從立體綠化的角度思考我國水土保持的空間維度

潘星慧，鄭影華，李 鵬，李連勝，王晶凱，朱孟郡

(1.濰坊市水文局，山東 濰坊 261061； 2.北京師范大學 珠海分校，廣東 珠海 519000；3.山東省水文局，山東 濟南 250002； 4.北京國寰環境技術有限責任公司 山東分公司，山東 濟南 250000)

從立體綠化的角度思考我國水土保持的空間維度

潘星慧1，鄭影華2，李 鵬3，李連勝1，王晶凱1，朱孟郡4

(1.濰坊市水文局，山東 濰坊 261061； 2.北京師范大學 珠海分校，廣東 珠海 519000；3.山東省水文局，山東 濟南 250002； 4.北京國寰環境技術有限責任公司 山東分公司，山東 濟南 250000)

水土保持；立體綠化；研究現狀；研究方向

隨著當前生態文明建設的進一步推進、水土保持現代化的深入發展，為滿足城市水土保持和海綿城市建設的新要求，拓展水土保持的空間維度是一個值得關注的方向。介紹了立體綠化的概念和國內外的研究現狀，闡述了我國水土保持向立體綠化方向發展的必要性和必然性，論述了立體綠化在水土保持中的應用現狀，指出目前研究主要集中在垂直綠化上，并概述了垂直綠化中藤本植物的水土保持應用研究，提出了未來的研究方向及重點難點。

1 立體綠化的概念及其發展現狀

立體綠化[1]是藤蔓植物和其他植物依附于各類構筑物及其他空間結構的一種綠化方式，包括亭、臺、樓、閣、廊、柱、墻、屋頂、陽臺、花架、立體花壇、柵欄、護坡、室內裝飾及各種建筑設施上的綠化。簡言之，就是利用植物向空間發展的綠化。立體綠化是傳統綠化方式的重要補充，在空間上可以分為垂直綠化和屋頂綠化。

幾十年來，國外各大城市的立體綠化取得了顯著成果[2]。新加坡采用市場運作、全民參與的運行機制，并有嚴密的法律法規作保障，城市立體綠化模式形式多、效果好。日本深入探索了屋頂花園建設，東京凡是超過一定占地面積的新建建筑物屋頂必須有20%的綠色植物覆蓋，屋頂綠化率達到14%；并頒布城市綠化法，規定在設計高層建筑時沒有屋頂綠化的方案不予審批。德國擁有領先世界的屋頂綠化技術，推行“綠屋工程”，注重屋頂綠化的生態效益，至2003年屋頂綠化率已達到14%。美國研發了立體綠化栽培基質、植物灌溉和施肥系統等先進技術，在用于垂直或傾斜墻體表面綠化的植物種植技術和可以種植植物的水泥防護墻新技術上成果卓越。此外，英國、法國、俄羅斯、加拿大、意大利、瑞士等國的大城市，也在立體綠化工程建造和立體綠化種植技術研發上取得了豐碩成果。

近年來，隨著我國各項建設事業的快速發展，城市綠化也逐步由平面向立體發展，并取得了長足的進步[3]。北京出現了一批以長城飯店、首都賓館為代表的屋頂綠化建筑，2005年政府出臺了《北京市屋頂綠化規范》，2006年北京市屋頂綠化協會成立，目前立體綠化處于全面推進階段。上海于2010年在世博園舉行了世界屋頂綠化大會，園區內80%以上的展館設計了屋頂綠化，近年來全市立體綠化建設量也在逐年遞增。深圳推行“屋頂潑綠”政策，建立標準化實施方案，實現了城市立體綠化建設的組織化、科學化、規范化[2]，目前已向建成國際一流城市綠化新格局的目標邁進。各大城市先后出臺了相應的立體綠化技術導則，開展試點工程建設，實現了良好的生態效益、社會效益和經濟效益，立體綠化儼然已經成為我國城市綠化建設中不可或缺的主導力量[2]。

