王建华1，2，3，吕宪国1＊，田景汉2
（1.中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林 长春 130012; 2.河北沧州师范专科学校，河北 沧州
061001；3.中国科学院研究生院,北京 100049）
摘要：作为水陆之间的过渡带与生态交错区，河岸湿地具有一系列独特的性质和多种生态服务功能。鉴于河岸湿地在流域规划与河流保护与管理中的重要地位和作用，河岸湿地生态学研究已经开始得到重视。中国学者对河岸湿地生态学研究历经十余载，取得了众多研究成果，但是到目前为止，还没有形成一套比较系统和完备的学科体系，因而迫切需要加强该领域的系统研究工作。简要介绍了国内外河岸湿地基础理论，包括河岸湿地的定义、边界、结构和功能及其机理的研究；以及河岸湿地应用技术，主要包括河岸湿地生态模型与GIS技术的运用、岸坡稳定的生物工程技术以及河岸湿地生态恢复的理论与实践等，提出了适应学科发展需要，综合已有的研究成果，构建河岸湿地生态学理论框架和学科体系的设想，以期推动河岸湿地生态学研究的发展。 关 键 词：河岸湿地； 生态功能； 生态交错区； 湿地生态学
中图分类号：X171.4 文献标识码： A 文章编号： 1672-5948（2008）02-097－08
河岸处于水体与陆地之间，独特的地理位置使之成为水陆生态系统之间的物质流、能量流和信息流的广泛交换和通过区，其分布广泛，组成、结构复杂，环境时空变化明显，总称河岸湿地，简称河岸。作为水陆之间的过渡带与生态交错区，河岸一般具有：河水侵蚀强烈、土壤发育年轻、地形复杂多变、植被种属多样、景观异质性明显等性质。河岸湿地具备多种生态服务功能，如调节气候、涵养水源、蓄洪防旱、降解污染、净化水质、维持生物多样性和生态平衡、保持地下水平衡以及调节区域乃至全球C、H、O、N、P、S等元素的生物地球化学循环等
[1,2]
。河岸湿地的生态位决定了其为河流保护之源，但同时
[3]
河岸湿地也最易遭受人类活动的影响、干扰和破坏。河岸植被对于河流生态系统的健康具有重要贡献，河岸植被的滥伐和破坏将直接影响河流生态系统的稳定与健康，进而影响依赖于河流生态系统的人类的健康和安全。历史上，科学家们在探索和寻求隐藏在河岸作为河流与陆地生态系统过渡带这一特殊位置背后的规律和原理，而土地管理和城市规划人员则发现，对河岸的开发有时会带来灾难性的后果，如，洪水泛滥、土壤侵蚀、河水污染、生境破坏和生物多样性的丧失等。早在20世纪60年代，欧美等发达国家就开始注意到河岸研究的意义和河岸保护的重要价值，并发起了一系列缓冲区保护行动和计划，如美国实施的“保护缓冲区行动”；中国正处于人口增长和经济快速发展阶段，河流污染事件频频发生，河岸植被破坏和生态问题日趋严重，直接影响着人群健康和社会经济持续发展。中国学者对河岸湿地生态学研究业已兴起，早在1996年陈吉泉就发表文章，综合介绍了国外河岸生态研究进展；2001年开始邓红兵、江明喜等发表了河岸带管理与植被调查的一些成果 收稿日期： 2008－01－20； 修订日期：2008－03－26
基金项目：中国科学院知识创新工程项目 (编号: KSCX2-YW-N-46-06) 资助。
作者简介：王建华（1968- ），女，河北省沧州人，博士研究生，副教授，主要研究方向为湿地生态与环境。E-mail:
wangjianhua@neigae.ac.cn ＊
通讯作者：吕宪国，研究员。E-mail: luxg@neigae.ac.cn
1
[6，7]
[5]
[4]
；2002年张建春和彭补拙发表文章介
绍了在安徽省潜山县潜水河滩地植被生态重建试验示范研究；近年来有关河岸湿地生态学研究的成果大量增加，但仍处于探索和试验研究阶段，缺乏系统的理论研究和完整的方法技术。本文旨在综述国内外河岸湿地生态学研究的一些成果，以期为河岸湿地生态学体系的构建提供有用信息。
[8]
1 河岸湿地基础理论研究
河岸湿地基础理论方面主要包括河岸湿地的定义、边界、结构、过程和功能、形成与演变的特征与规律，以及与邻域生态系统相互关系的研究。 1.1 河岸湿地的定义
