辽河保护区河岸带自然生境恢复现状

张鸿龄, 郭　鑫, 孙丽娜

(沈阳大学 区域污染环境生态修复教育部重点实验室, 辽宁 沈阳　110044)



辽河保护区河岸带自然生境恢复现状

张鸿龄, 郭鑫, 孙丽娜

(沈阳大学 区域污染环境生态修复教育部重点实验室, 辽宁 沈阳110044)

摘要:在辽河保护区选取19个调查断面,通过实地调查的方法对河岸带植被盖度、物种组成、河岸带宽度及土地利用现状进行了调研.结果发现,辽河河岸带植被盖度达到80%以上,但物种相对单一,主要以一年生草本植物为主;河岸带农田用地大量减少,辽河保护区河岸带生境趋于自然恢复状态.认为后期只要采用适宜的管理措施,逐步克服或消除人为的干扰压力,退化河岸带最终会由于生态演替的作用步入健康、良性发展,逐步恢复其自然生态功能.

关键词:辽河保护区; 河岸缓冲带; 植被恢复; 有效宽度; 土地利用

河岸带是介于河流与陆地之间的生态交错带, 是陆地生态系统与水生生态系统之间进行物质、能量、信息交换的重要生物过渡带[1]. 特殊的地理位置决定了河岸带在调节气候、保持水土、防治面源污染、截污滞污、营造河岸景观等生态功能方面的重要性[2-4]. 然而,由于我国人口众多,社会经济快速发展, 特别是近年来强烈的人类工农业活动, 如城镇化进程加速、水利工程设施集中建设、农牧业迅猛发展等, 造成了河岸带有效面积缩小、河岸滩涂裸露、生物多样性锐减、水土流失加重、水体富营养化以及自然灾害频发等生态环境问题, 对区域人口的水环境安全及社会经济可持续发展构成严重威胁[5-7]. 河岸植物群落作为河岸缓冲带的主体, 也遭受到严重破坏, 世界20%以上的河岸带植被已不复存在, 所剩部分也在极迅速消失[8]. 因此,开展河岸带修复, 采取必要的人工干预措施恢复受损及正在退化的河岸缓冲带对于水生态系统恢复与保护具有重要意义.

辽河与珠江、长江、黄河、淮河、海河和松花江水系并称为我国的七大水系.其中辽河流域位于我国东北地区,跨辽宁、内蒙古、吉林三个省区.20世纪90年代中期,随着东北老工业基地的建设,在经济快速发展的同时,辽河流域水污染不断加重,河岸带严重退化,被列入到国家重点治理的“三河三湖”之中,地方也开始重视辽河流域水环境治理.2010年3月由辽宁省委、省政府批准,正式成立了辽河保护区,这是中国首个以河流保护为目的成立的保护区,该保护区从东、西辽河交汇处昌图县福德店开始,沿辽河干流直至盘锦入海口,流域面积20.16万km2.保护区属温带半湿润大陆性季风气候,年均温在4～9 ℃,降水量为600～700 mm,土壤类型主要为棕壤、风砂土和泥炭沼泽土.为恢复辽河流域河流自然生境,保护区全河段内的河道两侧实行了自然封育、农田撂荒、退耕还草还林政策,河岸带生态系统受人为干扰破坏压力减小.本研究选择辽河保护区为研究对象,分析研究自然封育2～4年后河岸带植被盖度、植被种类、河岸带有效宽度、地貌及土地利用状况的变化,为我国河岸带自然生态恢复研究提供理论指导.

1研究方法

1.1调查断面选取

根据辽河的水域范围,河岸地形地貌,流经区域农业、经济、气候特征以及辽河保护区自然封育及人工强化措施的实施,沿辽河河流流向自上而下设置了19个调查样点.分别在上游、中游、下游各设置调查样地7、7和5个,调查样地分别为福德店、三河下拉、通江口、哈大高铁橡胶坝、双安桥、蔡牛、汎河口、石佛寺水库、马虎山、巨流河、毓宝台、满都户、红庙子、达牛、大张桥、盘山闸、曙光大桥、赵圈河和红海滩入海口,具体位置如图1所示.

