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开展生态修复工作,看西咸新区钓鱼台湿地公园用了哪些妙招?
发布时间:2017-07-10 10:49:18          浏览次数          来源:规划中国
  本文为中国城市规划设计研究院风景园林和景观研究分院魏巍工程师发表在《中国园林》2017年03期上的署名文章(原题目:北方砂质土滨水绿地生态修复探讨——以西咸新区钓鱼台湿地公园规划设计为例),感谢作者授权发布。
  1、背景
  改革开放以来,我国经历了世界历史上规模最大、速度最快的城镇化进程,城市发展波澜壮阔,取得了举世瞩目的成就。城市发展带动了整个经济社会发展,城市建设成为现代化建设的重要引擎,但是因为粗放的发展方式,带来了各种各样的城市病,新形势下我国城市发展方式亟须由速度型向质量型转变、由外延式向内涵式转变、由功能型城市向特色型城市转变、由内向型向外向型转变、由单体向网络型发展转变。中央提出了生态文明城市建设和新型城镇化建设,力图改变高速、粗放、外延扩张的城市发展模式。
  2015年国家住建部将海南省三亚市列为“双修双城”试点,开展城市修补和生态修复工作,研究探索我国城市生态文明建设模式、新型城镇化发展方式。作为风景园林师应对此引起重视,将专业知识应用到解决城市中的现实问题上,以负责任的态度改善城市环境,提高人们的生活质量。
  2、关于生态修复的探讨
  2.1 生态修复的定义
  生态修复至今尚没有确切的定义,不同的专家学者在研究对象、内容、目的、过程等方面存在争议。一般的文献资料中多存在:生态修复、生态恢复、生态重建等概念,更加详细的有文献资料细分为:挽救、更新、再植、改进、修补等,或是重建、改良、修补、减缓、重造、更新、再植等。
  根据其核心内容,主要的定义有以下三个方面:
  1)强调恢复到干扰前的理想状态。美国自然资源委员会的定义:使一个生态系统恢复到较接近其受干扰前的状态即为生态恢复。
  2)强调其应用生态学过程。我国学者彭少麟提出:生态修复是研究生态系统退化的过程与原因、退化生态系统恢复的过程与机理、生态恢复与重建的技术与方法。
  3)强调生态整合性恢复。国际恢复生态学学会的定义:生态恢复是帮助研究生态整合性的恢复和管理过程的科学,生态整合性包括生物多样性、生态过程和结构、区域及其历史情况、可持续的社会实践等。
  2.2 生态修复的意义
  生态修复远远超出以稳定水土流失地域为目的种树,也不仅仅是种植多样的当地植物,“生态修复”是试图重新创造、引导或加速自然演化过程。人类没有能力去修复出自然的生态系统,但是我们可以帮助自然,把一个地区需要的基本植物和动物放到一起,提供基本的条件,然后让它自然演化,最后实现恢复。
  因此生态恢复的目标不是要种植尽可能多的物种,而是创造良好的条件,促进一个群落发展成为由当地物种组成的完整生态系统。
  2.3 生态修复的关键问题
  通过案例的研究、文献的汇总,我们可以看出,生态修复不仅仅是多种树,不是绿化,不是简单的封禁,不是低产群落的改造。生态修复的关注点在于生态系统是否健康、生态功能是否改善、生态结构是否合理等。按照部分学者的理念,生态修复要恢复生态系统四个方面的功能:一、恢复生态功能;二、恢复生态结构;三、恢复生态的可持续性;四、恢复文化、人文特色。
  结合风景园林专业的特点,是否可以认为生态修复可以人为的分为三个层次:第一个层次:低层次,受损生态系统的乡土植被恢复,也就是通常理解的绿化或是植物的恢复阶段;第二个层次:中层次,营造生态系统,本阶段要考虑生态系统的功能、结构、可持续性、生态文化等方面。需要考虑人、动物、植物以及现在尚没有引起重视但对生态系统至关重要的要素等。第三个层次:高层次,构建和谐的人居环境,与自然和谐相处。
  3、西咸新区钓鱼台湿地公园规划设计实例
  3.1 项目简介
  本项目位于西咸新区沣西新城渭河南岸,场地东西长约9000米,南北宽100~1000米,整体面积约为500公顷。场地内现状有大量的挖砂后坑塘、历史遗留的挖砂场、农民承包的鱼塘、成群结队的水鸟。
  场地的特点有以下四个方面:
  1)水质浑浊,径流丰富。渭河水质浑浊,每年输入黄河泥沙约占黄河泥沙总量的1/3,水质改善的压力较大。设计地段位于渭河中游,从渭河全段看,中游比下游径流丰富。
