海岸带的修复.docx

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海岸带的修复

CoastalZoneRestoration

海岸带的修复

CBCraftandJBertram,IndianaUniversity,Bloomington,IN,USA

SBroome,NorthCarolinaStateUniversity,Raleigh,NC,USA

@2008ElsevierB.V.Allrightsreserved.

Introduction

引言

Coastaldunesandtidalwetlandsarefoundattheinterfacebetweenlandandsea.Theyaredynamicecosystemsandserveasthefirstlineofdefenseagainstthesea,bufferingwind,waves,stormtides,andrisingsealevel.Thephysicalenvironmentofdunesandtidalwetlandsisharsh.Bothareexposedtowindandwaveactionandsaltthoughtheydifferinavailabilityofwater.Dunesarewater-limitedastheunsaturatedsandysoilshavelowwaterholdingcapacitythatfavorsestablishmentofdrought-tolerantvegetation.Intidalwetlands,thesoilsaresaturatedduringtidalinundation,creatinganaerobicsoilconditionsthatfavorcolonizationbyhydrophytic（flood-tolerant）vegetation.

海岸沙丘和潮汐湿地存在于陆地与海洋的接口。

它们是动态的生态系统，并且作为抵御海水、缓冲风力、海浪、风暴潮和不断上升的海平面的第一防线。

沙丘和潮汐湿地的物理环境是恶劣的。

尽管它们有不同的水源，但都暴露在风、海浪和盐之下。

由于不饱和沙土的持水能力较低，所以沙丘的含水量有限，从而促使耐旱植被的形成。

在潮汐洪水期，潮汐湿地的土壤是饱和的，土壤达到厌氧状态，从而促使形成水生（耐涝）植被的覆盖。

DuneRestoration

沙丘修复

Coastaldunesareanaturalfeatureofsandyshorelinesandarepresentinmosttemperateregions.Theyareamongthemostdynamiclandforms,shiftingwiththewindsandstormtides.Dunesarepartofthenearshoreenvironmentthatchangeseasonallyandwithepisodicstorms.Theyserveasreservoirsofsandtore-nourishthebeachduringstormsaserosionofsandtransportsitoffshorewhereitisdepositedonsandbarstobereturnedgraduallybythetides.Formationofdunesrequiresasourceofsand,usuallycarriedfromthebeachbyonshorewinds,andvegetationtocatchsandandstabilizeit.

海岸沙丘具有沙丘海岸带的自然特征，存在于大多的温带地区。

它们存在于最活跃的地形之间，因风和风暴潮而改变。

沙丘属于近海岸环境的一部分，随着季节和偶然的暴风雨而变化。

它们作为沙库，在暴风雨时滋养海岸，因为风沙侵蚀使它离岸到沉积的沙丘上随后被潮汐再吹回海岸。

沙丘的形成需要由陆风吹回海岸的沙源和能够截留并稳固沙子的植被。

Dunesarestressfulenvironmentscharacterizedbyblowingsandthatabradesvegetation,saltspray,highsoiltemperatures,lowwatercapacityandlownutrients,especiallynitrogen（N）.Historically,manydunesweredeforestedfortimberthenusedforgrazing.Today,theyareunderstressfromshorelinedevelopmentandoverbuildingofthecoastalfringe.Developmentoftheshoreoftenleavesnoroomfordunestomigrateinlands,asoccurswhensealevelrises.Thecombinationofever-changingenvironmentalconditionsandurbanencroachmentmakescoastaldunesagloballyendangeredecosystem.

沙丘环境严峻，尤以吹沙导致的植被侵蚀、盐雾、土壤高温、水土保持能力低和低营养盐（尤其是氮）为特征。

历史上，为了获得木材很多沙丘被砍伐，然后被用作放牧。

现在，它们处在海岸线的发展与海岸边缘的过度建设的压力之下。

海岸带的发展使得当海平面上升时沙丘没有向内陆迁移的空间。

不断改变的环境条件和城市的建设使得海岸沙丘成为一个全球濒危生态系统。

TheDuneCommunity

沙丘群

海洋前沙丘区域沼泽地灌木带森林带

图1从海内陆到森林的植被分布

Seetextforanexplanationofthevariousconstraints.

