生态交错带理论的研究现状与发展趋势

生态交错带理论的研究现状与发展趋势

生态交错带是景观结构的特殊组成部分。它是指在特定的时间间隔内，相对完整的景观之间存在的不同质的过渡带。生态交错带上的生态过程与相邻斑块内部不同,物质、能量以及物种流等在生态交错带上明显变化。生态交错带理论重点强调了时间和空间尺度与相邻生态系统的相互作用及其强度,对景观格局和动态变化有着重要的影响。同时由于生态交错带上可能具有独特的生物多样性格局,因此对生物保护具有重要意义。水陆交错带是生态交错带的一种重要类型,它是由于液相和固相物质的相互交换,出现的一个既不同于水体又不同于陆地的特殊过渡带。1岸壁生态系统岸坡是介于水陆生态系统之间的一种独立生态系统,它对水陆生态系统间的物流、能流、生物流发挥着廊道、过滤器和天然屏障等功能。1.1坡面的功能分区岸坡主要由三个部分组成,即坡顶、坡面和坡脚。其中,坡顶属于陆地生态系统,坡脚常年没在水下,属于河流生态系统的一部分,而坡面则是水陆生态系统的过渡带,即水陆交错带,它兼具水陆生态系统的双重特征和功能。坡面一般又可划分为三个区域,即死水区、水位变化区和无水区。死水区是指坡脚到枯水位之间的区域,这段区域常年浸泡在水下,因此是水生生物最活跃的一区;水位变化区是指枯水位与设计高水位之间的区域,该区域受丰水期与枯水期的交替作用,是水位变化最大的区域,也是受风浪淘蚀最严重的区域,本区是两栖类动物、昆虫类和鸟类活动最频繁的区域;无水区是指洪水位到坡顶之间的区域,该区域是陆生生物的主要活动区。加强坡面生态系统的研究,对于治理水土污染、控制水土流失、加固堤岸、增加动植物种类、提高生态系统生产力、调节微气候和美化环境等方面都有重大意义。1.2主要特点岸坡生态系统作为陆地和水域两大景观要素的空间邻接边界,具有水陆交错带的一些独特特征:1.2.1环境条件敏感岸坡属于水陆生态系统的过渡区域,其组成、空间结构、时空分布范围对外界环境条件变化十分敏感。所以,水陆交错带也可被认为是水陆生态系统的生态应力带。1.2.2水陆交错带的环境异质性在一定空间尺度上,水陆交错带具有相邻景观的部分特点,同时在生物与非生物力作用下,水陆交错带的环境条件趋于多样性和复杂化,明显不同于两个相邻群落的环境条件,因此异质性高。1.2.3激烈竞争的动态平衡在水陆交错带内,水陆两大系统成分处在激烈竞争的动态平衡之中,因此在受到干扰后,很容易发生变化。这种动态变化的主要表现形式有渐变和突变两种。1.2.4大陆水域或单纯水域水陆交错带是两种生境交汇的地方,由于异质性高,使得生物群落多样性的水平高,适于多种生物生长,优于陆地或单纯水域。不但含有两个相邻群落中偏爱边缘生境的物种,而且其特殊化的生境导致出现某些特有种或边缘种(edgeapecies),物种数目一般比相邻斑块内部丰富,生产力高。在水陆联结处的岸坡,聚集着水禽、鱼类、两栖动物和鸟类等大量动物。而植物就有沉水植物、挺水植物和陆生植物,并以层状结构分布。2生态护岸的内涵生态护岸是结合治水(水利)工程与生态环境保护而兴起的一种新型护岸技术,是结合现代水利工程学、生物科学、环境学、生态学、景观学、美学等学科为一体的水利工程。它打破了传统护岸水泥三面衬砌、整齐划一的格局。同时它也不再仅仅强调护岸的抗冲刷力、抗风浪淘蚀强度等,而是强调稳定性、景观性、生态性、自然性和亲水性的完美结合。生态护岸所使用的已不是传统的一种材料,而是结合各种材料的优点,复合而成的复合型生态护岸。因此,可描述为“通过使用植物、或植物与土木工程和非生命植物材料的结合,减轻坡面及坡脚的不稳定性和侵蚀,同时实现多种生物的共生与繁殖”。2.1护岸的种类传统护岸是人们长期与自然界洪涝灾害做斗争的产物。它主要考虑水体的行洪、排涝、蓄水、航运等基本功能,因此护岸型式都比较简单且坡面比较光滑、坚硬,常见的主要有浆砌石或干砌石护岸、现浇或预制混凝土块体护岸及土工模块混凝土护岸等形式。传统护岸人工痕迹太明显,生物几乎无法在其上生存、繁衍,这与当前人类“回归自然、返璞归真”的观念相违背,同时也给生态环境带来了许多不利的影响,因此,人们的注意力已开始集中在护岸型式的研究上。2.2生物多样性保护岸坡连接度是岸坡生态系统内生态过程与生态功能的测定指标,对生物群体来说,这能定量描述不同生物群体单元或生物栖息地之间在生态过程上的联系。通过研究岸坡的连接度,分析水陆生态系统之间的相互作用与联系,进而可通过增减岸坡的宽度或改进质量来保护岸坡生态系统的生物多样性。因此,对岸坡连接度的研究可为构建生态护岸提供基础性资料。