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作者：张饮江 金晶 董悦 方淑波 段婷 翟斯凡 陈立婧 张曼曼 单位：上海海洋大学水域环境生态上海高校工程研究中
滨水区是水陆生态交错带，具明显边缘效应，在抵御洪水、调节径流、保持水土、蓄洪抗旱、降解污染、净化水质等改善水域生态系统，调节微气候、提高区域内生物多样性、美化环境等优化水域环境方面及为水生动物提供栖息生存、繁衍生殖、索饵育肥、逃避敌害场所等都具有其它系统不可替代的作用[1-4]，是城乡最富有魅力的界面，也是理想的生态走廊，还是城乡景观中最具表现力地带。但随着社会经济、工农业的发展、人类干扰活动的不断增强，以及对水资源利用强度的趋增和对滨水带的不合理利用，导致越来越多滨水区的环境容量和生态承载力不堪重负，滨水岸线侵蚀，水文条件变化，生境恶化，水域富营养化，滨水带退化，生物多样性下降，水岸生态系统良性循环破坏，景观美学价值降低[1]，严重影响人们生活质量与健康水平。自20世纪70年代起，人们开始关注滨水带研究。滨水带生境、生物廊道、生态恢复成为改善滨水带生态系统结构和功能的必然选择，近年来更成为生态环境领域的研究热点和前沿，对于保障城乡生态健康与安全，促进城乡生态性和经济性协调发展具有重要意义。滨水景观植物群落生态修复不仅要从结构稳定性，同时也应从生态系统保育角度考虑，综合对滨水生境、生物廊道、岸坡种群等生态因子的影响，考虑其能否保持水岸生态系统的可持续性，能否保持景观的可协调性。因此，本文通过研究水岸生态系统的结构和功能特征，就退化滨水景观带植物群落重建与生态修复技术的研究现状，详细分析与讨论生境恢复、生物廊道恢复、景观格局美化、水岸生态系统结构与功能优化等，为滨水景观带植物群落生态修复集成技术研究提供理论依据和技术支撑。
1滨水带生态景观功能及退化原因
1.1滨水带生态环境功能
滨水带作为水生态系统的重要组成部分，是水、陆生态系统间的过渡区，同时，其本身也是一个生态系统——水岸生态系统，是地球生物圈中一种十分重要的生态过渡带，含有边界和梯度2个特点[5]。滨水带的环境功能主要包括：（1）对水、陆生态系统间的物流、能流、信息流和生物流发挥过滤器和屏障作用的缓冲带功能，调节微气候；（2）抵御洪水、调节径流、保持水土、蓄洪抗旱等防洪消浪功能；（3）提高生物多样性[6]，为水生动植物提供栖息生存、繁衍生殖、索饵育肥、逃避敌害等栖息场所；（4）水、陆边界的特殊生境保护功能；（5）稳定护岸，控制土壤侵蚀的护岸功能[7]。
1.2滨水带经济美学价值
滨水空间是连接水域与陆域交界的特殊空间，通过合理处理两个界面，使之有机结合，维持滨水景观空间品质、提升滨水景观空间固有特色，形成滨水带独特的线型景观。滨水带经济美学价值主要包括：（1）水岸文化、水工美学等人文景观价值，丰富地域风貌；（2）优美的滨水景观空间给人们提供休闲、娱乐的空间，具较强的游憩功能；（3）经济价值明显，优美的自然景观成为城乡开发中的旅游等资源，促进城乡景观繁荣昌盛。1.3水岸生态系统退化原因退化生态系统是指生态系统的结构和功能可能在自然因素和人为干扰的作用下发生位移，位移的结果打破原有生态系统的平衡，使系统固有的功能遭到破坏或丧失，稳定性和生产力降低，抗干扰能力和平衡能力减弱[8]。水岸生态系统退化的主要表现是滨水带生态特征的变化，即滨水带生态过程及功能的削弱或失衡。导致滨水空间水岸生态系统退化的原因主要包括气候变化、生物入侵、混凝土直立式驳岸开发、植被消失、不合理水资源利用等。同时，随着经济发展，人类活动对滨水带的影响愈加广泛，大面积的驳岸工程、围网养殖、不合理的水利设施以及旅游业的过度发展[7]，也使滨水带长期处于衰退过程，影响水岸生态系统良性循环。
2退化滨水空间生态修复技术研究现状