表1海岸沙丘和潮汐湿地植被建立的环境限制条件

限制条件

沙丘

潮盐沼泽/红树林

物理条件

水分不足/干旱

水分过多/缺氧

盐雾

盐分

风沙侵蚀

过多的波浪运动

土壤高温

土壤高温

营养

氮（磷）缺乏

氮（磷）缺乏

酸性土壤

干扰

践踏/车载交通

放牧/食草

放牧/食草

侵蚀

过多潮汐能

疾病

病原真菌/疥虫

查阅文章以解释各种限制条件

Dunevegetationconsistsofdistinctplantcommunities,pioneer,scrub,andforestzones,thatoccuralongagradientofincreasingdistancefromtheseaandincreasingage（Figure1）.Thepioneerzoneoccursontheupperbeachorforedunearea,closesttothesea.Vegetationconsistsofafewspeciesofgrasses,sedges,andforbsthatareabletowithstandsaltspray,sandblast,burialbysand,temperatureextremes,drought,episodicfloodingwithsaltwaterandlownutrient（N）availability（Table1）.Pioneerspeciesincludeduneinitiatorsanddunebuilders.Duneinitiatorsareannualssuchassearocket,Cakilemaritima,whichiswidelydistributedthroughouttheworld,seapurslane（Sesuviumspp.）,andotherspecies.Duneinitiatorsareimportantfortrappingseedsofdunebuilders.DunebuildersconsistofperennialssuchasAmericanbeachgrass（Ammopbilabreviligulata）,Europeanbeachgrassormarramgrass（A.arenaria）,Europeandunegrass（Elymusarenarius）,andAmericandunegrass（Elymusmollis）incoolclimates,andseaoats（Uniolapaniculata）andbitterpanicum（Panicumawarum）inwarmclimates.Saltmeadowcordgrass,Spartinapatens,alsoiscommonintheforedonezonewhereitisfoundonlow,moistsiteswhereexposuretosaltisgreater.Onceduneinitiatorsanddunebuildersbecomeestablished,secondaryinvaderssuchasAbrona,Ambrosia,Croton,Carex,Carpobrotus,Eupborbia,Erigeron,Festuca,Fimibristylis,Hydrocotyle,Ipomoea,Latbyrus,Lupinus,Solidago,Spartina,andSporoboluscolonizethepioneerzone.

沙丘植被由不同的植物群落、优势植被、灌木带和森林带组成，随着与海洋的距离及年份的增长而呈梯度变化（如图1）。

优势带出现在近海岸处或沙丘前的区域，靠近大海。

植被由很多物种组成，如草类、莎草、和非本科草本植物，它们能抵御盐雾、喷沙、埋沙、极端温度、干旱、突发洪水和营养物（氮）含量低等恶劣环境条件（如表1）。

优势物种包括沙丘指示物和和沙丘构筑物。

沙丘指示物是一年生的，如Cakilemaritime，是一种在世界范围内广泛分布的植物，此外还有海洋马齿苋及其他物种。

沙丘指示物对于沙丘构筑物的捕获种子是非常重要的。

沙丘构筑物包括多年生植物，像在凉爽气候里美国的海丘草、欧洲海丘草和滨草、欧洲沙丘草、和美国的沙丘草，和在温和气候里的海滨燕麦草和苦黍。

在含盐量高、地势低且潮湿的近沙丘带，盐渍草地米草和碟状米草也同样常见。

一旦沙丘指示物和构筑物建立了，继发性感染菌/次生侵染菌像Abrona,Ambrosia,Croton,Carex,Carpobrotus,Eupborbia,Erigeron,Festuca,Fimibristylis,Hydrocotyle,Ipomoea,Latbyrus,Lupinus,Solidago,Spartina,和Sporobolus就会在优势带中大肆繁殖。

Theshrubzoneliesimmediatelybehindtheforedonezoneandconsistsofsecondarydunesandlow-lyingareas,swales,andflats,betweenthem.Inadditiontopioneerspecies,theshrubzoneiscolonizedbywoodyvegetationthatstabilizesdunes.Theshrubzonereceiveslesssaltsprayandfreshsandrelativetotheforedunezone.Nitrogensupplyalsoislow.Intheshrubzone,woodyshrubsandtreesarestuntedbysaltsprayandwind.AlongtheUSAtlanticcoast,seashoreelder,Ivaimbricata,isimportantintheshrubzone.Itishighlyadaptableandtoleratessaltwater,saltspray,sandblast,andsandaccumulation.Seashoreeldergrowsinforedunes,swales,maritimeforests,andupperfringesofthesaltmarsh.

灌木带紧靠在前沙丘区域之后，由第二沙丘和低洼带组成，沼泽和平地间布其中。

除了优势物种，灌木带中还生长着大量可以稳固沙丘的木本植物。

由于近海沙丘带的影响，灌木带中很少有盐雾和鲜沙，氮含量也很低。

灌木带的木本植物和树木的生长受到盐雾和风的抑制。

在美国大西洋海岸，经久的海滨对海岸带是很重要的。

它有很强的适应能力，也能抵御海水、盐雾、吹沙和沙聚集。

经久的海滨存在于近沙丘、沼泽地、海上森林和盐沼地的边缘之间。

Growthofpioneerspeciesispoorintheshrubzonerelativetotheforedunezone.Shrubspeciesdowellthoughandtheyareimportantinstabilizingsandandinitiatingsoildevelopment.Thedeclineofvigorandgrowthofpioneerspeciesintheshrubzoneisthoughttobelinkedtoreducedsandaccumulationthatsuppliesmineralnutrients,especiallyphosphorus（P）.

