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復育水域生態的理論(三)—洪水脈衝概念1989年，德國「馬克斯?蒲朗克湖泊中心」(MaxPlanckInstituteforLimnology)的研究員強克(1()W.J.Junk)提出「洪水脈衝概念」(floodpulseconcept)的論點，主要將河川與其周邊的洪水平原，視為一個串聯的「河水—洪水平原系統」(river-floodingplainssystem)，用來解釋在熱帶與亞熱帶地區，洪水平原不只提供洪水水位、水深與水量變化的穩定，對於水域生態系統也有正面的果效。洪水平原的生態功效這與傳統的水利工程論點不同，傳統的工程是將洪水視為自然災害，用工程的方法減少其災害，是水利工程師要整治的目標。但是「洪水脈衝概念」卻提出，祇要保留洪水平原，洪水對於河川的生態系統，將能產生洪水脈衝的效益(2)，這也成為維護足夠面積的洪水平原，為復育河川生態的主要論點。這個論點最早是來自生態學大師弗比(StephenForbes)，在1895年所提出來的論點：「愈大的河川，愈需要保留足夠河邊的平原，讓河川間竭性的溢入，再逐漸地流出，這對河川的動、植物生長將有幫助。」但是弗比的論點，在洪水平原大量改為建地，或其他用途之際，乏人重視。洪水也有幫助生態的地方直到一九七O年代，科學家才又重新發現許多未開發地方的河川，生物相最最豐富的地方，並非河流的主流道，而是旁邊水、陸交接、水深較淺的洪水平原。一九八O年代，濕地建造逐漸改善河川生態系統的區域，才又被提出與其在河濱灘地，花許多經費去建造許多狹小又高風險的濕地，倒不如保留原來河濱大面積的洪水平原，以做河川生態復育之用。洪水平原對洪水的變動不僅具有緩衝作用，而且洪水能夠沖走洪水平原耐缺氧的水生植物，讓植物更新演替，而且已經沈積的底泥可以再懸著，等到洪水逐漸退水，洪水平原沈積的有機質，洪水較多的溶氧，礦化作用下能夠釋放一些溶解性營養源進入水中，供給水生物營養，促進水生物繁殖。洪水脈衝與河川連續概念不同，成為河川生態整治另一種的觀點，洪水脈衝在生態的功效，主要論點如下：)淨化水質的生態效益：洪水可以為河川水淺之處，營造半乾濕變化的狀態，進而讓氧氣更多進入水與土中，成為淨化河川水質的地方。)河川形態歧異：洪水的沖刷將在河邊產生高灘、低灘等多變化的高程變化，造成河流的彎曲。淡水在底床淘砂產生流道局部深度的狹溝，將河底泥砂的再懸浮，使底床產生較深的澗，較淺的渚，更淺的洲。這些岐異度都可致水生物的多樣化，進而使河流中的有機質有更多去除的可能，發揮水質淨化的果效。)加速水生植物的演替：洪水沖走岸邊部份的草本植物，免得某些耐污染、耐淹水或耐壓氧的水生植物長期成長河濱灘地優勢的族群。使較耐水流沖刷的木本植物，也有機會在岸邊生長，甚至在河川上游形成木本植物的濕地，成為河川上游懸浮性顆粒與氮、磷等營養源的攔截與吸收處，這觀點對集水區水質維護是重要的機制。)維持河口紅樹林生態區域的演替：有些水生植物的種子，需要藉由洪水的力量傳播，洪水可以增加某些水生植物群落的空間分佈。此外，洪水能更新紅樹林群落，免得生長區域漏土，長期淤積，逐漸形成陸域化，失去紅樹林淨化河口水質的功能。當然，洪水脈衝不是指過大洪水所造成激烈沖刷的災害，而是某種強度的洪水，依洪水脈衝概念，不同洪水強度對生態造成的利或弊？是依地方特性而定，無法給出標準的洪水量。這理論說明自然界一定範圍內的洪水，對於河川生態系統彷彿是「免費維護師」，能夠復育水域，這與傳統認為「風調雨順」的就是最好的看法不同，卻是近代有趣的思考，人可以建造、接受偶而被淹的環境，所要避去的祇是較大的洪水。川上游松樹等木本植物為優勢族群的濕地，作為去除集水區非點源污染的磷濃度。(一)河川上游木本植物濕地對非點源磷酸濃度的移除(4)場址面積(ha)水深(cm)處理水量(CMD)正磷酸去除量(g/day)總磷去除量(g/day)1年2年3年1年2年3年濕地12.345167697122018濕地23.45524691310213023濕地32.33309993546407314565濕地41.8930801303832559576表(二)洪水水量與淹水頻率與河邊濕地松樹生長量的關係期間(Year)樹直徑增加量(mm樹幹面積增加量(cni/year)洪水次數洪峰流量(m/sec)1927〜193118.3±3.027.8±6.3814621932〜193615.0±3.123.3±4.859391937〜194122.7±4.032.4±6.223661942〜194629.6±5.945.0±7.058611947〜195128.4±3.250.4±6.1711421952〜195617.2±3.931.5±5.111421957〜196125.2±3.945.5±6.258241962〜196617.6±2.035.0±4.423501967〜19719.9±1.123.1±3.411871972〜197611.8±1.422.6±3.15717N=10棵樹資料來源⑷參考資料Junk,W.J.,andK.M.Wantzen.2004.Thefloodpulseconcept:newaspects,approaches,andapplication--anupdate.FAO,FisheriesProgramme.Bayley,P.B.1991,Thefloodpulseadvantageandtherestorationofriver-floodplainsystems.RegulatedRivers:Research&Management,Vol.6,p.75-86.Mitsch,W.J.,C.L.Darage,andJ.R.Wiemhoff.1979.EcosystemdynamicsandaphosphorusbudgetanalluvialcypressswampinSouthernIllinois.Ecology,Vol.60,p.1116-1124.Mitsch,W.J.,J.K.Cronh,X.Wu,R.W.NairnandD.L.Hey.1995.Phosphorusretentioninconstructedfreshwaterriparianmarshes.EcologicalApplication,Vol.5,No.3,p.830-845.