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洪水過境,重慶的護岸植物景觀如何設計?

景觀設計學 2021-09-10 來源:景觀中國網
原創
面對重慶主城區河岸景觀頻繁遭受的夏季洪水與高溫交替、暴雨徑流沖刷等嚴酷挑戰,九龍外灘護岸草本植物群落生態種植實現了逆境脅迫下山地城市河岸景觀的適應性生態重構,形成了具備良好自我調節及自我修復能力的韌性景觀。

研究基于重慶市九龍外灘河流護岸的修復實踐,提出了以分帶分段優化種植和多層擬自然野花草甸配置為主體的河岸草本植物群落生態種植技術框架,闡述了山地城市河流護岸草本植物景觀的生態種植設計與實踐的原則與模式,最后評估了草本植物群落所發揮的生態效益。

面對重慶主城區河岸景觀頻繁遭受的夏季洪水與高溫交替、暴雨徑流沖刷等嚴酷挑戰,九龍外灘護岸草本植物群落生態種植實現了逆境脅迫下山地城市河岸景觀的適應性生態重構,形成了具備良好自我調節及自我修復能力的韌性景觀。



立體生態景觀的適應性重構——山地城市河流護岸

草本植物群落生態種植

An Adaptive Multi-Layered Ecological Landscape:

The Ecological Planting of Herbaceous Communities on 

River Revetments in Mountainous City


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01頻繁造訪的洪水


2020年8月,受上游強降雨及來水影響,距“長江2020年4號洪水”過境僅4天,長江5號洪水于18~20日通過重慶主城區。由于匯集了長江上游主要來水,同時為了確保中下游防洪安全,滴水未降的高溫重慶承受了自1981年以來的最大洪水事件。長江寸灘站洪峰水位達191.62m,超警戒水位11.12m。本次洪水事件造成重慶15個區縣26.32萬人受災,緊急避險25.1萬人,淹沒商鋪2.37萬間。


2020年8月重慶主城長江5號洪水、嘉陵江2號洪水河岸景觀記錄 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢


本次洪水事件正是重慶——這座位于長江上游的大型山地城市——河岸景觀所受嚴酷逆境脅迫的縮影:在流域匯水、迅速城鎮化、暴雨及干旱頻發、山城地貌與空間復雜多變等因素的綜合影響下,主城區河岸景觀界面頻繁遭受夏季陡漲陡落洪水和高溫交替、徑流沖刷及水土流失等挑戰。

如何順應山地城市河岸景觀中的復雜水文條件及時空變化規律,設計、營建并持續優化植物群落,進而修復并穩定河岸景觀及生態系統,是風景園林學科亟待解決的問題。2018年起,研究團隊在重慶市九龍外灘長江干流護岸實施生態種植,建成至今,場地經歷了五年一遇(2018年)及五十年一遇(2020年)長江洪水的反復考驗。本研究探索了以草本植物群落為主體的立體生態景觀的適應性重構途徑,提出了可供相關實踐參考的植被修復技術框架,并進行了生態效益評估。


2018~2020年重慶市九龍外灘護岸草本植物群落生態種植洪水淹沒情況  ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢



02研究區域:九龍外灘護岸


研究區域位于重慶市主城區長江干流左岸、九濱路下方的九龍外灘護岸。場地長約1500m,內部人行交通以沿江修建的馬道為主,一級馬道高程為178m,二級馬道高程為185m,一、二級馬道之間由梯步連通,可為游客提供游憩空間。175~178m高程為完全硬化的水泥砌筑岸坡,175m高程以下為以泥沙和卵石為底質的河漫灘消落帶區域。


研究區域環境概況 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢


實施草本植物群落生態種植的工程主體是位于178~185m高程之間的菱形水泥格框護坡,坡度30.3°,較為陡峭;菱形水泥格框內回填覆土的深度為20cm,回填土以下結構依次為卵石層(20cm深)、防水阻根卷材,以及夯土。菱形水泥格框護坡的回填土層較薄、土壤貧瘠,護坡植物種類單一。原有護岸植物景觀效果單調,動植物棲息生境品質和生態系統結構完整性差,生物多樣性低。


菱形水泥格框護坡所在位置 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢

研究地塊護岸修復前以葎草(Humulus scandens)為優勢種的單優植物群落 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢



03生態種植技術框架


2018年初,研究團隊啟動九龍外灘護岸生態種植項目,提出以順應水文特征的分帶分段優化種植及多層擬自然野花草甸配置為主體的生態種植技術框架。


山地城市河岸草本植物群落生態種植技術框架 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢

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1順應水文特征的分帶分段優化種植   

研究根據高程及歷年夏季洪水水位變化記錄,將護坡分為三個斷面:低斷面(178~181m)、中斷面(181~183m)和高斷面(183~185m)。同時,研究以2018年主城區所受的5年一遇夏季洪水影響為例,依據6~8月記錄的水位變化發現,

低斷面:夏季洪水反復淹沒和沖刷導致植被覆蓋率低、物種組成較為單一;

