順應高程梯度的山地梯塘小微濕地生態系統設計

袁興中

袁 嘉

胡 敏

余先懷

申珂婷

山地海拔高差大、環境梯度明顯、空間異質性高，以及相對較低的人類干擾強度，蘊涵了極為豐富的生態和地理信息，是生物多樣性富集區域[1-2]。隨海拔增高，山地氣候、植被、土壤及自然地理綜合體發生明顯的垂直分異，自下而上形成沿高程分布的氣候帶、植被帶、土壤帶，特別是以植被為主要標志的山地垂直景觀帶[3-5]。針對山地環境特征，開展了一系列山地景觀研究，如侯蘭功等以四川北部涪江流域中上游為例，開展了多維地形因子作用下西南山地丘陵過渡帶景觀格局研究[5]；美國學者托馬斯·A·克拉克從美國大黃石生態系統中的景觀規劃角度，闡述了解決山地環境問題的緊迫性[6]；李正等以北京植物園為例，進行了中國山地景觀中的植物園分析[7]；甘德欣等以湖南新化縣紫鵲界梯田為例，進行了山地梯田景觀的災害防御機制與效益研究[8]；還有學者對廣泛分布于云南南部、哀牢山南段哈尼梯田的形成原因、景觀保護、濕地生態系統、聚落格局與耕作半徑、景觀格局及其美學特征進行了研究[9-11]；馮鳳嬌等以甕安水甕梯田濕地公園景觀設計為例，對山地梯田濕地景觀設計進行了探討[12]。

濕地是山地自然景觀的重要組成要素，在山地景觀生態系統中具有重要的生態服務功能。山地自然景觀中的濕地，多以小微濕地形態出現，主要包括小型湖庫、小型河溪、塘、堰、溝、渠、井、泉、春沼[13]、湫洼[14]等小微濕地類型。在地形破碎的山地，小微濕地最典型的特征，是其空間上的不連續性，實際上這些看似在空間上離散分布的小微濕地元素，通過鄉村小流域的溝、渠、溪的聯結，實現了功能上的有機聯系，構成鄉村景觀中的“小微濕地網絡”。

但過去在山地景觀研究及設計中，對作為山地自然景觀組成要素的濕地重視不夠，除了涉及山地梯田濕地外[15-18]，關于山地濕地景觀的研究工作很少。如何利用山地地形、豐富的生物多樣性及獨具特色的山地小微濕地資源，將濕地與山地景觀建設、生物多樣性保育、山地綠色發展等多功能耦合，亟待開展深入的研究。本文以地處重慶東北的梁平區獵神村為例，以山地多功能小微濕地生命景觀為目標，進行了順應高程梯度的山地梯塘濕地生態系統設計與實踐研究，可為山地生態景觀設計研究提供科學參考及技術范式參照。

1 研究區概況

研究區位于重慶市梁平區竹山鎮獵神村，地處梁平區西部明月山，是長江三峽庫區左岸一級支流龍溪河源頭區。明月山是近南北走向山坡陡峻的條形背斜低山，屬暖濕亞熱帶氣候區。獵神村平均海拔750m，有山林上萬畝，分布有豐富的煤、石膏等礦產。20世紀70年代─21世紀初，村里有十多家礦業企業，石膏礦開采導致環境破壞，灰塵籠罩，溪流逐漸干涸。2018年初，梁平區提出“全域治水，濕地潤城”發展理念，在鄉村實施“小微濕地+”模式，推動濕地與全域旅游、鄉村振興、農村人居環境整治、脫貧攻堅等深度融合。村落上游是一條寬約80m的山地溝谷，谷底順山坡延伸，坡度約為20°～25°，谷底寬30m。溝谷一側山梁最高點海拔為800m，村落海拔730m。谷底過去是沿山坡分布的水田，后改為旱地，2018年將谷底的旱地開挖修整成了形態整齊劃一、邊緣陡硬的7個魚塘(圖1)，通過一條渠道，與村落旁的風水塘相連。風水塘的出水穿過村落，匯入七澗河，最后匯入龍溪河。

圖1 梯塘小微濕地建設前的環境概況(2019年2月)

本研究設計和實施范圍上起獵神村溝谷上游蓄水塘頂部(海拔780m)，下至村落旁的風水塘下界(海拔730m)，海拔高差50m，為一帶狀區域，帶狀延展長570m，面積約2.39hm2。2019年初開展場地調查時，該區域為深挖形成的形態整齊劃一、邊緣陡硬的魚塘，景觀品質低下，生物種類貧乏，功能單一。2019年3月完成設計，2019年4月下旬完成結構施工及植物栽種。

