河岸带植被对河流生态功能影响研究进展

胡 彬，翟文静，赵警卫

(中国矿业大学艺术与设计学院，江苏 徐州 221116)

河岸带植被对河流生态功能影响研究进展

胡 彬，翟文静，赵警卫

(中国矿业大学艺术与设计学院，江苏 徐州 221116)

综述了河岸带植被的遮荫作用，廊道效应，截污效应，及外来生物入侵等对河流生态功能影响的相关研究成果。结果表明，河岸带植被的遮荫可以影响河水的化学过程和生物过程；河岸带植被在地域景观中还起着重要的廊道功能，对生物多样性保护有重要意义；河岸带植被对于控制面源污染，过滤污染物，保护水质起着缓冲作用。外来生物入侵对河岸带植被生态功能造成了较大的负面影响，消除河岸带中入侵生物的不利影响，恢复河岸带植被是一项刻不容缓的任务。

河岸带植被；河流；生态功能；生态恢复

河岸带研究开始于20世纪70年代。Naiman等[1]将河岸带定义为：水陆之间的过渡带，其范围是从河流水体边缘到陆生群落的边界。夏继红等[2]认为：河岸带是一个完整的生态系统，除了河水的影响区域和河岸植物外，还应包括动物和微生物，并且河岸带生态系统具有动态性。河岸带植被作为河岸生态系统的主要组成部分，对于河流的生态功能具有重要影响[3]。当前国内外关于河岸带植被对于生态功能的影响研究主要集中在：①河岸带植被遮荫的生态效应；②对水陆生态系统间的物流、能流、信息流和生物流的廊道效应；③保护生物多样性的功能；④截污效应；⑤保护河岸，调节微气候和美化环境的功效。同时河岸带植被的恢复和重建研究也成为近年河岸带植被研究的热点。生态功能与人类的自身利益密切相关，人类在环境方面的努力其最终的目的就是要获得某种生态功能，因此本文以河岸带植被的生态功能为研究对象，总结国内外相关研究成果，期望能为我国河岸带的研究提供参考。

1 河岸带植被遮荫对河流生态功能的影响

河岸带植被对河流水体的遮荫主要在影响水温和入射光的强度[4]2个方面影响河流生态系统，水温的降低既可以影响水体的化学过程，也可以影响水体的生物过程。较低的水温一方面增加了水中溶解氧的含量，另一方面降低了水生动物的活性，从而降低了水中氧气被耗尽的风险，增强了河流的自净能力；同时植被对河流的遮荫也可大大缓解水体热污染所带来的不利影响[5]。Boothroyd等[6]观察表明，当把河岸带的植被砍伐后，河水温度就明显增高，对普通鱼类和无脊椎动物的多样性有着重要影响。能够入射到水体中的光量对于藻类和水生植物的生长往往都是一个限制因素，植被对入射光的拦截很可能是水生附着生物生物量大小的决定因素[7]。因此，河岸带植被的遮荫效应能显著地影响中小河流的水体质量，尤其对于那些在夏季深受藻类爆发之害的河流更是如此。Andrea Ghermandi等[8]对位于比利时的奈特(Nete)河一段长为19.5 km的河道研究后得出，河道遮荫可使浮游性藻类的生产量减少44.9%。

植被遮荫对河流水温和光照的影响程度与以下几个因素有关：①河流的宽度，一般来讲遮荫对于宽度在5 m以下的河流的影响比较明显，而对于宽度超过10 m的河流作用则很小；②河岸带植被本身的特性，如植被类型、树冠的高度、植被的宽度、树叶的密度等；③地理和气候特点(太阳高度角、太阳辐射强度、河流方向)以及水体自身的理化特征[6]。Hill等[9]研究认为，对于小河流，发育良好的河岸带植被可以遮挡95%的入射光，使得仅有5%的入射光可以到达水面。Caissie等[10]在加拿大的研究表明，河岸带可以遮挡一条9 m宽河流的55%的入射光，而对于宽为80 m的河流，这一数字减少为8%。针对植被遮荫对河水的降温作用的定量化研究方面，Quinn等[11]在新西兰的研究认为，对于小型河流，遮荫的降温范围是4～10 ℃；在对加拿大的一条人工河流遮荫的研究中，Johnson[12]认为降温范围是4～5 ℃；Binkley等[13]在北美把一条河流的河岸带的一段全部清除了植被，测定的结果是，这段河流的水温较仍保留植被的河段的水温增高了2～6 ℃。

