基于景观生态学的生态岸堤构建研究

基于景观生态学的生态岸堤构建研究

0湖泊周边的湿地和洪泛区岸墙（岸墙）是指河流附近或直接影响部分水体的所有区域。它应包括:河流旁的土地,以及河岸本身;湖泊周边的区域;湿地和洪泛区,是一片宽广地带,而不是沿着河岸的一条沿着河岸的狭窄区域。岸堤是水生态系统到陆行生态系统的过渡带,岸堤生态系统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水库生态特征和作用1.1国外生态驳岸的研究生态岸堤是结合治水(水利)工程与生态环境保护而兴起的一种新型护岸技术,是融现代水利工程学、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。它与传统岸堤的区别如表1。传统岸坡的缺点是显而易见的,主要表现如下。(1)沟渠化河道改变了河流蜿蜒型的基本形态,生境的异质性降低,生物多样性将随之降低,最终结果是可能引起整个河流水生生态系统退化。(2)由混凝土修筑的笔直而高大的岸墙拉大了人与水的距离,使人们亲水性的心情难以得到满足。(3)带来更大洪水隐患,迫使提高防洪标准,造成恶性循环。20世纪80年代以后,人们开始对河道整治技术中一些破坏生态环境的施工方案与技术进行反思,德国提出全新的“亲近自然河流”的概念;欧洲的荷兰、英国、丹麦等国均把生态堤岸设计与河流形态修复相结合。此外,从美国环保署(USEPA)提倡的河流生态修复方法及各项示范工程看,恢复自然堤岸是当前美国河流生态修复重要措施之一。日本在20世纪90年代初就开展了“多自然河川计划”,日本建设省推进的第9次治水五年计划中,对5700km河流进行多自然整治,其中2300km为植物岸坡,1400km为石头及木材护底的自然岸坡,不得已使用混凝土的2000km堤岸也先进行了覆土改造。岸坡作为陆地和水域两大景观要素的空间邻接边界,从景观生态学的角度看它是属于生态交错带的一种。生态交错带(ecotone)是景观格局的特殊组分,其重要特征之一就是影响(控制或调节)横穿景观格局的生态流(ecologicalflow),即物质、能量和有机体等的流动。岸堤作为水陆生态交错带,是生态交错带的一个重要类型,其生态系统具有水陆交错带的一些独特特征。(1)空间异质性较高。空间异质性(spatialheterogeneity)是指某种生态学变量在空间分布上的不均匀性及复杂程度。一定空间尺度上岸堤作为水陆交错带兼有陆地及水域两大景观要素的部分特点,同时在生物与非生物力作用下,其环境条件趋于多样性和复杂化,因此异质性高。(2)生物多样性。水陆交错带是水陆两种生境交汇的地方,也是生物多样性交汇带,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(edgespecies)。由于空间异质性高和边缘效应(edgeeffect),使得其生物群落多样性的水平高。(3)生态脆弱性。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(tensionzone)。1.2休闲娱乐空间修建生态岸堤是保护水资源有效的方法之一。它的作用不不仅仅起到保护河岸,稳定河势、削减河流洪峰流量、为人们提供休闲娱乐的场所。从景观生态学的角度,岸堤(岸坡)影响着能量、有机体、水、营养物质等的流动,功能基本上归纳为五类。(1)生态流的自然影响生态交错带作为相邻生态系统之间生态流的通道,影响生态流(ecologicalflows)的流向和流速。例如岸堤为生物提供迁徙通道,成为野生动植物各个群落之间的往来通道。(2)生态岸堤的概念生态系统的某些组分能通过生态交错带在相邻生态系之间流动,另一些组分则受阻碍。例如生态岸坡可以过滤和截留地表径流中的沉积物和动植物残骸等粗大有机物。生态岸堤是构成来自高地的地下水物质的过滤器能够同时截留分解地下水及地表水中的污染物质。当径流流经时,污水中的磷会被土壤颗粒吸附,可以去除80%～85%的磷含量。有研究表明50m宽的河岸带能在效地截留来自农田的漏水和养分。