图1　研究区位置与样点分布示意图

1.2调查内容与研究方法

在选择的调查断面区段,全面调查辽河河岸缓冲带宽度、坡岸侵蚀状况、两岸地形地貌、植被覆盖度、植被种类分布及生长情况、河岸周边农业利用特征、自然封育措施等因素.

在每个样地采用样线法进行植被调查,每个调查区段内选择典型植被区域沿着平行于河流流向设置一条长20 m的样线,调查样线两侧各50 cm宽度范围内的植物,记录植物生长状况、物种个数和物种盖度,其中物种盖度通过结合物种在样线上的分布、投影覆盖情况进行估算.在每个调查断面随机选取5个点位,采用测距仪对河床距道路或农田的距离进行测定,取其平均值记为河岸带缓冲带有效宽度.

物种频度=物种出现的样点数/样点总数.

2结果与分析

2.1辽河保护区河岸带植被恢复现状

河岸植物群落作为河岸缓冲带的主体,对河岸带生物多样性恢复、区域小气候调节、农业面源污染阻控起到了决定性的作用.然而,由于受人类活动的影响,目前河岸带植物群落及生态系统破坏和退化现象十分严重,农业面源污染所带来的水体污染问题也日益突出[9-10].自2010年辽河保护区实施自然封育措施后,部分河段河岸带两侧设置了铁丝网围栏,进行了阻隔带与管理路的建设,有效制止了人为破坏、牛羊家畜啃食等对河岸带土壤与植被的破坏.河岸带植被物种多样性得到提高,地表植被整体覆盖状况也明显改善,遭受人为破坏严重的裸露河滩地在实行封育2～3年后逐渐有一年生草本植物生长.如表1所示,辽河流域大部分河岸带植被盖度提高到80%以上,上游植被覆盖度相对高于中下游区段.这主要与辽河中下游地区人口密度大、工农业相对较发达有关,大面积的农田开发及水利设施建设致使河岸带覆被被严重破坏.

从物种多样性恢复状况来看,辽河保护区内植被类型相对单一,以自然演替初期的中生植物群落为主,适应水域特殊生境的水生和湿生植物较少.植物群落中以杨、柳、蒿、旋覆花、稗、苋、藜属为主,其中草本植物占到90%以上.茵陈蒿、小飞蓬出现的频度最大,如表2所示.部分区域如铁岭双安桥区段、蔡牛区段蒿属植物占了绝对优势,主要为水蒿、野艾蒿、茵陈蒿等.这可能是由于自然封育前,该区域及周边土地主要为农田,种植玉米类大田作物,农田的种植活动对河岸带土壤及生长环境产生较大影响,进而对河岸带封育初期的植物物种组成产生了决定性作用.

表1　辽河流域上游下游河岸带自然生态状况调查

从物种生活型分析结果发现,保护区内草本植物主要为1～2年生草本植物,多年生植物相对较少.而且在19个调查断面中除了红海滩入海口主要以翅碱蓬占绝对优势外,其他断面的植物物种组成差异不大,以多种草本植物混生为主,这与夏会娟等[11]研究结果相一致.内蒙古典型草原不同封育期植物群落特征研究结果也表明,围封20年以上的样地具有最高的丰富度指数和多样性指数,但围封7年的样地多样性指数与围封2年样地以及未围封样地没有表现出显著差异性[12-13].因此,较短时间的封育对于植物物种的多样性和恢复效果影响不显著.辽河保护区河岸带自2010年以来,最长封育期只有4年,而部分区段只有2～3年封育期,植被群落的演替还处于初级阶段,尚未产生差异.

表2　辽河流域主要植物及其出现频度

另外,在辽河保护区部分河段,如哈大高铁橡胶坝、盘山闸、双安桥断面处实施了人工强化技术促进河岸带植被群落的恢复,主要包括植物-土壤生物护坡技术、灌木扦插护岸技术、乔灌草植被污染阻控技术等,经过2～3年的时间,一些灌木,如杞柳、怪柳、杨树、刺槐已适应保护区环境,河岸带内逐步形成灌和草或乔、灌和草的植被群落.