在可持续发展思想的指导下，生态系统健康学逐渐成为一门新兴学科[9]，水岸生态系统的环境功能、生态功能、经济以及美学价值是否健全，是衡量滨水带水环境是否健康稳定的主要因素。2003年，Michael等[10]论述了水-陆交错带的作用和功能。完整的水岸生态系统有利于实现水、陆连通，促进水、陆系统之间的物质、能量流，保证水、陆生态系统健康和稳定。滨水带生态修复的理论基础是恢复生态学[1]，即根据景观生态学原理，通过一定的生物、生态工程的技术与方法，依据人为设定的目标，使滨水带生态系统的结构、功能和生态学潜力尽可能地恢复到原有或更高的水平。滨水带的生态修复，通常采取四步曲，即生境恢复、生物廊道恢复、景观格局美化、水岸生态系统结构与功能优化（表1）。2.1生境恢复关键技术研究受水陆生态系统共同影响，滨水带形成独特的生境类型。发育良好的滨水带具有一定的结构，即水体-沼泽带-洲滩带-低湿地带-陆地[11]（图1）。这种结构在自然条件下呈与水边平行的带状[12]。而退化滨水空间带来的却是生境破碎化，不仅使滨水生境面积减少，同时使各小生境间产生一定空间距离隔离。滨水带生境的消失和破碎是人类发展对生物多样性最严重、最直接的威胁。假设导致生态系统退化的压力只是暂时的，那部分丧失的生境和减少的种群是可以恢复的[13]。因此，滨水带生境恢复技术，为滨水带生态修复创造良好的生境条件，是退化滨水景观带植物群落生态恢复的前提。
2.1.1基底改良技术研究
为防洪防汛与经济开发，我国许多滨水带已被建立成近直立人工护岸、鱼塘滩地及农田，这对滨水带的基底结构造成严重破坏，且致风浪经护岸岩壁反射形成驻波，浪高增至两倍，更不利水生植物生长，导致植物对基底作用减弱，破坏程度进一步恶化。基底是水生植物扎根的基础，淤泥底质特征、有机质和营养盐限制等因素都会影响植物生长和群落结构。水岸带基底的突出特点是水分多，土壤肥力较高，空气湿度也较高[14]。（1）深槽-浅滩序列技术。自然滨水的水系纵断面可表现为深浅交替的凹岸和凸岸，也就是河道、湖泊内的深槽与浅滩。浅滩增加的紊动促进水流加强充氧外，其凸段底层也成为很多水生无脊椎动物的主要栖息地，是鱼类觅食的场所和保护区；深槽还是鱼类的保护区和缓慢释放到水体的有机物的储存区[15]。由于深槽和浅滩可产生急流、缓流等多种水流条件，同时适合不同生物发育和生长需求，而形成丰富的生物群落。因此，创建交替出现的深槽和浅滩序列是基底改良的主要措施之一[16]，也是恢复滨水带生态环境的一个重要方面。深槽-浅滩序列修复和重建在滨水空间生态修复上的运用和研究仍较少。国内外常用的方法有吹填造滩技术、生态袋技术、生物砖技术等。吹填造滩技术可有效营造不同水深、流场，具有施工设备简单、工效高、操作技术简单、经济效益高等优点。该技术最早应用于河道疏浚、吹填造陆等方面，采用吹填法造滩在20世纪80年代才逐渐广泛应用[17]，陈静等[18]采用吹填技术，在目标水域边界构筑水下围捻，形成缓坡浅滩，改善滨水带自然条件。生态袋具有良好的固土作用，透水不透土的过滤功能，植物根系可以通过生态袋自由生长，进而进一步稳定生境基底，同时又提升滨水绿化品味。（2）生态清淤技术。基底改良也可通过植物根系降低土壤孔隙水压来加固土层和提高抗滑力、抗侵蚀性，稳定结构（图2）。国外较为常用的是“土壤生物工程”技术，从最原始的柴木枝条防护措施发展形成一套完整的理论体系和施工方法，并得到广泛应用。孙东亚等[15]也强调采用生物工程技术改良基底，为滨水带生态修复创造良好的生境条件。季永兴等[19]提出在河道护坡结构中使用发达根系固土植物、土工材料复合种植基、植被型生态混凝土、水泥生态种植基、土壤固化剂等生态护坡方法。目前，国内外对水岸带基底特性研究较少，特别是深槽-浅滩序列的修复和重建技术，更多的运用于河流、湖泊水域内部基底，在滨水带上的运用还处于起步阶段，需要进一步的深入细化、量化，及推广运用。#p#分页标题#e#