作为水体与陆地之间的过渡带，河岸研究始于20世纪中叶。早期的定义见于20世纪6O年代，如，Lowe将河岸定义为位于或靠近河道及泛滥平原并以独特物种或其特有生活型区别于周围环境的区域。70年代以后河岸定义逐渐增多，有的偏重于植被特征，如Dick-Peddie 和Hubbard将河岸湿地定义为陆地与河水发生作用的植被区
[10]
[11 ]
[9]
，Carleson 和Wilson认为是任何受到河溪直接影响的植被带
[13]
；有的则
比较注重水文指标，认为河岸是河水与陆地交界处的两侧，直至河水影响消失为止的地带系统生态学角度，河岸被看作是一种水陆过渡带或生态交错区源、汇、通道、屏障和过滤功能的生态廊道
[15]
[14]
[12，5]
；从生态
；而景观生态学者则把河岸看作是具有
。比较综合的定义，如Lowrance, et al将河岸定义为“与
流水相邻的植物及其它有机体组成的复杂的综合体，没有明显的边界，包括河岸阶地、泛滥平原和湿地等在内的陆地与水体之间的过渡带”
。Ilhardt, et al的定义更为详尽，将河岸湿地描述为“陆地与水体
[16]
生态系统交互作用的三维生态区，其范围下至地下含水层、上达植被冠顶、向外跨越整个泛滥平原，止于陆地生态系统，并具有沿着河道不断变化的宽度”具有较高水位的生态系统”
[17]
。Mitsch 和Gosselink认为是“因与河溪相邻而
[18]
。Malanson的定义更为简洁，“与河流相邻的生态系统”。总之，各类
文献中记载的河岸定义繁多，然而，无论是从河岸的位置、还是结构与功能，以及独特的水文地貌过程来看，所有的河岸均属于湿地，总称河岸湿地，简称河岸。 1.2 河岸湿地边界的确定
Naiman和 Décamps认为，河岸湿地生态特征的独特性在于其与水体系统之间的相互作用，因此，河岸湿地边界的确定应该从土壤、植被、以及其它反映水陆过渡性质的要素上加以考虑
[13]
。首先，对于
[19，20]
河岸湿地带内缘，即河岸湿地与水体边界的划分：如以水位为标准，从河源到河口，水深2～6m不
等；如以土壤湿度为标准，从干到湿，最后到淹水土壤，形成一个连续渐变的土壤湿度序列；如以植被为标准，河岸湿地植被包括森林、草地和水生植被，而水体一般没有植被。在水文指标使用方面，常常以河流的平均低水位作为其边界。对于具有常年水流的河流来说，一般选择河流多年平均低水位；而对于具有季节性或暂时水流的河流来讲，其枯水期的水位低于地表，因此，河岸湿地区应该包括全部河床及其下沉积层。该定义也与小型或暂时性溪流沿岸的森林林冠可以遮蔽全部溪流这一事实相符合
[12]
[12]
。同
理，对于较大规模河流或具有常年水流的河流来说，河岸湿地应该包括河岸植被遮蔽的水域或其水平距离等于河岸树木从基部到冠顶的高度
。其次，对于河岸湿地带外缘，即河岸湿地与陆地的边界划分：
首先要分析河岸湿地与陆地水文、土壤和植被特征的差异。一般地，大气降水是陆地生态系统的主要甚至是唯一的水源；而河岸湿地水源即可以由陆地、也可以由水体提供，而且洪水对河岸湿地的影响强烈。这种影响表现在对河岸湿地地貌的塑造和物质运移、以及能量传输方面，使河岸湿地景观与相邻陆地明显不同。在干旱区，水分条件是制约植被分布的主要因子，因而干旱区的河流两岸自然形成了比较清晰
2
明显的河岸植被带；而在湿润区，水分条件不再是限制因子，河岸湿地与陆地之间的植被界限往往不易分辨，因此，其边界确定比较困难也存在一些争议。目前对这类边界确定主要有两种方法：一是根据经验法人为划定固定边界或可变边界的是河流百年一遇洪水的淹没边界1.3 河岸湿地的四维时空结构
河岸湿地是一个非常复杂的生态系统（或景观），具有独特的空间格局和时间动态
[12]
[21，22][23，24]
；二是以洪水泛滥的边界作为河岸湿地与陆地的分界，比较常用。
。主要表现为：
[25]
纵向上具有从河源到河口的连续性，即河岸连续体概念（Riparian Continuum Concept，RCC)；横向上
从水体到陆地，具有水文（水位梯度）、土壤（湿度序列）、植被（组成和结构）依次更替的梯度性；垂向上从河岸植被冠顶到土壤沉积层底，具有植被—土壤—水体系统及其内部的分层性；时间上具有地表形态和景观的演替和动态变化等特点，所谓空间上的连续性、梯度性、分层性和时间上的动态特征。研究河岸湿地的结构特征并用于河岸带管理，目前在发达国家开展比较多，如，加拿大全球森林观察将河岸湿地分为核心区与实验区；美国多采用国家林务局推荐的三带管理模式，即，将河岸湿地由近水到高地分成天然林带、采育林带和外部密植草被带，三带的宽度一般为：4.5m，18m和6m