2 設計策略與目標

2.1 設計策略

針對地形高差、坡度、坡向、地表起伏、水資源及生物資源的立體分布、高空間異質性和多變環境等山地特征，本文提出了山地梯塘小微濕地生態設計的CTHSM策略(圖2)。

圖2 山地梯塘小微濕地生態設計策略

1)等高線智慧策略(Contour Intelligence Strategy)。

西南山地勞動人民在幾千年的生產生活實踐中，創造了梯田、等高植物籬[19-20]、堡坎[21]等模式，這些沿等高線分布的梯田、植物籬、堡坎，既適應復雜的山地地形，又有效穩定坡面、防止水土流失，這就是山地原住民創造的等高線智慧。挖掘隱含在山地等高線智慧背后的生態學和景觀機制，將等高線智慧運用于獵神村山地梯塘小微濕地的設計與實踐。

2)立體生態設計策略(Three-dimensional Ecological Design Strategy)。

山地空間特征表現在山地地形、氣候、植被及土壤分布的立體特征。針對山地立體空間特征，提出梯塘小微濕地設計的立體生態空間策略，應對海拔高差及立體地形條件，形成一個立體小微濕地生態空間。

3)空間異質性設計策略(Heterogeneity of Space Design Strategy)。

山地空間的高異質性是由山地海拔高差、地表起伏度決定的[3]。高的山地空間異質性形成眾多的小生境類型，使得物種多樣性豐富[22]。應對山地多變環境因素及小微氣候，提出空間異質性設計策略，進行不同小微環境及小微生境的設計。

4)小微生命景觀策略(Small and Micro Life Landscape Strategy)。

西南山地區域是中國生物多樣性保護熱點區域[23]。由于人為干擾，一些山地區域生物多樣性衰退。小微生命景觀策略就是在山地景觀設計中，充分考慮生物多樣性提升。針對獵神村帶狀溝谷生物多樣性貧乏現狀，通過高程-地形-水文-植物的協同設計，豐富小生境類型，提高生物物種數量，并使梯塘小微濕地與周邊山林環境協同共生，形成完整的山地生命系統。

5)多功能設計策略(Multi Functional Design Strategy)。

由于山地環境立體特征、山地自然條件的復雜性以及山地生態系統多樣化的生態服務功能。對山地小微濕地系統來說，不僅要滿足水源涵養、水土保持、生物多樣性保育等功能，還應滿足景觀美化及生產功能需求，這就是多功能設計策略。

2.2 設計目標

利用山地溝谷水資源及環境條件，旨在建設一個順應山地地形，結構穩定、生物多樣性豐富、多功能、多效益的山地梯塘小微濕地系統，打造充滿生命活力的山地多功能小微濕地生命景觀樣板。

3 山地梯塘小微濕地生態系統設計與實踐

3.1 設計技術框架

根據獵神村的資源稟賦和山地環境條件，本文從要素、結構、功能3個方面，提出山地梯塘小微濕地的設計技術框架(圖3)。

圖3 山地梯塘小微濕地生態設計技術框架

3.2 梯塘小微生態系統設計與實踐

3.2.1 綜合要素設計

1)地形設計──高程與地表起伏度結合、大地形與微地貌組合的復合地形格局設計。

獵神村山地梯塘小微濕地建設區域是沿高程梯度，從海拔780m下行到海拔730m的山間溝谷，四周山體和森林環繞。針對高差和坡度較大的地勢條件，設計梯塘濕地為沿等高線分布的梯級多塘小微濕地，濕地塘的塘基順著等高線方向蜿蜒展布，除了最上一級蓄水塘和最下面的靜置塘及風水塘外，從海拔735～775m依次沿等高線設計了69個小微濕地塘，形成梯級小微濕地塘群。每個濕地塘的塘基平均高度為50cm。無論是塘基高度及延展方向，還是小微濕地塘群的每個濕地塘的形態設計，都充分考慮了山地高程差異和地表起伏度(圖4)。