2.1.2驳岸改造技术
驳岸设计形式对滨水带生态景观影响较大。现今由于缺乏合理的生态规划意识，多数城乡的滨水带以混凝土近直立式人工驳岸为主，隔断了水陆生态交错带，且其地面污染物经雨水冲刷后直接进入水体，加重水质污染。因此，驳岸改造也是退化水岸生态修复的重要手段之一[2]。瑞士和德国在20世纪80年代末就提出“自然型护岸”，日本在90年代初也提出“多自然型河道治理”技术，并在生态型护坡结构方面进行大量的实践[11]。生态型护岸是指恢复后的自然河岸或具有自然河岸“可渗透性”的人工护岸。它具有增强岸坡的稳定性、防止水土流失、成本小、工程量小、环境景观协调性好、适应性好等优点。驳岸改造为生态型护岸在国外已有较广泛应用，包括扦插—抛石联合技术、固化技术护岸、直立式生态护岸、生态砖护岸、生态袋护岸等（表2），技术也较为成熟。国内生态护岸开始较晚，以植被护岸结合，依照规模最小化、外型缓坡化、内外透水化等原则进行，使工程结构对水岸生态系统冲击最小，同时创造动物栖息及植物生长所需的多样性生活空间。生态型护岸技术种类多样，从美化环境、改善水质等方面加以考虑，形成各种不同的生态型护岸。张谊[20]在驳岸的处理上推广生态驳岸，提出根据不同的滨水断面选择自然原型驳岸、自然型驳岸及台阶式人工自然驳岸。夏继红等[21]认为生态护坡不仅仅包括植物，提出了生态护坡的设计原则，即水力稳定性原则和生态原则。孙东亚等[15]强调尽可能保持天然断面，也可按复式断面、梯形断面、矩形断面的顺序选择。
2.1.3水文恢复技术研究
水文情势（HydrologicalRegime）是水生生物群落重要的生境条件之一[22]，水生态系统的生物过程对于水文过程的变化呈现明显动态响应。反之，生物过程对水文过程也产生重要反作用。Poff等[23]早在1997年就提出自然水流范式（NatureFlowParadigm,NFP），认为未被干扰状况下的自然水流对于水生态系统整体性和支持土著物种多样性具有关键意义[24]。Johnson等[25]结合俄明州1990—1993年河岸带植被及河流水体调查分析研究径流变化对滨水带植被的影响。土地使用方式的改变和水利工程等系列人类活动，改变自然水文过程，打破水流与泥沙运动的平衡，不同尺度下改变栖息地条件。在滨水生态修复工程中，可以把自然水文过程作为一种参照系统，但不可能完全恢复自然水文过程，需各利益相关者协商，确定合理、可行的目标。Bockelmann等[26]整合了水动力-水质二维模型(DIVAST)，发展出一种生态水文模型。Robertson等[27]研究表明漫滩洪水是维持滨水景观生态修复植被生长和繁殖的主要动力，淹没状况对植物的发育和生长以及分布影响很大。国内，吴春笃等[28]对滨水水文情势与植被关系与作用机制进行研究，表明地形起伏、水位变幅、淹水时间、季节变化等是控制滨水植被分布的关键因素。颜昌宙等[29]也认为水位的涨幅和水质条件不仅影响水岸带生态环境的理化性质，而且也是最终选择水岸湿地生物群落的主要因素之一。水质条件恢复和水位的涨幅是影响水岸带生态恢复与重建成败的关键因素，在植物群落生态修复集成技术研究中有待进一步深入探讨其解决模式。
2.2滨水带生物廊道恢复关键技术研究
廊道（Corridor）是指景观中与相邻两边环境不同的线性或带状结构，强化和构建联系廊道有利于维持物质、能量流通[30]。通过生物廊道可将破碎的生境斑块连接起来。充分发挥水岸生态系统中通道和廊道作用、过滤和障碍作用、生境作用等[31]，最大限度地进行植物群落空间配置，能有效增加生物多样性、削减污染物负荷、发挥水生植物强净化能力、增强边缘效应，并提供水生动物及鸟类等生物觅食、繁衍的生存空间，增强滨水沿岸生态廊道功能，从而改善水质，优化群落空间结构，恢复和稳定水岸生态系统，提升滨水带环境与生态水平。
