水岸生态系统退化原因及修复

作者：张饮江 金晶 董悦 方淑波 段婷 翟斯凡 陈立婧 张曼曼 单位：上海海洋大学水域环境生态上海高校工程研究中

滨水区是水陆生态交错带，具明显边缘效应，在抵御洪水、调节径流、保持水土、蓄洪抗旱、降解污染、净化水质等改善水域生态系统，调节微气候、提高区域内生物多样性、美化环境等优化水域环境方面及为水生动物提供栖息生存、繁衍生殖、索饵育肥、逃避敌害场所等都具有其它系统不可替代的作用[1-4]，是城乡最富有魅力的界面，也是理想的生态走廊，还是城乡景观中最具表现力地带。但随着社会经济、工农业的发展、人类干扰活动的不断增强，以及对水资源利用强度的趋增和对滨水带的不合理利用，导致越来越多滨水区的环境容量和生态承载力不堪重负，滨水岸线侵蚀，水文条件变化，生境恶化，水域富营养化，滨水带退化，生物多样性下降，水岸生态系统良性循环破坏，景观美学价值降低[1]，严重影响人们生活质量与健康水平。自20世纪70年代起，人们开始关注滨水带研究。滨水带生境、生物廊道、生态恢复成为改善滨水带生态系统结构和功能的必然选择，近年来更成为生态环境领域的研究热点和前沿，对于保障城乡生态健康与安全，促进城乡生态性和经济性协调发展具有重要意义。滨水景观植物群落生态修复不仅要从结构稳定性，同时也应从生态系统保育角度考虑，综合对滨水生境、生物廊道、岸坡种群等生态因子的影响，考虑其能否保持水岸生态系统的可持续性，能否保持景观的可协调性。因此，本文通过研究水岸生态系统的结构和功能特征，就退化滨水景观带植物群落重建与生态修复技术的研究现状，详细分析与讨论生境恢复、生物廊道恢复、景观格局美化、水岸生态系统结构与功能优化等，为滨水景观带植物群落生态修复集成技术研究提供理论依据和技术支撑。

1滨水带生态景观功能及退化原因

1.1滨水带生态环境功能

滨水带作为水生态系统的重要组成部分，是水、陆生态系统间的过渡区，同时，其本身也是一个生态系统——水岸生态系统，是地球生物圈中一种十分重要的生态过渡带，含有边界和梯度2个特点[5]。滨水带的环境功能主要包括：（1）对水、陆生态系统间的物流、能流、信息流和生物流发挥过滤器和屏障作用的缓冲带功能，调节微气候；（2）抵御洪水、调节径流、保持水土、蓄洪抗旱等防洪消浪功能；（3）提高生物多样性[6]，为水生动植物提供栖息生存、繁衍生殖、索饵育肥、逃避敌害等栖息场所；（4）水、陆边界的特殊生境保护功能；（5）稳定护岸，控制土壤侵蚀的护岸功能[7]。

1.2滨水带经济美学价值

滨水空间是连接水域与陆域交界的特殊空间，通过合理处理两个界面，使之有机结合，维持滨水景观空间品质、提升滨水景观空间固有特色，形成滨水带独特的线型景观。滨水带经济美学价值主要包括：（1）水岸文化、水工美学等人文景观价值，丰富地域风貌；（2）优美的滨水景观空间给人们提供休闲、娱乐的空间，具较强的游憩功能；（3）经济价值明显，优美的自然景观成为城乡开发中的旅游等资源，促进城乡景观繁荣昌盛。1.3水岸生态系统退化原因退化生态系统是指生态系统的结构和功能可能在自然因素和人为干扰的作用下发生位移，位移的结果打破原有生态系统的平衡，使系统固有的功能遭到破坏或丧失，稳定性和生产力降低，抗干扰能力和平衡能力减弱[8]。水岸生态系统退化的主要表现是滨水带生态特征的变化，即滨水带生态过程及功能的削弱或失衡。导致滨水空间水岸生态系统退化的原因主要包括气候变化、生物入侵、混凝土直立式驳岸开发、植被消失、不合理水资源利用等。同时，随着经济发展，人类活动对滨水带的影响愈加广泛，大面积的驳岸工程、围网养殖、不合理的水利设施以及旅游业的过度发展[7]，也使滨水带长期处于衰退过程，影响水岸生态系统良性循环。

