Forest ry and N atural Resources ,Purdue U niversity ,IN 47907,USA ).2Chin.J.A ppl.Ecol .,2001,12(6):951～954. Riparian is a kind of landscape representation of aquatic 2terrestrial ecotone ,the vegetation area in the terrene that has interactions with waters ,and the transition region between waters and upland vegetations.At present ,people pay atten 2tions to the riparian conservation and management increasingly ,and riparian management has been the indis pensable aspect for management of natural resources.In this paper ,the overseas research and practice of riparian management summarized and the objectives ,effects ,approaches ,current problem ,and developing direction of riparian management discussed.The riparian forest buffers system in the USDA 2FS report introduced in detail ,and it is necessary to develop the studies and practices of riparian management in China. K ey w ords Riparian forest buffers ,Riparian ,Ecosystem management. 3中国科学院知识创新工程(KZCX22406)和国家自然科学基金资 助项目(39970123). 33通讯联系人. 2000-11-28收稿,2001-08-14接受. 1 引 言 20世纪后期,森林生态系统中溪流、湖泊和湿地的管理是 林业上最具革命性的变化和进展之一[14];过去不适当的森林经营对水生态系统结构的负面影响和导致其生产力降低[2,12,20]这一观点如今已被人们普遍接受[14].随着河溪生态系统[6,22,35]和流域生态学[7]研究的不断发展,流域内的水陆交错带,特别是河岸带的结构、功能和管理得到了越来越多的关注[5,13～14,16～17,24～25,39,42].河岸带植被作为河岸带的一个重要组成部分,具有重要生态功能、美学功能和社会经济功能. 随着社会生产力的迅速发展,人类对自然的影响越来越大,河岸带及其植被也不能幸免,给河岸带的生态状况和人类的生产、生活造成许多危害,如河流防洪能力减弱、水质下降、河岸带生境恶化等.为了保护和管理自然河岸带,恢复和重建被人类活动严重破坏的河岸带,充分发挥河岸带的各种重要功能,使河岸带真正成为人与自然和谐共处的开放空间[33],近年来国外在河岸带植被结构、功能和管理研究方面开展了许多工作;相比之下,国内才刚刚起步.本文主要评述国外河岸带管理方面的进展,特别是详细介绍了美国农业部林务局(USDA 2FS ) 制定的“河岸植被缓冲带区划标准”[34],为国内开展相关研究 和实践提供参考. 2 河岸带与河岸植被缓冲带 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内的区域;在学术界,首次对河岸带的定义出现在20世纪 70年代末[3,11,21,32],系指陆地上同河水发生作用的植被区 域.之后,该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、植物种类多度及土壤湿度等同高地植被明显不同的地带,也就是受河溪有任何直接影响的植被[4];狭义指河水2陆地交界处的两边,直至河水影响消失为止的地带[13,23,28,30],目前大多数学者采用后一定义.显然,河岸带是介于河溪和高地植被之间的生态过渡带,它是最典型的生态过渡带,具有明显的边缘效应[5].此外,徐化成[41]认为河岸带指的是河流两旁特有的植被带,它是陆地生态系统和水生生态系统的交错区.Swanson 等[31]认为河岸带是陆地生态系统和水生生态系统间的三维交接区,其范围外至洪水到达的界线,上至河岸带植物林冠的顶端.至于向岸上森林延伸多宽,是一个存在争议且具有重要研究意义的问题.河岸带生态环境的突出特点是水分多、土壤肥力较高,空气湿度也较高,但有的季节洪水 应用生态学报 2001年12月 第12卷 第6期 CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec.2001,12(6)∶951～954