2.2.1水生植物净化技术研究
水生植物是水岸生态系统的重要初级生产者，能够通过多种机制影响生态系统，这些机制包括营养竞争、抑制风浪和藻类、促进营养物质的沉积、稳定沉积物和岸坡、降低水体营养盐含量以及为水生动物提供觅食和庇护场所等[32-33]，使整个水生生态系统处于良性循环。水生植物的丧失使滨水岸线退化，导致浮游藻类的大量生长；而良好的水生植被可使滨水空间保持清新的水质和较低营养水平。国内外已广泛开展利用水生植物净化水体的研究，并取得了一些成功。1953年，德国Seidel博士[34]在研究中发现芦苇能去除大量有机和无机物。Seidel与Kickuth合作并由Kickuth于1972年提出的根区理论[35]，标志着水生植物作为一种独具特色的新型污水处理技术正式进入水污染控制领域。我国利用水生植物净化水质的研究从20世纪70年代中期开始[36]，包括静态条件下单一物种及多种植物配植对污染物浓度较高的污水的净化作用，滨水带不同种类水生植物适合的生态位不同和净化效果不同（表3）[37-46]。其中蔡佩英等[41]通过研究9种水生植物对模拟污水中的氮、磷的生物净化效果；衣十妹等[42]研究不同植物对富营养化水体净化效果，表明水生植物在生长过程中吸收、同化氮、磷等植物必需的多种元素，有较强的水体净化能力。王超等[47]通过对江苏如泰运河农村段和城区段的观测对比，发现两岸芦苇对水体氨氮具有很强的吸附和截流作用，以及城区护坡工程破坏了河道两岸生态环境。同时，水生植物为鱼类、鸟类等水生动物的栖息和繁殖提供丰富多彩的环境条件[15]，且具备很强的环境生态功能，在调节城乡小气候、降低热岛效应方面也具有明显的作用[1]。
2.2.2水生植物群落结构配置技术研究
一个完整的水岸生态系统应该包括一定宽度的完整植被结构[11]。岸坡植被在形成滨水物理和生物特性的过程中起着重要的作用，是环境活力和变化的敏感边界。水生植物种群的减少是健康水岸生态系统退化的重要标志[1]。水生植物群落的配置应以滨水岸带存在过的某营养水平阶段下植物群落的结构为模板，考虑生态学、经济学及景观原则，适当地引入有特殊用途、适应能力强、生态效益好的物种，配置多种、高效、稳定的植物群落，构建主要包括两方面内容：水平空间的配置和垂直空间的配置[1]。Mander等[48]研究认为河岸带植被宽度大于39m时河岸带最优，在15m至39m间时较好，不能低于7m。Swanson等[49]认为滨水植被多数情况下呈斑块状分布，植物种总数呈抛物线状分布。陈吉泉[50]认为岸坡植被能够提供物种源和栖息地，是水体中粗木质碎屑和养分能量的来源，过滤、调节由陆地流向水体的有机物和无机物，同时还具有景观廊道功能。王准[51]对上海新型护岸绿化种植进行了研究，把滨水绿化根据护岸形式分别提出适宜种植方法及可选用的绿化植物。江明喜，蔡庆华[52]研究了长江三峡地区干流河岸植物群落进行了物种组成、物种多样性及群落等级划分。艾训儒等[53]初步分析了洪家河流域天然植物群落主林层优势种重要值、生活型谱以及乔木层和灌木层物种多样性指数、群落均匀度等。徐晓清等[54]研究表明合理把握植物耐水湿性与观赏性，创造有地域特色滨水植物景观。吴彩芸等[55]对杭州水景绿化使用的水生植物及其配置进行了调查研究，结合景观生态学原理，初步探讨了不同种类的应用特点和不同水体环境中的生态配置模式。朱强等[56]从河流廊道对生态廊道宽度及其影响因素分析，提出生态廊道宽度需根据地形、气候等具体情况而定。张建春等[57]通过水岸带理论和实践研究，进一步植物多样性和优化配置是退化滨水景观带恢复与重建的关键。总体来看，国内外对滨水自然植物群落的研究较成熟，而从景观生态学角度系统的对水生植物群落人工配置的研究较少，有待于进一步深入研究。#p#分页标题#e#