经过自然封育、人工强化技术的实施,辽河保护区生态环境目前正在逐步恢复,河岸带植物种类、植被盖度都显著增加,在一些受人为干扰小的河段还发现了灯心草科植物,如罗布麻、华黄芪、碱毛茛属等河岸带原生土著植物的重现.然而,要想河岸带生态环境持续改善及逐步步入自然演替的良性发展,后期的保护管理仍然十分重要.在调查期间,发现辽河河岸带内放牧现象仍然存在,每年春季树木发芽时,动物特别是牛羊的啃食,对河岸带植被系统可能造成较大影响,甚至可能造成河岸带植被群落的进一步退化.

2.2河岸缓冲带有效宽度及形态特征

确立河岸带宽度首先应该明确河岸带定义.20世纪70年代,河岸带被首次定义为河水-陆地交界处的两边,直至河水影响消失为止的地带[14];后期,有人则认为河岸缓冲带是指河岸两边向岸坡爬升的由树木(乔木)及其他植被组成的缓冲区域[15];另有人认为,河岸缓冲带就是为保护河溪水质、防止农业污染而规划的缓冲带系统[16].总之,有效的河岸缓冲带应该是介于河流水体与陆地之间,能够发挥廊道功能、栖息地功能、泥沙过滤、洪峰消减、堤岸稳固、污染阻控以及景观美化功能.一个宽度合理、植被群落健康的河岸缓冲带能够在农业区、居民区与河流水体之间形成一道有效的缓冲屏障,保护河流水体免受人类活动的直接破坏.因此,在流域土地利用开发强度不断加大、流域面积持续降低、河滨带不断被破坏的同时,合理保护、构建适宜宽度的河岸缓冲带则十分必要.

有研究认为,河岸缓冲带的最小有效宽度应设置为30 m,根据河流的分级、地形地貌、河岸坡度、侵蚀状况、洪积平原、湿地、滩涂地等被保护区域的性质与其敏感性增加缓冲带的宽度[17].从辽河保护区19个断面的调查结果发现,除了红海滩湿地面积较大,有效宽度可达数百米外,其余18个断面河岸带有效宽度介于30～70 m之间,如图2所示.最大的河岸带有效宽度是63 m,位于上游的三河下拉河段,最小的河岸带有效宽度为35 m,位于辽河下游的曙光大桥断面.这主要是与辽河流域地貌有关,辽河流域地形多为山地,占全流域的48.2%,其次为丘陵、平原,分别占21.5%和24.3%,沙丘占6%.位于平原、丘陵地段的湿地、漫滩河岸带宽度相对较大,而城市段或不连续的河岸带有效宽度较小,如图3所示.一般认为,河流的岸边宽度增加,河岸带生态系统在维护生物多样性、调节区域小气候、调节洪水、截留转化非点源氮磷污染等功能方面所起的作用也较大[2,18].

图2　调查样点断面河岸带相对宽度

图3　调查断面河岸带现状

2.3土地利用现状

对辽河保护区土地利用现状进行调查分析,发现辽河干流河道内主要土地利用类型包括河流水体、河岸植被带、农田、湿地、牛轭湖、设施蔬菜地、居民点、水利设施及滩地.2007年辽河保护区航片解译后土地利用情况分析结果显示,辽河保护区内农田面积占到41.99%,自然植被湿地面积占22.42%,滩地和河流水体面积约占28.70%,居民点面积占0.84%,最主要的土地利用类型为农田,作物以玉米为主,其次为高粱和水稻[19],如图4所示.由于河流农业面源污染主要以农业种植污染为主,其中也包括零散分布的居民地污水、旅游污染和畜禽养殖污染.因此,河岸带大面积农田的存在是造成辽河水体面源污染的主要原因.

图4　辽河保护区土地利用现状

自2010年辽河保护区河道两侧500 m范围内逐步实施农田撂荒后,保护区周边土地利用表现为耕地减少、城镇用地迅速增加的态势.如表1所示,调查断面中三河下拉、通江口等十个调查点位封育区及周边均已没有农田,特别是下游区域,除达牛有小面积玉米农田外,其余调查样点河岸带周边均已见不到农田,表明辽河保护区河岸带生境趋于自然恢复状态并逐步向健康河岸带过渡.

