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细胞型多效能海绵湿地植物景观的构建

作者:未知

  摘    要:介绍了细胞型多效能海绵湿地植物景观构建的原则,即注重湿地植物游憩、生产、生态三大功能的融合,并详细阐述了细胞型多效能海绵湿地植物景观的构成,即由细胞型湿地植物、多效能湿地植物、海绵湿地植物三大类型植被群落构成,以乡土植物为前提,发挥植物水陆生境的生产、生态功能。其中,生产功能以农作物、经济作物为构成元素,以林、田、带等形式融入景观;生态功能主要以湿地净化塘体系、生物滞留设施为表现形式,发挥湿地植物群落的净化水体、营造生境多样性的功能,湿地净化塘体系包括沉淀塘、氧化塘、净化塘、稳定塘,在不同塘体中种植与塘体功能相对应的植物群落,以实现水体的层层净化;生物滞留设施包括植草沟、花甸、湿地泡,通常分布于路边、林缘、林中,实现地表径流的防、缓、排、渗、蓄。
  关键词:细胞型多效能;海绵湿地植物;构建
  中图分类号:TU986         文献标识码:A           DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2019.01.021
  Abstract:The construction principles of cellular type multiple-effect sponge wetland plant landscape were introduced, namely, pay attention to the recreation of the wetland plant, production, ecological fusion of three functions, and the cellular type multiple-effect sponge wetland plant landscape were expouded, namely by cell type wetland plants, more efficiency of wetland plants, sponge wetland plant, on the premise of native plants and plant water habitat production, ecological function full played. Among them, the production function was composed of crops and cash crops, which was integrated into the landscape in the form of forests, fields and belts. Ecological function was mainly in wetland purification pond system, biological stranded facilities for forms,wetland plant communities rerformed a function of purifying water body, creating a habitat diversity, wetland purification pond system included sedimentation pond, oxidation pond, pond, stabilization pond, and plant community corresponding to different pond body functions  were planted, in order to realize the water layer upon layer purification; biological detention facilities included grass ditch, flower meadow and wetland bubble, usually were distributed in roadside, forest edge and forest to prevent, slow, drain, infiltrate and store surface runoff.