  2)局部地块植被破坏较严重。由于采砂过多,渭河滨水绿地中遗留大量的沙坑、沙丘,植被破坏较严重,部分地块亟需生态修复措施。
  3)文化积淀厚重。渭河是中华民族的一条古河,有悠久灿烂的历史文化,在风景景观园林设计时应予以重点考虑。
  4)亲水性较差。渭河现状堤与水的距离较远,设计地块内堤水距离最远达到1000米,最近距离也100米。亲水的感觉较差,大部分滨水绿地感觉不到水的存在。
  结合甲方的诉求,项目组重点在四个方面开展工作:(1)、有针对性的开展滨水绿地的生态修复,这部分工作是整个项目后期能否达到较好的生态、社会、经济效应的关键所在;(2)结合当地历史文化的节点风景景观园林设计;(3)落实上位规划,设计贯穿整个西咸新区的健身长廊;(4)落实当地水利部门规划意图,与水利设计单位同步合作进行防洪工程的设计。本文重点介绍工作的第一方面,即滨水绿地的生态修复工作。
  3.2 北方砂质土滨水绿地的特点
  北方砂质土滨河绿地依据其所在区位的位置、气候、土质的物理条件不同,可以看到有三个方面的特殊性:滨水绿地、北方绿地、砂质土滨水绿地。下面简要分析其特点:
  1)滨水绿地的特点
  《防洪法》第二十二条规定:“河道、湖泊管理范围内的土地和岸线的利用,应当符合行洪、输水的要求。禁止在河道、湖泊管理范围内建设妨碍行洪的建筑物、构筑物,倾倒垃圾、渣土,从事影响河势稳定、危害河岸堤防安全和其他妨碍河道行洪的活动。禁止在行洪河道内种植阻碍行洪的林木和高秆作物。”防洪安全关系国计民生,是城市建设中首先要遵循的原则。
  从以上文字中,我们可以解读出:滨水绿地不能影响行洪;不能建设妨碍行洪的建筑物、构筑物;不能种植阻碍行洪的林木和高杆作物。
  另一方面,出于对大江大河堤岸保护的考虑,种植于堤防临水侧护堤地内,用于防浪护堤和抢险取材的专用林称之为防浪林,它是防洪工程和堤防的重要组成部分和抵御洪水的一道有效防线,也是沿河地区的绿色生态屏障。防浪林的技术要求由于河流的宽度、级别等所不同,各个省份对此制定了相关的技术要求。
  2)北方绿地的特点
  一般认为我国北方地区位于秦岭-淮河一线以北、内蒙古高原以南、大兴安岭、乌鞘岭以东,面积约占全国的20%,人口约占全国的40%。
  北方地区主要是温带季风气候。气候特点是一年四季分明,夏季温热多雨,冬季寒冷干燥。北方地区与南方地区最突出的不同,就是有一个漫长而寒冷的冬季,在这个冬季里,乔灌木进入休眠或生长延缓,草本植物地上部分大多枯萎。
  3)砂质土的特点
  砂质土土壤的特点有七个方面:
  (1)砂粒含量高,颗粒粗,比表面积小,组成的粒间大孔隙数量多,故土壤通气透水性好,土体内排水通畅,不易产生托水、内涝和上层滞水。
  (2)保蓄性差。保水、持水、保肥性能弱,雨后容易造成水肥流失,水分蒸发速率快,失墒多易引起土壤干旱。
  (3)土壤中原生矿物以石英、长石为主,潜在养料含量少。
  (4)土温变幅大, 白昼土壤升温快, 晚上降温也快;早春土温低,但随气温回升,土温上升也快,晚秋也容易造成霜冻。
  (5)砂性土耕性好,宜耕期长,耕后土壤松散、平整,无坷垃或土垡,耕作阻力小。
  (6)砂性土大孔隙多, 氧气充足。
  (7)发小苗不发老苗。砂性土“口松”,出苗快、齐、全。但因养分贫乏容易造成作物中后期脱肥、早熟、早衰。
  4)北方砂质土滨水绿地生态修复的难点
  (1)乔灌草之间的互补协作较难
  因为要满足水利部分防洪的要求,所以高大乔木的数量是有限的,整体滨水绿地的生态系统较森林生态系统,结构简单,功能要少。比如发生像森林生态系统中的上下层植被间的协作就较困难:部分草本植物萌芽阶段,需要避开较强烈的太阳光,高大乔木能够提供遮蔽;一个生长季后,草本植物枯萎可以作为乔木的天然肥料。
  (2)生态修复植物的选择要适合
  滨水绿地在涝季有河底淤泥的有机成分补充肥力,在旱季缺少肥力补充,由于北方冬季寒冷,草本植物生长和修复的过程只有一个周期,在较严酷的生长条件下迅速成长,数量达到能够来年自我繁殖,对草本植物提出的要求较高。
  (3)砂质土的土壤特性对于种植不利
  砂质土保水、持水、保肥性能弱,土温变化大,晚秋也容易造成霜冻是其对植物生长的不利方面。针对不同的场地需要找清楚修复的主要问题,针对主要问题修复滨水绿地。
  3.3 生态修复场地的确定及目标