2 我國水土保持向立體綠化方向發展的必要性和必然性

立體綠化在改善景觀、優化微環境、提升建筑品質等方面都有重要作用[4]。水土保持向立體綠化方向發展，是土地資源有限性、生態文明建設、海綿城市建設的必然要求，是水土保持現代化、城市水土保持、水土保持科技發展的必然結果。

(1)土地資源有限性的要求。有限的綠地面積不能滿足生態建設的需求，為加快生態城市建設進程，城市將大量土地用于綠化，使城市用地高速擴張。如果不顧土地資源減少而盲目追求城市生態建設，不僅違背土地有效利用和資源整合促進城市發展的原則，還將產生更多的建筑垃圾破壞生態環境[4]。立體綠化正好能彌補這一缺點，科學合理的立體綠化使植物向三維立體空間發展，等面積甚至幾倍地償還建筑物所占面積，從第三維度上提高綠化面積和綠化覆蓋率，增加綠量，從另一角度提高人均綠地面積。立體綠化能有效減少綠化對土地資源的占用，實現有限綠地面積的水土保持效益最大化，對于解決當前城市或工程綠化用地不足與急需增加綠化的矛盾有著積極的意義[5]。

(2)生態文明建設的要求。十八大以來中央對生態文明建設做出了頂層設計和總體部署，2012年十八大確立了突出生態文明建設的“五位一體”戰略決策，2013年三中全會提出加快建立系統完整的生態文明制度體系，2014年四中全會要求用嚴格的法律制度保護生態環境。2015年4月出臺的《中共中央 國務院關于加快推進生態文明建設的意見》，明確了落實頂層設計和總體部署的時間表和路線圖，措施更具體，任務更明確；8月印發了《黨政領導干部生態環境損害責任追究辦法(試行)》，9月印發了《生態文明體制改革總體方案》，以生態文明為標志的發展時代已經全面開啟。立體綠化能夠通過改善小氣候[6]、凈化空氣[7]、減少噪音和光污染[8]、豐富生物多樣性[9]等來改善微環境，具有獨特的生態效益，有利于推動生態文明建設。

(3)水土保持現代化和科技發展的要求。2015年10月國務院批復了《全國水土保持規劃(2015—2030年)》，要求水土保持要為保護和改善生態環境、加快生態文明建設、推動經濟社會持續健康發展提供重要支撐。在新形勢下，水土保持工作應緊跟時代要求和步伐，開拓創新，為生態文明建設作出新的重要貢獻。首先，水土保持應向國際化、現代化方向發展。相比傳統平面綠化，立體綠化可以增加綠量，提高固碳量，達到節能減碳的目的；立體綠化形式多樣，有豐富的表現力，可以增加水土保持工程的生機與活力，改善景觀效果，提升工程品質。其次，水土保持科技已進入立足生態文明建設的交叉學科創新發展階段。立體綠化應用到水土保持中，是建筑園林學、恢復生態學、植物學等學科與水土保持學科的融合創新，有助于解決當前水土保持科技的重大需求問題。近期水土保持關鍵技術的研發重點之一就是水土流失區的植被快速恢復與生態修復技術[10]，具體就是嚴重侵蝕劣地林草植被的立體配置模式與持續經營技術，經濟、高效、抗逆性速生林草種的選育與快速繁殖技術。水土流失防治研究近年來愈加重視針對性與持續性，兩個重要表現就是立地類型劃分向微地形尺度細化、人工植被配置向單株尺度細化。而立體綠化在嚴重侵蝕劣地的林草植被恢復、尺度細化的空間拓展等方面都有相當獨特的優勢和廣闊的應用前景。