2.3滨水景观设计技术研究
滨水带景观廊道网络不是孤立存在，是较特殊的空间，它具有特定的生境背景，并与其他形式的廊道连接一起，共同形成了流域的空间景观格局[58-59]。处于水、陆2个不同的界域本身存在着高差等诸多问题，通过滨水带合理的处理，维护滨水景观空间品质、提升滨水景观空间固有特色，形成滨水带的独特线型景观[60]。滨水带廊道是关键的景观特征，其生物多样性水平非常高。早在19世纪后半叶，滨水区的设计便开始出现，但多追求休闲、游憩、商业等功能，就如Jackson[61]认为的“景观是人们有意识创造的、推进或阻碍自然过程的空间”。20世纪60—70年代，McHarg的工作及其《自然设计》一书标志着景观生态设计时代的到来[59,62]。景观生态学是研究景观单元的类型组成、空间配置及其与生态学过程相互作用的综合性学科，而滨水景观设计技术是以景观生态学为基础，设计构建高度空间异质性的滨水区域，配置景观要素[58]。随着景观生态学研究的继续深入，20世纪90年代后，城乡水岸带生态恢复设计开始较多地运用。滨水区再度成为设计对象，且更加注重可持续规划的意义。通过景观要素的合理配置，使滨水在纵、横、深三维方向都具有丰富的景观异质性，通过超大尺度空间原则，环境优先原则，文脉原则[63]，形成浅滩-深槽序列、急流-缓流相间、植被错落有致的景观空间格局[58]，生物的组成、结构、类群、动态、生态等自然特性，并深刻影响了生物群落生态功能的发挥。观测和研究表明，景观格局影响生物多样性、种群动态、动物行为和生态系统过程等。换言之，提高景观空间异质性，有利于增强生物多样性，有利于生态修复。生物多样性可提高景观异质性[58]。同时功能性与生态性结合的设计也愈来愈受设计者所追求。张饮江等[64-65]应用水生态学原理，研究世博园区水体生态景观关键技术，实现后滩水岸生态景观与水体自净的完美结合。俞孔坚等[66]在广东中山岐江公园的胡岸设计中使用一种亲水生态护岸设计——栈桥式生态亲水护岸，实现较大水位变化下的滨水带仍具有亲近人、生态和美的效果。在滨水景观设计时，作为一个艺术品来对待，赋予其艺术的表现力和生命力，力求为人们创造高品质的修养身心的场所[2]。
2.4水岸健康生态系统结构与功能技术研究
2.4.1结构及功能优化配置与调控技术研究退化生态系统的恢复与恢复生态学已成为国际生态学研究领域的热点。据研究[29]，就水岸生态系统而言，世界20%以上的岸坡植被已不复存在，剩余部分也正迅速的消失或退化。退化的水岸带往往存在植被破坏严重、生物多样性降低、小气候恶化、土壤侵蚀、生态系统功能丧失等。恢复水体“生命”状态的的一个重要前提条件是同时恢复水岸生态系统[29]。一个受损或退化的生态系统，在对其恢复的过程中，实际表现出的是生态上的改进和构建，强调参考条件，即生态系统结构的因子；而生态的恢复，从某种意义上讲，表现的是一种动态的结果[67]。针对不同的区域和现实条件，生态构建和生态恢复应该同时并存，从不同的角度来维系生态系统的安全。国外对水岸生态系统结构及功能优化配置与调控技术研究发展较快，其中主要是通过恢复和重建后的岸坡植被对水陆生态系统间的物流、能流、信息流和生物流起到廊道、过滤器和屏障作用的功能，控制水土流失，保护水岸，增加动植物物种种源，提高生物多样性和生态系统生产力，调节微气候和美化环境等进行水岸生态系统恢复和重建实验研究工作。加拿大学者Chibbar等[68]应用生态生理学原理选择白杨树种，成功地恢复了美国内华达州Truckee河的滨水带滩地生态系统；Barton等[69]研究了美国佐治亚州东部受核电站排出的热水和淤泥影响的Savannah河的河岸带退化生态系统，通过植树造林恢复了河岸带生态系统。