生态学价值视角下的城市河流绿道宽度研究进展

www.d88.com-欢迎访问 /2019-08-13来源:《林业知识服务》微信公众号
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  摘要:城市河流绿道作为河流廊道在城市生态保护方面发挥重要作用,而设置合理的绿道宽度能使河流绿道的生态价值更加凸显,是城市河流生态建设中的重要一环。文章从保土控污、生物保护和改善微气候3方面就绿道宽度对河流生态功能的影响进行综述,总结当前研究中存在的问题并提出建议,以期为城市河流绿道在城市生态环境层面的规划提供参考。
  关键词:城市河流绿道,宽度,生态,环境

  

  在景观生态学上,河流绿道是指河流本身和沿河分布且不同于周围基质的植被带,包括河道、河漫滩、河岸植被、堤坝和部分高地等具有不同价值的沿河土地。城市河流绿道是城市基质下的河流绿道,包括河道、河漫滩、河岸植被缓冲带等,具有生态保护和休闲等功能的绿色通道空间,城市河流绿道宽度为其上述组成部分的宽度的总和。
  城市河流绿道实质上是一种生态廊道。从景观生态学的廊道理论看,城市河流绿道可作为生物廊道,其通过构建生物栖息地、生物迁移通道促进生物扩散迁徙、提高生物多样性、防风固沙、隔离(如控制城市绿带扩张)等,并在城市内部形成独立生境,为城市不同绿地之间生物提供交换能量流和物质流的通道,对破碎的城市景观和生境起到补偿作用。城市河流绿道还可作为河流廊道,通过构建河流植被缓冲带起到调节城市微气候、保持水土和净化水体的作用。在急需城市河流绿道发挥生态作用的今天,城市河流绿道宽度作为影响其生态价值的重要因素逐渐受到关注。目前,对城市河流绿道宽度的研究主要集中在保土控污,生物保护,改善微气候3方面。
  1 保土控污
  1.1 水土保持
  目前城市水土流失已成为一种典型的城市化效应,因此,水土保持功能对基于生态建设下城市河流绿道宽度的确定至关重要,国外对此的研究也较为完善。Gilliam等提出当河岸植被宽度大于18 m时,能截获超过80%从农田流失的土壤;当河岸带宽度达到23 m时,可以控制河岸底部的沉积物,当河岸带宽度达到30 m时能够控制养分和水土流失。
  目前,国内对河岸缓冲带的研究还主要停留在对其概念、宽度、功能和管理等定性和综述方面,其宽度的确定多依靠经验值。例如,《城市水系规划规范 (GB50513—2009)》除明确要求饮用水水源地、水生态保护区及沟渠滨水绿化的退让距离外,其余都以“因地制宜”“充足空间”等词语进行模糊规定,从而导致规划缺乏参照标准。又如佛山市、清远市这两个相邻城市的滨水绿线规范,即使是同一条河的绿线退让标准也存在较大差异,这间接说明了当前很多城市河流绿道宽度划定缺乏科学论证,系统性的定量研究甚少,仅有罗坤对崇明岛河岸植被缓冲带的宽度进行分析, 利用Phillips水文模型和时间模型计算河岸植被缓冲带所需的最小宽度。有学者指出在河岸植被缓冲带宽度设置时, 可结合河岸带的实际坡度和侵蚀情况参照Nieswand模型、SWAT模型中的回归方程、澳大利亚控制河岸侵蚀等方法。
  1.2 污染控制
  河流廊道的宽度是河流廊道的重要指标,与河流廊道除污关系密切。在控制河流水体污染物方面,黄沈发等认为径流污染物去除率达80%时的宽度定为植被缓冲带的最佳宽度。Peter等人的研究表明10 m的草地缓冲带可以减少95%的磷元素,河岸缓冲带可移除约90%的氮含量,并在缓冲带18.6 m处截留的氮量最多。王强等提出,当绿色河流廊道宽度>30 m时,能有效去除污染物。在控制微生物方面,有学者提出水体中的细菌数量经过30~40 m的林带后减少1/2以上。
  2 生物保护
  河流绿道作为河流廊道,能将破碎的生境斑块连接起来。在城市层级下,城市河流廊道分为城市级河流廊道和城市分区级河流廊道,其宽度范围分别为60~200 m和30~60 m,其目标物种也有所不同。适宜的河流绿道宽度不仅能保护动物迁徙,促进斑块之间物种的扩散,还能增加生物多样性。目前在生态保护层面对绿道宽度的研究较为完善,但是缺乏对城市河流绿道宽度的针对性研究