[26]
。但不同地区往
往差异较大，河流上游溪流河岸可能不足5m，而在江河下游河岸湿地范围极为宽广，包括大面积的河岸林带、草滩和泛滥平原等。总体来讲，河岸湿地的宽度与河流级别和大小密切相关，同时也与人类对于河岸湿地服务的要求与标准有关。 1.4 河岸湿地生态功能及其机理研究 1.4.1 河岸湿地物种多样性
河岸湿地复杂多样的生境、干旱与洪水的周期性交替，为众多的植物、动物和微生物种群提供了生存和繁衍的环境。20世纪60年代中期以野生动物学家Carothers为首对美国亚利桑那州河岸湿地鸟类的调查
[27]
，推动了美国一系列河岸湿地野生鸟类及其相互关系的研究。大量研究认为，河岸湿地鸟类多样
[14]
性和物种丰富度通常高于相邻的陆地。如，Knopf在美国科罗拉多州北部普拉特河流域调查时发现,
[28]
在观察到的124种鸟类中，82%见于河岸湿地,而见于陆地的仅占54%部和华盛顿州发现的103种哺乳动物中，89% 栖息于河岸湿地
[29]
；Oakley, et al报道在俄勒冈州西
[30]
；Olson 和Knopf沿着海拔梯度(1,200～
。
[31]
2,750 m) 对科罗拉多州北部河岸湿地与相邻陆地的小型哺乳动物群落进行对比，也证实了这一点据调查，我国水陆交错带中仅药用植物就有250多种，野生鸟类160多种，鱼类500多种
。研究表明，
河岸湿地动物并不是被动的适应河岸湿地生境，而是通过各种活动积极影响着河岸湿地生物地球化学过程、植被演替和景观格局及其变化。 1.4.2 河岸湿地植被的小气候效应
20世纪70年代以来，大量有关河岸湿地植被与河水温度之间关系的研究显示，河岸湿地植被的遮荫效应影响河水温度，进而影响鱼类等水生生物
[32]
。在加拿大的安大略湖，用来监测河段中鲑鱼出现与
[33]
否的唯一环境变量是河水的周最高温度，而这一环境变量与河流上游的森林覆盖率成负相关
[34]
；在美国
Oregon州的Bear Creek, 一种适应冷水生境的物种——红鳟鱼(Salmo gairdneri)，随着河岸湿地放牧—植被退化—河水温度升高而消失，又随着河岸湿地植被的恢复而回归并常年出现在该河流中
[35]
；Hauer, et al
观察夏季Montana 国家冰河公园的河溪温度时发现，在一处缺少植被覆盖的山涧，其水温高达25°C，而在植被覆盖的下游河段水温不超过10°C
。不仅如此，河岸湿地植被还通过光合作用固碳释氧，改善
局地气候和河流生境；而且，河岸湿地植被通过影响局地风场、水—土—气之间的热量传输与交换、蒸
3
发与凝结、地面长波辐射及其它能量传输过程而影响局地小气候。 1.4.3 粗木质残体的生境效应
在重力和风力的作用下，茂密的河岸植被及其相邻的森林不断向河水中输入大量的枯枝、落叶、果实和花粉等有机物质，成为河水中异养生物(如菌类、细菌等)的食物和能量来源，直接控制着河流生态系统的生产力。此外，岸边的树木枯倒、风折或受河水冲蚀，往往以立木、断根或倒木的形式进入溪流，文献中称之为粗大木质物（Large Woody Debris，LWD）或粗木质残体(Coarse Woody Debris，CWD）
36]
[5，
。河溪中粗木质残体的种类、数量和分布与河岸湿地植被密切相关。上游溪流中的粗大木质物具有调
[37]
节水流、营造特有小生境，参与河流生态系统营养物质循环和提高河溪生态系统结构的多样性和复杂性等作用
。随着对河溪中粗大木质物认识的转变，人们不再像过去那样将其看作是阻碍航道的垃圾进行
清理，而是作为河流生态系统的重要组分加以保留。 1.4.4 河岸湿地的截留和净化效应及其机理研究
河岸湿地的截留和净化效应首先由 Peterjohn和Correll
[15]
[38]
[39]
，以及Lowrance, et al报道。随后，
Lowrance, et al比较系统地研究了几个农业流域的氮、磷等营养物质平衡，认为河岸湿地的截留和滤过效应显著
。此后，对河岸湿地净化效应的研究不断增多。河岸湿地不仅可以减少地下渗流中的氮、中
[40～42]