  通过现场踏勘、村民走访、2002年至今的卫星影像分析三个方面的工作,项目组确定了四种需要生态修复的场地(见图1):

图1 确定四种生态修复场地(自绘)

  项目组选取了2002年至今的卫星影像分析,通过动态的影响资料,来判断变化过程的生态系统,季节性的草木荣枯不进行生态修复,长期的、斑块化的植被缺失地块计入生态修复的范围内(见图2)。

图2 2002-2012年设计区北部卫片动态分析图(来源:百度地图)

  将四种生态修复的场地在空间中进行甄别,落实到风景景观园林设计的方案中,对其各个场地编号,共七块用地(见图3、图4)。

图3 识别四种生态修复场地(自绘) 

图4 四种生态修复场地落位(自绘)
  虽然从近几年的分析中可以看到这四种场地需要生态修复,但是其形成的原因各不相同。只有动态的了解其形成的原因、分析其问题,才能视情况制定生态修复的策略。
  采砂弃地——复绿。杨思植、杜甫亭两位先生根据卫片、历史文献与实地考察资料,发现渭河南岸有若干道古河道遗迹,并绘制了渭河西安段的历史变迁图(见图5),发表于《陕西师范大学学报》。此后刘庆柱于1990年、李令福于2011年经过不同的研究角度及方式后,赞同这一观点。
  渭河自新石器时期渭河古道至清朝河道逐渐北移,渭河是黄河的一级支流,其泥沙含量占黄河的三分之一,不断有泥沙遗留在南岸,所以渭河南岸的沙质细腻、较北岸和其他河流较好。渭河成为了整个大西安地区建筑行业的主要采砂地区。场地内的采砂弃地,主要是近年来人工采砂、盗挖后所形成的地块。设计地块位于沣西新城的上风方向,采砂弃地的大量裸露土上浮尘、细沙极易被风吹向沣西新城中心区域。采砂弃地在生态修复方面最主要的目标是复绿,恢复部分草本植被及部分灌木,减少风沙对城市的危害;初步建立植物生态系统。
图5 渭河河道变迁图(改绘自杨思植 杜甫亭 《陕西师范大学学报》 1985 03期)
  河口湿地——生境。河口往往具有生态系统的边际效应,其内部环境因子和生物因子发生梯度上的突变,对比度大,交错带内的生境等值线密度高,生态位分化强烈,物种丰富,特有成分多,种间关系复杂,食物链较长。新河是渭河的支流,宽约10-20米,自南向北汇入渭河,新河上游有部分污染源,导致水质较差,河水黑臭,鱼虾较少。新河入渭口正修建新河大桥,桥长超过120米,建成后的车流量较大。
  陕西省动物研究所等单位在2008年进行的陕西水鸟统计显示,在陕西省分布的水鸟中属国家Ⅰ级保护动物的有5种、属国家Ⅱ级保护动物的有8种。渭河平原湿地是水鸟集中分布的区域,由于人为对资源的过度开发、环境污染和气候变化等原因;湿地面积逐渐萎缩;水鸟适宜的栖息地正在减少,这些对于鸟类的生存非常不利。所以河口湿地生态修复的目标是鸟类栖息地的营造和恢复。
  坑塘湿地——净化。渭河原有防洪堤岸,后有扩建,原堤岸保留;现状采砂场内,在原堤岸下挖塘养鱼,以水泥砌护作为防水形式;水泥砌护的鱼塘一方面阻隔了河滩内绿地的物质能量交换,另一方面有洪涝灾害的安全隐患。坑塘湿地生态修复的目标是以植物手段进行湿地的净化和展示,既能收到良好的生态效应又能够较完好的抵御洪水的侵袭。
  建筑垃圾——再生。渭河大堤建设过程中使用建筑垃圾作为基础的填充物,部分外漏,风吹日晒,对景观有影响。从现场看,当时的垃圾筛选较粗,有部分橡胶制品、论坛、沥青毯等未捡出,对场地的土壤、地下水有不良影响。建筑垃圾的生态修复目标是再生,去除有毒有害的垃圾,将现场有用的垃圾进行再利用。
  3.4 生态修复技术
  (1)采砂弃地生态修复
  植物生长所需条件中:水分不是限制条件,渭河主河槽有渗水,河滩地下水位较高;土质肥力不足是限制条件;种子仅依靠风及动物传播是限制条件。
  针对肥力与种子这两个条件展开措施:
  肥力方面,选择根瘤菌植物,大量的根瘤菌在瘤中转化为专门进行固氮的类菌体, 将大气氮还原为氨并提供给其宿主植物合成蛋白质,根瘤菌植物能够自发的固氮,提升土壤的肥力。通过适地适树的选择,考虑植物的景观效果,重点锁定紫花苜蓿、紫穗槐、三叶草、可小范围试验紫云英。