  2.1 促进动物迁徙活动
  许多专家已经证实绿道可以作为物种迁徙的临时栖息地,而城市河流绿道宽度是影响动物迁徙的重要因子。近年来国内外学者进行大量研究发现,当廊道的宽度小于30 m时,能够降低无脊椎动物的捕食几率,从而起到保护迁徙的作用,两栖类和爬行类动物的迁徙通道的适宜宽度为15~60 m,30~400 m的廊道可以明显增加鸟类丰富度,小型哺乳动物的迁徙通道适宜宽度为12~200 m 。目前能否有效促进动物迁徙活动已经成为判断城市河流绿道宽度是否合理的重要指标 。
  2.2 促进植物扩散活动
  绿道对于促进草本植物扩散具有重要作用 ,但不同宽度的廊道扩散植物的目标种存在差异性。当河流绿道宽度为12~60 m时,能够满足草本植物的扩散,当宽度为30~200 m时,能够满足乔木种子的扩散传播 。目前国内外多为带状绿地加速入侵物种繁殖速度的研究,鲜有带状绿地对植物扩散积极效应的研究 。
  2.3 提高生物多样性
  城市河流绿道的宽度对廊道的物种多样性有重要的制约作用。在宽度不足100 m的绿道中,最常见城市鸟类和边缘鸟类,而在小于50 m的绿道中,森林内部鸟类也不会出现。Budd的研究表明,河岸植被的宽度为27.4 m时才能满足野生动物对生境的需求。Juan等分析树篱廊道与物种多样性之间的关系得出,当宽度大于12 m时,植物多样性平均为狭窄树篱的两倍以上。另有学者也认为,一般能够保护草本植物和鸟类栖息绿地的最小宽度为12 m;在宽度12~30.15 m的绿道内部,其生物多样性仍然较低;当宽度达到61~91.15 m时,绿道的生物多样性较高且具有较多内部物种。
  3 改善微气候
  国内外大量实验表明,绿道内植物群体对改善城市空气质量和气象条件具有明显作用,目前国内外主要对河流绿道的降温增湿、雨洪控制、净气防尘等效应进行分析。
  3.1 温湿效应
  高玉福等人通过对城市河流绿道和道路绿道对比研究发现,城市河流绿道的温湿效应明显较好,其外部环境的舒适度较高。朱春阳认为城市带状绿地发挥温湿效应的关键宽度为34 m左右。纪鹏针对城市河流绿道的温湿效益研究得出,当城市河流绿道宽度小于15 m时具有一定降温增湿效果;当宽度为15~30 m时,效果较明显;当宽度大于45 m时,效果明显且趋于稳定。目前考虑到不同的气候条件对河流绿道温湿效应影响的研究还较少,仅有闫淑君等针对亚热带城市河流绿道的研究,发现当河岸绿带达30 m左右,降温增湿效应显著;河岸绿带宽度60 m以上,降温增湿效应达到极显著水平。
  3.2 雨洪控制
  城市绿道具有改善城市水循环系统的作用,缓解了城市内涝、地下水位下降、径流污染等多种问题。王思思等研究得出城市绿道可以起到雨洪管理和水系保护的双重效果。黄昌提出利用观测流量数据、Landsat影像以及数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)数据的洪水淹没连通性及水深分析与建模方法解决河流区段尺度的问题。当前研究多集中在大尺度河流规划模型的建立,缺乏从河流绿道宽度详细规划层面的研究。
  3.3 净气防尘
  3.3.1 净化空气
  绿化植被会向大气中释放非甲烷碳氢化合物(NMHCs),可起到净化空气的作用。有研究表明,绿道内部的植物杀菌素和负离子浓度显著高于路边对照组,可见绿道具有明显的净化空气作用。当绿道宽度为6~27 m时,绿地内部的负离子浓度效应和抑菌作用均不明显;绿道宽度大于34 m时,绿地内部的负离子浓度效应明显,其抑菌作用明显且趋于恒定;绿道宽度为80 m时,绿地内部的负离子浓度效应显著,而此实验结论是测定北京某带状绿地得出的,我国气候类型、生态环境多样,该实验结论是否具有广泛代表性,有待进一步研究。
  3.3.2 防沙治尘
