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生態學價值視角下的城市河流綠道寬度研究進展

時間:2020-01-16  來源:林業知識服務  瀏覽:363次
城市河流綠道作為河流廊道在城市生態保護方面發揮重要作用,而設置合理的綠道寬度能使河流綠道的生態價值更加凸顯,是城市河流生態建設中的重要一環。文章從保土控污、生物保護和改善微氣候3方面就綠道寬度對河流生態功能的影響進行綜述,總結當前研究中存在的問題并提出建議,以期為城市河流綠道在城市生態環境層面的規劃提供參考。

在景觀生態學上,河流綠道是指河流本身和沿河分布且不同于周圍基質的植被帶,包括河道、河漫灘、河岸植被、堤壩和部分高地等具有不同價值的沿河土地。城市河流綠道是城市基質下的河流綠道,包括河道、河漫灘、河岸植被緩沖帶等,具有生態保護和休閑等功能的綠色通道空間,城市河流綠道寬度為其上述組成部分的寬度的總和。
  城市河流綠道實質上是一種生態廊道。從景觀生態學的廊道理論看,城市河流綠道可作為生物廊道,其通過構建生物棲息地、生物遷移通道促進生物擴散遷徙、提高生物多樣性、防風固沙、隔離(如控制城市綠帶擴張)等,并在城市內部形成獨立生境,為城市不同綠地之間生物提供交換能量流和物質流的通道,對破碎的城市景觀和生境起到補償作用。城市河流綠道還可作為河流廊道,通過構建河流植被緩沖帶起到調節城市微氣候、保持水土和凈化水體的作用。在急需城市河流綠道發揮生態作用的今天,城市河流綠道寬度作為影響其生態價值的重要因素逐漸受到關注。目前,對城市河流綠道寬度的研究主要集中在保土控污,生物保護,改善微氣候3方面。
  1 保土控污
  1.1 水土保持
  目前城市水土流失已成為一種典型的城市化效應,因此,水土保持功能對基于生態建設下城市河流綠道寬度的確定至關重要,國外對此的研究也較為完善。Gilliam等提出當河岸植被寬度大于18 m時,能截獲超過80%從農田流失的土壤;當河岸帶寬度達到23 m時,可以控制河岸底部的沉積物,當河岸帶寬度達到30 m時能夠控制養分和水土流失。
  目前,國內對河岸緩沖帶的研究還主要停留在對其概念、寬度、功能和管理等定性和綜述方面,其寬度的確定多依靠經驗值。例如,《城市水系規劃規范 (GB50513—2009)》除明確要求飲用水水源地、水生態保護區及溝渠濱水綠化的退讓距離外,其余都以“因地制宜”“充足空間”等詞語進行模糊規定,從而導致規劃缺乏參照標準。又如佛山市、清遠市這兩個相鄰城市的濱水綠線規范,即使是同一條河的綠線退讓標準也存在較大差異,這間接說明了當前很多城市河流綠道寬度劃定缺乏科學論證,系統性的定量研究甚少,僅有羅坤對崇明島河岸植被緩沖帶的寬度進行分析, 利用Phillips水文模型和時間模型計算河岸植被緩沖帶所需的最小寬度。有學者指出在河岸植被緩沖帶寬度設置時, 可結合河岸帶的實際坡度和侵蝕情況參照Nieswand模型、SWAT模型中的回歸方程、澳大利亞控制河岸侵蝕等方法。
  1.2 污染控制
  河流廊道的寬度是河流廊道的重要指標,與河流廊道除污關系密切。在控制河流水體污染物方面,黃沈發等認為徑流污染物去除率達80%時的寬度定為植被緩沖帶的最佳寬度。Peter等人的研究表明10 m的草地緩沖帶可以減少95%的磷元素,河岸緩沖帶可移除約90%的氮含量,并在緩沖帶18.6 m處截留的氮量最多。王強等提出,當綠色河流廊道寬度>30 m時,能有效去除污染物。在控制微生物方面,有學者提出水體中的細菌數量經過30~40 m的林帶后減少1/2以上。
  2 生物保護
  河流綠道作為河流廊道,能將破碎的生境斑塊連接起來。在城市層級下,城市河流廊道分為城市級河流廊道和城市分區級河流廊道,其寬度范圍分別為60~200 m和30~60 m,其目標物種也有所不同。適宜的河流綠道寬度不僅能保護動物遷徙,促進斑塊之間物種的擴散,還能增加生物多樣性。目前在生態保護層面對綠道寬度的研究較為完善,但是缺乏對城市河流綠道寬度的針對性研究
  2.1 促進動物遷徙活動
