1.3 基本概念及理论

1.3.1 河岸缓冲带概述

1.3.1.1 河岸缓冲带定义

20世纪70年代，河岸缓冲带（riparian buffer strips）的定义首次被Meeban（1977）提出，他称河岸缓冲带为“一种能与水环境相互作用的有植被覆盖的陆地区域”。

现阶段的研究通常认为，河岸缓冲带是一种具有明显边缘效应的典型生态过渡带（Gregory et al，1991；陈吉泉，1996；全为民和严力蛟，2002），它介于水体和陆域之间，也称水滨、库岸带、边岸缓冲带等。

1.3.1.2 河岸缓冲带结构与组成

（1）组成要素。植被、土壤、地形地貌和水文特征构成了完整的河岸缓冲带生态系统，这些要素中任何一个要素的改变都会引起其他要素的改变，从而导致生物和物理过程的变化，最终使河岸缓冲带生态系统服务功能受到影响（黄凯等，2007）。

（2）结构和范围。河岸缓冲带一般有两种结构，其中一种是宏观角度的空间结构，如横向、纵向、垂向的三维结构和横向、纵向、垂向、时间变化的四维结构（Gregory and Ashkenas，1991）；另一种是微观角度的由河岸带植被群落组成的实体结构，主要包括河岸带生物群落植被类型、河岸带各类型植被的宽度和分布（杨胜天等，2007）。植被是河岸缓冲带生态系统的核心，对于河岸带的动物栖息、生物土壤微环境和发挥河岸缓冲带的生态功能有着重要的作用（左俊杰，2011）。

1.3.1.3 河岸缓冲带功能

（1）净化水质。河岸缓冲带通过植被的渗透、过滤、吸附、吸收等一系列生理生化过程，调节由陆地生态系统输入河流生态系统的各种营养物质的含量，进而影响水体中化学元素和营养物质的含量及时空分布规律（夏继红和严忠民，2006；饶良懿和崔建国，2008）。研究表明，河岸缓冲带植被能有效去除N、P、Ca、K、S、Mg等营养物质，尤其对N、P元素的去除效果十分明显。此外，河岸缓冲带对地表径流中的重金属以及农业生产中的杀虫剂、除草剂等也能起到不同程度的去除作用（Nisbet，2001；Sullivan et al.，2007）。河岸缓冲带具有较强的缓冲和吸附能力，能够减少来自径流冲刷产生的各类非点源污染，从而达到净化水体，保证河流水质的目的。

（2）抑制河岸侵蚀。河岸缓冲带植被群落能够有效控制河岸的侵蚀，对维护河岸的稳固有重要的作用（许晓鸿等，2002）。第一，生长在河岸缓冲带的植被有效地减小了坡面地表的裸露面积，从而避免了大部分土壤与地表外营力的直接接触（张政和付融冰，2007）；第二，缓冲带植被的根系能够与土壤进行相互作用（夏继红和严忠民，2006），可以增加坡面土壤表层团聚体的含量，在有效改善土壤机械强度的同时，使坡面表层的剪切力增大，从而提高坡面的抗蚀性和河岸稳定性（赵雯和管岩岩，2008）。

此外，河岸缓冲带植被通过根系吸收地表径流，从而减少坡面径流量，有效减缓了坡面径流对坡岸的侵蚀。植被的根系和枯落物也有降低坡面径流流速的作用，径流流经缓冲带时这些枯落物能够大量截留其中的营养物质和泥沙（Polyakov et al.，2005；Mankin et al.，2007）。河岸缓冲带植被截留径流沉积物的能力取决于径流流速和沉积物的性质，并与缓冲带结构和植被类型等密切相关（Muscutt et a1.，1993;Gharabhagi et al.，2001；王帅等，2008）。

（3）为生物提供栖息地。河岸缓冲带是水陆生态系统之间相互联系的重要廊道和屏障（饶良懿和崔建国，2008），在其土壤、水文和植被等众多因素的作用下，既为陆生生物创造了优质的生境，又是水生生物食物和能量的重要来源，为各种野生动物提供了迁徙通道和良好的栖息网络（俞孔坚等，1998;Lovell and Sullivan，2006），并为一些大型哺乳动物提供了重要的活动场所。进入河道中的河岸缓冲带植被残体是鱼类等水生动物的良好生境，其中产生的大量有机质也为水生动植物提供了能量和食物（Wenger，1999），河岸缓冲带水质相对较好，植被的覆盖对于维持水温和增加水体中溶解氧的含量都起到了促进作用（饶良懿和崔建国，2008）。

