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1、河岸带生态恢复技术,主要内容 1、基本概念 2、国内河岸带研究进展 3、国外河岸带研究进展 4、河岸带的功能 5、河岸带生态系统退化机制 6、河岸带生态系统恢复技术 7、具体案例,本章重点及难点,了解基础生态学理论；重点：人为设计和自我设计理论；难点：参考生态系统理论争议及可行性；护理效应及机制；,1.基本概念,1.1 河岸带的定义河岸带(riParianzone)的定义包括广义和狭义两种: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;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,目前大多数学者采用后一定义。,1.基本概念,1.2 河岸带研究意
2、义(1)土地开发和研究的需要。(2)河流变化及其保护利用研究的需要。(3)景观综合研究的需要。,2.国内河岸带研究进展,2.1 河岸带的功能和管理河岸带的生态功能：(1)保护功能,包括提供各种生物的栖息地、保持物种的多样性、调节河溪的微气候、稳定河岸复合生态系统等；(2)连接功能,主要表现为廊道的连接、传输、交换、源、汇功能等;(3)缓冲功能,通过河岸植被带的过滤、渗透、吸收、拦截来发挥涵养水源、净化水体、防控灾害的功能;(4)资源功能，提供丰富的生物、土地以及景观观赏资源。管理 根据河流的类型和宽度、河岸带树木的高度、河岸带生境的侧向影响范围以及地质、土壤、水位和相邻土地的使用情况等多方因素
3、合理确定河岸带缓冲区的范围。,2.国内河岸带研究进展,2.2 河岸带植被及其生态重建由于受到人类活动的影响,河岸带生态环境遭受了一定的十扰,很多学者从生态恢复和建设的角度出发探讨河岸带的生态重建问题河岸带生态重建主要包括河岸带生物重建、河岸缓冲带生境重建和河岸带生态系统结构与功能恢复二个部分。张建春和彭补拙等人在探讨河岸带生态重建理论和技术方法的基础上.对河岸带滩地开展了生态重建试验研究,通过适宜生态树种的引人和育植,提高了河岸带滩地生态系统的生态效能、经济效能和社会效能。这些实验数据为制定不同地区河岸带植被的生态重建方案提供了一定的参考介值。,2.国内河岸带研究进展,2.3 河岸带土地利用河
4、岸带土地是位于水陆生态交错区的一种复杂的土地镶嵌体。由于河流的带状分布特点,河岸带土地除了表现出一定的斑块特征以外,还主要表现为廊道的特征,比如河流、道路、绿色植被廊道等。作为土地资源的重要组成部分,河岸带土地发挥着重要的生产、保护以及美学功能。,2.国内河岸带研究进展,2.4 滨水区规划与设计 由于城市河流及其滨水区是城市中人类活动与自然过程共同作用的最为强烈的地带之一。因而城市滨水区的生态规划和景观设计成为了城市规划的热点研究内容。,3.国外河岸带研究进展,3.1 相互作用关系分析 许多研究学者在河岸带土地利用对岸边植被,河流的水量、水质以及栖息作用与生态系统以及与河流的水化学特征之间的相
