基于景觀生態(tài)學的濕地公園空間優(yōu)化配置方案
——以北京琉璃河濕地公園為例

李冰倫，王文杰，胡遠滿，劉淼，布仁倉*，史思雪，熊在平

1.中國科學院森林生態(tài)與管理重點實驗室，中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所 2.中國科學院大學 3.中國環(huán)境科學研究院 4.生態(tài)環(huán)境部土壤與農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境監(jiān)管技術中心

濕地是地球上重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，不僅可提供水質(zhì)調(diào)控、氣候調(diào)節(jié)、涵養(yǎng)水源、維持物種多樣性等生態(tài)系統(tǒng)服務功能，且對人類生活具有很好的支持作用，如水源供給、食物供應等[1- 2]。城市濕地除上述功能外，還能降低城市熱島效應，為居民提供休閑娛樂功能，是城市生態(tài)系統(tǒng)中不可替代的重要組成部分[3]。1990—2010年的20年間，由于城市化的迅猛發(fā)展，中國損失了2 883 km2的濕地，這間接威脅了城市生態(tài)系統(tǒng)與居民的身心健康[4]。

隨著人們對生態(tài)環(huán)境健康重要性認識的提高，及現(xiàn)代城市生活對城市濕地生態(tài)價值及美學價值的需求，濕地公園的概念應運而生[5]。2017年，住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)的《城市濕地公園設計導則》[6]中，將城市公園定義為，在城市規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)，以保護城市濕地資源為目的，兼具科普教育、科學研究、休閑游覽等功能的公園綠地。基于以上定義，城市濕地公園既要具備濕地的生態(tài)功能，又要滿足居民休閑娛樂的需要，還應對居民有濕地方面的教育意義[7]。因此，城市濕地公園恢復中，不僅需恢復其面積，更重要的是恢復其生態(tài)功能。景觀生態(tài)學是一門研究人與自然關系的重要學科[8]，可通過生態(tài)過程和干擾調(diào)控等手段，利用景觀生態(tài)學原理優(yōu)化濕地空間配置[9]，提高城市濕地生態(tài)功能[10]。筆者以《北京市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》[11]中“一核、三橫、四縱”濕地格局中的重要節(jié)點——北京市房山區(qū)琉璃河濕地公園為研究對象，采用景觀生態(tài)學原理，對濕地公園進行空間優(yōu)化配置，達到提升其生態(tài)功能的目的，以期為京津冀地區(qū)城市濕地公園的空間優(yōu)化與功能提升提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

北京琉璃河濕地公園地處北京市房山區(qū)琉璃河鎮(zhèn)西北，位于大清河支流大石河的琉璃河段，占地面積為5.293 km2。琉璃河由西向東穿過濕地公園，形成河流濕地。濕地公園內(nèi)交通便利，有京深公路、京廣鐵路及京港澳高速貫穿其中。其中，京深公路東側區(qū)域主要用于建設公園的娛樂項目，而西側區(qū)域不僅包含濕地水源入水口，還涉及關鍵物種棲息地營建，因此選擇該區(qū)域作為濕地公園空間優(yōu)化配置方案研究區(qū)(圖1)。研究區(qū)占地面積1.960 km2，地勢平坦，整體海拔為10～46 m。該區(qū)域在建設濕地公園前主要土地利用類型為旱地，占研究區(qū)面積的66.29%；其余土地利用類型包括草地、有林地、城鎮(zhèn)用地等。研究區(qū)主要濕地類型為水田、河流濕地與坑塘濕地，占研究區(qū)面積的21.94%。目前，研究區(qū)內(nèi)濕地面臨的問題包括河道水面干涸嚴重、水面面積小，土地利用以水澆地和水田為主，無法發(fā)揮濕地公園的生態(tài)功能及觀賞與教育功能等[12]。

圖1 琉璃河濕地公園研究區(qū)范圍Fig.1 Liuli River Wetland Park and the study area

2 空間格局優(yōu)化配置理念及原則

2.1 空間格局優(yōu)化配置理念

空間格局優(yōu)化指以景觀生態(tài)學中的景觀格局—過程—功能完整性為指導原則，在景觀水平上，根據(jù)當?shù)貧v史濕地景觀類型，在空間上通過生態(tài)要素的調(diào)整，景觀過程調(diào)控，使得水熱條件重新分配，改善或營造濕地景觀特有的環(huán)境，并按照不同面積比例重新分配景觀基質(zhì)、斑塊、廊道，形成新的景觀格局的過程。經(jīng)過景觀空間格局的優(yōu)化，可提高景觀連通性、多樣性等。