2.3传统材料与天然材料在岸坡保护上的不足随着人类生态意识的不断提高,越来越多的天然材料被运用到岸坡保护上,传统的钢筋混凝土护岸已逐渐让出护岸材料老大的位置。但天然材料在岸坡保护上也有一些不足,即抗冲刷、淘蚀能力较传统的混凝土材料要差,有的使用寿命较短,甚至有的只能作为岸坡的暂时性保护材料。因此,如何将天然材料的生态性、景观性与钢筋混凝土材料的高强度结合起来,发展生态环境友好型护岸材料,以达到既保护生态环境,又保卫人类生命财产安全,已成为生态护岸构建研究的重点内容。3水陆交错带的生物生境人们对水陆交错带理论的关注,主要是由于其受力方式和强度以及频繁的侵蚀和堆积等,使得这一过渡带呈现不稳定的特征;而且往往也是物种的富集区,植物种类丰富,净初级生产力高。水陆交错带周期性的淹没过程为鱼类栖息提供了丰富的生境,鱼类种群丰富多样,支持了渔业发展。水鸟是水陆交错带的一个象征,许多鸟的生活周期与洪水泛滥密切相关,很多水禽的繁殖与洪水泛滥同期。幼鸟抚养经常是在洪水退却,小鱼丰富的时候。另一方面,河岸生境在干旱季节给许多水鸟提供了庇护区和繁殖地。水陆交错带还可作为鸟类迁移途中的歇脚地。因此,水陆交错带的结构、功能、变化特征的研究,对于构建生态型护岸、保证岸坡的稳定性和生物的多样性都有着重要作用。3.1应遵循景观生态学的原则，建立生态保护空间3.1.1生物种群的选用不同地区具有不同地质构造、不同的环境条件和不同的生物种群,因此在设计时要充分考察当地的环境条件和生物种群,因地制宜,选用当地材料来构建生态护岸;植物的配置也应以乡土植物为主,合理布局,以保证高的异质性。3.1.2生物生态交错带的结构生态护岸与传统护岸最大的区别就在于生态护岸将生态交错带理论纳入护岸设计当中:(1)以生态学为基础,将生物种群作为设计的核心,考虑护岸连接度和宽度对生物的生存与繁衍的制约。连接度是测量廊道连续性的一个指标,具有高连接度的岸坡更有利于其功能的发挥,包括物质的输送和动植物群落的迁移;对于岸坡,宽度是指横跨岸坡和沿岸植被带的距离。生态交错带理论认为:宽而浓密的植物带能更好地减少来自相邻景观的各种干扰。(2)生态护岸的构建也要注意保存与增加生物的多样性和食物链网的复杂性,积极为水生生物、两栖动物创造栖息、繁衍环境。这既有利于保护水生态环境,又有利于提高河流的自净能力。3.1.3护岸的景观要求水环境景观是城市、乡村景观的重要组成部分。沿河的视角对人们精神状态有重要影响。因此,对护岸的景观要求不容忽视。在设计生态护岸时,要以自然、生活、空间、历史和文化为线索,对当地的自然环境与人文景观进行彻底的了解与认识,以便将生态护岸与当地的景观文化融为一体。3.1.4坡面出现的不稳定因素生态护岸不仅要保护生物多样性,还要保证堤岸的稳定性,以保护人们的生命财产安全。岸坡的稳定性设计需要对水力参数和土工技术参数进行评估,找出引起不稳定的主要因素,然后根据实际情况选用护岸形式,以保证岸坡的稳定性和安全性。通常存在以下几种不稳定因素:(1)由于坡面逐渐被冲刷而引起的;(2)由于坡面表土层滑动引起的;(3)由于坡面深层滑动引起的,即整体的不稳定性;(4)由于坡脚受到风浪淘蚀引起的;(5)由于坡脚底部坍塌引起的。3.2水陆交错带的生态结构以再生多种生物为目的的新型生态护岸应从整个水陆交错带的生态结构入手,充分应用生态工程学的基本原理,力求修复退化了的水域生态系统,从而使岸坡生态系统的生态功能得以发挥。3.2.1友好型护岸材料护岸材料的选择应尽量选用将天然材料的生态性、景观性与钢筋混凝土材料的高强度结合起来的生态环境友好型护岸材料,如日本的植被型生态混凝土、韩国的生态植草砖系列及我国的水泥生态种植基,它们通过在传统混凝土材料中加入一些新的组分,使其具有适宜的酸碱度和孔隙率,从而达到既保护生态环境,又保卫人类生命财产安全的目的。3.2.2水生植物的选择生态护岸植物的选择可根据坡面的三个区域(即死水区、水位变化区和无水区)的不同特征进行选择。死水区由于常年浸泡在水下,因此可选择一些耐水性的、对水质有一定净化作用的水生植物,如芦苇、水葱、野茭白等(见表1)。水位变化区受丰水期与枯水期的交替作用,是水位变化最大的区域,也是受风浪淘蚀最严重的区域,因此宜选择深根类且耐淹的灌木或半灌木植物,如灌木柳、沙棘等。无水区是指洪水位到坡顶之间的区域,该区域植被的主要作用是减少降雨对坡面的冲刷、防止水土流失及美化环境等,因此可与景观规划结合起来,选择一些观赏性强,同时又耐旱、耐碱性的植物,如百喜草、狗牙根、苜蓿等[10~12](见表2)。具体应用时还应充分考察当地的乡土植物,因地制宜。4水陆护岸的构景观生态学中