  种子方面,以土地的坡度作为考虑因素,以30度、60度为界,30度以下的坡度土地耕犁,30至60度的坡度通过液压式喷播技术种植草本、种基盘绿化技术种植灌木。60度以上坡度通过阶梯式坡面重塑、种子潜在表土播种+带种枝条播种的方式种植。

图6 生态修复技术汇总(自绘)
  自然界有其自己的规律,生态修复需要有对比和试验,所以在场地中不是所有的地方都进行生态修复,预留一定的地方让其自我恢复,施工后应进行长期的跟踪与监测(见图6)。
  (2)河口湿地生态修复

  MacArthur和Wilson于1967年提出的岛屿生物地理学(见图7),为鸟类保护区域规划设计奠定了理论基础。高伟、陆健健发表在2008年5月的《生态学报》上的《长江口潮滩湿地鸟类适栖地营造实验及短期效应》,以实践监测的方式部分证明了岛屿生物地理学的正确性。

图7 岛屿生物地理学理论要点(自绘)
  在风景园林设计中,项目组遵循岛屿生物地理学,在现场调研、与鸟类学家沟通、参考文献资料的基础上,划定一定的区域禁止人类进入,作为鸟类栖息地。具体措施如下:
  a、营造安全岛。河口地营建水系网,平均深度约0.8~1.2米,营造安全岛;设置水闸等物理阻隔设施防止外来污染水源。
  b、设置开阔浅水区与泥滩地。以多样的环境适应不同鸟类的多种需求。
  c、种植防护林。堤顶路周边设防护林带以降低外界干扰,面向水体一侧尽量不设置高大乔木,以便为鸟类提供充足的活动空间。
  d、提供食源。提供充足的鸟类食源,栽植鸟类喜嗜或喜栖植物,如:火棘、野西瓜、枸杞等。进行鸟类的招引。
  (3)坑塘湿地生态修复
坑塘湿地的生态修复分为两个步骤:1、鱼塘护岸修复。打掉三面光的砌护形式,以自然驳岸替代人工驳岸。2、湿地净化展示。以前置塘、挺水、浮水、沉水、养鱼池、砾石溪的流程布置净化湿地,结合展示功能。
  (4)建筑垃圾生态修复
建筑垃圾分为对环境有污染和较低污染两类。对于有污染的橡胶、沥青、化学污染物等垃圾回收后销毁或利用;对环境有较低污染的混凝土块、砖块等,就地掩埋。考虑到堤顶路已建成,不可能大动干戈,仅在1米左右的土层中进行垃圾回收。对特殊形状的混凝土块等,可以结合园林小品进行利用。
  4、后期监测
  生态修复类的项目与一般性的风景园林项目的不同在于其生态系统的变化性。我们应在此类项目开展前进行深入的有针对性的调查,在项目设计完成后进行长期的监测反馈。
总的工作流程可以总结为:
  评估——规划——设计——实施——监测五个阶段。
  本次规划设计应重点关注生态系统的健康程度,从实际工作角度考虑,需要选取几个有代表性的指标作为长期监测的数据,比如动物品种及数量的变化、植物品种及数量的变化,水质的变化等。但是从理论角度考虑,生态系统健康的研究要求综合考虑生态、经济和社会因子;生态系统健康很难简单概括为一些易测定的具体指标,生态系统是一个动态的过程,有一个产生、成长到死亡的过程,很难判断哪些是演替过程中的症状,哪些是干扰或不健康的症状,尤其是幼年的和老年的生态系统。仅仅几个数据,或是一系列的数据,不一定能反应出项目生态修复的成果是否有利于生态系统的健康。