2.2 空間格局優(yōu)化配置原則

2.2.1調(diào)控過程，優(yōu)化結構，提升功能

以景觀生態(tài)學理論為基礎，根據(jù)景觀結構過程功能整體性的優(yōu)化理念，調(diào)控水文過程等景觀過程，優(yōu)化景觀空間格局，進行景觀空間配置，從而實現(xiàn)濕地公園研究區(qū)水質(zhì)凈化，及生物多樣性、觀賞與教育等景觀功能的提升。

2.2.2以原地形為主，輔以必要的修整

地形是城市濕地公園重要組成部分和設計基礎，具有分隔空間、優(yōu)化視線、調(diào)節(jié)小氣候等功能[13]。在進行空間格局優(yōu)化配置時，應在基本保持原地形的基礎上，節(jié)約優(yōu)化的成本。若原地形無法滿足優(yōu)化要求，可適當進行地形修整。

2.2.3兼顧生態(tài)與觀賞功能

在進行空間格局優(yōu)化配置時，既要考慮濕地公園的生態(tài)功能，又要考慮其觀賞功能。因此，優(yōu)化時應充分考慮各斑塊人類活動強度的差異及相應的功能分工。這一原則可以通過在濕地公園內(nèi)進行功能分區(qū)實現(xiàn)。

3 景觀結構優(yōu)化方案

3.1 一級功能區(qū)

根據(jù)研究區(qū)濕地景觀以河流濕地為主的基質(zhì)現(xiàn)狀，考慮到優(yōu)化目標主河道西部狹長、東部開闊的空間特征，仿照自然保護區(qū)的分區(qū)方式[14- 15]，圍繞主要河流濕地，將研究區(qū)分為2個一級功能區(qū)，即生態(tài)功能濕地區(qū)與觀賞功能濕地區(qū)(圖2)。將主河道西部、南部及東北部設置為生態(tài)功能濕地區(qū)，該功能區(qū)包含研究區(qū)入水口，且人類不易接近，有助于實現(xiàn)水質(zhì)凈化功能及關鍵物種保育功能；將研究區(qū)的其余區(qū)域設置為觀賞功能濕地區(qū)，該功能區(qū)原為農(nóng)田，基底較為平整開闊，人類易于接近，適宜建設觀賞景觀，可提供美學及教育功能等。

圖2 研究區(qū)一級功能區(qū)空間分布Fig.2 Spatial distribution of primary function areas in study area

3.2 二級功能單元

在一級功能區(qū)中，可根據(jù)具體位置及功能繼續(xù)細化為二級功能單元。根據(jù)水流方向與河道形態(tài)設計污染物降解路徑，并據(jù)此劃分水質(zhì)凈化單元(圖3)。污染物降解第一階段為水中污染物由入水口進入研究區(qū)后，由于研究區(qū)東北部區(qū)域距入水口最近，需在此區(qū)域去除如酚類等有氣味的污染物，防止對研究區(qū)空氣造成污染，將此區(qū)域劃分為一級水質(zhì)凈化單元。污染物降解第二階段為水流經(jīng)河道至研究區(qū)西南部，由于水流流經(jīng)區(qū)域位于河道中游，河道長而彎度小，有利于植物通過吸收去除水中的污染物，將此區(qū)域劃分為二級水質(zhì)凈化單元，用于去除水中的氮和磷。污染物降解第三階段為研究區(qū)南部至出水口，由于流經(jīng)區(qū)域處于河道下游，且較為開闊，將其劃分為三級水質(zhì)凈化單元，有利于通過多種凈化方法去除水中其他污染物。水質(zhì)經(jīng)三級凈化后，一部分循環(huán)回主河道補充水量，另一部分通過出水口流至下游區(qū)域。

圖3 污染物降解過程空間分布Fig.3 Spatial distribution of pollutants degradation process

圖4 觀賞功能濕地區(qū)植被種植梯度Fig.4 Vegetation planting gradient in ornamental wetland functional zone