  Key words: cellular type multiple-effect;sponge wetland plant;construction
  濕地被称为“地球之肾”,是城市重要的行洪廊道,也是凸显人文的文化休闲廊道,湿地植被是湿地廊道景观的重要组成部分。湿地植被景观不仅包括湿生水生植物,还包括毗邻湿地的陆生植物景观,二者的植被群落有区别也有共性,植被种类构成比较丰富。
  面对现在日益严重的水污染、空气污染、土壤污染等问题,湿地植被群落景观的营造更应受到重视,因此,构建湿地植物群落在注重审美需要的同时,更应注重群落的生态、生产效益,这就需要寻求一种新的模式理念去营造湿地植被群落景观,以植物手段缓解当前环境中出现的一系列问题。为此,笔者提出一种新型湿地植被结构理念——细胞型多效能海绵湿地植物景观。
  1 细胞型多效能海绵湿地植物景观营造原则
  湿地植被景观的营造应以“乡土、生产、生态”为原则。乡土即适地适树,选用本地植物,地域特色强,成活率高,易于管理;生产即结合景观,融入生产性植物,如果树、农作物、经济作物等,加强人与自然的互动,典型景观类型如油菜花田、稻田、向日葵花田、荷塘、果林等;生态即植被景观塑造以生态自然为核心,打破过于生硬的人工化痕迹,适当进行人工干预,尊重自然选择,修复植被生境,发挥植物生态功能。如固氮植物类(豆科)、固土植物类(禾本科观赏草类)、水体净化植物的运用,生态性的实质为植被群落功能及后代可持续性更新。   2 细胞型多效能海绵湿地植物景观构成
  2.1 细胞型湿地的建立
  湿地植物景观系统如同一个细胞,因其具有完善的结构,使其具有高度的适应能力和繁殖能力,同样,一个具有完善格局的湿地植物景观体系,才会具有健康稳定的植被更新、群落演替的生态过程,才有可能创造有利于人类生活、生产、休闲游憩等功能的自然植物景观, 形成一个结构完善、生态功能健全、可持续的湿地植物景观体系。
  在湿地植物景观构建过程中,以水为基质,以背景林手法构建生态系统中的“细胞壁”,将湿地与陆地相互联系起来,保护着细胞质般的水环境系统,发挥一定的防护隔离、涵养水源的功能,湿地系统中背景林的植物选择应注重生态习性与功能的双重结合。生态习性上以耐水湿的植物为主,如枫杨(Pterocarya stenoptera C. DC.)、水杉(Meta -sequoia glyptost-roboides Hu & W. C. Cheng)、池杉(Taxodium ascendens Brongn.)、白蜡(Fraxinus chinensis Roxb.)等,功能上满足防护、防火、滞尘、吸收或吸附空气中有害物质等,如栓皮栎(Quercus variabilis Bl.)、香樟[Cinnamomum camphora L.) Presl.]等,湿地植物种类丰富,从单细胞到高等植物习性各不相同,是进行光合作用的庞大综合体,如同细胞中的叶绿体;吸收空气中的二氧化碳释放氧气,如同细胞的叶绿体、线粒体,成为大自然养料制造和能量的转换站,同时湿地植物还具有生产性,如莲藕、荸荠[Heleocharis dulcis (Burm. F.) Trin.]、茭白[Zizania latifolia (Griseb.) Stapf.]、水芹[Oenanthe javanica (Blume) DC.]等,是动物、人类的食物来源。
  2.2 多效能湿地景观的建立
  多效能湿地植物种植是集观赏、生产、生态功能于一体的综合体科学合理构建。
  2.2.1 观赏性景观 观赏性景观以花田、秋叶林、植物岛等形式体现。其中,花田景观分为2种,一种花田为以多年生花卉及自播能力强的一二年生花卉为主,如柳叶马鞭草(Verbena bonariensis L.)、波斯菊(Cosmos bipinnata Cav.)、蛇目菊(Sanvitalia procumbens Lam.)、松果菊(Echinacea purpureaLinn. Moench)等,另一种花田以观赏草为主,如禾本科植物狼尾草[Pennisetum alopecuroides (L. ) Spreng.]、细叶芒(Miscanthus sinensis cv.)等;秋叶林以本土秋色叶植物为主,如五角枫(Acer mono Maxim.)、乌桕[Sapium sebiferum (L.) Roxb.]等,以前景林、背景林形式表达;植物岛以耐水湿植物为主,形成人工生态岛,如芦苇[Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud.]岛,池杉(Taxodium ascendens Brongn.)、旱柳(Salix matsudana Koidz.)构成的树岛,丰富湿地生境多样化,加强生境边缘效应,营造多物种的动植物群落系统。