和过多的酸，而且可以截留地表水流中的悬浮颗粒和杀虫剂、以及各种形态的氮和磷。此外，浓密
的河岸湿地植被还具有吸收和截留大气污染物质沉降的作用。影响河岸湿地物质截留和净化的因素很多，概括起来主要包括：河岸湿地宽度、河岸湿地坡度、植被状况、土壤性质、水文特征、局地气候以及附近土地利用等。
河岸湿地对氮的净化主要是通过湿地植物吸收和固定、微生物固定和转化为气体释放到大气中。一般认为，反硝化作用的强度取决于土壤湿度、氧化还原电位和可利用碳的供应。湿度较大的还原土壤中反硝化作用最强烈，可利用碳的增加可以提高反硝化作用的效率
[43]
。因此，河岸湿地土壤中丰富的有机
质可以促进氮的去除；但在还原条件下，铁氢氧化物被还原而导致结合磷的释放，使更多的磷酸盐从缓冲区释放到河流中。磷的净化途径有土壤和沉积物吸附、植物吸收磷酸盐、微生物固定以及泥炭结合有机磷等
[42]
。河岸湿地主要通过土壤吸附和植被吸收过滤含磷沉积物和径流，达到净化目的，但是也可能
被磷所饱和而丧失净化能力；适度收割植被可以保持河岸湿地植被较高的磷吸收能力，这也是唯一能够永久性去除磷的方法，但植被收割可能导致河岸湿地不稳定和土壤侵蚀，因此只能限于河岸湿地外缘。总结国外河岸湿地净化机理的相关研究成果
[44－46]
，以下几个方面值得注意：①物质移除（悬浮颗粒、营
养物质、有机质、重金属和农药）具有非线性特点；②在氮和磷的初始负荷与质量减少的对数值之间存在显著线性回归关系；③由多种植物群落构成的连续性复合缓冲带比单一结构的缓冲带具有更高的移除效率；④ 与宽而间断的河岸植被缓冲带相比，窄而连续的河岸缓冲带的净化效应往往更有效。
2 河岸湿地应用技术方面
河岸湿地的应用技术主要表现在河岸湿地生态模型与GIS技术的运用、岸坡稳定的生物工程技术、以及河岸湿地生态恢复的理论与实践等方面。 2.1 河岸湿地生态模型与GIS技术的运用
随着河岸湿地生态学研究的深入，一些计算和模拟模型不断被开发出来，如，河岸湿地净化效应模型
[47，48]
[49,50]
[51]
、沉积物运移模型、以及河岸植被与河水温度关系模型，如SHADE模型。但是到目前为止，
4
能够综合模拟河岸湿地地貌、水文、土壤和植被等生态过程的模型还是非常缺乏。目前比较有影响的当属河岸生态系统管理模型（the Riparian Ecosystem Management Model，缩写为REMM）
[54,55]
[52,53]
。这是一个
经过多种条件测试的、专门应用于中小尺度河岸管理和预测模型；此外，一个为大尺度河流及其泛滥平原设计的模型
已经开发出来并经过多次测试，但是这些模型仍处于实验阶段，得到广泛应用还有待
[56，57]
时日。GIS技术在大范围流域管理与河岸地貌制图方面已经得到应用，但是对于小尺度河流，由于
遥感图像精度的限制、以及河岸湿地植被分类的不足，GIS技术并没有得到充分运用。随着遥感图像精度的不断提高和成本降低，GIS技术在河岸湿地管理与累积效应研究中将会发挥越来越大的作用。此外，将数学模型与GIS技术相结合对河岸湿地进行研究也将是一个具有前景的新领域，希望在这方面取得更快的进展。
2.2 岸坡稳定的生物工程与技术
由于传统的截弯取直和坡面加固措施具有多种弊端，因此，早在20世纪中期西方国家开始研究实施生物技术或生物工程措施来稳定河岸,保护河流自然生态环境，因而植被在防止河岸侵蚀，保护河流生态完整性的作用和价值得到重视。相对于传统的工程措施，生物技术具有许多优势，也存在重要不足。与工程措施相比，生物措施见效时间长、稳定性较差，但是随着植被的成熟，植被的稳定性并不一定比工程措施差，甚至会更加稳固和长久。Li 和Eddleman曾经采用费用—强度矩阵对美国河流传统工程（渠道化和坡面硬化）措施与生物（栽植林灌等植被）稳定河岸技术进行对比分析，提出了生物稳定河岸技术的可行性实施方案
[58]
[59]
。中国学者杨海军等也进行过一些河岸湿地生态恢复的工程技术实验研究
[60]
。一
般来说，加强岸坡稳定的生物措施成功与否的关键，主要在于乡土物种的选择、植被的合理搭配、植物病虫害的防治以及对幼苗的管护，特别是在工程实施的开始阶段
[61]
。当然，植被护岸作用也是有条件的，