(4)城市水土保持和海綿城市建設的要求。我國城鎮化進程中的水土流失與水生態問題日益嚴重，水功能削弱，環境破壞和污染加重，城市生態環境惡化。一方面，城市建設施工產生揚塵，霧霾危害加重，熱島效應和極端天氣增加，城市暴雨災害加劇；另一方面，城市地表高度硬化增加地表徑流，在水資源損失的同時，泥沙淤堵排水管網，城市蓄水滯洪功能喪失，內澇加劇。全面推進城市水土保持和海綿城市建設，促進城市生態文明建設，避免和減輕災害，保障經濟社會可持續發展刻不容緩[11]。立體綠化通過減少徑流、降低風速防止揚塵，減少地區土壤侵蝕量，改善城市的水土流失狀況。此外，立體綠化像一塊海綿，從第三維度增加植被覆蓋，涵蓄天然降水，對地表徑流具有截流、緩排、凈化作用，可減少暴雨徑流總量，延遲暴雨徑流峰值出現時間，緩解暴雨帶來的壓力[12]。總之，立體綠化的應用，有助于水土保持由被動適應城市擴張轉變為主動引導城市環境的健康發展，是城市水土保持和海綿城市建設的一個重要手段。

3 立體綠化在水土保持中的應用研究現狀

水土保持有關立體綠化的研究集中在垂直綠化上，對屋頂綠化的研究幾乎沒有，結合城市水土保持、海綿城市建設的應用研究更少。而在垂直綠化的維度上，研究又僅僅局限在藤本植物在水土保持中的應用這一相對較窄的領域。研究者指出，藤本植物是垂直綠化的基礎材料，適應性強，具有根系發達、涵養水源、管護簡便等優點。藤本植物對開拓綠化空間、擴大綠化體量、豐富綠化形式、改善景觀和環境質量有獨特的利用價值和開發應用前景，廣泛應用于園林綠化，國內外已有很多相關研究[13]。藤本植物起迅速覆蓋、垂直覆蓋作用，利用其保持水土是一個值得研究的方向[14]。關于藤本植物在水土保持中的應用，歸納起來有以下內容。

藤本植物應用范圍主要是邊坡生態防護、礦山采石場峭壁生態復綠、生態護堤等幾個方面。①邊坡生態防護：在荒山地陡坡和垂直陡壁、邊坡水土保持工程等水土保持生態建設中，藤本植物具有能攀緣、適應性強、生長快的特點，能快速有效地發揮邊坡綠化的生態防護效果，作為地被覆蓋邊坡生境具有較強的固坡保土能力和獨特的生態美學效果，是邊坡生態恢復的重要植物材料[15-17]。藤本植物應用于堅硬巖石邊坡或土石混合邊坡的垂直綠化，在無法種植喬灌草植物的地方能發揮很好的補空能力，具有投資少、占地少、美化效果好的優點。所以，在邊坡綠化中應注重藤本植物的應用，充分發揮其獨特的優勢[18]。②礦山、采石場、公路峭壁生態復綠：在工程施工形成的山體斷面綠化、煤矸石山綠化、公路邊坡綠化等生產建設項目水土保持中，藤本植物種類繁多、生物量大、覆蓋地表能力強、可減輕雨水對地表的沖擊，在保持水土方面具有多重優勢，有很好的推廣價值和應用前景，其開發利用逐漸受到重視[13,19-20]。③生態護堤：堤防采用爬山虎植物護坡技術是江河堤防復式斷面結構戧臺以上部位坡面植物護坡的首選[21]。相比傳統護堤方法，藤本植物護堤技術具有工程造價低、易于施工、便于管理、防蝕效果好和美化環境的特點和優勢，使防洪工程具有觀賞性。總之，藤本植物對于荒漠化治理和采石場、礦區、公路邊坡、堤防的水土保持及生態修復具有獨特的作用[13,22-23]。