中斷面:較少受到夏季洪水侵蝕,更豐富的水濕條件和更充足的光照,種植草本植物并建立高豐度植物群落的理想護坡空間;

高斷面:受夏季洪水淹沒影響頻率最低,但由于上部界面缺乏植被攔截緩沖,該斷面受到的暴雨徑流沖刷更強,不利于水泥格框內回填土的固定。


2018年6~8月研究地塊內長江干流水位變化 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢


針對研究區域中運用的分帶分段的種植模式,一方面,在菱形水泥格框護坡中按河岸景觀生態功能需求,同時基于鄉土物種考慮,分帶構建高草野花草甸帶(2018年5月)和闊葉野花草甸帶(2019年3月)(表1)。


草本植物物種選擇表,表1:草本植物物種選擇表 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢


另一方面,針對低、中、高三個高程斷面,實施分段植物群落配置,形成空間格局與功能的相互嵌套。為保護河流水生態安全與控制建設成本,本研究在實施生態種植前僅對菱形水泥格框護坡原有雜草植被進行了簡單人工拔除,未施用除草劑對殘留根系與土壤種子庫進行滅活。

低斷面以耐淹固土為主要目標,混栽狗牙根(Cynodon dactylon)、千屈菜(Lythrum salicaria)與鳶尾(Iris tectorum)等鄉土耐淹植物,并采用生物籬網技術穩定護坡土壤:在該斷面的菱形水泥格框中取出深度為15cm的土壤,鋪設桂花(Osmanthus fragrans)枯枝形成枯枝籬網;回填10cm深的土壤后,用耐水淹且自然分布于三峽庫區消落帶的秋華柳(Salix variegata)枝條編織成鮮枝籬網,放置于菱形水泥格框中,并在其上覆土(5cm深)。


順應水文特征的分段優化種植模式圖 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢


中斷面根據水濕變化特點和光照條件,選擇了耐水濕且具備一定耐旱能力的草本植物進行混種。高草野花草甸帶中稀疏混栽狼尾草(Pennisetum alopecuroides)、蒲葦(Cortaderia selloana)和細葉芒(Miscanthus sinensis)等地下莖發達的觀賞禾草作為建群植物。闊葉野花草甸帶主要混種八寶景天(Sedum spectabile)、藍花鼠尾草(Salvia farinacea)和鳶尾等花序明顯、蜜粉源豐富且能覆蓋不同開花期的闊葉草本植物,為城市傳粉昆蟲提供生境走廊,從而保障植物群落的多樣性與自我維持功能[1]。

高斷面徑流沖刷強和土壤蓄水保墑能力差,選擇黑心菊(Rudbeckia hirta)、柳葉馬鞭草、墨西哥鼠尾草(Salvia leucantha)、細葉芒等蓋度較大且葉序高度各異的草本植物,形成層次豐富的植物群落,增強對降雨及徑流的攔截能力。配置蒲葦、細葉芒、萱草(Hemerocallis fulva)等根系較深的物種加固護坡土壤,同時利用土壤深層水分更顯著地應對夏季高溫干旱。


2多層擬自然野花草甸配置   


研究提出多層擬自然野花草甸配置方法,通過模擬河岸自然草甸群落的水平格局與垂直結構,為高草野花草甸帶與闊葉野花草甸帶分別設計種植三個亞層:

1)最低亞層:濱菊(Leucanthemum vulgare)、狗牙根、金葉石菖蒲(Acorus gramineus)等耐半蔭、葉序及花莖較矮、冠層面積較大和花期較早的植物,能夠在更高亞層的遮蓋下正常生長,保證了早春的植被覆蓋度與春花表現。

2)中間亞層:具有最高的物種豐富度與種植密度,選擇燈心草(Juncus effusus)、狼尾草、細莖針茅(Stipa tenuissima)等對變化的水文條件和強人工干擾具有良好抗性的觀賞禾草,以及八寶景天、黃金菊(Euryops pectinatus)、鳶尾等花期長、頭狀花序與總狀花序色彩鮮艷的闊葉草本植物進行混種。

3)最高亞層:物種豐富度與種植密度應低于其他亞層,選擇柳葉馬鞭草、千屈菜等葉序量較少的品種從而為其他亞層提供更好的光照條件,同時選擇墨西哥鼠尾草、蒲葦、細葉芒等抽薹開花時花莖較高的品種,形成擁有豐富景觀層次的長花期野花草甸。

最高亞層植物呈隨機型分布種植,中間亞層及最低亞層植物呈集群型或均勻型分布種植,從而營建出與傳統地被花壇景觀或成團成塊種植的花境景觀有所區別的具有自然野趣的群落景觀。


多層擬自然野花草甸配置的水平種植模式圖 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢



04河岸草本植物生態效益評估


1對山地城市復雜水文條件的適應性

研究區域內的高草野花草甸帶自建立之后,曾多次經歷由上游特大暴雨導致的洪峰過境。洪水期間,流速快、沖刷力強且含沙量高的渾濁江水反復沖刷和淹沒草本植物群落。原本結構單一、景觀品質較差的河岸植物群落現已擁有錯落有致的垂直分層和豐富的季相變化,成為了水-陸生態系統間的過渡區域,加強了濱江綠地與河漫灘消落帶之間的生態聯系,同時為雜食性鳥類功能種團提供了重要庇護與棲息場所。