(3)基础植被的结构分布生态交错带为相邻生态系提供物质、能量和生物来源。例如岸堤生长的植被以层状结构分布。它们吸收太阳光进行光合作用,可作为河流的有机碳源,对整个河道生态系统的能量来源起着十分重要的作用。(4)组合功能sik与源的作用相反,生态交错带能吸收积累某些组分。例如岸堤生长的植被可以吸收氮、磷营养元素及有机物污染物。(5)栖息地多样性生态岸坡特有的环境为水生、陆生、水陆两栖等多种生态位物种提供了栖息地。而岸坡在时间上的干湿交替,也创造了许多的小生境,为动植物提供了生存与繁衍的场所。(6)景观效果为人类提供休闲、娱乐场所。2生态海岸岸壁景观生态学内涵2.1景观连通性与生物多样性Baudry于1984年提出了景观连通性(landscapeconnectedness)的概念。景观连通性对景观多样性与生物多样性有重要的影响。一个真正意义上的生态岸堤(岸坡)其景观连通性应该较高,在构建生态岸堤时,为了避免景观多样性与生物多样性的降低,就必须研究景观各元素之间的景观连通性,在影响生物群落的重要地段和关键点,保留生物的生境或是在不同生境地之间建立合理的廊道。2.2岸堤岸坡的组成异质性(heterogeneity)与多样性(diversity)主要是指景观内斑块性质的多样化,而异质性(heterogeneity)则是斑块空间镶嵌的复杂性(Farina,1998)。景观异质性是景观结构的一个重要特征,对景观的功能过程具有显著影响。异质性可以影响资源、物种或干扰在景观上的流动与传播。根据Forman和Godron(1981,1986)的缀块-廊道-基底模式,从整个河流的空间尺度上看,岸坡属于一种廊道结构。岸堤(岸坡)主要由3个部分组成,即坡顶、坡面和坡脚。坡面是水生态系统到陆行生态系统的过渡带,坡面又可划分为3个区域,即死水区、水位变化区和无水区。2.3自然边界与人工边界尽量不去改变原有的景观,保持其原有景观形态的自然性。例如在岸坡的边界形态上,自然边界多是曲折、复杂、和缓的,可人工边界多是平直、简单、僵硬的。弯曲边界比平直边界的生态效益更高(例如可减少水土流失、有利野生动物活动),边缘的曲折度和宽度共同决定景观中边缘生境的总量。2.4生物多样性保护生物多样性包括遗传多样性,物种多样性,生态系统多样性。生物多样性是人类生存的基础,保护生物多样性对实现人类的可持续发展有十分重要的意义。由于岸坡是水陆两种生境交汇的地方,所以其物种的丰富度很高。2.5功能多样性比起传统的岸坡,生态岸坡的功能不仅仅是防洪,保护河道的稳定性,它还有生态、景观、旅游等多层次的功能。3生态海岸岸壁的设计和构建3.1从人的角度考虑按照生态岸堤(岸坡)的景观生态学内涵,在生态岸堤(岸坡)的设计中景观与生态是两个主题。片面地强调其中的某一个方面都是不正确的。例如为了保护河流,而将人排除在外,一味地强调原生性,不对其进行治理与利用;或是一切都从人为的角度出发,为了满足景观的需要而肆意对河流进行人为的破坏,这两种方法都是不可取的。根据“以人为本,宜宽则宽,宜弯则弯,人水相亲,和谐自然”的理念,构建生态岸堤时要考虑岸堤的多重功能:城市堤防的安全性;市民使用上的愉悦性;水域生态上的合理性;城市历史文化上的必然性;河道工程上的可行性;河道景观上的调和性等等。3.1.1稳定性和安全性岸坡是限定水体空间的物质界面,长期经受着流水的侵蚀和冲刷。它起着防止水土流失,防洪泄洪的作用,它的稳定性直接关系到人民生命财产的安全。结构的稳定与安全是设计中要重点考虑的一个方面,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。因此,在今后的生态护岸设计中,必须做到防洪排涝与保护生态、环境相结合。3.1.2合理利用自然生境,形成自然、生命、生物的多样性在充分考虑岸堤的安全与稳定的前提下,应尽量保持其自然形态,减少人为的改造。应尽量使岸堤的边界线条柔和化,保持其天然河岸蜿蜒曲折的特点,曲代表着自然、生命、变化。应尽可能保护生物的多样性,以生态学为基础,考虑护岸景观的连通性对生物的生存与繁衍的制约,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。