水生植物的生态效应 水生植物除了直接吸收、固定、分解污染物外,通常只是间接地参与污染物的分解,通过对土壤中细菌、真菌等微生物的调控来进行环境的修复,植物在水污染控制中生态效应主要表现在以下方面。 1.1物理作用 覆盖于湿地中的水生植物,使风速在近土壤或水体表面降低,有利于水体中悬浮物的沉积,降低了沉积物质再悬浮的风险,增加了水体与植物间的接触时间,同时还可以增强底质的稳定和降低水体的浊度。此外,植物的存在削弱了光线到达水体的强度,阻碍了植物覆盖下的水体中藻类的大量繁殖,尤其是在浮萍类植物的湿地系统中比较常见。植物的存在对基质具有一定的保护作用,在温带地区的冬季,当枯死的植物残体被雪覆盖后,植物则对基质起到很好的保护膜作用,可以防止基质在冬季冻结,以维持冬季湿地系统仍具有一定的净化能力。植物对基质的水力传导性能产生一定的影响,植物的根在生长时对土壤具有干扰和疏松作用,当根死亡或腐烂后,会留下一些管型的大孔隙,在一定程度上增加了基质的水力传导性。淹没于水中的水生植物的茎和叶形成的生物膜,为大量的光合细菌、藻类和原生微生物等在植物组织上的生长提供了一定空间,埋藏于土壤中的根和根区也为微生物的活动提供了巨大的物理活动表面,植物根系也是重金属和某些有机物的沉积场所。因此,植物地上和地下的生物膜对于湿地中发生的所有微生物过程都具有重要作用。 1.2植物对污染物的吸收作用 植物的生长和繁殖离不开营养物质,水体中的相当部分的营养物被植物转化或保存在植物体内。对于不同生活型的水生植物,普遍认为漂浮植物吸收能力强于挺水植物,沉水植物最差。与木本植物相比草本植物对污水中的污染物则具有较高的去除率,如有芦苇的湿地对NH+4-N的去除率接近100%,而无芦苇时,仅为40%～75%。定期和持续地从湿地系统中收获成熟的植物,并能妥善处理收获的植物,是保证污水中的养分被有效去除和防止对水体造成二次污染的唯一途径。植物的对污水的净化作用是植物吸收和微生物综合作用的结果,植物的存在有利于硝化、反硝化细菌的生存。张鸿等研究表明,在种植水芹、凤眼莲的湿地中,硝化和反硝化细菌的数量均高于没有植物的湿地,水芹湿地的细菌数量多于凤眼莲湿地的细菌数量,但前者对氨氮的去除率却低于后者,说明人工湿地系统中对N的去除植物的吸收占主导地位。吴振斌等在进行的上、下行流的复合人工湿地系统的研究中,分别种植不同植物的湿地对COD、BOD5、TN、TP的去除效果均好于没有种植植物的对照湿地。湿地植物直接吸收和利用可利用态P,起到去P的作用,并且植物的生长状况直接影响到植物的去除效果,植物的良好长势是对P去除的保证。 1.3植物根系释放 湿地系统具有明显的缺氧环境,湿地中氧的传播速率约为陆地环境氧的传播速率的万分之一。水生植物则具有适合在缺氧条件下生存的结构与特征,包括茎肥大,茎和根的中心具有较大的组织,茎中空,具浅根系等。植物的这种特殊结构,有利于氧在其体内的传输并能传递到根区,不仅满足了植物在缺氧环境的呼吸作用,而且还可以促进根区的氧化还原反应与好氧微生物的活动。将光合作用产生的氧传递到根区,在根区的还原态的介质中形成氧化的微环境,根区有氧区域与缺氧区域的共同存在为根区的好氧、兼氧和厌氧微生物提供了各自的小生境,使不同微生物都能发挥各自的作用。氧在植物根部的释放主要取决于植物内部氧的浓度、周围基质的需氧量以及植物根壁的渗透性。植物通过吸收而在根部释放氧是由其本身的结构所决定的,植物的结构阻止了其在径向的泄露,并努力使释放到根区的氧的损失减少到最小。氧的释放率一般在根的亚顶端区域最高,并随距离根尖的增大而降低。水生植物具有对流型通气组织,其根区和根部都具有较高的内部氧的浓度,这种对流型的气体的流动明显增加了可供氧根的长度,同时还可以通过氧化和脱毒减少根部一些潜在的有害物质。除了根系可以释放氧外,根系还可以释放其它物质。一些植物的根系分泌物能杀死污水中的细菌
滨岸缓冲带植物群落优化配置试验研究 吴 健1,2,王 敏1 ,吴建强1,杨泽生1,唐 浩1 (1.上海市环境科学研究院,上海 200233;2.华东师范大学环境科学系,上海 200062) 摘要:选择上海地区常见土著植被,设置草、灌、乔不同配置模式,构建了上海市青浦区东风港滨岸缓冲带试验基地,以开展不同植物群落配置方式下滨岸缓冲带面源污染防治和土壤抗侵蚀能力的现场试验。结果表明,草皮缓冲带截留径流污染物能力最强,12m长的百慕大试验带对固体悬浮物(SS)的截留率达到70%左右,对径流水中TN、TP净化效果也基本达到20%以上;草皮和乔木组合栽种能显著提高缓冲带对径流水中SS、N、P等污染物质的净化效果,并能有效防止裸露地表因受径流冲刷而造成的水土流失;草皮根系有助于提高浅层土壤抗侵蚀能力,在020c m土层,百慕大样地土壤平均抗剪切强度最高,为98.28kPa;灌木和乔木则对提高较深层土壤抗侵蚀能力效果较好,在2055c m土层,杞柳和女贞样地土壤平均抗剪切强度分别为103.10和122.08kPa,而百慕大样地则仅为77.88kPa;草、灌、乔的合理配置能有效提高滨岸缓冲带的面源污染防治和土壤抗侵蚀能力。 关键词:滨岸缓冲带;植被配置;面源污染;土壤抗侵蚀能力;试验基地 中图分类号:X522;X173 文献标识码:A 文章编号:1673-4831(2008)04-0042-04 Op tim izati on of Plan ts Co mm un ity of R ipar i an B uffer Zon es.W U J i an1,2,W ANG M i n1,W U J ian qiang1,YAN G Ze sheng1,TANG H ao1(1.Shanghai A cade m y of Env i ronm enta l Sc i ences,Shangha i200233,Ch i na;2.Depart m ent of Environ m ent,E ast Ch i na N or m a lU