2退化滨水空间生态修复技术研究现状

在可持续发展思想的指导下，生态系统健康学逐渐成为一门新兴学科[9]，水岸生态系统的环境功能、生态功能、经济以及美学价值是否健全，是衡量滨水带水环境是否健康稳定的主要因素。2003年，Michael等[10]论述了水-陆交错带的作用和功能。完整的水岸生态系统有利于实现水、陆连通，促进水、陆系统之间的物质、能量流，保证水、陆生态系统健康和稳定。滨水带生态修复的理论基础是恢复生态学[1]，即根据景观生态学原理，通过一定的生物、生态工程的技术与方法，依据人为设定的目标，使滨水带生态系统的结构、功能和生态学潜力尽可能地恢复到原有或更高的水平。滨水带的生态修复，通常采取四步曲，即生境恢复、生物廊道恢复、景观格局美化、水岸生态系统结构与功能优化（表1）。2.1生境恢复关键技术研究受水陆生态系统共同影响，滨水带形成独特的生境类型。发育良好的滨水带具有一定的结构，即水体-沼泽带-洲滩带-低湿地带-陆地[11]（图1）。这种结构在自然条件下呈与水边平行的带状[12]。而退化滨水空间带来的却是生境破碎化，不仅使滨水生境面积减少，同时使各小生境间产生一定空间距离隔离。滨水带生境的消失和破碎是人类发展对生物多样性最严重、最直接的威胁。假设导致生态系统退化的压力只是暂时的，那部分丧失的生境和减少的种群是可以恢复的[13]。因此，滨水带生境恢复技术，为滨水带生态修复创造良好的生境条件，是退化滨水景观带植物群落生态恢复的前提。

2.1.1基底改良技术研究

为防洪防汛与经济开发，我国许多滨水带已被建立成近直立人工护岸、鱼塘滩地及农田，这对滨水带的基底结构造成严重破坏，且致风浪经护岸岩壁反射形成驻波，浪高增至两倍，更不利水生植物生长，导致植物对基底作用减弱，破坏程度进一步恶化。基底是水生植物扎根的基础，淤泥底质特征、有机质和营养盐限制等因素都会影响植物生长和群落结构。水岸带基底的突出特点是水分多，土壤肥力较高，空气湿度也较高[14]。（1）深槽-浅滩序列技术。自然滨水的水系纵断面可表现为深浅交替的凹岸和凸岸，也就是河道、湖泊内的深槽与浅滩。浅滩增加的紊动促进水流加强充氧外，其凸段底层也成为很多水生无脊椎动物的主要栖息地，是鱼类觅食的场所和保护区；深槽还是鱼类的保护区和缓慢释放到水体的有机物的储存区[15]。由于深槽和浅滩可产生急流、缓流等多种水流条件，同时适合不同生物发育和生长需求，而形成丰富的生物群落。因此，创建交替出现的深槽和浅滩序列是基底改良的主要措施之一[16]，也是恢复滨水带生态环境的一个重要方面。深槽-浅滩序列修复和重建在滨水空间生态修复上的运用和研究仍较少。国内外常用的方法有吹填造滩技术、生态袋技术、生物砖技术等。吹填造滩技术可有效营造不同水深、流场，具有施工设备简单、工效高、操作技术简单、经济效益高等优点。该技术最早应用于河道疏浚、吹填造陆等方面，采用吹填法造滩在20世纪80年代才逐渐广泛应用[17]，陈静等[18]采用吹填技术，在目标水域边界构筑水下围捻，形成缓坡浅滩，改善滨水带自然条件。生态袋具有良好的固土作用，透水不透土的过滤功能，植物根系可以通过生态袋自由生长，进而进一步稳定生境基底，同时又提升滨水绿化品味。（2）生态清淤技术。基底改良也可通过植物根系降低土壤孔隙水压来加固土层和提高抗滑力、抗侵蚀性，稳定结构（图2）。国外较为常用的是“土壤生物工程”技术，从最原始的柴木枝条防护措施发展形成一套完整的理论体系和施工方法，并得到广泛应用。孙东亚等[15]也强调采用生物工程技术改良基底，为滨水带生态修复创造良好的生境条件。季永兴等[19]提出在河道护坡结构中使用发达根系固土植物、土工材料复合种植基、植被型生态混凝土、水泥生态种植基、土壤固化剂等生态护坡方法。目前，国内外对水岸带基底特性研究较少，特别是深槽-浅滩序列的修复和重建技术，更多的运用于河流、湖泊水域内部基底，在滨水带上的运用还处于起步阶段，需要进一步的深入细化、量化，及推广运用。