在不得已的情况下,也应采用模拟自然生态系统的工程措施,维护河道的生态循环和可持续发展的基础。要达到这样的设计就必须对所选河段的河岸生态系统进行细致的调查,对其组成、结构、功能进行分析。这生态岸堤的构建提供尽可量多的详细资料。3.1.3重视景观元素的应用,提高驳岸景观的亲水性水环境景观是城市、乡村景观的重要组成部分。河流水系是一个开放性的廊道空间,蜿蜒于城市之中,它是许多城市乃至于文明的发展轴线,例如巴黎的塞纳河、伦敦的泰晤士河、美国圣路易斯的密西西比河。沿河的景观在一个城市中具有十分重要的景观美学价值,它的景观视觉效果对人们精神状态有重要影响。在生态岸坡的建设中,河流岸坡的景观效果应按照自然与美学相结合的原则,进行纵向的形态规划与横向断面设计,设计中可使用植物、铺装、照明等景观元素来增加其景观效果。水能给人带来美的享受,陶冶情操,亲水性是人与生俱来的一种本能。河道与水边历来是具有丰富的自然景致与人类活动的场所。进行河道的整治,岸堤的设计时要遵循历史文脉,考虑到所在河流的特殊的人文景观效应。要研究和分析大众行为心理。改变水景只可远观不能亲近的状况,尽量增设亲水平台等设施,做到水岸相接,真正使人类在护岸的活动具有亲水性,人们可以在水边散步,小孩可以在清水中嬉戏。日本著名景观设计师涌井雅之先生有过经典的概括:“景观十年,风景百年,风土千年。”因此,设计生态护岸的最高层次的要求就是要以自然、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。3.2构建水陆交错带的生态结构生态岸堤(岸坡)的构建是河道整治的重要组成部分。生态岸堤的构建要从岸坡这个水陆交错带的生态结构入手,充分应用景观生态学、生态水工学的基本原理,对原生态的河道要尽量保护其原有的动植物物种和原有的生态系统,对受损的河道力求修复退化了的水域生态系统。3.2.1自然基层驳岸构建岸坡所选的材料与岸坡的稳定性与有很大关系。材料选择是构建生态岸堤的重要环节。护岸材料的选择应尽量选用生态环境友好型护岸材料。根据护岸的形式与用材进行区分,主要有非结构性与结构性两类:(1)非结构性岸堤。指按照自然水岸的模式,运用自然界物质形成的坡度较缓的水系岸堤。这类岸堤按人为因素干扰的强弱又可分为两种。一种是按土壤的自然安息角(30°),对土壤进行逐层夯实,面层铺设砂、卵石自然形成草坡、卵石滩。另一种是当岸坡的坡度较陡时,需要进行人工防冲蚀与加固,主要是利用一些有一定的强度的可降解的天然材料(如稻草、椰壳、木头等)通过覆盖和层层堆积的方式夯实,并在上面种植植被。目前、美国与德国在这方面有许多的成功经验。(2)结构性岸堤。此类岸堤又可细分为柔性与刚性两类。①柔性岸堤有木沉排岸堤、圆木格子岸堤(采用大根圆木纵横相交在每层间覆盖泥土,插入柳枝节)、石笼沉排坡岸堤、草/木梢捆岸堤、连根树桩+截柳杆岸堤等。②刚性岸堤这类岸堤在城市河道中常见,采用的材料也多种多样,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。一方面这些材料上可以生长植被,景观效果强,另一方面这些新型配料的高渗透性使降水可以渗入地下,经过过滤作用再汇入河道,其中大部分的营养物质与污染物都得到了有效降低,因此它对城市的面源污染控制起到了重要的作用。3.2.2水生生物海岸植物群落建设(1)生物多样性原则生态岸堤植物群落对整个生态岸堤起着至关重要的作用。作为生产者的绿色植物是生态系统的基础,不同地区具有不同地质构造、环境条件和生物种群,因此在生态岸堤的植被选取要遵循自然规律。自然选择已经为该流域选出最适宜的植物种类。通过调查河岸周围,可以了解哪些是适应该环境的优势种。植物的配置也应以乡土植物为主,极力回避外来物种,合理布局,以保证高的异质性。植被中土著种越多,生态岸堤看上去就越接近天然状态,并且它的生态功能也就越强。(2)植被类型对生态岸堤岸坡功能的影响在河道断面方面看,岸坡可从上到下分成坡顶、坡面和坡脚。生长的植物有沉水植物、挺水植物和陆生植物。就陆生植物来看从垂直方向看,又有草本植物、木本植物。表2可为不同