5、互关系,指出不同土地利用具有不同的干扰梯度,这些干扰在不同尺度上影响着河岸带的生物以及河水性质。,3.国外河岸带研究进展,3.2 数据提取以及制图分析 目前利用遥感数据以及地理信息系统来分析景观格局的变化已经成为一种成熟的分析手段,很多学者在这一方面对河岸带景观制图分析的限制条件以及特殊要求进行了研究。由于河岸带景观所表现出的拉伸效应以及岸边植被类型多样性的特征,需要结合遥感数据和航空图片各自的特点,利用不同的图像改进以及解释技术来突出图像的某些特征从而满足河岸带研究的需要。,3.国外河岸带研究进展,3.3 河岸缓冲区宽度的确定河岸缓冲带功能的发挥与其宽度有着极为密切的关系,宽度适宜与否直接影
6、响其有效性的发挥。从不同的角度出发,分析河岸带缓冲区宽度描述的方法以及缓冲区的适宜宽度,为相似条件的河岸带研究提供了一定的借鉴意义。,3.国外河岸带研究进展,3.4 河岸植被带变化及其生态重建 河岸植被带对于保护流域内的土地、水资源以及自然栖息地等发挥着重要的作用,其研究已经成为河岸带研究的主要内容。河岸植被缓冲区的研究同样涉及到相互作用分析、数据提取与制图以及缓冲区效率研究等等。在河岸带植被的时空变化分析中,主要侧重于在较长的时间尺度上来描述河岸植被带的空间动态变化特征,并且用植被覆盖度、优势度、丰富度等指标加以评价。在河岸植被变化成因的分析中主要侧重于对人类干扰的分析,对于相关指示因子的选
7、择也进行了一定的探讨。,4.河岸带的功能,4.1 自然缓冲,减少洪涝危害河水的冲刷和侵蚀,对岸边的结构具有一定的破坏性,特别是洪涝灾害到来之际,能否把损害降到最低,植物的根、茎都起到了非常大的作用。由此可见,生态河岸带对岸边的保护功能主要通过河岸带植物的护坡机理来实现。河岸带植被可以减缓地表径流,减轻水流的冲刷作用。植被的枝杆和根系与土壤相互作用,增加土层的机械强度,有的还可以直接加固土壤,起到固土护坡的作用。,4.河岸带的功能,4.2 丰富了物种基因,提高物质资源丰富度由于河岸带是功能最完备、系统最复杂的生态系统,不同的区域环境、气候条件和交替出现的消涨带,使得不同地区不同时间表现出强烈的不
8、均一性和差异性,形成了很多小环境,为种间竞争创造了不同条件,使物种的组成和结构具有很大的分异性,为众多的植物、动物物种提供了可持续的生存繁衍场所,从而丰富了物种基因。河岸带又常是高等植物资源的宝库,纤维植物分布广泛,种类繁多;同时生态河岸带也有丰富的动物资源,据调查,在水陆交错区,仅鸟类就有160多种,其中有的还是世界和国家保护的珍稀动物,可见生态的河岸带也为社会的可持续发展提供了宝贵的物质资源,提高了物质资源的丰富度。,4.河岸带的功能,4.3 净化水体,减轻污染生态的河岸带可以减缓径流、截流污染物。一定宽度的河岸带可以过滤、渗透、吸收、滞留、沉积物质和能量,减弱进入地表和地下水的污染物毒性
9、,降低污染程度。对于宽度的大小有很多学者做了相关研究。河岸带的净化水体、减轻污染的功能受径流中营养物质的含量、酸碱度、水中有机质含量、气候以及周围土地利用格局的影响。生态河岸带截流和过滤出的污染物中,因为根际微生物活动强烈,这些污染物较多的被降解,大部分有害微生物和寄生虫都被过滤和消灭。,4.河岸带的功能,4.4 廊道作用廊道是组成景观结构单元之一,具有宽而浓密植被的河流廊道可控制来自景观基底的溶解物质,为两岸内部物种提供足够的生境和通道;不间断的河岸植被廊道能维持诸如水温低、含氧量高的水生条件,有利于某些鱼类生存。沿河两岸植被覆盖,可以减缓洪水的影响。同时生态河岸带又为生物繁育提供了重要的场
