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@Research advances on the eco hydrological functions of riparian bu fferRao Liangyi 1,2,Cui Jianguo 1(1.College of Soil and Water Cons ervati on,Beijing Forestry Universi ty;2.Key Lab.ofSoil &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122中国水土保持科学2008年熟林、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]。