国内相关研究还处于起步阶段，并且多集中在理论方面的研究[11]。董哲仁等[12]首先提出了“生态水工学”的工程理念，认为水工学应吸收、融合生态学的理论，满足人们对水的各种不同需求的同时，还应满足水生生态系统完整性、依存性的要求，恢复与建设洁净的水环境，实现人与自然的和谐。杜佳沐等[70]将鱼、贝、植物组合研究，发现其对水质改善明显，为水岸生态系统自然修复提供技术支撑。张建春等[71]通过施加优化的人为生态工程措施对退化河岸带进行了近6年的试验，研究表明，这些措施能迅速提高土壤肥力，改善河岸带下垫面的微生态环境，形成乔、灌、草组成的滨水带植物群落。
2.4.2稳定化长效管理技术研究水岸生态系统的生物学和生态学过程十分活跃，生态脆弱性也非常明显[29]。随着生态系统修复项目尺度[30]的增加，水生植物群落尚不稳定，生态系统更显脆弱，需要进行长期的结构调整和优化，适应性管理的复杂性也会大大增加。水岸生态系统稳定化长效管理是指导人类科学管理和改造自然的重要理论依据[1]。滨水带的保护和管理也逐渐成为国外一个比较热门的研究，恰当的滨水带管理使其功能得到更好的发挥。但是，对于水岸生态系统多稳态特性早就有所认识，只是没有提升为系统全面的理论，并主动用来指导滨水带管理。水岸生态系统的多平衡态特性早已为许多生态学家认识[72-73]。在演替过程中哪些种的出现将由机遇决定，演替的途径也是难以预测的。而国内的研究相对较少。恢复或重建水生态系统需要长期的人力、物力和财力投入，并在初步建立水生植物后，采取持续、有效、适宜的管理方式，建立环境与生物之间的正反馈效应。孙东亚等[74]对河流生态修复适应性管理的特征和面临的挑战进行分析，并提出河流生态修复的适应性管理方法。
3研究展望
我国关于退化滨水景观带植物群落生态修复技术研究，尚处于定性、概念性、单一性的分析层面，而较深入的、复杂的、集成技术的研究报道甚少。因此，如何通过定量的、集成的技术研究，探讨水岸生态系统的结构和功能特点，确定恢复对象的时空范围及生境情况（如基底、驳岸、水文等），分析生境状况与污染类型，评价样区并了解导致生态系统退化的原因与过程，根据生态、社会、经济、文化和景观条件，提出生物廊道恢复理念，探索退化滨水景观带植物群落生态修复集成技术，确定恢复与重建生态系统结构与功能的理想目标，进行滨水景观生态恢复实践，并检测恢复中的关键变量与过程、评价恢复程度等，这是目前生态学者面临的重要任务和挑战。尤其是我国滨水带生态系统受损与破坏特别严重，河流、湖泊等水生态环境恶劣[11]，实施退化水岸生态系统恢复和生态系统健康保育战略，保持水岸生态系统及其服务功能的长期健康稳定，是促进区域经济社会全面、协调和可持续发展的基础保障[75]。通过基础研究、应用研究与实践探索，可为水岸生态系统的恢复提供理论依据与技术支撑，以全面有效的提高生态环境质量。今后，滨水景观带植物群落生态修复技术体系，主要从以下方面展开深入研究：（1）滨水带深槽-浅滩序列的修复和重建的深入细化、量化及推广运用；（2）滨水区植被配置宽度与生物多样性的定量关系研究；（3）水岸生态系统的生物学与生态学过程的规律与特征研究[11]；（4）以生态学、景观学、水力学、土力学、生物学、经济学等为学科背景，交叉与渗透，分析水岸生态系统退化机理和滨水带植物群落特征，进一步深入研究生境恢复、生物廊道恢复等关键技术；（5）滨水滩涂植物种群格局对水流结构的影响，建立水流阻力数学模型，加强防风、消浪对堤岸保护作用的机制与实践研究；（6）退化滨水景观带植物群落生态修复集成技术研究；（7）结合景观文化、景观格局、尺度效应等景观生态学原理，系统优化设计、量化配置滨水景观带人工植物群落；（8）滨水带稳定化长效管理技术深入研究。#p#分页标题#e#