由此可见，河岸缓冲带不仅是河岸景观的重要组成部分，而且能够有效提高生态系统的生物多样性和景观异质性，增加河岸缓冲带边缘物种丰富度（颜昌宙等，2005），有利于其中潜在物种的共存（Naiman et al.，1993；王帅等，2008），对于维持水陆景观的完整性具有重要意义（罗坤，2009）。

（4）为人类提供休闲活动场所。河岸植被缓冲带景观多样性明显，其景观格局呈水陆镶嵌模式，水陆植被和谐统一，使流域景观在美学价值上有了很大程度的提高（鲁春霞等，2001）。河岸植被缓冲带有丰富的植物资源，其湿地、草地和森林生态系统组成了流域景观的亮点，同时河流两岸的河岸植被带限定了竖向的空间，让人的视线变得深远（高阳等，2006；诸葛亦斯等，2006），与周围生态系统的景观相结合后，会表现出明显的层次感，从而使景观效应得到最大限度的发挥（颜兵文和肖瑞龙，2008；赵雯和管岩岩，2008）。

河岸植冲带周边地区水源充足，地势较为平坦，可以设置各种休闲娱乐设施，为附近居民和游客旅行、野营、摄影等户外活动创造了条件（鲁春霞等，2001;诸葛亦斯等，2006），人与自然和谐的环境使人们在休闲活动中得到安逸、舒适的享受，在这样的环境中生活有利于提高生活质量和保持身心健康（夏继红和严忠民，2006）。

除此之外，河岸缓冲带因其特殊的地理位置，使其野生动植物资源丰富，动植物群落与不同生态环境因子之间关系复杂（颜昌宙等，2005），可以作为优良的教育科研基地。

（5）缓解人为因素对河流生态系统的影响。近年来，河流生态系统在人类过度的开发和利用下已逐渐超过其自身承载力，人类生产生活对河流周边土地资源的开发和利用也使河流生态系统发生了不同程度的退化，而城市中的河流和滨水区等区域自然与人类活动作用十分强烈（岳隽和王仰磷，2005）。河岸缓冲带的存在缓解了河流生态系统由于自然环境的变化所产生的逆向演替，其合理的规划和植被的优化配置对于减轻人类活动对河流生态系统造成的破坏有着重要的作用（高阳等，2006）。

1.3.2 水生植物概述

1.3.2.1 水生植物概念

水生植物（Hydrophyte）是个生态学名词，而不是分类学名称（牛玉璐，2006）。到目前为止，国内研究人员对水生植物有如下几种定义：

（1）水生植物包括常年生活在水中以及长期生活在非常潮湿或者100%饱和水土壤中的植物（倪乐意，1999）。狭义范围内的水生植物是指维管束植物，仅包括蕨类植物、裸子植物以及被子植物，而广义范围内的水生植物则是指所有的植物，包括维管束植物、不具有维管束构造的低等植物，如藻类植物与苔藓植物等（吴建强等，2007）。

（2）凡生长在水中或湿土壤中的植物通称为水生植物，包括草本植物和木本植物（李尚志，2000）。

（3）水生植物是指生长于水体中、沼泽地中的观赏植物，与其他花卉明显不同的习性是对水分的要求和依赖远远大于其他各类植物，因此也形成了其独特的习性（刘艳红等，2007）。

（4）水生植物是指生长在水中、沼泽或岸边潮湿地带的植物（陈飞平和廖为明，2006）。

（5）水生植物主要是指生长在淡水水源区域内的水生植物（邓辅唐等，2005）。

这些定义的出发点不同，有的从生态的适应性出发，有的则以景观应用为基准，故而形成了不同的理解，但其要义都离不开对“水”的适应。

1.3.2.2 水生植物分类

全世界水生植物计有87科168属1022种，中国水生维管束植物计有6l科145属400余种及变种，具有观赏利用价值的有约3l科42余属115余种，广泛分布在海拔350m以下不同纬度的水域中（储荣华，2010）。同水生植物的定义一样，由于学者们所处的时代不同，以及研究的背景不同，或对水生植物理解的出发点不同，人们对水生植物也有多种不同的分类。

赵家荣（2002）按照水生植物的生活方式与形态特征把水生植物分成挺水型、浮叶型、漂浮型及沉水型四类；孟祥龙（2006）依据水生杂草的生活形态将其分成沉水杂草、漂浮杂草、浮叶杂草、挺水杂草和田埂杂草五种类型。为方便调查和研究，本书中按植物生活形态将哈尔滨市的水生植物分为挺水植物、浮水植物和沉水植物三类。