2 河岸带植被的廊道效应

河岸带是在一个地区的景观格局中起着廊道作用的景观元素。河岸带的廊道效应主要表现在：保护生物多样性，促使相邻地区之间物质和能量的交换，为该地区物种提供安全地带或其他资源，为生物提供分散和迁移的路径，而其中河岸带廊道的生物多样性保护功能显得最为重要。廊道通常可以连接由于人类干扰而造成的破碎生境，而生境的破碎化是造成物种灭绝的原因之一，对生物多样性造成了严重威胁；廊道有利于生物在生境间的迁移，从而减少了局域种群灭绝的偶然性，同时廊道也是一些生物的栖息繁殖地，生存有大量的生物物种[14]，如Nilsson[15]在其研究报告中称，仅仅在瑞典境内的一条河的河岸带廊道中就拥有瑞典维管植物的13%，雷平等[16]在武夷山自然保护区调查了3条河流的河岸带植被，结果表明：3条河流河岸带上分布的维管植物种类在科级水平上占武夷山保护区总维管束植物的41.5%，在属级水平上占其18.0%，在种级水平上占其11.9%。

河岸带廊道的宽度、植被类型、内部生境条件以及位置都会对廊道功能的发挥造成影响，其中宽度是影响廊道效应的最重要因素[17-19]。很多学者认为，较宽的河岸带廊道更加有利于生物的迁移，相对来讲，较宽的河岸带廊道具有较高的生境多样性，能够满足更多生物的需求[19]。关于河岸带廊道的宽度，Howell等[20]对霍克斯布里·尼皮恩(Hawkesbury-Nepean)河的建议是每边50 m。显而易见，河岸带廊道的宽度应根据河流自身宽度和管理目标的不同而变化。如果要减少水土流失和河岸侵蚀，植被的宽度应达到临近河漫滩的地方[21]。然而Frank等[22]的研究认为，河岸带宽度对动物物种丰富度的影响并不显著，动物物种丰富度与河岸带距陆地森林的距离有较强的相关度，在构建河岸带植被时，不但要考虑构建的宽度，还应注意内部生境的复杂性。

3 对截污的影响

随着经济发展和人口增加，世界范围内水体污染日趋严重，已经成为限制经济社会发展和威胁人类健康的重大环境问题。从形式上，一般把水体污染分为点源污染和面源污染。在发展中国家，面源污染已经成为恶化河流生态的重要原因之一，并且相对来讲，点源污染比较容易控制和治理，而要控制面源污染就要困难得多[23-24]，居于水陆交界处的河岸带植被被认为是行之有效的控制水体面源污染的重要方法[25]。针对河岸带截污功能的研究以对氮素的截留研究最多，其次为对磷和固体颗粒物的截留。大多数研究认为，通过反硝化作用、植物吸收和化学吸附作用，河岸带可以过滤掉大量的氮元素，从而大大减少输入到河流中的氮素[26-28]。磷的净化机制有：通过土壤和沉淀物吸附、植物吸收、微生物吸收等，其中最主要的是在地表径流中通过吸附在土壤颗粒和沉淀物中实现的[29-30]。固体颗粒物的去除主要在于河岸带植被拦截降雨，减少地表径流量，同时减缓水流，使得固体颗粒物在河岸带上得到沉积[31]。