3结论

由于自然和人为因素的影响,退化河岸带的生态恢复与重建较为复杂.辽河保护区自2010年在全河段内河道两侧实行自然封育、农田撂荒、退耕还草还林技术措施后,河岸带植被覆盖率显著增加,大部分河岸植被盖度高于80%.但植被类型相对单一,以自然演替初期的中生植物群落为主,适应水域特殊生境的水生和湿生植物较少.植物群落中以杨、柳、蒿、旋覆花、稗、苋、藜属为主,草本植物占到90%以上,而且以1～2年生草本植物为主,多年生植物相对较少.

人工封育后辽河保护区内河岸缓冲带的有效宽度均大于30 m.河岸带农田大量减少,土地利用类型主要为河岸植被带、湿地、河流水体、居民点、农田、滩地和水利设施.虽然河岸带退化的影响因素诸多,但只要克服或消除人为的干扰压力,采用适宜的管理措施,退化河岸带最终会由于生态演替的作用步入健康、良性发展,逐步恢复其自然生态功能.

参考文献:

[1] NAIMAN R J, DECAMPS H, POLLOCK M. The role of riparian corridors in maintaining regional biodiversity[J]. Ecology, 1993,3(2):309-312.

[3] CORREL D L. Principles of planning and establishment of buffer zones[J]. Ecological Engineering, 2005,24(5):433-439.

[4] 张建春,彭补拙. 河岸带研究及其退化生态系统的恢复与重建[J]. 生态学报, 2003,23(1): 56-63.

(ZHANG J C, PENG B Z.Study on riparian zone and the restoration and rebuilding of its degraded ecosystem[J]. ACTA ECOLOGICA SINICA, 2003,23(1):56-63.)

[5] 郭二辉,孙然好,陈利顶. 河岸植被缓冲带主要生态服务功能研究的现状与展望[J]. 生态学杂志, 2011,30(8):1830-1837.

(GUO E H, SUN R H, CHEN L D.Main ecological service functions in riparian vegetation buffer zone: research progress and prospects[J]. Chinese Journal of Ecology, 2011,30(8):1830-1837.)

[6] 黄凯,郭怀成,刘永,等. 河岸带生态系统退化机制及其恢复研究进展[J]. 应用生态学报, 2007,18(6):1373-1382.

(HUANG K, GUO H C, LIU Y, et al.Research progress on the degradation mechanisms and restoration of riparian ecosystem[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2007,18(6):1373-1382.)

[7] 张鸿龄,孙丽娜,赵国苹. 运用主成分分析法评价浑河水体中重金属污染来源[J]. 沈阳大学学报(自然科学版), 2012,24(5):5-9.

(ZHANG H L, SUN L N, ZHAO G P.Sources of heavy metals in surface water from Hunhe River by principal component analysis[J]. Journal of Shenyang University (Natural Science), 2012,24(5):5-9.)

[8] DENNIS F W. Ecological issues related to wetland preservation, restoration, creation and assessment[J]. The Science of the Total Environment, 1999,240(1/3):31-40.

[9] LIU X M, ZHANG X Y, ZHANG M H. Major factors influencing the efficacy of vegetated buffers on sedment trapping: a review and analysis[J]. Journal of Environmental Quality, 2008,37(5):1667-1674.

[10] 李萍萍,崔波,付为国,等. 河岸带不同植被类型及宽度对污染物去除效果的影响[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2013,37(6):47-52.

(LI PP, CUI B, FU W G, et al. Effects of riparian buffer vegetation types and width on pollutant removal[J]. Journal of Nanjing Forestry University(Natural Science Edition), 2013,37(6):47-52.)

[11] 夏会娟,张远,张文丽,等. 辽河保护区河岸农田撂荒恢复初期植物物种特征[J]. 生态学杂志, 2014,33(1):41-47.