10、所,河边较平缓的水流为幼种提供了较好的生存与活动环境。,4.河岸带的功能,4.5 调节局地微气候主要是通过植物的花、叶、茎等对水体形成的阴影,减少阳光直射,调节河岸带水体温度,使其更适宜动植物生长。同时,河岸带丰富的植物景观,也形成了1个天然的氧吧,能改善周边空气湿度,提供更多的氧气,使这一地区的气候更加宜人。,4.河岸带的功能,4.6 休闲娱乐功能河岸带作为极易创造亲水环境的地区,1个优秀的生态河岸带,它的建筑、人文景观、休闲娱乐设施等景观斑块均具有线条、质地和土地利用的和谐性等景观美学意义,它是景观适宜性的区域,同时又是人与水和谐共处的过渡平台,具有休闲、旅游、娱乐功能和观赏价值。,5.河
11、岸带生态系统退化机制,5.1 理论基础河岸带生态系统是典型的开放型系统,极易受到各类干扰的影响。国外学者提出了一系列相关概念模型,为研究河岸带生态系统退化的机制提供了理论基础。在研究自然和人为干扰导致河岸带生态系统退化的机制时,首先需要识别影响河岸带生态系统的生物和物理作用过程以及导致河岸带生态系统退化的干扰因子。在流域尺度上,生物及物理干扰的幅度和频率决定了河岸带植被群落的特征和功能以及河岸带生态系统物种的演替,流域特征(地形、地质、气候等)则决定了这些过程的发展以及河岸带与周围系统的连接。在局部地区,生物的相互作用和外来物种的入侵则是导致河岸带植被多样性丧失的一个重要原因。,5.河岸带生态
12、系统退化机制,5.2 河流水文特征的改变1）筑坝、修建水库和引水分洪2）河道渠化,5.河岸带生态系统退化机制,5.3 河岸带直接干扰1）人类活动 2）外来物种的入侵,5.河岸带生态系统退化机制,5.4 流域尺度的干扰河岸带生态系统处在其所连接的河流流域之中,流域范围内的人类活动诸如农业、林业活动,道路修建等对河岸带生态系统产生间接的影响.流域是水和沉积物产生的一个基本单元,其产量和流域内的地质、气候、土壤、植被和土地利用等有关。流域内的人类活动能够在流域尺度上影响水和沉积物的产生,从而影响某一河段内水和沉积物的通量,导致河流洪峰流量增加和河流基本径流量改变,进而对河岸带生态系统产生间接的影响。
13、流域尺度的干扰对河岸带的影响具体表现在:河道刷深、河道淤积、河岸带地下水位降低和河流冲刷过程改变等。,6.河岸带生态系统恢复技术,6.1 复合式生物稳定技术复合式生物稳定技术是生物工程护岸技术与传统工程技术相结合的复合式生态护岸技术。这种生态护岸技术强调活性植物与工程措施相结合，采用水泥桩浆砌石块的传统护岸技术，以达到在复杂地质条件下的固坡作用，附以活枝柴笼捆插和活枝扦插土壤生物工程技术。其技术核心是植生基质材料，依靠锚杆、植生基质、复合材料网和植被的共同作用，达到对坡面进行修复和防护的目的。该技术适用于水力学或河岸侵蚀比较突出的坡岸，比如易坍塌的陡坡或侵蚀严重的坡岸。杜鹃河主要采用了杞柳层插
14、与土工布、石笼等传统工程结构相结合的复式生物稳定技术。,6.河岸带生态系统恢复技术,6.2 城市景观生物生态水体修复技术生物生态水体修复技术，是按照自然界自身规律去恢复自然界的本来面貌，强化自然界自身的净化能力去治理被污染水体。是利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，起到对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化。目前在国内外使用较多的城市景观河道生物生态修复技术主要有以下几种：生物浮岛技术 浮床种植技术 生物栅技术 水生生物生态修复技术 底栖生态修复技术,6.河岸带生态系统恢复技术,6.3 河岸、护坡生态修复技术 生态格网技术是指将特种钢丝由专用机械编织成双绞、蜂巢形网