河岸带的氮、磷、固体颗粒物的截流转化效率受植被类型、缓冲带宽度以及植被年龄等因素的影响。为期2 a的研究证明，森林河岸带对N的截留要比纯草本河岸带大得多，但是对草本植物进行定时收割可大大提高草本缓冲带对N的过滤效果[32]。Osborn等[33]认为森林河岸带对N的截留要比纯草本河岸带大的原因在于：①森林河岸带具有较多的可利用态有机碳，使得反硝化作用更为强烈；②森林植被根系分布范围更广，加大了植物吸收范围。而Syversen[34]的研究认为森林河岸带和草本河岸带对于N、P的过滤效率没有显著区别，而森林河岸带对于颗粒状污染物的过滤效果远高于草本河岸带。

在河岸带宽度对氮、磷、固体颗粒物的拦截效果也有重要影响，一般认为，河岸带越宽，污染物截留转化效率越高。Daniels等[35]在美国弗吉尼亚州的研究发现，9.1 m宽的草地河岸带可消除84%的悬浮颗粒物，当宽度减小到4.6 m时，悬浮颗粒物消除率则为70%，地表径流中总氮截留转化率从73%减少到54%。Vought等[36]研究发现，河岸带宽度由8 m增加到16 m时，地表径流中硝态氮清除率由20%增加到50%。Syversen[34]的研究表明，10 m宽的河岸植被带对污染物的过滤效果要高于5 m宽的河岸植被带，但单位面积的过滤效率却是5 m宽的河岸植被带的高。

4 外来植物入侵对河流生态功能的影响

大家普遍认为，外来植物入侵对全球生态将会造成严重影响，这些影响包括：乡土植物的大量减少，改变了自然干扰的规律，富营养化，增加水分的散失以及对于传粉昆虫的竞争等。河岸带一般位于低海拔地区，再加上频繁的人类干扰，使得河岸带成为极易受到外来植物入侵的生态系统[37]。河岸带生态系统的退化往往伴随着原始植被的退化和大量外来物种的入侵。外来植物入侵可以改变河岸带的功能，是造成河岸带退化的重要原因之一。入侵植物主要依靠其繁殖优势、强大的扩张能力以及对环境的适应能力，来获得对乡土种的竞争优势或者占据河岸带乡土种不能利用的生态位[38]。外来植物由于其对水肥强大的竞争力，往往比乡土植物有更快的生长率，从而也可产生更多的枯枝落叶，较厚的枯枝落叶层可抑制一些植物幼苗的生长，大大减少了地被植物的覆盖率[39]。

人类的干扰是造成外来植物入侵的主要原因，人类为了某一特定的利益而对河流进行工程处理，破坏了河岸带的原生植被，从而给外来生物入侵提供了机会。例如水利工程的建设改变了河流的水文过程，消除了河流的周期性洪水，使得洪水对河岸土壤中盐分的冲刷、稀释作用大为降低，土壤中盐分的不断提高改变了河岸带的立地条件，使得乡土植物逐渐消失，而一些耐盐性的外来植物定居繁衍。外来入侵植物还可能减少一些干旱地区的河水流量，从而降低了河水位[40]。外来植物入侵对河流生态造成的不良影响还有：改变了野生动物的栖息地，造成野生动物种类和数量的大幅减少；加剧河岸带的侵蚀；降低河道的行洪能力、降低土地的生产力[41-42]。Anne-Marie Truscott等[43]在对英国苏格兰地区迪河(River Dee)的一条支流的植被入侵研究中，对比研究了3种不同处理(被入侵的地块、被入侵但去除入侵植物的地块、没有被入侵的地块)的植物物种丰富度变化情况，结果表明，在处理前，植物种类平均数分别为12.5、12.1、15.6种，在处理60 d后，其植物种类分别为11.5、14.6、14.9种，在处理120 d后，其植物种类分别为11.2、16.4、15.6种。被入侵的地块与没有被入侵地块的植物种类在120 d的试验期数量变化不大，但没有被入侵地块的种类数量显著高于被入侵地块，而在把入侵植物去除后，植物的种类就显著增加。因此，清除外来入侵植物成了河流生态恢复的一个重要环节。