  2.2.2 生产性植物景观 生产性植物景观与农业景观有相似之处,其“审美价值并不能单独存在,首先应基于它的生产价值,具有生产能力是这种植物景观类型产生美感的前提”[1],如农田景观、果林景观、梯田景观,以农作物、经济作物为种植元素,如柿树(Diospyros kaki Thunb.)、核桃(Juglans regia.)、苹果(Malus domestica)、石榴(Punica grana-tum L.)、枇杷[Eriobotrya japonica (Thunb.) Lindl.]、龙眼(Dimocarpus longan Lour.)、柑橘(Citrus reticulata Blanco.)等果树构成的果林景观,以水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays Linn.)、向日葵(Helianthus annuus L.)、油菜(Brassica napus L.)等形成的梯田景观,以茭白[Zizania latifolia (Griseb.) Stapf]、荸荠[Eleocharis dulcis (Burm. f.) Trin.]、菱角(Trapa bispinosa Roxb.)、芡实(Euryale ferox Salisb.)、慈姑(Sagittaria sagittifolia L.)等形成的湿地生产景观等。生产性植物能够创造大量的果蔬和粮食,是生态系统中生物链制造者的来源之一,与此同时,结合湿地景观,加强人与自然的互动,打破传统农业景观齐生[2]与并生的表现形态,融入人工植被景观与自然植被景观相生相合的综合质域美。
  2.2.3 生态型植物景观 生态功能上,植物对环境具有强大的改善作用,适当进行人工干预,尊重自然选择,修复植被生境,发挥植物生态功能。处在水基质环境的植物群落,根据水分因子,分为两大类,一类为陆生植物,实现对土壤的改良、固定;另一类为对水体具有净化等作用的水生植物。
  (1)注重陆生植物的功能性。陆生植物如豆科植物与根瘤菌的互利共生,将空气中的氮气经过一系列作用,留在土壤为植物、微生物所用,作为绿肥增加土壤有机质含量,提高土地生产力。豆科植物具有的生物固氮作用,在自然界氮素循环中作用巨大,每年可提供超过3 500万t以上的氮素[3]。据估算,全球范围内生物过程所合成的氮中,豆科植物根瘤所固定的氮占4/5[4]。与此同时,豆科植物对土壤中的重金属污染物具有一定的抗性,如刺槐(Robinia pseudoacacia L.)、胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz.)[5],在植物景观构建中,常用的豆科植物还有国槐(Sophora japonica Linn.)、紫花苜蓿(Medicago sativa.)、白三叶(Trifolium repens L.)、紫穗槐、紫云英(Astragalus sinicus L.)等。植被生境中土壤类型多种,频繁遭受雨洪冲刷及人为干扰,植物种植还应考虑其对土壤的保持和固定,研究表明,须根系植物对土壤的固定能力更强,如禾本科植物具有庞大的须根系,根基具有沙套现象[6]。有研究表明,沙套能够保水、防止流沙、提高植物固氮效率[7],常用植物如李氏禾(Leersi ahexandra Swartz)、羊草[Leymus chinen -sis(Trin.) Tzvel.]、野古草(Arundinella anomala Steud.)、芨芨草[Achnatherum splendens (Trin.) Nevski]、虉草(Phalaris arundinacea L.)等,观赏草类是禾本科景观营造的常见形式,如狼尾草、紫穗狼尾草(Pennisetumalopecuroides ‘Purple’)、拂子茅[Calamagrostis epigeios(L.) Roth]、細叶芒、大油芒(Spodiopogon sibiricus Trin.)等。