Li等列举了温带地区实施生物工程的一些限制条件，如，气候限制、植被生理限制、责权限制和技术限制等
。虽然国内外在生物护岸技术方面进行了一些研究，但是，相对于实际需求，生物护岸工程与技
术的实施还有很多工作要做。 2.3 河岸湿地生态恢复的理论与实践
河岸湿地生态恢复的理论基础是恢复生态学原理，即在对河岸湿地生态系统退化原因和机理诊断基础上，遵循地域分布和生态演替规律，运用一些技术手段，按照既定目标恢复生态系统的组份、结构和功能，并适时监测其生态指标，使河岸湿地生态系统最终达到或超过其原始水平。河岸湿地生态恢复的阶段性表明，河岸湿地生态恢复一般分为生物恢复、生境恢复和生态功能恢复三个水平；水文、土壤和植被是河岸湿地生态恢复的基本要素；在河岸湿地至少应该保持三个植被带并实施不同的管理方式；河流上游应该保持一个健康的河岸林带，而河流下游则需要保护和恢复宽广的泛滥平原；恢复河岸湿地乡土植被，慎重对待外来植物和食草动物等一些基本生态学原理已经被广泛接受。但是，对于河岸湿地生态功能与健康的标准还缺乏认识。尽管如此，一些案例和实验研究已经在世界各地展开：在美国，Hey, et al（1989)、Lowrance, et al（1995) 和Schultz, et al (1995) 等分别进行了不同尺度和流域的河岸湿地植被恢复研究；在澳大利亚，大量的河岸植被缓冲带恢复与监测工作正在较大流域范围内实施；英国也计划拆除莱茵河流域下游堤坝，恢复河漫滩湿地功能，改善水质，提高流域生物多样性
[62，63]
。
3 结论与展望
河岸是一类独特而重要的湿地生态系统。它处于三相界面，具有独特的边缘性、过渡性、变动性和
5
复杂性特点；它沿河分布，具有从上游到下游的连续、起伏和渐变以及区域特征明显等特点；它是由土壤、植被、气候和水文地貌各要素综合组成的完整的生态系统，同时又与相邻水体和陆地生态系统发生强烈的相互影响和相互作用；对这一生态系统的研究，不仅是河流保护的需要，也是流域规划与管理的重中之重。从保护河流健康的角度考虑，人类需要生存与发展，不可能将整个流域恢复为天
然，但是我们有能力保留、保护或恢复一个宽度适宜、结构合理、健康而完整的河岸植被缓冲带。中国幅员辽阔，自然环境和文化习俗的区域差异显著，有必要结合区域河流及管理现状，总结河岸生态学研究的已有成果和先进技术，推进河岸生态学的研究与发展，逐渐形成一套适应不同区域的河岸生态保护与管理的理论、方法与技术，为河岸生态保护与管理工作提供指导。同时，建议实施国家河流保护计划，制定河岸保护的一般原则和分类分级标准，并适应当代社会经济可持续发展需要，建立河岸植被缓冲带，保护河流生态系统健康。
中国河岸湿地生态学研究已历经十余年的历史，取得了众多研究成果，这些研究从不同侧面不断丰富着该学科的内容。因此，应适应学科发展需要，在已有的研究基础之上，探索构建河岸湿地生态学的理论框架和学科体系，将分散零散的研究成果加以系统和综合，形成一套比较系统和完备的学科体系。并以此为契机，了解和掌握现有河岸湿地生态学研究的优势与不足，推动河岸湿地生态保护、规划与管理的进程。当然，作为一门学科出现还需要大量的理论探索和试验总结，同时，河岸湿地作为湿地生态学研究的重要组成部分，该学科的形成与发展，将进一步补充与完善湿地生态学研究的理论与方法，推动整个生态学研究的发展。
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Theory and Application of Riparian Wetland Ecology
WANG Jian-Hua
1，2，3
, LU Xian-Guo, TIAN Jing-Han
12
(1. Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130012,Jilin , P.R. China; 2. Hebei Cangzhou Teacher’s College, Cangzhou 061001,Hebei, P.R. China; 3. Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P.R. China)