  关于后期工作的监测、生态系统的健康与否需要进行深入的研究。由陕西师范大学侯甬坚老师提出,北京大学俞孔坚老师深入的“人类世生态系统”相关研究,提出了新的学术观点:“对待人类干扰下破坏的自然生态系统,我们既不能指望恢复到原始的自然生态状态,也不应该通过高投入使生态系统维持在历史上出现过的某一状态;生态修复的过程应该是通过生态设计,在撤除人类破坏行为的同时,开启一种新的、具有综合生态系统服务功效的新生态系统演化”。自然生态系统不能通过人为恢复到原始的自然生态状态,因为自然生态系统中复杂的生物、化学、物理变化我们尚未知晓,不能简单的以为“人定胜天”。关于“生态设计”方面,笔者认为使用“生态补偿设计”或是“生态适应设计”之类的名词能够更加严谨,相关论述见周曦、李湛东所著《生态设计新论—对生态设计的反思和再认识》。
  5、结论及体会
  因为本项目的机缘,笔者能够有机会初步涉猎了生态修复的理论及实践,在项目的持续过程中,有一些粗浅的体会:
  5.1 价值观的转变
  从上述案例我们可以看出,生产力的提高,导致人类有了更大的改变世界的能量,对自然也有了更大的破坏力,城市受到了前所未有的创伤。风景园林师的职责从为人服务、为城市服务变为为动物、植物、水系服务,从单纯的造景转变为改善生态系统的结构、功能等方面;风景园林师在做规划设计时最基本的价值观发生了转变。
  5.2 工作方式的转变
  一方面,生态系统是一个复杂的系统,期间的运行机制尚未被完全掌握,修复是一个长期的动态过程,项目落地后需要定期的监测、回访,数据分析,及时反馈与修正。工作的方式由之前的设计、施工、移交变为评估——规划——设计——实施——监测,后期需要持续的监测、分析、研究。另一方面,因为生态修复的种类繁多(如:矿山生态修复、城市水体生态修复、棕地生态修复等),涉及到多个专业的交叉领域,多专业的配合与借鉴非常重要,工作方式由单一专业的人员构成变为多专业的人员构成,工作方式发生转变。
  5.3 风景园林师应承担更大的责任
  生态修复有很大的前景与未来,需要探索的方面多而难。作为一名风景园林师,应该结合自己的专业背景与优势,在其中发挥更大的作用,积极探索更多更好的技术措施与工作方法。
致谢
  西咸新区沣西新城钓鱼台湿地景观设计项目得到中国城市规划设计研究院风景分院贾建中院长与王忠杰副院长的大力支持,束晨阳总规划师的指导,第一项目负责人白杨副总规划师全程把控、制定工作路线;其他参与人有:孙晓路、郭锐、程志敏、郝钰、刘圣维、丁戎、李阳;在不同阶段,大家共同努力完成项目成果。沣西新城管委会的亢振峰、甘旭、万宁、杨建柱、邓朝显等多位领导在不同阶段给予设计团队支持。在此一并表示感谢。
  参考文献(略)
  作者简介
  魏巍

  男,1981年6月出生,河北沧州人,硕士学位,中国城市规划设计研究院工程师,从事风景园林规划设计、生态设计工作。

(信息来源:规划中国)