鄭州賈魯河河岸植被緩沖帶生態(tài)完整性評價

方 曉，黃 超，郭二輝，范貝貝，桑凱新

河岸帶是陸地生態(tài)系統(tǒng)與河流生態(tài)系統(tǒng)之間進行物質(zhì)、能量和信息交換的生態(tài)過渡帶，是河水和陸地的交界處向兩邊延伸直到河水影響消失的地帶［1］。河流水利設(shè)施的建設(shè)、快速的城市化進程以及農(nóng)耕等人類活動不斷干擾和影響著河岸帶生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致河岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重，河岸植被緩沖帶的完整性遭到破壞，世界上大約20%的河岸帶植物種類已經(jīng)消失［2］。河岸植被緩沖帶的完整程度決定著其邊緣效應(yīng)［3］以及生態(tài)服務(wù)功能［4］的發(fā)揮。河岸植被緩沖帶的研究主要從河岸帶的植被物種多樣性［5］、植被空間組合方式［6］、植被帶的寬度［7］以及不同土地利用類型［8］和干擾情況［9］等方面進行研究。豐富的植物種類、多樣的植物層次和不同類型植物的根系等為陸地和河流生態(tài)系統(tǒng)的過渡帶提供了多樣的異質(zhì)性空間，保證植被的完整性對維持此過渡帶水體和土壤環(huán)境健康起著決定作用［10-11］。研究表明，以草本、灌草或者喬草混合模式營造的緩沖帶在固氮方面效果明顯［12］;結(jié)構(gòu)完整的緩沖帶對維護生物多樣性、調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候、調(diào)節(jié)洪水、攔截非點源氮磷污染等發(fā)揮其較大生態(tài)服務(wù)功作用［13］。

本研究選擇賈魯河鄭州市流域內(nèi)12個河道斷面為調(diào)查對象，結(jié)合賈魯河特點和調(diào)查結(jié)果，建立賈魯河河岸帶植被完整性評價體系，并對賈魯河鄭州段河岸帶進行植被完整性評價，根據(jù)評價結(jié)果提出了不同類型河岸植被緩沖帶的恢復(fù)重建［1］措施，以期為河岸植被緩沖帶恢復(fù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于淮河二級支流賈魯河鄭州段，賈魯河發(fā)源于新密市白寨鄉(xiāng)楊樹崗圣水峪，經(jīng)鄭州市區(qū)、中牟、開封、尉氏、周口入沙潁河，全長256.5 km，流域面積5 895 km2。賈魯河鄭州市境內(nèi)全長137 km，流域面積 2 750 km2，河床糙率 0.03［14］。研究區(qū)屬北溫帶大陸性季風氣候，冷暖氣團交替頻繁，四季分明，多年平均年降水量633.3 mm，汛期(7－9月份)降水量占年降水量的60%左右，年平均氣溫14.2℃。研究區(qū)域內(nèi)土壤以潮土和褐土為主，風沙土和水稻土也有分布［15］。流域植被類型豐富，以溫帶落葉闊葉林為主［16］。賈魯河屬季節(jié)性河流，下游有少量基流，非汛期干涸或排泄城市污水(主要包括鄭州市污水處理廠、城市生產(chǎn)生活廢水［14］)，承擔著鄭州市區(qū)主要的防洪排澇任務(wù)［11］，是鄭州市城市水系的骨干河道，是除黃河以外，鄭州境內(nèi)最重要的一條河流。

1.2 河岸帶調(diào)查方法

河岸植被緩沖帶的調(diào)查主要集中在賈魯河鄭州段城市河流區(qū)，河岸兩側(cè)人口密集，人類活動較為頻繁，對流域河岸植被緩沖帶的完整性影響較大。賈魯河沿岸有速生楊、旱柳為主的喬木類，自然植被種類很少，多以鹽生植被和沙化植被為主，草甸植被次之。賈魯河河道屬于自然型河道，但河道兩側(cè)經(jīng)人工開墾為農(nóng)田，少數(shù)區(qū)域被硬化為混凝土河岸帶。賈魯河行洪斷面小、河道被侵占、水質(zhì)較差。目前鄭州市正在將賈魯河打造成為城市的綠色生態(tài)廊道，因而在此區(qū)域內(nèi)展開植被緩沖帶完整性的調(diào)查研究，可以為賈魯河的生態(tài)治理和修復(fù)提供理論基礎(chǔ)。