圖4 順應高程、結合地形的山地梯塘小微濕地設計平面圖

各級小微濕地塘的高程差異根據溝谷自然地形和環境特點，與其所在具體地點的微地貌形態及起伏特征保持協調一致，避免過度開挖破壞原有地貌。在考慮大地形格局的基礎上，充分利用帶狀溝谷微地貌差異，結合小微濕地塘、溝、基的設計，形成豐富的微地貌組合，維持山地環境空間異質性，并形成多樣化小生境類型，這是山地小微生命景觀營建的基礎。梯級小微濕地塘群中，包括深塘和淺塘，深塘以種植浮水植物為主；淺塘主要種植挺水植物。無論是深塘，還是淺塘，都進行了水下基底的微地形設計，每一個小微濕地塘內都挖有小型深氹，即負地形的塑造，形成低于基底面、深50～100cm的不規則深氹，由此形成濕地塘內部高差，增強水團交換，加強水體物理凈化能力，也為魚類及水生昆蟲提供庇護場所。

2)基底結構設計──穩定-支持-生機勃勃的生命基底結構設計。

梯塘小微濕地的基底既是系統的下墊面結構，受到山地環境因子的綜合作用(如沖刷等)，也是小微濕地生命支持結構，提供植物著生和底棲無脊椎動物生長的基質。基底結構的設計應綜合考慮山地坡面穩定性、植物生長營養供給、地表生境異質性。無論是梯塘小微濕地，還是蓄水塘、靜置塘、風水塘，其基底均以黏土防滲，該區以黃壤為主，具防滲特性，在夯實的基礎上，上覆壤土。在面積稍大的濕地塘基底，設置少量倒木和塊石，增加基底環境異質性，為魚類、水生昆蟲等生物提供庇護場所。通過基底土壤和環境異質性設計，形成山地梯塘小微濕地系統的穩定-支持-生機勃勃的生命基底結構。

3)水文設計──蓄-排-凈-利-調-控有機結合的山地小微水文系統設計。

對具有陡峭坡面的山地區域來說，如何保水、用水、排水、調水，是山地景觀設計的難點。獵神村上部溝谷有一穩定的山泉水源，設計在梯塘小微濕地系統上部構建蓄水塘，蓄水塘海拔高程850m，由此往下是沿等高線梯級分布的69個濕地塘，下游進入靜置塘，靜置塘出水通過溝渠入風水塘，形成順海拔高程、沿溝谷梯級展布的串珠狀梯級濕地系統(圖5)。

圖5 串珠狀山地梯塘小微濕地系統模式圖

蓄水塘水面約為6 600m2，平均水深2.0m，起蓄水作用，是梯塘小微濕地水源；暴雨季節則發揮滯洪、緩流作用。69個梯級濕地塘形成沿等高線分布的小微濕地塘群，總面積約14 200m2。濕地塘各自具有儲水作用，為濕地植物和動物生長提供必要的養分。各濕地塘之間以片石砌筑的水文連通通道，形成連續不斷的濕地水文結構。下部的靜置塘水面為1 320m2，平均水深1.5m，除了滯洪、緩流功能外，由上部梯塘濕地系統進入的營養物質，在此得到進一步凈化。靜置塘中央設計浮床，浮床上種植水生蔬菜，形成魚菜共生系統。下部風水塘位于村落旁，緊鄰村落建筑，水面約1 800m2，平均水深1.5m，既是鄉村聚落景觀的組成部分，也是消防水源，還起著調節微氣候的作用。考慮到山地區域夏季暴雨季節的排洪需要，在梯塘小微濕地系統東側設計了寬4m的排洪溝，該溝從蓄水塘下部開始，沿東側下行，最后匯入村落下游的七澗河。由此，沿高程分布的蓄水塘→梯級小微濕地塘群→靜置塘→溝渠→風水塘，形成一個蓄-排-凈-利-調-控有機結合的山地小微水文系統。

4)生物多樣性設計──高程-地形-水文-植物協同設計。

明月山是梁平區生物多樣性的富集區和物種種源地。本研究將物種篩選、配置、群落營建及多樣化生境設計有機融為一體，根據海拔高差、地形起伏、水文條件、植物種類篩選及動物棲息需求，形成高程-地形-水文-植物的協同設計(圖6)，串珠狀山地梯塘小微濕地系統順應高程分布，塘基沿等高線方向蜿蜒展布。地形設計除了適應山地溝谷地形需求外，還包括微地形設計，如在濕地塘中設計深水氹。水文設計方面，綜合考慮了水量、水文連通等。物種設計主要針對植物(濕地植物、塘基陸生植物)，通過適生性鄉土植物物種篩選及種植，形成優良的植物群落結構，再通過陸生和濕地生境的設計，吸引鳥類、兩棲類和水生昆蟲，從而豐富設計區域的生物多樣性。高程、地形、水文、植物設計不是各自孤立的，而是基于生物多樣性提升目標，各要素設計有機協同。