  陈上杰等发现绿化带宽度对PM2.5的阻滞作用是复杂的,当绿化带宽度在0~20 m时,PM2.5呈上升趋势;当绿化带宽度在20~50 m时,PM2.5呈下降趋势;50 m以外趋于稳定。绿化带作为绿道组成的一部分其宽度影响着绿道的整体宽度。一些城市也因地制宜地制定出符合防尘功能的绿道宽度,如北京市城市规划研究院总结出能有效降低PM2.5含量的绿带宽度应≥30 m,郁闭度≥0.7。目前国内没有对绿道的防尘作用进行的定量研究,但已有郝丽君等专家提出社区绿道防尘规划的策略方法,相关研究后续仍需进一步完善。
  4 问题与展望
  4.1 存在的问题
  整合从生态价值角度对城市河流绿道宽度在保土控污、生物保护及改善微气候方面的研究发现,国外对于绿道宽度的研究开展较早且较完善。20世纪70年代已经对生物保护廊道的适宜宽度值进行研究,目前规划尺度已涉及地方、区域到国家,甚至洲际尺度,景观空间格局完整。国内在20世纪90年代末,俞孔坚等学者将河流绿色廊道体系构建于中山市城市景观水系规划之中。此后,与之相关的研究开始大量出现,具体涉及到生态堤岸、河流廊道的研究尺度以及河流绿道的宽度等。总体来说,当前从生态学价值视角下对于城市河流绿道的理论发展和规划建设研究逐渐趋于成熟,但仍存在一些问题。
  1) 缺乏多学科之间的协同研究。综合之前的研究成果来看,绝大多数研究都是从某一具体方面对河流绿道宽度的适宜性范围进行探讨,缺乏多学科的综合研究和实践层面的应用整合,这是之后需要进一步加强的。
  2) 缺少统一的宽度制定体系与评价标准。由于河流绿道适宜宽度研究的综合性与复杂性,不同学科方向、不同地理和生态环境所适用的标准有所不同,所以制定统一的体系是有待解决的问题。例如,在改善微气候上,大部分对于河流宽度温湿效益的影响较少考虑到不同区域气候的差异,故多数研究中确定的河流绿道适宜宽度范围并不具有普遍适用性;在生物保护上,研究开始较早且较为完善,但不同种类动植物和不同自然生态环境条件下的绿道适宜宽度多不相同,当前的大多数研究在确定其适宜宽度时没有考虑到各个差异因素的影响,因此无法形成科学统一的宽度制定体系。
  3) 研究方法相对单一,有待新的研究方法与技术思路的引入。总体来说,当前在生态层面对河流绿道宽度的研究较多,但研究方法较为单一,创新性和针对性相对较差。例如,在研究国内外城市河流绿道保土控污功能上,已经有许多关于河岸植被缓冲带模拟的实验结果和数学模型,但仍很难确定其最佳设计宽度。因此需要不断开发符合我国地区特点的模型,并对植被缓冲带的结构和功能进行深入研究,探讨各个因子间的作用机制,从而为植被缓冲带的设计和管理提供科学的依据;在雨洪控制的问题上主要是宏观规划尺度的调控,对河流绿道具体宽度的研究和模型的建立相对缺乏。
  4.2 展望
  在城市绿道的规划与建设思潮影响下,我国城市河流绿道的理论发展和规划建设不断趋于成熟,但在其基础理论、规划与实施在未来的建设中仍应重视以下3个方面的发展。
  1)采用多学科交叉的研究方法。在生态环境价值下对河流绿道宽度进行研究时应采用多学科交叉的方法,充分考虑社会经济因素研究河岸带的规划尺度问题和河岸带生态系统的结构与生态、景观功能;结合河岸带生态系统内各要素之间相互作用机制研究,定量分析,模拟自然因素和人为干扰对河岸带的影响进而对河流绿道宽度进行全面的研究。
  2)因地制宜规划河流宽度。由于不同区域城市河流绿道所处的生态环境不同,应加强不同地理区域下河岸带植被结构与格局动态及演替规律、机理以及河流水文格局、土壤生态过程等与生物多样性、生态稳定性之间的关系和影响机制的研究,因地制宜地规划合理的城市河流宽度。
  3)探索新规划模型和新方法。近年来,除了3S技术在规划领域逐渐被应用,一些新出现的模型方法也为传统绿道规划方法改进提供了重要参考,其中有景观遗传理论、源汇模型、最小费用距离模型等。我们应当不断加强对新规划模型和新方法的探索,构成一个成熟且稳定的系统作为后续建设的基础。(王芳 汪耀龙 谢祥财)
  第一作者:王芳(1993- ),女, 硕士研究生,研究方向为河流生态修复及景观设计。
  通信作者:谢祥财(1974- ),男,博士,副教授,研究方向为水环境、水生态研究及景观设计。