niversity,Shanghai200062,China) Abstract:D iffe rent veg etations nati ve and co mmon to Shangha iw ere se lected to f o r m p l ant comm un iti es different i n sod! shrub!arbor ratio for an exper i m ent l a i d out i n a r i parian buffe r zone exper i m ent base,Dongfeng P ort,Q i ngpu D istrict, Shangha,i to deter m i ne the i r e ffects on contro l o f non po i nt source po lluti on and so il e rosion.R esults i ndicate t hat buffer stri ps o f sod we re t he strongest i n ab ility to i n tercept po ll utants from runof,f a12m long bu ffer str i p of Cynodon dactylon arrested around70%o f the suspended so li d(SS),and over20%the TN and TP i n the runo f;f bu ffer strips o f the comb i nati on of sod and arbo r trees no t on l y show ed high e ffect in remov i ng SS,N and P from runoffs,but a lso e ffecti ve ly con tro lled runoff tri gge red so il erosion on ba rren l and surface.Sod roo ts he l ped i m prove res i stance o f the surface/upperlayer so il(0-20c m)t o eros i on.T he average shea ri ng strength of t he bu ffer str i p o f Cynodon dacty lon was the highest,reac h i ng as high as98.28kPa;t he comb i nati on o f shrubs and arbors w as m uch better i n i m prov i ng resistance o f t he so il in deep layers(20-25c m)to erosion.T he average s hear i ng streng t h of the bu ffer strips o f Salix i ntegra and Ligus t ru m luci du m w as103.10and122.08kP a,respecti ve l y,w hil e t hat o f t he buffer str i p of Cynodon dact y lon was77.88kPa only.It cou l d,t herefore,be concluded t hat reasonab l e plan t comb i nati on can i m prove the f uncti on o f r i pa rian buffer zones i n con tro lling non po int source po ll ution and so il e rosion. K ey word s:r i parian buffer;p lant comb i nati on;non po i nt source po ll u tion;resistance to soil eros i on;experi m ent base 滨岸缓冲带是指介于河溪和陆域之间的生态过渡带,是陆地生态系统与水生生态系统交错带的一种类型[1],具有明显的边缘效应。特殊的地理位置决定了滨岸缓冲带具有水分多、土壤肥力较高、空气湿度高等特点,为不同植被的生存提供了良好条件。滨岸缓冲带独特的地理位置以及植被体系,使其具有防治面源污染、营造滨岸景观、提供生物栖息地、连接生态廊道、改良土壤生境、保持水土等多种功能[2-5]。国外的研究与实践表明,利用植物体系构建滨岸缓冲带是截留陆域面源污染物、减少地表径流和防止土壤侵蚀的有效手段[6]。但是不同的植物种类及其群落配置对面源污染防治和水土保持所起的作用不同[7]。因此,从植物群落稳定性的角度出发,在适用植物种类筛选基础上,以最接近自然的方式优化植物群落的配置将有助于发挥滨岸缓冲带 基金项目:上海市科学技术委员会科研计划项目(04DZ12032) 收稿日期:2008-06-13 通讯联系人 生态与农村环境学报 2008,24(4):42-45,52 J ournal of Ecology and R ural Environ m ent