在灌木带优势物种的生长比近沙丘处差。

灌木物种生长很好而且它们对于稳固沙子和指示土壤发展很重要。

积沙的减少导致土壤中营养物质尤其是磷供应的减少，而这被认为是灌木带中优势物种生长活力下降的原因。

Theforestzoneistheoldestandmoststabledunecommunity.Itformsonlyaftersubstantialtimepassesandsoilformationbegins.Considerableprotectionfromsaltsprayandfloodingisneededfortheforestzonetodevelop.Oncedunesarestabilizedandpioneerandshrubcommunitiesdevelop,treesmaybeplantedtoacceleratesuccession.However,treesarenotplantedintheforeduneorshrubzonesneartheseabecausesaltsorayinhibitstheirgrowth.Also,treesshadeoutpioneerandshrubspeciesandinhibitregenerationofthesespeciesfollowingaseveredisturbancesuchasdiseaseoutbreak,insectoutbreak,orfire.

森林带是最古老最稳定的沙丘带，只有经过相当长的时间并且土壤结构开始建立时才会形成。

为了森林带的发展，适当的保护以使森林带免受盐雾和洪水的侵蚀是必要的。

一旦沙丘建立，优势种群和灌木种形成，树木就会被种植以加速演替。

但是，树木不会种植在近海沙丘或灌木带这样的近海区域，因为盐雾会抑制树木的生长。

同时，树木会遮挡优势种和灌木种，并通过病虫害及火灾等严重干扰抑制其再生。

LimitingFactorsforEstablishment

沙丘建立的限制因素

Establishmentofdunesrequiresasupplyofsandvegetationtocatchandstabilizeit.Sandissuppliedbyonshorewindsthatpickitupfromthebeachandcarryitinlandwhereitisinterceptedbyvegetation.Sandistransportedmostlybysaltation,bouncedalongastheimpactofmovinggrainsdislodgesothergrains,andbysurfacecreep.Sandfencesoftenareerectedtotrapsandandinitiatedunebuilding.Fencesmaybebuiltusingwoodenpickets,boards,bamboo,reeds,fabric,orothermaterialssuchasbranchesthatdeflectandslowthewind.Guidelinesforusingfencesinclude

（1）usefencesof40–50%porosityastheyaremostefficientintrappingsand,

（2）installfencesparalleltotheshoreline,and（3）asinglerowoffenceissuitableatlowerwindspeedbutdoublefencesmaybeneededathigherwindspeed.Asthedunebuilds,continuedsandtrappinganddunegrowthisfacilitatedbyinstallingadditionalfencesatoptheoriginalfenceasitbecomesburied.Othersourcesofsandfordunebuildingincludedredgedmaterialpumpedontothebeachandsandpushedupbybulldozers.

沙丘的建立需要沙源和沙土植被以截留并稳固沙土。

沙子由陆风从海岸吹来并带到陆地被植被截留下来。

沙子主要靠跃动迁移，就像当移动谷物时其他谷物颗粒也会被一起移动，此外还有表面蠕动迁移。

沙围栏经常被建立用于捕捉沙子和开启沙丘建立。

围栏常用木桩、木板、竹子、芦苇、编织物或其他如树枝这样可以改变风向并减小风速的材料建造的。

围栏的使用指南包括：

（1）使用孔隙率在40—50%的围栏以保证最有效地截留沙子

（2）与海岸线平行安装围栏（3）风速低时单排围栏就足以截留沙子，但风速高时需要两排。

随着沙丘的建立，原有的围栏被渐渐掩埋，因而需要在原有围栏的顶上安装额外的围栏以加速沙子的截留和沙丘的增长。

沙丘增长的其他沙源包括被挖掘并用泵抽到海滩上的沙子以及用推土机堆积的沙子。

Theduneenvironmentisharsh.Thesandysoilsholdlittlewaterandarelowinnutrients,especiallyN.Dunevegetationrespondsfavorablytofertilizeradditions,especiallyNwithalesserresponsetoP.Becauseofitsfragilenature,itisessentialtokeepexistingdunesandduneplantingsfreeofvehicularandfoottraffic（Table1）.Insomeregions,grazers,rabbitsinEurope,nutriainLouisiana（USA）,maygrazeondunevegetation,reducingplantcover（Table1）.InEurope,whereduneswereafforestedcenturiesago,grazerssuchassheepandrabbitsareimportantformaintainingearlysuccessionalVegetation.

沙丘环境是严峻的。

沙质土的蓄水性和保肥性较差，尤其是氮含量很低。

沙丘植被对添加肥料尤其是氮肥的响应良好，但对磷的响应较低。

由于其脆弱的特性，有必要保持现有的沙丘和沙丘植被免于车辆和步行交通干扰（如表1）。

在某些地区，如欧洲的食草动物和兔子，美国路易斯安那州的海狸鼠等会啃食沙丘植被，从而降低沙丘植被的覆盖率。

在欧洲，几世纪前，沙丘是造林的地方，食草动物如羊和兔子对于维持早期植被演替是非常重要的。

RestorationandEcosystemDevelopment

修复和生态系统的发展

Restorationofcoastalduneshasbeenwidelyusedaroundtheworld,includingEurope,NorthAmerica,SouthAfrica,NewZealand,andelsewheretohelpstabilizebeachesandbarrierislands.

海岸沙丘的修复被广泛应用于包括欧洲、北美洲、南美洲、新西兰及其他地区在内的世界各地以帮助稳定海滩和屏障岛（堰洲岛）。

InEurope,coastalduneshavebeenused