在賈魯河鄭州段選取具有代表性的橫斷面，進行［2］生態(tài)調(diào)查和分析。調(diào)查的主要內(nèi)容包括:河岸基質(zhì)指標、河岸植被緩沖帶的寬度、坡度、河道斷面形態(tài)、河面寬度、岸坡高度等;植被指標，植被的種類、植被層次、覆蓋率、植被帶寬度和生長情況等;周邊環(huán)境與干擾情況調(diào)查，周圍的土地利用類型，人類活動程度及范圍等［3］。

2 結(jié)果與分析

2.1 河岸帶斷面分類

以河道斷面形式、岸坡高度、岸坡坡度以及河岸帶周邊土地利用情況作為依據(jù)對賈魯河的河岸帶斷面進行分類。調(diào)查發(fā)現(xiàn)賈魯河河道斷面形態(tài)多為U型，河岸坡度呈現(xiàn)3 種類型:0°～15°(較緩坡)、15°～30°(緩坡)和＞30°(較陡坡)，結(jié)合河岸帶實際情況可將賈魯河斷面分為4種類型:U形+較緩坡、U形+緩坡、U形+較陡坡、園林綠化帶。

由表1可知，賈魯河U形+較緩坡的河岸帶，受農(nóng)業(yè)活動的干擾較重，多處為油菜田，喬木以青楊(Populus cathayana)、旱柳(Salix matsudana)、側(cè)柏(Platycladus orientalis)等防護林為主。U形+緩坡的河岸帶干擾相對較小，植物以喬木、草本為主，主要有白毛楊(P.tomentosa)、旱柳、狗牙根(Cynodon dactylon)、細葉結(jié)縷草(Zoysia tenuifolia)等，較少的河岸被開墾為耕地。U形+較陡坡型河岸，植被群落層次豐富，有喬木、灌木和草本，植物種類有旱柳、白毛楊、榆樹(Ulmus pumila)、白皮松(Pinus bungeana)、女貞(Ligustrum lucidum)、檉柳(Tamarix chinensis)、南天竹(Nandina domestica)、石楠(Photinia serrulata)、細葉結(jié)縷草等。園林綠化帶是城市河流濱水護岸的主要形式之一，岸坡坡度＞40°，植物的種類為人工種植，植物種類有垂柳(S.babylonica)、廣玉蘭(Magnolia grandiflora)、雪松(Cedrus deodara)、小葉女貞(Ligustrum quihoui)、大葉黃楊(Buxus megistophylla)、木瓜(Chaenomeles sinensis)、麥冬(Ophiopogon japonicus)、沿階草(Ophiopogon bodinieri)等。賈魯河研究區(qū)域內(nèi)斷面形態(tài)較多，岸坡高度以及坡度等地形復(fù)雜多樣，人類活動的干擾程度也有較大差異。調(diào)查結(jié)果表明，對于U型河道斷面，其坡度越緩受農(nóng)業(yè)活動的干擾越重，河岸帶的自然植被喪失的也越多;坡度越陡，其植被層次和多樣性則較為豐富。

2.2 河岸帶的完整性評價

2.2.1 選取評價方法 采用多指標評價法進行評價，篩選出能夠反映河岸植被緩沖帶完整性的生物、物理、水文等方面的評估指數(shù)，確定評價指標，制定評分標準，依據(jù)調(diào)查結(jié)果對河岸帶進行量化評分，并對各指標評分進行求和，以累計總分數(shù)作為河岸植被緩沖帶完整性評估的依據(jù)［17］。

表1 河岸帶斷面調(diào)查統(tǒng)計［4］Table 1 The survey statistics of riparian vegetation buffers

2.2.2 評價指標及等級劃分 以可操作性、定量和定性為原則，選取對河岸植被緩沖帶生態(tài)功能有顯著重要影響的植被種類、植被層次、植被帶寬度、植被覆蓋率、植被連續(xù)性5個調(diào)查指標［18］，構(gòu)建河岸植被緩沖帶評價體系，將每個指標轉(zhuǎn)化為滿分10分，2.5分為間距劃分其完整性等級，分別是:完整(10～7.5)、基本完整(7.5～5)、次不完整(5～2.5)、不完整(2.5～0)。完整性評價體系滿分為50分，定義:50～37.5分表示河岸植被緩沖帶完整;37.5～25分表示河岸植被緩沖帶基本完整;25～12.5分表示河岸植被緩沖帶次不完整;12.5～0分表示河岸植被緩沖帶不完整。具體評價指標劃分見表3［19］。