(XIA H J, ZHANG Y, ZHANG W L, et al.Characteristics of plants during early restoration stage of abandoned riparian croplands in Liaohe River reserve[J]. Chinese Journal of Ecology, 2014,33(1):41-47.)

[12] 闫玉春,唐海萍. 围栏禁牧对内蒙古典型草原群落特征的影响[J]. 西北植物学报, 2007,27(6):1225-1232.

(YAN Y C, TANG H P.Effects of exclosure on typical steppe community properties in Inner Mongolia[J]. ACTA Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2007,27(6):1225-1232.)

[13] 刘凤婵,李红丽,董智,等. 封育对退化草原植被恢复及土壤理化性质影响的研究进展[J]. 中国水土保持科学, 2012,10(5):116-122.

(LIU F C, LI H L, DONG Z, et al.Advances in research on enclosure effects on vegetation restoration and soil physicochemical property of degraded grassland[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2012,10(5):116-122.)

[14] WHIGHAM D F. Ecological issues related to wetland preservation, restoration, creation and assessment[J]. The Science of the Total Environment, 1999,240:31-40.

[15] 秦明周. 美国土地利用的生物环境保护工程措施—缓冲带[J].水土保持学报, 2001,15(1):119-121.

(QIN M Z.Biological environment measures of United States land uses: buffer strips[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2001,15(1):119-121.)

[16] YOUNG K, HINCH S, NORTHCOTE T. Status of resident coastal cutthroat trout and their habitats[J]. North American Journal of Fisheries Management, 1999,9:901-911.

[17] 段亮,宋永会,张临绒,等. 辽河保护区河岸带生态恢复技术研究[J]. 环境工程技术学报, 2014,4(1):8-12.

(DUAN L, SONG Y H, ZHANG L R, et al.The ecological restoration technologies of riparian area in Liaohe conservation area[J]. Journal of Environmental Engineering Technology, 2014,4(1):8-12.)

[18] 赵清贺,马丽娇,刘倩,等. 黄河中下游典型河岸带植物物种多样性及其对环境的响应[J]. 生态学杂志, 2015,34(5):1325-1331.)

(ZHAO Q H, MA L J, LIU Q, et al.Plant species diversity and its response to environmental factors in typical river riparian zone in the middle and lower reaches of Yellow River[J]. Chinese Journal of Ecology, 2015, 34(5):1325-1331. )

[19] 段亮,宋永会,白琳,等. 辽河保护区治理与保护技术研究[J]. 中国工程科学, 2013,15(3):107-112.

(DUAN L, SONG Y H, BAI L, et al. The research of control and conservation technologies of Liaohe River conservation area[J]. Engineering Science, 2013,15(3):107-112.)

【责任编辑: 祝颖】

Status of Natural Habitat Restoration of Riparian Zone in Liaohe River Conservation Area

ZhangHongling,GuoXin,SunLina

(Key Laboratory of Regional Environmental and Eco-Remediation, Ministry of Education, Shenyang University, Shenyang 110044, China)

Abstract:Nineteen regions were selected to investigate the vegetation cover ratio, species, width of riparian, and the status of land use. Results show that the natural vegetation cover increases to over 80%, but the species of vegetation are single, herbaceous species are mainly annual, the weeds accounts for a larger proportion of total herbaceous species, and the farmland significantly decreases, indicating that the native habitat of riparian area of Liaohe River is in a natural restoration state and tending to be a healthy riparian zone. Some proper management measures should take to reduce and eliminate the anthropogenic influence, then, the ecological function of riparian area will develop healthily, and gradually restore its natural ecological functions.

Key words:Liaohe River conservation area; riparian zone; vegetation recovery; effective width; land use

中图分类号:X 52

文献标志码:A

文章编号:2095-5456(2016)02-0098-07

作者简介:张鸿龄(1979-),女,河北张家口人,沈阳大学副教授,博士; 孙丽娜(1960-),女,辽宁北票人,沈阳大学教授,博士生导师.

基金项目:国家科技重大专项(2012ZX07202-004); 辽宁省教育厅优秀人才计划项目(LJQ2014134).

收稿日期:2015-10-30