圖6 高程-地形-水文-植物協同設計系統

梯塘小微濕地群的植物包括沉水植物、浮水植物、挺水植物、陸生草本植物、灌木、喬木等生活型(表1)。各種小微濕地塘中的植物包括沉水植物、浮水植物、挺水植物，浮水植物以覆蓋水面面積不超過1/3為宜。3類生活型的濕地植物配置，除了考慮水質凈化、提供生物生境及觀賞價值外，主要篩選了具有食用價值的水生蔬菜，如慈姑、水芹、?菜、菰(茭白)、澤瀉、荸薺、莼菜、菱角、荇菜等，以及可用于工藝品和編織品原材料的香蒲、水蔥、燈芯草等濕地植物。沉水植物的植株和浮水植物、挺水植物的莖形成復雜的水下生態空間，為魚類、水生昆蟲提供優良的水下棲息生境。

表1 梯塘小微濕地植物種類篩選

塘基上的植物篩選針對穩固、觀賞、生境等功能，以草本植物為主，稀疏種植少量灌木和小喬木，如秋華柳、桑、烏桕等。塘基上少量的灌木和喬木，可為小微濕地塘提供遮陰。

3.2.2 結構設計

1)空間結構設計。

包括場地空間結構設計及小微濕地塘空間結構設計。場地空間結構是從海拔780m下行到海拔730m的山間溝谷，針對高差和地勢，對蓄水塘、梯級小微濕地塘群、靜置塘、風水塘、溝渠等要素，沿等高線方向進行空間布局。單個小微濕地塘的空間結構包括水平結構和垂直結構，應順應山地地形及環境變化。針對不同功能塘結構進行設計，包括水平方向上不同生活型濕地植物的鑲嵌，以及垂直方向上群落結構的分層。結合微地形，重點針對植物進行分層設計，從水下沉水植物開始，在垂直方向上，依次有浮水植物(浮葉根生植物、漂浮植物)、挺水植物、濕生植物和塘基上的陸生植物。垂直方向上的空間結構，為鳥類、昆蟲等不同動物提供了棲息和覓食生境。

結合山地地表起伏度，除了蓄水塘、靜置塘外，梯級小微濕地塘群還包括深塘和淺塘，深塘的植物以浮水植物為主，淺塘的植物以挺水植物為主，由此形成各種小微濕地類型的空間組合，豐富了山地立體生態特征。

2)網絡結構設計。

包括山地生態網絡構建及小微濕地網絡連通設計。山地生態網絡是將梯塘小微濕地放到明月山生物多樣性保護網絡體系中，針對不同生態要素及生物類群，形成空間上的連續結構。研究區所在的明月山植被覆蓋良好，以常綠闊葉林和竹林混交為主，生物多樣性豐富。沿溝谷展布的梯塘小微濕地，是明月山山地生態網絡體系的重要組成部分，通過對溝谷水源涵養、局地氣候調節等功能，實現了對明月山生境質量的優化需求。

小微濕地網絡重點針對小微濕地的水文連通，形成有機聯系的山地小微濕地網絡。梯塘小微濕地承接周邊山林匯水，沿等高線梯級分布，進入村落旁的風水塘，形成順海拔高程、沿溝谷展布的串珠狀梯級濕地系統(圖7)。風水塘出水形成小溪流，與排洪溝相匯，進入村落下游的七澗河。

圖7 明月山山地生態網絡保護體系中的山地梯塘小微濕地系統

3.2.3 功能設計

重點針對山地梯塘小微濕地的主導功能進行設計，包括以下幾方面。

1)水源涵養功能──地形與植物的復合設計。

串珠狀山地梯塘小微濕地系統的設計，起到了攔蓄、存儲地表水的作用，加上濕地植被的涵養，發揮了明顯的水源涵養功能，這種涵養功能是通過地形與植物的復合設計實現的。

2)水土保持──等高生態結構的功效。

梯塘小微濕地建設前，該溝谷由于坡度較大，水土流失嚴重。沿等高線延展的塘基，加上塘基上種植的草本植物、灌木和喬木，形成了良好的“塘基+植物群落”等高生態結構，發揮著類似山地等高植物籬一樣的固定和保持水土的作用。