表3 賈魯河河岸帶植被緩沖帶完整性評價標準Table 3 Evaluation criteria of riparian vegetation buffers integrity in Jialu River

2.2.3 賈魯河的河岸帶完整性 分析結(jié)果表明，賈魯河河岸植被緩沖帶完整性狀況較差，賈魯河河岸植被緩沖帶為次不完整狀態(tài)。在調(diào)查斷面中，50%的斷面為次不完整，41.67%的斷面為基本完整，不完整的占8.33%。由圖1可見，賈魯河4種類型河岸帶植被完整性由高到低依次是較陡坡(32.75)、較緩坡(22.9)、緩坡(17.5)、園林綠化帶(18.0)，較陡坡斷面的完整性等級高于較緩坡、緩坡、園林綠化帶，較緩坡、緩坡、園林綠化帶3種類型處于同一個完整性等級為次不完整。近自然的3種U形河岸帶植被完整性均較人工園林綠化帶的完整性強，這與張茜［20］的研究結(jié)果一致［5］。有研究表明當坡度高于35°時，坡面土壤養(yǎng)分分布不均，生境的異質(zhì)性也較高，植被的多樣性也較高［21］。

2.2.4 不同河岸帶類型的問題及恢復(fù)措施 圖2可見，不同類型河岸帶的完整性評分指標間的差距和等級、完整性評價中除植被覆蓋率以外的其他4項指標評分相對均衡，植被覆蓋率的評分偏低，這可能與賈魯河城區(qū)段河岸的人類活動干擾較大有關(guān)。較緩坡河岸帶中植被帶寬度較其他指標突出，河岸帶寬度對河岸帶植被多樣性、群落結(jié)構(gòu)有顯著影響，寬度能一定程度上消除周邊的干擾效應(yīng)，從而保持群落中較高的生物多樣性以及穩(wěn)定性［11］。

圖1 不同類型河岸帶完整性評分Fig.1 Different types of riparian vegetation buffer integrity score

表4 賈魯河河岸植被緩沖帶調(diào)查結(jié)果及完整性評價Table 4 Investigation and integrity evaluation of riparian vegetation buffers along the Jialu River

圖2 不同類型河岸植被緩沖帶各項指標評分分布Fig.2 Grading distributions of various grading indexes in different types of riparian vegetation buffers

賈魯河城市河岸植被緩沖帶的生態(tài)恢復(fù)要綜合考慮河岸的地形地貌、植被條件、河流狀況、土地利用和城市規(guī)劃等因素，根據(jù)生態(tài)學(xué)邊緣效應(yīng)原理，注重深水、淺水、沼澤、濱水，直至旱生的主體生境類型間滲透與過渡，選擇適宜的植物種類，構(gòu)建仿自然的植被群落結(jié)構(gòu)，完善河岸植被緩沖帶生態(tài)系統(tǒng)的完整性，為河岸帶生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮和提升提供基礎(chǔ)，具體措施見表5。

表5 賈魯河不同河岸帶類型植被緩沖帶修復(fù)對策Table 5 Countermeasures for vegetation buffer zones repair in different riparian zones of Jialu River

3 結(jié)論

根據(jù)賈魯河流域鄭州段城市河流特點，構(gòu)建河岸植被緩沖帶完整性評價指標體系，并對賈魯河12個斷面進行了完整性評價，其中50%的斷面為次不完整，41.67%的斷面為基本完整，8.33%為不完整。按照不同類型河岸斷面，將賈魯河河岸帶劃分為:U形+較緩坡、U形+緩坡、U形+較陡坡、園林綠化帶。4種河岸斷面植被完整性評分順序是:U形+較陡坡＞U形+較緩坡＞U形+緩坡＞園林綠化帶。河岸不同類型河岸帶斷面的完整性與周邊的人類干擾有很大的關(guān)系，通過分析不同河岸植被緩沖帶完整性與岸帶坡度、人類活動干擾之間的相互關(guān)系，并依據(jù)不同河岸斷面的地形、植被現(xiàn)狀和人類干擾情況，提出了具體的修復(fù)措施。