在自然界中，水生植物的分类并不是绝对的，如陆生植物美人蕉，不仅完全适应湿生环境，大部分时间可以在浅水中生长；挺水植物，在自然界中经常以漂浮形式生长；沉水植物如眼子菜、狐尾藻，在水落时期可短期停水生长（肖楚田等，2013）。

1.3.2.3 水生植物作用

（1）净化水质。作为一种自然可持续的水污染治理方法，水生植物净化技术有着诸多优点，在现实生活中也被越来越广泛地应用。水生植物以其特有的净化机理对每种类型的污染都有着独到的化解方法，经济、高效，且无二次污染。

水生植物通过物理化学作用、植物吸收作用、微生物辅助降解和对藻类的抑制作用这四种净化机理对受污染水体进行净化。物理化学作用中植物通过吸附、沉降和化学结合等方式使无机及有机化合物脱离水循环，对重金属和化学物质污染有较好的净化能力；植物吸收作用除吸收N、P等营养元素抑制富营养化污染外，对重金属和一些化学物质也有较好的吸收能力；微生物辅助降解则普遍存在于水生植物的各项生理活动中，对化学污染和干扰污染处理都有较好的辅助作用；植物通过化感作用对藻类的抑制则主要体现在对富营养化污染的控制方面，可防止水华现象的发生（储荣华，2010）。

（2）美化环境。随着生态学的发展和景观生态学的兴起，人们发现水生植物除具有净化水体等生态功能外，还具有很好的景观价值。科研学者们对水生植物的净化机理进行着各项研究的同时，从事着环境美化工作的景观设计师们也开始揣摩水生植物的景观配置方法和原则，水生植物的生态和景观应用正被越来越多的从业者所关注，生态水景的设计也随人们对环境质量关注度的提高正逐步成为热点。

水生植物不仅可以改善与保护环境、增进人的健康，而且还可以用优美的姿形、绚丽的色彩、秀雅的韵味，通过艺术创作，构成美不胜收的园林景观。应用于水体景观生态设计中的水生植物材料既要有景观植物（观赏植物），又要有生态植物（抗污染、保持水土、抗风浪等）。为此，设计中需要结合周边景观合理地布置各类水生植物，形成具有强大的水质净化能力且和谐的景观效果（孟祥龙，2006）。

（3）抑制河岸带侵蚀。水生植被群落能够有效控制河岸的侵蚀，对维护河岸的稳固有重要的作用（许晓鸿等，2002）。第一，生长在河岸缓冲带的植被有效地减小了坡面地表的裸露面积，从而避免了大部分土壤与地表外营力的直接接触（张政和付融冰，2007）；第二，水生植物的根系能够与土壤进行相互作用（夏继红和严忠民，2006），可以增加坡面土壤表层团聚体的含量，在有效改善土壤机械强度的同时，使坡面表层的剪切力增大，从而提高坡面的抗蚀性和河岸稳定性（赵雯和管岩岩，2008）。水生植物通过根系吸收地表径流，从而减少坡面径流量，有效减缓了坡面径流对坡岸的侵蚀。植被的根系和枯落物也有降低坡面径流流速的作用，径流流经时这些枯落物能够大量截留其中的营养物质和泥沙（Polyakov et al.，2005；Mankin et al.，2007）。

1.3.3 挺水植物概述

1.3.3.1 挺水植物概念

挺水植物（Emergent plant）是指茎直立挺拔，仅下部或基部沉于水中，根扎入泥中生长，上面大部分植株挺出水面，大部分的品种根系粗壮发达，有些种类具有肥厚的根状茎，或在根系中产生发达的通气组织。其主要生长在浅水或水陆过渡区域，茎叶气生，通常具有与陆生植物相似的生物特性。

1.3.3.2 挺水植物的优点

（1）对水体净化效果明显。大量研究工作表明，芦苇、千屈菜、香蒲等挺水植物不仅能大量吸收富集水体中污染物和营养盐，抑制藻类生长，而且可以去除底泥中的负荷（李静文，2010），不但能起到净化水体的作用，还能改善水体生态环境，从而促进退化水体生态系统的恢复。因此，挺水植物在水质净化中被广泛应用（南楠等，2011）。

（2）景观效果较好。多数挺水植物有着花大、花色艳丽、花期较长的特点，能够有效改善人们的生活环境，为人们提供一个优美的生活空间，河岸带栽种后，能够成为人们休闲、亲水的好去处，同时实现人与自然的和谐统一。

（3）成本低廉。常见的挺水植物均价格低廉，对土质要求一般不高，管理粗放、无需养护、病虫害较少，是一种经济实惠的、能有效地被河岸带利用的植物类型。