藤本植物的選擇與配置。1)選擇原則：在高速公路邊坡綠化[24]、煤矸石山綠化[20]、采石場石壁生態復綠[25]等各類邊坡水土保持工程中，藤本植物選擇要堅持適應性、生態性、景觀性、節水性和經濟性的原則，同時要重視鄉土植物[23]。2)適用種類：有關適用植物種類的研究較為單一，對爬山虎的研究比較多，其他較少。爬山虎在巖石坡面有較高的成活率，并且生長迅速，這些生態特性使其可以作為高陡巖面植被恢復(特別是干旱地區)的先鋒植物；結合巖面鉆孔、壓縮型生長基質(生態塊)種植，有助于爬山虎在巖石坡面生長；爬山虎綠化造價低、施工方便、維護簡單，且對環境要求不高，能有效克服噴混植生綠化法的缺陷[26-27]。爬山虎是城市河段堤防護坡、江河堤防復式斷面結構戧臺以上部位坡面植物護坡的首選種類之一[21]。研究者還探索了爬山虎、野葛、栝樓、杠柳、蝙蝠葛5種攀緣植物在北方水土保持生態修復中的應用[13]。3)配置：遵循生態優先、綜合利用、長期效益、注重景觀、因地制宜、適地適樹與品種多樣性的原則，結合立地條件，通過各品種的合理搭配，營造穩定、可持續發展的生物群落，以取得良好的生態效益[28]。具體說來包含以下內容：①不同綠化方式的配置[23,29]。主要有臺階式綠化、槽板式綠化、燕巢式綠化等。②不同坡度的配置[19]。在巖面條件下，藤本植物的攀附能力與攀附器官密切相關，能力大小依次為具吸盤類>具不定根類>具卷須類>纏繞類。在不采取輔助攀緣措施的情況下，近垂直的山體斷面宜選用具吸盤類，中等坡度(30°～60°)的山體斷面可選用具不定根類，低緩坡斷面(30°以下)可選用具卷須類或纏繞類。③不同高度的配置[19,29]。低坡(10 m以下)采用單向配置法，只需在斷面底部種植；中坡(10～20 m)采用雙向配置法，在斷面基部和頂部同時種植藤本植物，上攀下垂；高坡(20 m以上)采用多層配置法，除在基部和頂部種植外，在中部預置V形槽綠化。④不同平整度的配置[19,25]。質地堅硬且表面較光滑的山體斷面宜選用具吸盤類，表面粗糙或有裂縫的山體斷面可選用具不定根類或具卷須類。⑤不同基質的配置[19]。石質邊坡斷面綠化覆蓋宜選用具吸盤類植物，泥質邊坡斷面則以具不定根類為佳。⑥不同立地條件(生境)的配置[19，28]。強光照生境下宜配置喜光植物，北面坡選擇耐陰植物，西面坡選擇喜光、耐旱的植物，低且潮濕的地方宜利用耐濕性植物。⑦不同生物學特性的配置[28]。注意美化品種和環保品種的選擇，上爬品種與懸垂品種相結合，常綠品種與落葉品種相結合，開花品種與常綠品種相結合，主動攀緣品種與被動攀緣品種相結合，速效與緩效品種相結合，固氮品種與非固氮品種相結合。

此外，對水土保持藤本植物的生物生態學特性和機理效應也有一些研究。研究藤本植物的生長特點和養分吸收規律，發現藤本植物生長的限制因子，有助于合理掌握藤本植物在水土保持生態環境中的應用尺度。王忠強[27]研究了自然生長的爬山虎的營養元素分布和季節變化規律、各種環境條件對爬山虎生長的影響，以及爬山虎在高陡巖面植被恢復中的應用。薛彥斌[30]采用生長指標和生理指標相結合的方法進行干旱脅迫試驗，研究了山地城市邊坡綠化中的3種藤本類地被植物的抗旱性。張朝陽等[31]利用坡面人工徑流小區，對比了10種藤本植物地的植被覆蓋度、徑流量、土壤侵蝕量和土壤抗蝕性能，結果表明：與裸地相比，藤本植物可以增加地表覆蓋度，減少降水徑流量，降低土壤侵蝕量，其中以地枇杷、爬山虎、扶芳藤的效應最為明顯；藤本植物還能提高土壤抗蝕性，其中地枇杷地土壤崩解所需時間最長，有效根密度最大，水土保持效果最好。