对于外来入侵植物，在传统方法去除无效的情况下，可采用生物防治的方法，这种方法可以大规模地清除入侵生物。不过有的学者认为，外来植物入侵是多种原因造成的，其中由于人类干扰造成水流条件的变化是重要的原因之一，在没能恢复原有的水流条件的情况下，盲目地清除入侵植被，可能造成河岸带植被的破坏。据在南非的研究[44]，在清除了河岸带的入侵植物后，一部分河岸带的植被基本恢复到了被入侵前的状态，但也有一些河岸带，原生植被恢复困难，不但造成新的外来植物入侵，而且还造成了较为严重的水土流失。对于大范围内的乡土植物的恢复，人们希望依靠自然的力量，以便减少费用[45]，然而对于那些外来植物密度很高，存在时间较长，在清除外来植物后，仅靠自然的力量乡土植物已不能恢复的地区来讲，就需要利用人工加强植被管理，调整河流水文特征，以帮助乡土植被的恢复[46]。

5 河岸带植被恢复研究

在过去的一个多世纪里，人类为了特定的利益在河流上修建了大量的水利工程，深刻改变了河流的水文特征，这些变化直接或间接地改变了河岸带植被的生存环境，导致植被的退化和植被类型的改变[47]，再加上人类对河岸带的植物直接砍伐和对河岸带土地的占用，已使全球20%的河岸带植被消失，剩余部分仍在迅速消失之中[48]。植被的消失必然导致生活在河岸带内部的动物种类的减少甚至消亡。所谓河岸带植被恢复，是指通过生物、工程、管理等手段，恢复植被的结构、种类组成和生态功能。Hobbs等[49]认为，对于河岸带植被的恢复应根据特定的目标，重新构建系统的功能，而不是恢复到原始状态，这既不可能，也无必要。许多研究者认为，在进行生态恢复时，应优先考虑河岸带植被的自然恢复[50]。因此，在进行生态恢复前首先应明确在干扰行为排除后，河岸带是否能够自然恢复，当自然恢复无法达到预期目标时，再采取针对性的措施和主动的恢复方法。在尺度上，河岸带植被的恢复应在流域尺度上进行考虑，否则成功恢复的几率就会变小，如Stromberg[51]对美国西南地区的河岸带生态恢复工程总结分析时发现：20世纪90年代初在美国西南地区，河岸带恢复就是简单地种植三叶杨(Populusfremontii)，而缺乏从流域尺度上思考，最终没有达到恢复的目的。

选择合适植物种类是植被恢复的前提条件，过去人们常常选择一些外来植物种类应用到河岸带植被恢复中，从而造成这些植物的成活率不高。为了选择适生的乡土植物种类，最有效的方法就是对河岸带残存自然生长的植物进行全面调查。在植被调查中，可能会发现一些经过多年的考验仍然生长良好的植物，但在应用时还必须考虑到刚栽植的小苗，其抗洪水冲刷能力较低，即使在发生较小洪水时，也有被冲走的危险，还要考虑到泥沙淤积的影响，尽量选择那些抗侵蚀能力和抗泥沙淤埋能力较强的植物种类。同时，掌握河流自身的排洪能力以及洪水发生的频率也是非常有必要的。在空间形态上，应根据河岸带各部分的立地条件，种植不同的植物种类；在时间序列上，应根据各植物不同的生理生态特性，考虑植物间的搭配，如速生与慢生、长寿命与短寿命等，既考虑短期的效果，又着眼于长期利益[52]。在国外，杨属(PopulusSpp)和柳属(SalixSpp)的植物一般被认为是河岸带植被恢复的先锋树种，能快速成林[53]，而国内的研究则认为：芦苇(Phragmitescommunis)[54]、大雀稗(Paspalumgiganteum)、弯叶画眉草(Eragrostiscurvula)和香根草(Vetiveriazizanioides)[55]为理想的河岸带植物。