部分植物对土壤中的线虫具有抑制作用,特别是菊科植物,如金盏菊(Calendula officinalis)等[8]。菊科植物同时具有较强的自播能力,花期长,经济上维护成本也较低,主要应用于花田或野花组合中,常用的菊科植物有波斯菊、剑叶金鸡菊(Coreopsis lan-ceolata L.)、硫华菊(Cosmos sulphureus Cav.)、重瓣金光菊(Rudbeckia laciniata var.hortensis Bailey)、松果菊等。   (2)建立湿地植物净化塘体系。净化塘体系是由一系列不同功能的塘体构成,即沉淀塘、氧化塘、净化塘、稳定塘,每个塘体由不同净化功能的植物群落构成,水流依次经过4种塘体完成水质的净化。
  湿生水生植物对水体的净化主要表现在过滤、复氧、吸附吸收等作用。以不同的高等水生植物为主,以群落镶嵌的种植形式构成群落,控制水体中总磷和总氮的含量。
  生态层面上,多种植物组合构成的群落有利于植物间的优势互补,实现对水体营养元素及有机物的吸收,一定程度上减轻水体营养负荷。景观层面上,丰富的群落结构能形成多层次的景观效果,满足植物景观的季相美。设计方法上,以乡土湿地植物、陆生植物两大植物群落叠加成景,利用多类型植物景观修复破碎化、片段化湿地基底,在现状基底良好的区域,通过保留、补植、改造三大策略修复现状陆生植物生境,创建复合型植物群落结构,丰富生态多样性,实现植物生态系统完全或半完全自我循环,恢复生态系统稳定性,实现总体植物景观的功能、概念、美学三者统一,构成多效能植物群落综合体。
  在净化型植被群落塘体的构建方面,依据植物习性及塘体功能,以挺水植物、浮水植物、沉水植物三大习性植物构建立体式水体植物群落,配置于不同功能的净化塘体,经过具有净化功能的塘体层层净化,一方面发挥植物的净化功能,另一方面体现植物群落之美,形成集净化与观赏相融合的自净生态基底。其中,挺水植物和浮水植物系统对水体的净化作用主要体现在植物的吸收、微生物的代谢上;沉水植物系统对水体的净化作用主要体现在对水体中氮磷的短期储藏,控制富营养化上,研究表明,金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)在春夏两季对水体总磷的去除率分别为91.75%,92.44%[9];浮水植物通过去除水体中的总磷和总氮,一定程度上有效控制水体的富营养化,研究表明黄花水龙[Ludwigia peploides (Kunth) Kaven subsp. stipulacea (Ohwi) Raven]对水体中的总氮去除率高达63%,凤眼莲(Eichhornia crassipes(Mart.) Solms)对水中总磷的去除率高达52%[10]。
  沉淀塘的作用是去除较大颗粒的悬浮物及部分化学污染物,植物选择上应选择吸污力强、根系发达、固沙力强、耐水淹和耐水冲刷的的挺水植物以及浮水植物,以挺水植物为主,配植浮水植物,浮水植物的根系发达,能形成一道密集的过滤层,使不溶性胶体被吸附而沉降下来。挺水植物如水蓼(Polygonum hydropiper)、再力花(Thalia dealbata Fraser)、香蒲(Typha orienta-lis Presl)、旱伞草(Cyperus alternifo -lius L.)、慈姑、芦竹(Arundo donax.)、泽泻(Alisma plantago-aquatica Linn.)等、浮水植物如睡莲(Nymphaea L.)、空心莲子草[Alternanthera philoxeroides(Mart.) Griseb.];经过初步过滤,水体进入氧化塘,氧化塘具有复氧、降解COD的作用,在植物选择上,应选择吸污能力强、有效降解COD、向根部输氧能力强、根系对介质穿透能力强且景观效果好的植物,如挺水植物合萌(Aeschynomene indica Linn.)、水葱(Scirpus validus Vahl)、菖蒲(Acorus calamus L.)、慈姑等,浮水植物睡莲、水鳖[Hydrocharis dubia(Bl.) Backer]等,沉水植物苦草[Vallisneria natans (Lour.) Hara]、菹草(Potamogeton crispus L.)等。