研究中提出幾個需要引起注意的問題：①藤本植物在巖石坡面工程的應用中，夏季石壁高溫灼烤會阻礙蔓梢的攀爬，因此在植物配置中要注意與其他喬、灌、草的相互配合遮擋，并注意其侵占性和絞殺性[23]。②需要進一步探索將生態與景觀綜合應用，營造以鄉土植物為主，喬、灌、藤、草結合，生態系統較穩定且符合可持續發展規律的邊坡植物群落，更好地利用植物間的互生關系進行更好的品種搭配[29]。③南方山區粗壯的藤本植物可能會引起山體滑坡，導致水土流失，應充分認識和重視南方山區藤本植物對水土保持的負面影響，做好這一類型災害的防災減災工作[32]。

4 未來研究方向

在新時期國家加快轉變經濟發展方式、推進生態文明建設的現代化轉型形勢下，實現水土保持現代化關注立體綠化很有必要。將立體綠化引入水土保持，是平面水土保持向立體水土保持、單一水土保持向多元水土保持轉變的過程。

但是，根據現代水土保持的要求，對立體綠化的研究還遠遠不夠。未來在水土保持領域，建議在增加垂直綠化研究深度的同時開展屋頂綠化的研究，以充分發揮空間利用潛能，在有限的空間內多維度拓展水土保持的空間，豐富水土保持的形式。今后水土保持立體綠化研究中值得注意的方向和難點有：①繼續深入研究藤本植物在水土保持中的應用，重點結合不同立地條件(水分、土壤)或不同水土保持類型區做出優化科學的立體綠化配置。②結合城市水土保持和海綿城市建設，開展立體綠化的水土保持效應評價，注重體現綜合性與社會性。③研究立體綠化的土壤侵蝕機理，增加試驗投入，通過結合人工模擬降雨等試驗方法，測量徑流量、徑流系數、泥沙濃度及產沙量，探討不同立體綠化方式下的水土保持效果。④出臺相應的法律、規范及標準。借鑒國外規定城市必須營造“生態墻”、將屋頂綠化納入城市發展硬性指標等經驗[33]，在水土保持工程中增加立體綠化的單項指標。如根據實際，在需要提高水土流失防治標準等級的地區，在6項指標基礎上增加立體綠化的單項指標。⑤在立體綠化數量和水土保持效果達到的前提下，注意從空間布局和功能狀態方面實現對人的滿足程度和綠地可達性等。

[1] 馬麗榮.杭州上城區立體綠化景觀優化設計研究[D].杭州:浙江農林大學,2012:12.

[2] 劉雙月.現代城市立體綠化設計研究[D].楊凌:西北農林科技大學,2011:2-4.

[3] 朱胤齊.我國立體綠化研究現狀分析[J].中國城市林業,2015,13(2):27-29.

[4] 張甜.墻體綠化在園林中的應用研究[D].長沙:中南林業科技大學,2013:4，19-23.

[5] 吳玉瓊.垂直綠化新技術在建筑中的應用[D].廣州:華南理工大學,2012:13.

[6] 大衛·勞埃德·瓊斯.建筑與環境——生態氣候學建筑設計[M].王茹,賈紅博,賈國果,譯.北京:中國建筑工業出版社,中國輕工業出版社,2005:3.

[7] 日本建筑學會.建筑與城市空間綠化規劃[M].蔡于勝,譯.北京:機械工業出版社,2005:10.

[8] MELBY P,CATHCART T.可持續性景觀設計技術：景觀設計實際運用[M].張穎，李勇，譯.北京:機械工業出版社,2005:2.

