За последние два десятилетия вокруг экосистемных концепций, относящихся к прибрежной зоне, т.е. взаимодействия между речной экосистемой и прилегающей наземной экосистемой, сформировалось еще одно направление.
Новая зона взаимодействия и ее роль в системе воздух - земля - вода
Исследования фокусируются на биотико-абиотических взаимодействиях вдоль берегов и зон затопления ручьев и рек. Были выявлены некоторые из этих связей на схеме прибрежной зоны в 1986 году. Потом эту концептуальную схему изменили, добавив туда же гидрологические компоненты, такие как осадки, подземные воды, а также дополнительные биотические и геологические компоненты, чтобы обеспечить более полную экосистемную основу для выявления связей воздух-земля-вода в прибрежной зоне.
Например, деревья, очевидно, имеют корни, хотя их часто игнорируют при изучении прибрежной зоны. Эти корни проникают в осадок либо в сам ручей, либо в почву, прилегающую к ручью. Корни стабилизируют русло реки, поглощают питательные вещества и воду и обеспечивают организмов пищей и кровом.
В дополнение к ежегодным поступлениям листьев и другой подстилки, которые могут быть основным источником органического вещества для небольших потоков, деревья в конечном итоге погибают.
В результате, надземные части могут попасть в ручей и образовывать плотины органического мусора, образуются гидрологические макропоры при разложении корней. Мертвое органическое вещество может служить источником энергии для организмов ручья.
Это важные компоненты структуры, функции и развития динамической прибрежной зоны, но оценка и интеграция этих компонентов может быть вопросом перспективы и направленности.
Зачастую ни гидролог, ни геохимик, ни биолог не учитывают все эти компоненты и их связи при решении исследовательских вопросов или при попытке интеграции.
Возьмем, например, биолога, который может изучать факторы, определяющие скорость первичного производства водной фауны, или то, что потребляет первичное производство в речной экосистеме, но может не быть заинтересован (или не знать) о том, что древесная подстилка, включая крупные древесные обломки, и корни важны для регулирования берегов или стабилизации осадков.
В то же время это органическое вещество может быть разложено микробами или механическими силами (например, током), тем самым влияя на гидрологию, химию и биологию ниже по течению.
Прибрежная зона может выступать в качестве поглотителя для растворенных питательных веществ, перемещающихся в почвенных водах от водосборного бассейна к ручью.
Ручьи и их прибрежные зоны не функционируют в этих связях, как тефлоновые впадины.
Гипореическая зона
Гипореическая зона была определена как:
среда обитания в проточной воде... представляет собой промежутки, которые образуются в смеси крупного песка, гравия и скал, обычно встречающиеся в ритронной области ручьев.
Эта зона представляет собой промежуточную зону между речными и подземными водами, которая характеризуется промежуточным расходом воды (но колеблющимся во времени и пространстве), переменным и колеблющимся химическим составом и характерной группой животных.
Животные, живущие в промежутках между галькой и песчинками в этой движущейся воде под ручьями, довольно интересны с экологической точки зрения, но малоизвестны.
Действительно, в этой зоне обитает большое количество особей, а зачастую и новые и увлекательные виды. В некоторых местах гипорейные животные встречаются на расстоянии до 2 км от русла реки.
К сожалению, в настоящее время гипореическая зона определяется только на основе животных, которые там обитают. Данная зона представляет собой захватывающую область для изучения с точки зрения экологии животных.
Но какова связь между гипореей и прибрежной зоной, водораздельной экосистемой или водосборным бассейном? Какова связь между корнями, проникающими в прибрежную зону, и животными и микроорганизмами в гипорейской зоне?
Фактически, вода, протекающая по старым корневым каналам (макропорам) в виде трубчатого потока, может влиять на распределение химических веществ, особенно растворенных органических веществ, и, таким образом, оказывать значительное воздействие на гипореических животных экологически значимым способом.
Специфические животные и микробы, вероятно, реагируют на органическое вещество, произведенное в прибрежной зоне конкретными видами растений и наоборот, представляя экологически важные связи и взаимодействия.
Плотины органического мусора широко распространены в лесистых районах северо-востока США и играют важную роль в регулировании хранения и транспортировки неорганических и органических веществ в потоках.
Кроме того, скорость метаболизма повышается в плотинах органического мусора, что делает их активными точками биологической активности в ручьях. Из 175 м ручья второго порядка в Хаббардском ручье экспериментально были удалены плотины с органическим мусором. В результате годовой экспорт растворенных веществ увеличился на 6%, а твердых частиц - на 530%.
Однако более важным результатом с точки зрения связей было то, что при сохранении целостности плотин органического мусора средний долгосрочный экспорт растворенных веществ превысил экспорт твердых частиц примерно на 5%, тогда как после удаления плотин органического мусора эта тенденция была обращена вспять, а экспорт твердых частиц превысил экспорт растворенных веществ на 2%.
В настоящее время подробно изучается влияние нарушения водораздела (например, расчистка) на образование и содержание плотин органического мусора в течение длительного времени. Интересно, что органические селевые плотины исчезли, а осадки стали в основном неорганическими в небольшом верховьях рек после экспериментального обезлесения водосборного бассейна в 1965 году. Эти результаты свидетельствуют о том, что такие нарушения, как обезлесение, могут повлиять на динамику изменения климата и, следовательно, ручьевых экосистем на 80 лет и более.
Долгосрочная деградация и накопление осадков в ручьях также связано с наличием плотин органического мусора. Когда деревья в водосборе вырубаются, сдуваются или иным образом естественным путем падают, должно быть время для деревьев, примыкающих к ручью, чтобы вырасти достаточно большими для образования новых или замещающих плотин.
Для формирования плотины дерево, падающее через ручей, должно иметь достаточную длину и массу, чтобы образовывать барьер через русло. Прутья не образуют прочной плотины в русле любого размера. Характеристики древесных пород, включая скорость роста, прочность на растяжение, длину и форму, определяют время, необходимое для образования новых плотин органического мусора после серьезных нарушений .
Прошлые методы рубок в Национальном лесу Белой горы, США, где были выборочно вырублены более крупные деревья, вероятно, сократили количество плотин органического мусора на больших ручьях пятого и шестого порядка.
Таким образом, именно биологические характеристики водосборного бассейна, а также история управления определяют длительный интервал возврата для плотин органического мусора после нарушения и именно плотины органического мусора влияют на связь гидрологического переноса наносов вниз по течению. В системах с небольшим поверхностным стоком, например, в лесных экосистемах, поступление наносов в озера происходит в основном из-за эрозии в русле реки, а не из-за общей эрозии больших площадей водосборного бассейна. Таким образом, плотины органического мусора могут играть центральную роль в регулировании этой связи с ниже расположенными системами, такими как озера.