  許多專家已經證實綠道可以作為物種遷徙的臨時棲息地,而城市河流綠道寬度是影響動物遷徙的重要因子。近年來國內外學者進行大量研究發現,當廊道的寬度小于30 m時,能夠降低無脊椎動物的捕食幾率,從而起到保護遷徙的作用,兩棲類和爬行類動物的遷徙通道的適宜寬度為15~60 m,30~400 m的廊道可以明顯增加鳥類豐富度,小型哺乳動物的遷徙通道適宜寬度為12~200 m 。目前能否有效促進動物遷徙活動已經成為判斷城市河流綠道寬度是否合理的重要指標 。
  2.2 促進植物擴散活動
  綠道對于促進草本植物擴散具有重要作用 ,但不同寬度的廊道擴散植物的目標種存在差異性。當河流綠道寬度為12~60 m時,能夠滿足草本植物的擴散,當寬度為30~200 m時,能夠滿足喬木種子的擴散傳播 。目前國內外多為帶狀綠地加速入侵物種繁殖速度的研究,鮮有帶狀綠地對植物擴散積極效應的研究 。
  2.3 提高生物多樣性
  城市河流綠道的寬度對廊道的物種多樣性有重要的制約作用。在寬度不足100 m的綠道中,最常見城市鳥類和邊緣鳥類,而在小于50 m的綠道中,森林內部鳥類也不會出現。Budd的研究表明,河岸植被的寬度為27.4 m時才能滿足野生動物對生境的需求。Juan等分析樹籬廊道與物種多樣性之間的關系得出,當寬度大于12 m時,植物多樣性平均為狹窄樹籬的兩倍以上。另有學者也認為,一般能夠保護草本植物和鳥類棲息綠地的最小寬度為12 m;在寬度12~30.15 m的綠道內部,其生物多樣性仍然較低;當寬度達到61~91.15 m時,綠道的生物多樣性較高且具有較多內部物種。
  3 改善微氣候
  國內外大量實驗表明,綠道內植物群體對改善城市空氣質量和氣象條件具有明顯作用,目前國內外主要對河流綠道的降溫增濕、雨洪控制、凈氣防塵等效應進行分析。
  3.1 溫濕效應
  高玉福等人通過對城市河流綠道和道路綠道對比研究發現,城市河流綠道的溫濕效應明顯較好,其外部環境的舒適度較高。朱春陽認為城市帶狀綠地發揮溫濕效應的關鍵寬度為34 m左右。紀鵬針對城市河流綠道的溫濕效益研究得出,當城市河流綠道寬度小于15 m時具有一定降溫增濕效果;當寬度為15~30 m時,效果較明顯;當寬度大于45 m時,效果明顯且趨于穩定。目前考慮到不同的氣候條件對河流綠道溫濕效應影響的研究還較少,僅有閆淑君等針對亞熱帶城市河流綠道的研究,發現當河岸綠帶達30 m左右,降溫增濕效應顯著;河岸綠帶寬度60 m以上,降溫增濕效應達到極顯著水平。
  3.2 雨洪控制
  城市綠道具有改善城市水循環系統的作用,緩解了城市內澇、地下水位下降、徑流污染等多種問題。王思思等研究得出城市綠道可以起到雨洪管理和水系保護的雙重效果。黃昌提出利用觀測流量數據、Landsat影像以及數字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)數據的洪水淹沒連通性及水深分析與建模方法解決河流區段尺度的問題。當前研究多集中在大尺度河流規劃模型的建立,缺乏從河流綠道寬度詳細規劃層面的研究。
  3.3 凈氣防塵
  3.3.1 凈化空氣
  綠化植被會向大氣中釋放非甲烷碳氫化合物(NMHCs),可起到凈化空氣的作用。有研究表明,綠道內部的植物殺菌素和負離子濃度顯著高于路邊對照組,可見綠道具有明顯的凈化空氣作用。當綠道寬度為6~27 m時,綠地內部的負離子濃度效應和抑菌作用均不明顯;綠道寬度大于34 m時,綠地內部的負離子濃度效應明顯,其抑菌作用明顯且趨于恒定;綠道寬度為80 m時,綠地內部的負離子濃度效應顯著,而此實驗結論是測定北京某帶狀綠地得出的,我國氣候類型、生態環境多樣,該實驗結論是否具有廣泛代表性,有待進一步研究。
  3.3.2 防沙治塵
  陳上杰等發現綠化帶寬度對PM2.5的阻滯作用是復雜的,當綠化帶寬度在0~20 m時,PM2.5呈上升趨勢;當綠化帶寬度在20~50 m時,PM2.5呈下降趨勢;50 m以外趨于穩定。綠化帶作為綠道組成的一部分其寬度影響著綠道的整體寬度。一些城市也因地制宜地制定出符合防塵功能的綠道寬度,如北京市城市規劃研究院總結出能有效降低PM2.5含量的綠帶寬度應≥30 m,郁閉度≥0.7。目前國內沒有對綠道的防塵作用進行的定量研究,但已有郝麗君等專家提出社區綠道防塵規劃的策略方法,相關研究后續仍需進一步完善。