[9] 何柳嫻.提高城市綠化覆蓋率的有效途徑——垂直綠化——以柳州市垂直綠化現狀為例[J].企業科技與發展,2011(2):41-44.

[10] 曹文洪,劉國彬,魯勝力,等.我國水土保持科技近期進展與展望[J].中國水土保持,2013(5):14-18.

[11] 姜德文.城鎮化進程中的水土流失與生態環境新問題[J].中國水土保持,2014(1):1-3.

[12] 和曉艷.屋頂綠化的相關技術研究[D].南京:南京林業大學,2013:30-33.

[13] 胡振華,王電龍.攀援植物在北方水土保持生態修復中的應用[J].水土保持通報,2007,27(1):99-101.

[14] 方萬泉.利用藤本植物保持水土[J].水土保持研究,2002,9(2):158.

[15] 張朝陽,周鳳霞,許桂芳.藤本植物在邊坡生態恢復中的應用[J].水土保持研究,2007,14(4):462-464.

[16] 唐麗.論藤本植物的造景功能[J].林業調查規劃,2006,31(1):150-153.

[17] 王元軍.公路邊坡綠化中藤本植物的選擇[J].特種經濟動植物,2005(7):32.

[18] 張成梁.山西陽泉自然煤矸石山生境及植被構建技術研究[D].北京:北京林業大學,2008:121.

[19] 李根有,屠娟麗,哀建國,等.山體斷面綠化植物的選擇、配置及種植措施[J].浙江林學院學報,2002,19(1):95-99．

[20] 楊主泉,胡振琪,藤本植物在煤矸石山綠化中的應用[J].林業調查規劃,2006,31(5):142-144．

[21] 劉永貴.江河復式斷面結構堤防采用爬山虎植物護坡技術[J].吉林水利,2006(2):36-39.

[22] 夏江寶,許景偉,趙艷云.我國藤本植物的研究進展[J].浙江林業科技,2008,28(3):69-74.

[23] 高麗霞,吳煥忠,劉水,等.藤本植物在邊坡水土保持工程中的應用[J].中南林業調查規劃,2006,25(1):23-25．

[24] 王永林.高速公路邊坡綠化中藤本植物的選擇與應用[J].公路,2011(9):233-235．

[25] 鄭偉忠.藤本植物在浙江采石場石壁生態復綠中的應用[J].黑龍江農業科學,2010(3):74-76.

[26] 徐如閣,王洪興,高超.爬山虎在高陡邊坡綠化中的應用[J].安全與環境工程,2009,16(4):35-37．

[27] 王忠強.攀援植物爬山虎生長特性及其在高陡巖面植被恢復中的應用[D].杭州:浙江大學,2008:95.

[28] 陳曉春,陳陽春,王冬梅.攀緣植物在廣東廢棄采石場復綠中的應用[J].廣東農業科學,2009(5):153-157.

[29] 沈彥,沈文雅.藤本植物在深圳采石場邊坡生態修復中的應用[J].亞熱帶水土保持,2012,24(2):40-41,56.

[30] 薛彥斌.三種藤本地被植物抗旱性及在邊坡綠化中的應用研究[D].重慶:西南大學,2010:18.

[31] 張朝陽,許桂芳,周鳳霞,等.10種藤本植物邊坡水土保持效應研究[J].中國水土保持,2008(10):39-41.

[32] 林勝.南方山區粗壯藤本植物對水土保持的負面影響[J].中國水土保持,2015(1):36-38.

[33] 林賢光.把從大自然索取來的還回去——論推廣立體綠化的重要意義[C]//第十三屆中國科協年會第20分會場：生態文明視域中的城市發展研討會論文集.天津:2011:4.

(責任編輯 徐素霞)

S157

A

1000-0941(2017)07-0004-04

潘星慧(1982—)，女，山東昌樂縣人，工程師，碩士，主要從事水土保持研究工作。

2016-05-19