研究區(qū)西南部為彎型岸帶，具有持水面且距離人類活動區(qū)較遠，適宜作為物種保育單元，用以保育植被、鳥類等關鍵物種。研究區(qū)西部距人類活動區(qū)較遠且距離水面較近，將其設置為物種覓食單元，主要為鳥類提供食物。

在觀賞功能濕地區(qū)中，依據(jù)植被種植梯度(圖4)，在區(qū)域內(nèi)按照沉水植物、浮葉植物、漂浮植物、挺水植物、濕生植物的水位需求，營造不同水位梯度，從而劃分不同功能單元。該功能區(qū)中部距岸邊較遠，可以營造較深的水位，設計種植包含沉水植物、浮葉植物、漂浮植物及挺水植物的荷花群落及萱蓮群落，提供觀賞功能；功能區(qū)中距岸邊較近區(qū)域安全系數(shù)高，可以劃分為觀賞休閑單元，設計種植濕生植物、灌木及喬木，并在此區(qū)域修建棧道供人們近距離接觸濕地，提供觀賞功能；功能區(qū)東南部距離水質(zhì)凈化功能區(qū)較近，可以作為水質(zhì)凈化功能展示單元，提供教育功能。研究區(qū)二級功能單元分布如圖5所示。

圖5 研究區(qū)二級功能單元空間分布Fig.5 Spatial distribution of secondary functional unit in study area

4 景觀過程調(diào)控方案

4.1 水文流通過程調(diào)控

第2次全國濕地資源調(diào)查結果顯示[16]，因水資源緊缺，城市建設對濕地的侵占，地下水開采過度等原因，北京各水系的水面面積明顯縮小。為了保障濕地水位和儲水量，防止?jié)竦赝嘶紫葦U展水面面積，保障上游來水量；其次，針對原河道中部部分河道呈直角或近直角，易形成流動死角而增加水體污染的問題，對主河道進行微調(diào)；另外，增加水流時間、水流面積與河道彎曲度，以增強水質(zhì)凈化功能。

圖6 研究區(qū)水文循環(huán)過程優(yōu)化前后空間分布Fig.6 Spatial distribution of hydrological process before and after optimization in study area

為增加琉璃河濕地公園的濕地面積，提高公園的可觀賞性，同時避免景觀破碎化嚴重，在觀賞功能濕地區(qū)內(nèi)建設潛流或小河道，構建水系網(wǎng)絡系統(tǒng)，以增加河道之間連通性和水系長度，從而增加水流經(jīng)過的植被類型和時間，提高濕地凈化功能。調(diào)控前研究區(qū)水體面積為0.22 km2，占研究區(qū)總面積的11.22%；調(diào)控后研究區(qū)水體面積為0.90 km2，占研究區(qū)總面積的45.92%。

4.2 水文循環(huán)過程調(diào)控

為防止因上游來水量不足，導致濕地水位和出水量下降，同時為增強濕地水質(zhì)凈化功能，提高水資源利用率，在河流的出口和入口之間，設計長為9.05 km的循環(huán)管道，以達到穩(wěn)定水位、平衡水量、提高水質(zhì)的作用。綜合考慮植物生長水位、研究區(qū)水量、水質(zhì)凈化功能及游客安全等方面的需求，來確定設計水位。在循環(huán)管道出口處設計水閘，當水位低于設計水位時，關閉水閘，減少水量流失；當水位高于設計水位時，打開水閘，使水位保持在設計水位，避免濕地水位和出水量出現(xiàn)異常。研究區(qū)內(nèi)水文循環(huán)過程優(yōu)化前后對比如圖6所示。由圖6可知，水文循環(huán)過程優(yōu)化后研究區(qū)水面面積明顯增加。

5 景觀空間配置方案

根據(jù)景觀結構優(yōu)化與景觀過程調(diào)控結果，按照基質(zhì)、斑塊及廊道3種景觀單元，提出琉璃河濕地公園研究區(qū)具體的景觀空間配置方案。

5.1 斑塊配置方案

研究區(qū)內(nèi)分布面積最大，連通性最大的景觀為河流，其為研究區(qū)基質(zhì)。在基質(zhì)周邊地塊，配置不同景觀類型的斑塊與廊道，形成濕地景觀空間配置。以河流主干為中心軸向外，分別進行濕地斑塊、草本斑塊、灌木和喬木斑塊配置，整體呈現(xiàn)水體- 草本- 灌木與喬木的空間分布格局。