高草野花草甸帶景觀 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢


場地自2019年至今連續兩年繁花盛開,為市民提供了“綠化充分、生機盎然、蝶舞鳥鳴”的共享綠意空間。經過生態種植營建的高草野花草甸和闊葉野花草甸采取粗放人工管護,每年12月刈割一次即可。


闊葉野花草甸帶景觀2019年與2020年的對比 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢


2河岸草本植物群落多樣性與結構特征

2019年9月,團隊在研究區域選取高草野花草甸、闊葉野花草甸與原有植被(對照組)三種草本植物群落開展定量調查。方差分析表明,高草野花草甸群落與闊葉野花草甸群落的樣方中物種數量、香農-威納(Shannon-Wiener)多樣性指數及皮洛(Pielou)均勻度指數顯著高于對照組植被。結果顯示,在空間格局上相互嵌套的分帶與分段配置,以及多層擬自然配置技術,建立了對復雜山地城市水文條件具有良好適應能力的草本植物景觀。


草本植物群落多樣性特征 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢


同時采樣結果顯示,修復后,高草野花草甸群落中種植的草本植物種類株數約占總株數的56.1%,蓋度約占84.9%;闊葉野花草甸群落中種植的草本植物種類株數約占總株數的64.9%,蓋度約占76.3%。該結果表明,通過生態種植的河岸草本植物群落能夠適應高強度的雜草競爭脅迫,所選草本植物形成優勢種群,生長迅速并逐漸占據大量群落生存空間,逐步向穩定和合理分布的格局發展,有利于景觀的可持續發展。

高草野花草甸群落三個亞層的高度分別為0~20cm、20~60cm和60~100cm;闊葉野花草甸群落三個亞層的高度分別為0~10cm、10~40cm和40~80cm;原有植被的葎草單優群落僅顯示出兩個亞層(0~10cm和10~40cm)。


草本植物群落垂直分層結構特征 ? 袁嘉,陳煉,羅嘉琪,張冠雄,游奉溢



高草野花草甸群落中蒲葦、細葉芒等高大的觀賞禾草成為優勢種,最高亞層蓋度最高,以較矮的伴生種為主的中間亞層與最低亞層蓋度依次降低。為使中間亞層與最低亞層植物接受更多光照,可以適當增加高草野花草甸帶的刈割管護次數。闊葉野花草甸群落的中間亞層和最低亞層蓋度高于最高亞層,符合分層種植設計目標,其中最高亞層植物植株葉序量少,為中間亞層植物提供了良好的光照條件,有利于中間亞層植物生長開花。



05結 語


本研究提出了河岸草本植物群落的生態種植技術框架,意在為長江干流河岸景觀優化提供科學參考,為長江生態大保護與長江上游重要生態屏障建設提供實踐應用范式。生態種植實施后,研究區域原本結構單一、物種貧乏的護岸植被轉化成為層次錯落、色彩豐富和季相多變的立體生態景觀,對山地城市復雜水文脅迫具有良好適應性和快速自我修復能力。

在今后的研究和實踐中,需要進一步探究山地城市河岸草本植物群落在復雜水文脅迫、高強度人工干擾、種間競爭,以及水文條件的年際變化等多重影響下的環境適應機制。通過積累與分析多年群落數據,深入了解山地城市河岸草本植物景觀中物種流、營養流及水文流等生態過程,可完善生態種植技術框架、優化可持續管護措施。



基金項目

國家自然科學基金青年科學基金項目“山地城市水敏性區域草本植物群落適應性設計研究”(編號:51808065)

中央高?;究蒲袠I務費項目“山地城市江岸景觀的植物群落適應性設計研究”(編號:2020CDJQY-A010)

中國科學院成都生物研究所山地生態恢復與生物資源利用重點實驗室生態恢復與生物多樣性保育四川省重點實驗室開放課題“川西地區野花草甸種質資源調查及應用設計研究”(編號:KXYSWS2001)


部分參考文獻

[1] Menz, M. H., Phillips, R. D., Winfree, R., Kremen, C., Aizen, M. A., Johnson, S. D., & Dixon, K. W. (2011). Reconnecting plants and pollinators: Challenges in the restoration of pollination mutualisms. Trends in Plant Science, 16(1), 4-12. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2010.09.006


參考引用 / Source:

Yuan, J., Chen, L., Luo, J., Zhang, G., & You, F. (2020). An Adaptive Multi-Layered Ecological Landscape: The Ecological Planting of Herbaceous Communities on River Revetments in Mountainous City. Landscape Architecture Frontiers, 8(3), 44-57. https://doi.org/10.15302/J-LAF-1-020029



編輯|田樂、王穎

制作|張懷文

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