河岸植被缓冲带生态水文功能研究进展 饶良懿 1,2 ,崔建国 1 (1.北京林业大学水土保持学院; 2.水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室:100083,北京) 摘要 河岸植被缓冲带是河岸生态系统的重要组成部分,对河岸生态系统的生态及水文过程具有重要的影响。世界上许多国家已将河岸植被缓冲带列为河岸生态系统管理的一个重要内容,并在一些国家被作为控制农业流域非点源污染的最佳管理措施。河岸植被缓冲带的生态水文功能体现在控制河岸侵蚀、截留地表径流泥沙和养分、保护河溪水质、调节水温、为水陆动植物提供生境、维护河溪生物多样性和生态系统完整性以及提高河岸景观质量等多个方面。本文综述河岸植被缓冲带生态水文功能方面的研究进展,总结了一些研究中提出的不同河岸植被缓冲带功能发挥所需要的宽度,同时指出由于河岸生态系统保护的目标,侧重的功能,研究区域土壤、地形、植被、排水特征等因素各异,河岸植被缓冲带生态水文功能发挥所要求的实际宽度也有所不同。关键词 河岸植被缓冲带;生态水文功能;研究进展 收稿日期:2007 06 28 修回日期:2008 04 26 项目名称:国家自然科学基金 长江三峡库区基于模型的坡面尺度森林植被空间优化配置研究 (30500389);国家十一五科技支撑计划课题 都市重要水源区水源涵养林构建技术试验示范 (2006BAD03A18 02) 第一作者简介:饶良懿(1976!),女,博士,副教授。主要研究方向:森林生态水文及水土保持。E mail:raoliangyi@https://www.doczj.com/doc/844856538.html, Research advances on the eco hydrological functions of riparian bu ffer Rao Liangyi 1,2,Cui Jianguo 1 (1.College of Soil and Water Cons ervati on,Beijing Forestry Universi ty;2.Key Lab.of Soil &Water Conservation and Desertification Combating,M i nistry of Educati on:100083,Beijing,China) Abstract As the key component of the riparian ecosyste m,the riparian buffer zone plays an important role in the ec ohyrological process,whic h has been taken a key measures in riparian ecosystem management by many countries,especially as the Best Management Practices(B MPs)in non point pollution control for a gricultural watershed in some developed countries.The ec o hyrological functions of riparian buffer zone focus on aspects such as bank erosion control,sediment and nutrients retention,water quality protection,water temperature regulation,wildlife habitat,strea m biodiversity and ecosystem integrity maintainence as well as the riparian landscape quality improvement.This paper revie ws the advances in the research on the ec o hyrological functions of riparian buffer zone,and summaries the width of riparian buffer for various ec ological functions requirement,which will be determined by many factors such as protection goals,soil,topography,vegetation and drainage of study site. Key words riparian buffer;eco hydrological functions;researc h advances 河岸带属于水陆生态交错区,是水陆物种源(基因库)和野生动物的重要栖息地,是河溪中粗木质碎屑和养分能量的来源,它直接影响着河溪的微气候,更保护着河溪的水质,为人类的户外活动提供休闲场所,为农、林、牧、渔业的发展提供基地;河岸带也是养分管理、沉积物和水土流失控制及保护淡水资 源环境系统的重要组成部分,其功能的有效发挥与否关系到流域生态系统的健康,是维护陆地和水域生态系统稳定的重要屏障。河岸植被缓冲带作为河岸带的重要组成部分以及水陆间重要的生态交错带 (ecozone),对水陆生态系统间的物流、能流、信息流和生物流发挥着重要的廊道(corridor )、过滤器 2008年8月6(4):121 128中国水土保持科学 Science of Soil and Water Conservation Vol.6 No.4Aug.2008