浮萍在湿地中普遍存在,在氧化塘污水处理系统中较为常见[11];经过过滤、沉淀、氧化后,去除较大颗粒的悬浮物及少部分化学污染物,进入下一部分水塘的水质仍需进一步净化,即水体进入净化塘,净化塘应种植能够有效去除各种污染物、有综合吸收能力的植物,综合吸收、去除有机物、病原体、营养物(N/P)以及重金属等污染物,植物选择上,挺水植物如水葱、泽泻、千屈菜(Lythrum salicaria L.)、美人蕉(Canna indica L.)、藨草(Scirpus triqueter L.)、合萌,浮水植物荇菜(Nymphoides peltatum(Gmel.)O.Kuntze)、黄花水龙、凤眼莲、四角菱(Trapa quadrispinosa Roxb.)等,沉水植物狐尾藻(Myriophyllum verticillatum L.)、金鱼藻、菹草、马来眼子菜(Potamogeton malainus Miq.)等。最理想的状态是植物吸收毒质后转化和分解為无毒物质,如水葱、灯芯草(Juncus effusus L.)等可吸收水或土中的单元酚、苯酚、氰类物质,并使之转化为酚糖甙、二氧化碳、天冬氨酸等失去毒性[12]。有研究表明,挺水植物圆币草(Hydrocotyle vertici-llata)和大聚藻(Myriophyllum aquaticum)组合的表面流人工湿地净化尾水氮磷效果较好,睡莲次之,而由黄菖蒲和再力花等挺水植物构建的表面流人工湿地,虽然生物量较高,但磷氮去除效果较差[13]。孙焕倾和范玉贞[14]在研究香蒲对水的净化效应时发现,香蒲对富营养化的水体具有一定的净化作用,对总磷总氮有吸收作用。夏汉平[15]研究表明,当湿地中植物种类较多时,较单一种植物构成的群落对磷的去除效率更高、更稳定。经过一系列过滤净化后的水体水质可以达到使用要求,形成净化塘,植物群落的作用是保持水质稳定,维护水体内生态系统稳定,植物群落构成主要以观赏为主,如挺水植物花叶芦竹(Arundo donax var. versicolor)、荷花(Nelumbo nucifera Gaertn.)、溪荪(Iris sanguinea Donn ex Horn.)、香蒲、姜花(Hedychium coronarium Koen)、黄菖蒲(Iris pseudacorus L.)等,浮水植物睡莲等。睡莲作为观赏性较高的景观植物,对水质的净化作用针对性研究较少,但在一些湿生植物组合对水体净化作用的研究中[16-17],多种组合都含睡莲,说明睡莲具有较高的去污潜力。   2.3 海绵植被湿地的建立
  所谓海绵植被湿地主要是通过生物滞留设施的建立,构建植被群落对湿地水进行过滤、调蓄、渗透、局部净化等功能。生物滞留设施常用的表现形式主要有植草沟、花甸、湿地泡等。生物滞留设施的建立不仅有利于充分利用雨水等地表径流,还有利于增强动植物多样性。其中,植草沟为带状排水、渗水的生物滞留设施,植物种植以生命力强的低矮禾草类为主,如狗牙根、早熟禾,亦可点缀水陆两生植物,如鸢尾、千屈菜等。
  花甸是以野花组合或单一花卉构成的具有一定形状的片狀地被景观,四周多以乔木进行围合,多以镶嵌形式分布于密林中,可设观赏平台,供人停留。花甸植被主要分为野花组合型花甸及单一品种花甸两大类。野花组合由1年生花卉及多年生花卉按一定比例构成,如3∶7,色彩及花期可根据设计要求进行搭配选择。野花组合类繁殖力强,成本低,自然、生态、野趣,在海面型湿地的建设中应用前景较大。
  湿地泡是在下凹式泡状湿地中配植湿生水生植物,形成具有雨水收集、过滤、调蓄功能的生物滞留设施之一。点状分布于浅滩、旱地中,雨季收集雨水,旱季可缓解周边土壤干旱,植被以水陆两栖的植物为主,配植水生植物,在雨水丰富的地区可增加湿生水生植物比例,形成微湿地景观。
  多种生物滞留设施植被群落相结合,完成雨水、地表径流等的防、缓、排、渗、蓄,形成弹性海绵型湿地植被。
  3 结 论
  将细胞型湿地、多效能湿地、海绵湿地3种理念相互融合,运用于湿地植被景观构建中,打破当前观赏性湿地植被片面化应用,最大限度挖掘湿地植被的生态、生产功能潜力,发挥植物多维度功能,运用于实践并不断探索,构建细胞型多效能的海绵湿地植物景观。
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  收稿日期:2018-07-25
  作者简介:陈素波(1986—),女,内蒙古赤峰人,工程师,硕士,主要从事园林植物应用与种植设计工作。
论文来源:《天津农业科学》 2019年1期
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