15、目的格网片，是根据工程设计要求，裁剪、制作、组装成箱笼并装入块石等填充料后连接成一体的结构，用作堤防、路基防护工程。由于边坡生态系统较为复杂，利用生态网格技术对边坡进行防护。坡上可植绿，增添景观、绿化效果。亦可用作护底工程。既保护了堤坡,又可增添绿化景观，具有较理想的生态建设和生态恢复功能，较好的耐久、耐腐蚀和稳定功能，良好的景观效果和透水功能。并且抗冲刷和抗风浪袭击能力较强，工程造价低廉，在软基上使用可以节省大量的地基处理费用。,6.河岸带生态系统恢复技术,6.3 河岸、护坡生态修复技术铰接式生态护岸技术 全系列生态护岸技术 土壤生物工程护岸技术 复合式生物稳定技术,6.河岸带生态系统恢复技
16、术,6.4景观水体土地强化净化技术复合生物滤床技术 人工湿地技术,7.具体案例,实验河道位于崇明生态岛东端的杜鹃河。崇明生态岛是长江口大型冲积海岛，密集的河网水系是崇明岛五大特色景观之一。杜鹃河在崇明岛东部陈家镇，是崇明生态岛的一条重要镇级河道，总长约500m，平均河宽约 8m，河道坡岸裸露陡直，植被覆盖率很低。河道两岸为农田和一小段民居，降雨所形成的地表径流未经任何缓冲直接排入河道，水土流失较严重，坡岸和水面景观较差。选取了 300m 长的河段作为植物生态护岸工程示范，示范工程建设自2006 年2月起，至 2007 年 3 月基本完成了建设和种植工程。根据研究区域不同河段的生态特征，包括河岸
17、坡度、水文条件、土壤特性以及河段周围环境特征，主要采用了 3 种植物护岸技术：全系列生态护岸、土壤生物工程以及复合式生物稳定技术，并将这3种技术有机组合，形成多种植物生态护岸方案。,7.具体案例,7.1 全系列生态护岸全系列生态护岸技术是从坡脚至坡顶依次种植沉水植物、浮叶植物、挺水植物、湿生植物（乔、灌、草）等一系列护岸植物，形成多层次生态防护，兼顾生态功能和景观功能。挺水、浮叶以及沉水植物，能有效减缓波浪对坡岸水位变动区的侵蚀。坡面常水位以上种植耐湿性强、固土能力强的草本、灌木及乔木，共同构成完善的生态护岸系统，既能有效地控制土壤侵蚀，又能美化河岸景观。杜鹃河的全系列生态护岸在坡顶种植垂柳、
18、水杉等本地的湿生乔木，株距为 5m；常水位（2.6m 标高）以上岸坡种植火棘、黄馨等耐湿性强的观赏灌木，地被铺设固坡效果好的结缕草；常水位附近种植根系较发达的野茭白、菖蒲、芦苇等本地挺水植物；向下种植芡实等浮叶植物和菹草等沉水植物。全系列生态护岸技术主要应用在那些出现表层土壤侵蚀、植被稀少、景观要求较高的河段。,7.具体案例,7.2 土壤生物工程护岸土壤生物工程是一种边坡生物防护工程技术。这种技术在国外已经发展了几十年，用于公路边坡、河道坡岸、海岸边坡等各类边坡的生态治理。这类护岸技术使用大量的可以迅速生长新根的本地木本植物，最常用的木本灌木和乔木如柳、杨、山茱萸等。利用这些存活的植物体（主要