  4 問題與展望
  4.1 存在的問題
  整合從生態價值角度對城市河流綠道寬度在保土控污、生物保護及改善微氣候方面的研究發現,國外對于綠道寬度的研究開展較早且較完善。20世紀70年代已經對生物保護廊道的適宜寬度值進行研究,目前規劃尺度已涉及地方、區域到國家,甚至洲際尺度,景觀空間格局完整。國內在20世紀90年代末,俞孔堅等學者將河流綠色廊道體系構建于中山市城市景觀水系規劃之中。此后,與之相關的研究開始大量出現,具體涉及到生態堤岸、河流廊道的研究尺度以及河流綠道的寬度等。總體來說,當前從生態學價值視角下對于城市河流綠道的理論發展和規劃建設研究逐漸趨于成熟,但仍存在一些問題。
  1) 缺乏多學科之間的協同研究。綜合之前的研究成果來看,絕大多數研究都是從某一具體方面對河流綠道寬度的適宜性范圍進行探討,缺乏多學科的綜合研究和實踐層面的應用整合,這是之后需要進一步加強的。
  2) 缺少統一的寬度制定體系與評價標準。由于河流綠道適宜寬度研究的綜合性與復雜性,不同學科方向、不同地理和生態環境所適用的標準有所不同,所以制定統一的體系是有待解決的問題。例如,在改善微氣候上,大部分對于河流寬度溫濕效益的影響較少考慮到不同區域氣候的差異,故多數研究中確定的河流綠道適宜寬度范圍并不具有普遍適用性;在生物保護上,研究開始較早且較為完善,但不同種類動植物和不同自然生態環境條件下的綠道適宜寬度多不相同,當前的大多數研究在確定其適宜寬度時沒有考慮到各個差異因素的影響,因此無法形成科學統一的寬度制定體系。
  3) 研究方法相對單一,有待新的研究方法與技術思路的引入。總體來說,當前在生態層面對河流綠道寬度的研究較多,但研究方法較為單一,創新性和針對性相對較差。例如,在研究國內外城市河流綠道保土控污功能上,已經有許多關于河岸植被緩沖帶模擬的實驗結果和數學模型,但仍很難確定其最佳設計寬度。因此需要不斷開發符合我國地區特點的模型,并對植被緩沖帶的結構和功能進行深入研究,探討各個因子間的作用機制,從而為植被緩沖帶的設計和管理提供科學的依據;在雨洪控制的問題上主要是宏觀規劃尺度的調控,對河流綠道具體寬度的研究和模型的建立相對缺乏。
  4.2 展望
  在城市綠道的規劃與建設思潮影響下,我國城市河流綠道的理論發展和規劃建設不斷趨于成熟,但在其基礎理論、規劃與實施在未來的建設中仍應重視以下3個方面的發展。
  1)采用多學科交叉的研究方法。在生態環境價值下對河流綠道寬度進行研究時應采用多學科交叉的方法,充分考慮社會經濟因素研究河岸帶的規劃尺度問題和河岸帶生態系統的結構與生態、景觀功能;結合河岸帶生態系統內各要素之間相互作用機制研究,定量分析,模擬自然因素和人為干擾對河岸帶的影響進而對河流綠道寬度進行全面的研究。
  2)因地制宜規劃河流寬度。由于不同區域城市河流綠道所處的生態環境不同,應加強不同地理區域下河岸帶植被結構與格局動態及演替規律、機理以及河流水文格局、土壤生態過程等與生物多樣性、生態穩定性之間的關系和影響機制的研究,因地制宜地規劃合理的城市河流寬度。
  3)探索新規劃模型和新方法。近年來,除了3S技術在規劃領域逐漸被應用,一些新出現的模型方法也為傳統綠道規劃方法改進提供了重要參考,其中有景觀遺傳理論、源匯模型、最小費用距離模型等。我們應當不斷加強對新規劃模型和新方法的探索,構成一個成熟且穩定的系統作為后續建設的基礎。(王芳 汪耀龍 謝祥財)
  第一作者:王芳(1993- ),女, 碩士研究生,研究方向為河流生態修復及景觀設計。
  通信作者:謝祥財(1974- ),男,博士,副教授,研究方向為水環境、水生態研究及景觀設計。

編輯:王芳

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