Abstract： As buffer zones between uplands and streams, riparian wetlands possess distinct ecological characteristics because of their interaction with the aquatic system. Riparian ecology has drawn attentions since 1950s when scientists began to investigate birds and other wild animals in the field and found greater diversity of species in riparian zones than in adjacent uplands. Nowadays riparian buffers have gained wide acceptance as tools for protecting water quality, maintaining wildlife habitat and providing other benefits to people and the environment on abroad. Today in China, with the rapid growth of population and economics development, many riparian zones have been denuded of native vegetation, and the adjacent waterways have been
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channelized, dammed, and seriously polluted. However, there are very few researches specific to the basic principles and approaches of riparian buffer zone. Hence, the purpose of this article is try to provide a overall review of researches on riparian and riparian ecology, such as the riparian definition, riparian boundaries, riparian structure, and several main functions (such as supporting wildlife, providing woody debris, trapping/moving nutrient, shading streams to moderate water temperatures, and modifying microclimate, etc.) of riparian buffer zones, as well as the use of models and geographic information systems in this field, biotechnical or bioengineering for slope stabilization, principles and case studies of riparian ecological restoration were summarized in order to offer scientifically-based guidelines for riparian buffer plans and ordinances in China at present and in the future.
Key words: Riparian wetlands; Ecological functions; Ecotones; Wetland ecology
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