在生態(tài)功能濕地區(qū)的3個等級的水質(zhì)凈化區(qū)內(nèi)，分別配置濕地斑塊及具不同凈化功能的草本斑塊，使其對流經(jīng)的水體起到不同凈化作用。其中，在一級水質(zhì)凈化單元內(nèi)種植一些喬木，保證景觀多樣性；在物種保育單元內(nèi)，配置由當?shù)卣湎∥锓N組成的草本斑塊，同時配置適宜鳥類棲息的草本斑塊；在物種覓食單元內(nèi)，配置為鳥類提供食物的濕地斑塊、草本斑塊以及灌木和喬木斑塊(圖7)。

圖7 生態(tài)功能濕地區(qū)斑塊配置Fig.7 Pata configuration of eco- functional wetland areas

觀賞功能濕地區(qū)中，以發(fā)揮濕地的觀賞功能與美學價值為目的，配置景觀斑塊。其中，觀賞休閑單元按區(qū)域位置與所需功能配置濕地斑塊、草本斑塊、灌木與喬木斑塊(圖8)。功能區(qū)西部靠近主河道區(qū)域配置濕地斑塊，作為主河道與草本斑塊的交錯區(qū)域，起緩沖作用的同時增加景觀及物種多樣性。此外，在觀賞休閑單元與荷花觀賞單元及萱蓮觀賞單元交界處，均勻配置濕地斑塊。既保證游客安全，又可使游客親近和了解濕地。濕地斑塊配置后，在游客可達區(qū)域配置耐踩踏的草本斑塊，便于游客親近濕地景觀，減少生態(tài)環(huán)境破壞；游客不可達區(qū)域配置濕地斑塊及不同顏色、不同高度的草本斑塊，增加觀賞功能及美學價值。在觀賞休閑單元邊緣配置灌木與喬木斑塊，增加游客視野范圍內(nèi)景觀多樣性。

圖8 觀賞休閑單元斑塊配置Fig.8 Patch configuration of recreational and leisure units

在萱蓮觀賞單元與荷花觀賞單元，根據(jù)植被生長需求，配置適應不同水深的濕地斑塊，提供觀賞功能。在水質(zhì)凈化功能展示單元，參照水質(zhì)凈化區(qū)，配置濕地斑塊與草本斑塊，為游客展示濕地對水質(zhì)凈化的作用，同時提供教育功能。該單元在進行景觀空間配置時，應考慮不同景觀類型之間的鑲嵌性：如在草本斑塊中，將灌木斑塊鑲嵌其中，增加觀賞性的同時，也有利于草地景觀的健康發(fā)展；在喬木斑塊中，設計一些鑲嵌其中的灌木和草本斑塊，豐富林下植被，同時增加物種多樣性，實現(xiàn)喬灌草立體結構。

5.2 廊道配置方案

在濕地公園中，為增加景觀連通性，除通過增加景觀中起到連接斑塊、增加物種間交流途徑等功能的景觀廊道[17]外，還包括在公園中利用植物或地勢的高低營造的潛在廊道，即視線廊道[14]和生物廊道。

5.2.1景觀廊道配置方案

研究區(qū)中景觀廊道配置主要指增設河流廊道和道路廊道。其中，河流廊道包含河流水體及河邊植被護岸帶，用于增加河流水系的連通度及保持水土。道路廊道用于連接觀賞功能區(qū)內(nèi)斑塊，便于游客游覽。在研究區(qū)北部的一級水質(zhì)凈化單元內(nèi)，配置長為1.5 km的河流廊道，連通主河道與水質(zhì)凈化單元內(nèi)的濕地斑塊，提高研究區(qū)水質(zhì)凈化功能。在觀賞休閑單元內(nèi)，配置寬5 m、長5.1及2.9 km的2條道路廊道。選取蔓延度指數(shù)(CONTAG)、分離度指數(shù)(SPLIT)、聚集度指數(shù)(AI)與香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)描述廊道配置前后研究區(qū)的結構連通度變化[18]，指數(shù)計算基于Fragstats軟件，計算結果如表1所示。由表1可知，廊道配置后，CONTAG減小，表明廊道配置后同一類型的景觀斑塊空間分布更為分散；SPLIT減小，表明研究區(qū)斑塊分離度下降；AI增大，表明研究區(qū)各斑塊更為聚集；SHDI增大，表明研究區(qū)景觀多樣性有所上升。總的來說，配置景觀廊道后，研究區(qū)連通度增加，可觀賞性及景觀可達性都有所改善。