19、是枝条），主要有活枝扦插、柴笼以及灌丛垫等三种工程类型，以“点、线、面”的种植方式对整个边坡进行生态修复。土壤生物工程不同于普通的植草种树之类的边坡生物防护工程技术，它具有生物量大、结构稳定、养护要求低、生境恢复快、施工简单、费用低廉、近自然等特征。该类技术一般运用在土壤侵蚀较严重、土质松散、景观要求较低的郊区河段。,7.具体案例,7.3 活枝扦插（live stakes）该技术运用在河岸侵蚀比较严重的坡岸。这类坡岸一般植被稀少，坡面存在一定程度的土壤侵蚀，水力学相对较小，没有高强度的冲刷作用。在杜鹃河的具体方案为，常水位以上的坡岸扦插45 排长度0.5m、直径 24cm的活性垂柳枝，株距约0
20、.5m；坡顶种植柳，株距5m；坡面地被铺设结缕草。常水位上方 10cm 处种植一排柴笼，其下方种植野茭白、菖蒲等挺水植物，有效控制淘蚀作用。活枝扦插长出的根系和枝叶，可以改善土壤结构，有效控制坡岸水土流失。利用活枝扦插作为建群种，可以快速恢复河道坡岸的植被，改善坡岸生境，为其它本地植物的恢复提供良好条件；与全系列生态护岸相结合，构成完整的近自然的坡岸植被缓冲带。,7.具体案例,7.4 柴笼(live fascines)柴笼护岸技术主要应用在坡度较大、河水流速大、坡面侵蚀较严重、植被稀少的坡岸。杜鹃河常水位以上的坡岸种植3排杞柳 枝柴笼，排距 0.81.0m。坡顶种植柳树，地被铺设结缕草；常水位
21、以下依次种植菖蒲、野茭白等根系发达的挺水植物，以及苦草、菹草等沉水植物。通过整坡工程减缓坡度以增加坡岸稳定性，利用柴笼控制坡面土壤侵蚀的优势，减少常水位以上坡岸的水土流失。柴笼结合全系列生态护岸，共同构建良好的植被缓冲带，为其它本底植物生长创造良好生境，同时利用挺水植物控制常水位附近的坡岸侵蚀。,7.具体案例,7.5 灌丛垫灌丛垫技术属于高密度、高强度的植物防护体系，主要用来保护那些土壤团粒结构差、抗侵蚀能力低、植被比较稀少、受坡面径流影响较大的坡岸。在杜鹃河，从常水位至坡顶的坡面上均匀铺植杞柳枝柴笼，单株枝条长12m，枝条铺植厚度控制在1015cm，每隔 1m 压入较粗的枝条或木稧；坡顶种植
22、夹竹桃、柳树等湿生乔木。常水位附近安置一些抛石，并种植菖蒲、野茭白等根系发达的挺水植物，株距 3050cm，向下种植苦草、菹草等沉水植物。灌丛垫新长出的密集枝条大大减少了雨水和地表径流的冲刷作用，而新长出的根形成庞大的地下根系网络，除改善土壤的团粒结构外，也加强了土壤剪切力和紧实度。结合全系列生态护岸方式，根系发达的挺水植物可有效控制常水位附近的淘蚀作用。,7.具体案例,7.6 监测结果7.6.1 护岸植物的生长特性和生物量变化7.6.2 土壤剪切力、紧实度及湿度变化7.6.3 植物多样性变化7.6.4 生物多样性变化7.6.5 岸线景观的变化,7.具体案例,7.7 结论 1.植物护岸技术是利
23、用速生植物枝条作为主要护岸结构的一种护岸技术，固坡作用突出，具有近自然型、成本低、养护要求低、施工简单等优势，为我国各类边坡（山地斜坡、江河湖库堤岸、海岸坡岸、城市河网等）的侵蚀控制和生态修复提供了新的工程技术和方法。2.植物护岸的结构稳定性主要体现在护岸植物的固坡作用和土壤的抗侵蚀性。3.河岸生态系统的稳定性直接依赖于系统结构的复杂度以及系统内物种的多样性。4.植物护岸技术在生态型河道的应用中还应注意以下问题：一是影响边坡稳定性的地质、地形、气候和水文条件等自然因素，以及合适的坡面加固技术；二是不同地区和地点边坡乔灌草种的最佳组合，可能限制或促进植物工程物种存活的生物和物理因素，以建立稳定的坡面植物群落。,end,