6 存在问题与研究展望

6.1 存在问题

由于河岸带植被具有生态、经济、社会和景观等多种功能，目前已成为生态学、水利工程、水文学等学科研究的热点。但就研究现状来看，依然存在许多不足之处：①目前的现实情况是河岸带植被依然在快速地退化和消失，学界对于如何处理经济发展、河岸带植被保护之间的关系还没有形成一套行之有效的技术方法；②在尺度上，多数研究依然以微观与中观为主，针对景观尺度和流域尺度的研究成果缺乏，这就为河岸带植被的规划和管理带来障碍；③河岸带植被景观空间镶嵌格局、不同尺度下物种多样性与植被格局动态及影响因素等研究不够深入，植被动态演替机制与其生态功能发挥的长期定位研究较少；④不同种类河岸带植物的形态和生理生态水文效应机理与不同尺度下植物群落的水文、生态过程及耦合机制研究不够系统，缺乏多尺度耦合下的植被水文生态效应，以及多种尺度下的转换机制；⑤理论研究与工程实践脱节现象严重，现有的研究还是以现存的河岸带植被为主，对于可设计的河岸带植被的多种情景的生态效应的研究还未见报道，而这方面的研究对于河岸带植被恢复和重建的工程实践具有直接的指导意义。

6.2 研究展望

依据以上分析，笔者认为在今后针对河岸带植被的研究中，应重点在如下几个方面开展研究。

1)在河流水文特征受到人类修建水利工程等的严重干扰，并已发生巨大改变的情况下，河岸带植被的演替和发展方向。河岸带与河流水体构成了一个完整的生态系统，彼此相互影响，而当前不受人类影响的河流很少，因此研究人工影响条件下的河岸带自然植被的演替和发展更具现实意义，可以为河岸带植被的管理和恢复提供理论依据。

2)人类所赋予的某种特定功能对河岸带植被生态功能的影响。在人口稠密的农村地区，河岸带植被往往被赋予一定的物质生产功能，如在我国的东部地区很多河岸带具有木材生产的功能，而在城市地区河岸带多被建设为城市绿地的一部分，承担着休闲、娱乐和审美的功能。理清这些特定功能的建立将会对其生态功能产生什么样的影响，对于河岸带的使用具有指导意义。

3)与一个地区的土地利用情况、经济发展水平、自然环境条件相适应的河岸带植被管理对策。河岸带植被的保护、管理和利用不单单是一个科学问题，同时还是一个社会问题，尤其在我国，河岸带植被被破坏的主要原因在于与经济发展的矛盾(生态用地与经济用地之间的矛盾)。研究在河岸带植被保护和社会经济的可承受度以及与当地自然环境条件之间获得某种平衡的策略是当务之急。

4)利用3S技术和现代空间分析技术，在流域尺度上开展河岸带植被的人地关系及其时空动态变化研究，特别加强人类活动对河岸带植被的影响研究。

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Progresses in Researches on the Influence of Riparian Vegetation on River Ecological Functions

HU Bin，ZAI Wen-jing，ZHAO Jing-wei

(SchoolofArtsandDesign，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221116，Jiangsu，China)

This article summarizes the influences of shading，corridor effect and buffering pollution of riparian vegetation as well as alien plants′ invasion on river′s ecological functions based on a review of related findings.The main results indicate that the shade of riparian vegetation influences chemical and biological processes of river；riparian vegetation in al landscape plays a role of corridor which promotes biodiversity conservation；at the same time riparian vegetation is a buffer belt in controlling non-point pollution，contributing to protect water quality；invasion of alien plants puts a huge negative impact on the ecological functions of riparian vegetation，accordingly，it is an urgent task to eliminate the adverse effects of alien invasion，and continuously restore riparian vegetation.

riparian vegetation；rivers；ecological functions；ecological restoration

2014-09-25；

2014-11-10

中央高校基本科研业务费专项资金资助(2014wx02)

胡彬(1981—)，女，江苏徐州人，中国矿业大学艺术与设计学院讲师，硕士，从事城市景观和生态规划研究。E-mail：852683076@qq.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.03.049

S718.57；X171.4

A

1002-7351(2015)03-0233-07