3)生物多樣性保育功能──生境設計途徑。

綜合考慮各生物類群，設計創造多種要素的空間組合，形成高異質性的山地小微生境空間，滿足多種生物的生存需求。

4)雨洪控制──蓄、滯、緩、滲復合功能。

通過沿高程分布的串珠狀山地梯塘小微濕地系統設計，形成一個蓄-排-凈-利-調-控有機結合的山地小微水文系統，發揮蓄、滯、緩、滲等雨洪控制功能。

5)鄉村小微經濟利用功能──種養結合及立體空間利用。

梯塘小微濕地塘里栽種具有經濟價值的莼菜、慈姑、菱角、?菜、水芹菜等10多種水生蔬菜和水生花卉；塘內放養土著魚類，發揮動植物生產功能，是特色濕地生態產業的基礎。

6)休閑觀賞功能──山地小微景觀美化途徑。

通過山地梯塘小微濕地建設，構建形態優美的山地景觀，形成優美的山地立體小微濕地，提供休閑、游憩的良好場所。

4 山地梯塘小微濕地綜合效益評估

4.1 生態效益——小微生命體系的繁盛

自2019年4月底完成施工后，山地梯塘小微濕地表現出良好的生態效益。除了水源涵養、土壤保持、地表徑流凈化等功能外，生物多樣性提升效果明顯。最初在梯級小微濕地塘栽種了19種濕地植物，2年后，調查發現濕地植物有30余種，新增10余種，新增的種類包括竹葉眼子菜、小茨藻、穗花狐尾藻、問荊、四葉蘋等。塘基上的草本植物種類達35種，加上排洪溪溝自然生長的植物，獵神村梯塘小微濕地系統的維管植物種類共有109種。在梯級小微濕地塘布設了14個無脊椎動物采樣點，共采集到50種水生無脊椎動物，包括龍虱、膀胱螺、蘿卜螺、玉帶蜻、綠綜蟌等。調查表明梯塘小微濕地區域分布有與周邊山林一樣的林鳥、草地鳥，如珠頸斑鳩、紅脅藍尾鴝、小鹀、棕背伯勞、黃腹鷚、純色山鷦鶯等，此外，由于梯塘小微濕地建設，水體和濕地環境得到了改善，調查發現有白鹡鸰、北紅尾鴝、白頂溪鴝、白冠燕尾等傍水性鳥類分布。梯塘小微濕地生境類型多樣，生境質量優良，已經成為獵神村的生命樂園，一個真正的山地小微生命景觀(圖8)。

圖8 充滿生機的獵神村山地小微濕地生命景觀

4.2 經濟效益——小微綠色銀行的收益

栽種了具有經濟價值和觀賞價值的莼菜、慈姑、菱角、?菜、水芹菜等10多種水生經濟作物，長勢良好(圖9)。測算表明，慈姑產量達1.95kg/m2，菱角產量1.50kg/m2，茭白產量1.80kg/m2，?菜產量3.75kg/m2，水芹菜產量4.50kg/m2，其中，?菜、水芹菜可多季采收。這些水生蔬菜已經成為獵神村的特色濕地產業，被譽為“小微綠色銀行”。

圖9 梯塘小微濕地中長勢良好的水生蔬菜(慈姑、莼菜、水芹)

4.3 景觀效益——小微濕地景觀的秀美

梯塘小微濕地建成2年來，小微濕地立體景觀優美(圖10)，成為鄉村生態旅游熱點，吸引了大批游客觀光休閑。

圖10 立體景觀特色明顯的山地梯塘小微濕地

5 結論與展望

獵神村梯塘小微濕地的設計和建設，是山地小微景觀設計和實踐的創新探索。梯塘小微濕地順應了山地溝谷的海拔高差和地形起伏，利用山林匯水水源，構建了沿等高線展布的小微濕地。建成后，生境類型多樣、質量優良。山地小微濕地景觀設計要點是充分挖掘利用等高線智慧，重點在于利用海拔高差和地形起伏，設計、建設多樣化的立體小微生境，豐富小尺度山地空間異質性，從而提升生物多樣性，使梯塘小微濕地成為真正的山地小微生命景觀。利用山地小微濕地資源發展濕地生態產業，則是山地景觀得以永續利用的基礎。獵神村山地梯塘小微濕地的建設，是山地綠色發展和落實“兩山論”、走深走實“兩化路”(生態產業化，產業生態化)的有效路徑。

山地小微濕地景觀研究僅僅是初步探索，在今后研究中，應進一步探索各種時空尺度山地環境變化對山地景觀的影響方式及相互作用機理，研發適應山地環境變化的山地濕地景觀設計方法和關鍵技術，開展適應多時空尺度環境變化的山地小微濕地景觀與綠色發展協同的調控機理和設計技術體系研究。

注：文中圖片均由研究組繪制或拍攝。