表1 廊道配置前后景觀結構指數(shù)變化

5.2.2 視線廊道配置方案

在研究區(qū)內(nèi)，通過選取不同高度的喬木或灌木錯落種植進行配置，因植被自身的高度不同，形成天然的視線廊道，以保證游客向景點眺望時，視線不會完全被植被遮擋，也不會完全沒有植被，增加研究區(qū)的觀賞功能與景觀多樣性功能。在研究區(qū)觀賞休閑單元，根據(jù)景觀廊道設置，在道路廊道旁選取13個空間上均勻分布的點作為視線廊道配置的基準點。從基準點向研究區(qū)的四周，參照斑塊空間配置，設置17條總長度為6.6 km的視線廊道〔圖9(a)〕。

5.2.3生物廊道配置方案

研究區(qū)中，在物種保育與物種覓食單元，配置供鳥類飛行的生物廊道〔圖9(b)〕。根據(jù)公園內(nèi)鳥類的飛行高度，種植相應高度的喬木，有利于鳥類在飛行中得到休息和保護。同時在鳥類的飛行通道中，種植便于鳥類取食的植被。在設計鳥類飛行通道時，避免單一路線，使鳥類有更多的路線選擇方式，增加斑塊之間通過鳥類連通的機會，以提高物種多樣性并增強物種保育功能。在研究區(qū)中，以物種保育單元為起點，配置6條生物廊道，總長度為3.0 km。

圖9 視線廊道及生物廊道空間配置Fig.9 Spatial configuration of line- of- sight corridor and biological corridor

5.3 空間優(yōu)化配置方案預期效果

經(jīng)空間優(yōu)化及斑塊與廊道空間配置，研究區(qū)最終空間優(yōu)化配置方案及與配置前對比如圖10所示。由圖10可知，經(jīng)基于景觀生態(tài)學的空間優(yōu)化配置后，研究區(qū)的斑塊數(shù)由47塊增至971塊，濕地斑塊的面積由0.43 km2增至1.06 km2，增加了146.51%。研究區(qū)的水質(zhì)凈化功能、物種保育功能、觀賞功能均有較大提高。

圖10 研究區(qū)空間優(yōu)化配置前后對比Fig.10 Spatial distribution of before and after spatial optimal and configuration in research area

6 結論與建議

以典型的河流型濕地公園——北京琉璃河濕地公園為研究區(qū)，應用景觀生態(tài)學理論，結合格局—過程—功能完整性的設計理念，充分發(fā)揮琉璃河濕地公園的生態(tài)及觀賞功能，將其劃分為2個一級功能區(qū)及9個二級功能單元，優(yōu)化了研究區(qū)的空間格局；提出了通過增加河道及河道間連通性的水文過程調(diào)控方案，優(yōu)化后研究區(qū)水面面積可增加0.68 km2；綜合空間格局優(yōu)化及水文過程調(diào)控結果，提出了包含斑塊、廊道配置的空間優(yōu)化配置方案，優(yōu)化配置后研究區(qū)斑塊數(shù)由47塊增至971塊，濕地面積增加146.51%，研究區(qū)水質(zhì)凈化、物種保育及觀賞與教育功能均得到較大的提升。

景觀生態(tài)學理論能夠很好地應用于城市濕地公園的空間優(yōu)化配置設計，功能區(qū)劃分既能保證功能完整性，又能為過程調(diào)控及空間配置提供方向和框架。但在實際應用時，建議根據(jù)濕地公園基底及地理位置，明確需要濕地公園發(fā)揮的功能，綜合考慮格局優(yōu)化、水文調(diào)控、空間配置的方法，結合園林規(guī)劃與美學理論，進行濕地公園的空間優(yōu)化配置；在建設及運營時，應持續(xù)對研究區(qū)生物多樣性及研究區(qū)入水口、各水質(zhì)凈化區(qū)及出水口水質(zhì)進行監(jiān)測，并注意人類活動對濕地公園景觀的影響，隨時檢驗空間優(yōu)化配置結果并依據(jù)實際變化修正空間優(yōu)化配置方案。