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摘 要：在介绍洪水脉冲理论的基础上，重点阐述了与洪水脉冲相应的生态过程。同时，分析了junk 提出的洪水脉冲理论的局限性，进一步回顾了洪水脉冲理论的发展完善过程。最后，指出了洪水脉冲理论在河流生态修复研究中的应用价值，并以美国基西米河生态修复工程为例予以说明。

 

关键词：洪水脉冲理论 洪泛滩区 河流生态学 生态恢复

 

flood pulse concept and its application in river ecological restoration

 

zhang jing, dong zheren

 

abstract: ecological process described by the flood pulse concept is presented on the basis of introduction of the flood pulse concept of junk. the limitation of flood pulse concept is also discussed along with the review of development of flood pulse concept. finally, the applicable value of the concept in river ecosystem restoration is presented, taking the kissimmee river, usa as a typical example.

keywords: flood pulse concept; floodplain; river ecology; ecological restoration

 

中图分类号：tv877 文献标识码：b 文章编号：1000-1123(2008)15-0001-04

 

由于全球气候变化、水资源危机和水生态恶化的频繁发生，促使人们给予河流更多的关注，河流生态学研究由此日趋活跃，并发展成为一门高度交叉型学科(生态学、水文学、生物学、地貌学等)，其理论体系也得到迅速发展。河流生态学家陆续提出河流连续体理论[1]、河流水力学理论[2]、顺次不连续理论等10大理论[3]，使人们对河流生态有了更深入的理解。其中，洪水脉冲理论（flood pulse concept，fpc）[4]是junk等人基于在亚马孙河和密西西比河的长期观测和数据积累，于1989年提出的河流生态理论。洪水脉冲理论着眼于河流－洪泛滩区系统的整体性和洪水脉冲对河流－洪泛滩区生态系统的重要性，关注洪水侧向漫溢产生的营养物质循环和能量传递的生态过程，同时还关注水文情势特别是水位涨落过程对生物过程的影响。洪水脉冲理论可以作为河流生态修复的理论基础之一，应用于水库的生态调度以及恢复河流－洪泛滩区的连通性等方面。本文旨在推进对洪水脉冲理论的理解，进一步认识洪水脉冲的生态作用，指导河流生态修复。

 

一、洪水脉冲理论内容

 

1.洪水脉冲理论概念模型

 

(1) 洪水脉冲的生态过程

 

junk提出，洪水脉冲是河流－洪泛滩区系统生物生存、生产力和交互作用的主要驱动力。在大型原始热带河流－洪泛滩区系统，周期性的洪水脉冲可造成有机体的适应和对洪泛滩区的有效利用。洪水水位涨落引起的生态过程，直接或间接影响河流－洪泛滩区系统的水生或陆生生物群落的组成和种群密度，也会引发不同的行为特点，比如鸟类迁徙、鱼类洄游、涉禽的繁殖以及陆生无脊椎动物的繁殖和迁徙。图1可说明洪水脉冲的生态过程：洪水期间，河流水位上涨，水体侧向漫溢到洪泛滩区，河流水体中的有机物、无机物等营养物质随水体涌入滩区，受淹土壤中的营养物质得到释放，洪泛滩区初级生产力大大增加，陆生生物或腐烂分解，或迁徙到未淹没地区，或对洪水产生适应性；水生生物或适应淹没环境,或迁徙到滩地，部分鱼类开始产卵；当水位回落，水体回归主槽，滩区水体携带陆生生物腐殖质进入河流，洪泛滩区被陆生生物重新占领，大量的水鸟产生的营养物质搁浅并且汇集成为陆生生物的食物网的组成部分，水生生物或者向相对持久的水塘、湿地迁徙，或者适应周期性的干旱条件，水塘、湿地等相对持久性水体与河流主流逐渐隔离。生物生产力在洪水循环中因过程的多变性得以提高，因此洪水脉冲对维持遗传和物种多样性、保护特有的自然现象有重要意义。

图1 洪水脉冲生态过程示意图

(2 )洪水脉冲理论几个关键概念

 

①水陆过渡带

 

在junk的洪水脉冲理论中，他将“洪泛滩区（floodplain）”明确定义为：定期被侧向溢流、降雨或地下水淹没的区域，该区域产生的物化环境能导致生物产生形态学、解剖学、生理学、生物气候学或生态学适应性等方面的反应，从而产生特定的群落结构，称为水陆过渡带（aquatic/terrestrial transition zone，attz）。也有学者认为洪泛滩区在生态学中属于群落过渡带（ecotone）(图2）。

图2 河流－洪泛滩区横断面

② 移动岸线

 

移动岸线（moving littoral）是junk洪水脉冲理论中另一个重要的概念。移动岸线指水生环境的近河岸带边缘，横穿洪泛滩区或水陆交错带。洪泛滩区上的移动岸线可使有机物和营养物质快速循环，因而产生较高的生产力。移动岸线是洪泛滩区上的一个主要活力区[5]，该区在涨水和退水时会横穿洪泛滩区，使有机物和营养物形成较高的周转率（turnover rate），而这种洪泛滩区的面积远大于永久性动静水体的面积。退水时移动岸线的倒退会使营养物流失和浓缩，导致浮游植物大量生长；涨水时，则可为鱼类提供营养物质，为无脊椎动物提供优质的生存环境。

 

③高速公路类比

 

部分研究者发现主河道中生存着各种鱼类，但最高的生产力却出现在相邻的洪泛滩区中，而且大多数生产力来自洪泛滩区栖息地。因此junk认为，在河流－洪泛滩区系统中，主要生态过程发生在洪泛滩区，而主河道只是用作生物迁移的路线。junk将河流－洪泛滩区系统中的河流网络按照高速公路类比（highway analogy），其中主河道代表高速公路，河道中的鱼类等生物代表公路上的车辆，洪泛滩区则提供高速公路以外的产品来源，如农场、油田、矿山等。在这样的类比下，河流仅作为通往喂食、育种、产卵区域的路线，或低温季节时的避难所。

 

2.junk洪水脉冲理论的局限

 

虽然洪水脉冲概念相比河流连续体概念，对水流向洪泛滩区侧向漫溢产生的生态过程进行了详细的阐述，但由于河流－洪泛滩区生态系统的复杂性，junk概念模型仍有其局限性。

 

①研究对象范围偏小

 

junk洪水脉冲理论的产生主要是基于热带亚马孙河的观察试验研究，因此大部分内容仅适用于大型热带原始河流低地。该理论能否适用于亚热带或温带河流，还需要系统的观察和研究论证。目前国内外河流大多经过人工改造，完全原始的河流已属罕见，因此也需要将理论扩展至非原始状态的河流，要考虑建有大坝等水利设施的河