李冰倫，王文杰，胡遠(yuǎn)滿，劉淼，布仁倉(cāng)*，史思雪，熊在平

1.中國(guó)科學(xué)院森林生態(tài)與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)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(shù)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(wù)功能，且對(duì)人類生活具有很好的支持作用，如水源供給、食物供應(yīng)等[1- 2]。城市濕地除上述功能外，還能降低城市熱島效應(yīng)，為居民提供休閑娛樂(lè)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(guó)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(duì)生態(tài)環(huán)境健康重要性認(rèn)識(shí)的提高，及現(xiàn)代城市生活對(duì)城市濕地生態(tài)價(jià)值及美學(xué)價(jià)值的需求，濕地公園的概念應(yīng)運(yùn)而生[5]。2017年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《城市濕地公園設(shè)計(jì)導(dǎo)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(hù)城市濕地資源為目的，兼具科普教育、科學(xué)研究、休閑游覽等功能的公園綠地?；谝陨隙x，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(lè)的需要，還應(yīng)對(duì)居民有濕地方面的教育意義[7]。因此，城市濕地公園恢復(fù)中，不僅需恢復(fù)其面積，更重要的是恢復(fù)其生態(tài)功能。景觀生態(tài)學(xué)是一門研究人與自然關(guān)系的重要學(xué)科[8]，可通過(guò)生態(tài)過(guò)程和干擾調(diào)控等手段，利用景觀生態(tài)學(xué)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(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)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(diǎn)——北京市房山區(qū)琉璃河濕地公園為研究對(duì)象，采用景觀生態(tài)學(xué)原理，對(duì)濕地公園進(jìn)行空間優(yōu)化配置，達(dá)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(guò)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(cè)區(qū)域主要用于建設(shè)公園的娛樂(lè)項(xiàng)目，而西側(cè)區(qū)域不僅包含濕地水源入水口，還涉及關(guān)鍵物種棲息地營(yíng)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(shì)平坦，整體海拔為10～46 m。該區(qū)域在建設(shè)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(wèn)題包括河道水面干涸嚴(yán)重、水面面積小，土地利用以水澆地和水田為主，無(wú)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(xué)中的景觀格局—過(guò)程—功能完整性為指導(dǎo)原則，在景觀水平上，根據(jù)當(dāng)?shù)貧v史濕地景觀類型，在空間上通過(guò)生態(tài)要素的調(diào)整，景觀過(guò)程調(diào)控，使得水熱條件重新分配，改善或營(yíng)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(guò)程。經(jīng)過(guò)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(guò)程，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提升功能

以景觀生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，根據(jù)景觀結(jié)構(gòu)過(guò)程功能整體性的優(yōu)化理念，調(diào)控水文過(guò)程等景觀過(guò)程，優(yōu)化景觀空間格局，進(jìn)行景觀空間配置，從而實(shí)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(shè)計(jì)基礎(chǔ)，具有分隔空間、優(yōu)化視線、調(diào)節(jié)小氣候等功能[13]。在進(jìn)行空間格局優(yōu)化配置時(shí)，應(yīng)在基本保持原地形的基礎(chǔ)上，節(jié)約優(yōu)化的成本。若原地形無(wú)法滿足優(yōu)化要求，可適當(dāng)進(jìn)行地形修整。

2.2.3兼顧生態(tài)與觀賞功能

在進(jìn)行空間格局優(yōu)化配置時(shí)，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(shí)應(yīng)充分考慮各斑塊人類活動(dòng)強(qiáng)度的差異及相應(yīng)的功能分工。這一原則可以通過(guò)在濕地公園內(nèi)進(jìn)行功能分區(qū)實(shí)現(xiàn)。

3 景觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

3.1 一級(jí)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(biāo)主河道西部狹長(zhǎng)、東部開闊的空間特征，仿照自然保護(hù)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(gè)一級(jí)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(shè)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(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化功能及關(guān)鍵物種保育功能；將研究區(qū)的其余區(qū)域設(shè)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(shè)觀賞景觀，可提供美學(xué)及教育功能等。

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

3.2 二級(jí)功能單元

在一級(jí)功能區(qū)中，可根據(jù)具體位置及功能繼續(xù)細(xì)化為二級(jí)功能單元。根據(jù)水流方向與河道形態(tài)設(shè)計(jì)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(jìn)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(duì)研究區(qū)空氣造成污染，將此區(qū)域劃分為一級(jí)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(zhǎng)而彎度小，有利于植物通過(guò)吸收去除水中的污染物，將此區(qū)域劃分為二級(jí)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(jí)水質(zhì)凈化單元，有利于通過(guò)多種凈化方法去除水中其他污染物。水質(zhì)經(jīng)三級(jí)凈化后，一部分循環(huán)回主河道補(bǔ)充水量，另一部分通過(guò)出水口流至下游區(qū)域。

圖3 污染物降解過(guò)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(dòng)區(qū)較遠(yuǎn)，適宜作為物種保育單元，用以保育植被、鳥類等關(guān)鍵物種。研究區(qū)西部距人類活動(dòng)區(qū)較遠(yuǎn)且距離水面較近，將其設(shè)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(yíng)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(yuǎn)，可以營(yíng)造較深的水位，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jí)功能單元分布如圖5所示。

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

4 景觀過(guò)程調(diào)控方案

4.1 水文流通過(guò)程調(diào)控

第2次全國(guó)濕地資源調(diào)查結(jié)果顯示[16]，因水資源緊缺，城市建設(shè)對(duì)濕地的侵占，地下水開采過(guò)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(chǔ)水量，防止?jié)竦赝嘶?，首先擴(kuò)展水面面積，保障上游來(lái)水量；其次，針對(duì)原河道中部部分河道呈直角或近直角，易形成流動(dòng)死角而增加水體污染的問(wèn)題，對(duì)主河道進(jìn)行微調(diào)；另外，增加水流時(shí)間、水流面積與河道彎曲度，以增強(qiáng)水質(zhì)凈化功能。

圖6 研究區(qū)水文循環(huán)過(guò)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(shí)避免景觀破碎化嚴(yán)重，在觀賞功能濕地區(qū)內(nèi)建設(shè)潛流或小河道，構(gòu)建水系網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以增加河道之間連通性和水系長(zhǎng)度，從而增加水流經(jīng)過(guò)的植被類型和時(shí)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(guò)程調(diào)控

為防止因上游來(lái)水量不足，導(dǎo)致濕地水位和出水量下降，同時(shí)為增強(qiáng)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(shè)計(jì)長(zhǎng)為9.05 km的循環(huán)管道，以達(dá)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(zhǎng)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(lái)確定設(shè)計(jì)水位。在循環(huán)管道出口處設(shè)計(jì)水閘，當(dāng)水位低于設(shè)計(jì)水位時(shí)，關(guān)閉水閘，減少水量流失；當(dāng)水位高于設(shè)計(jì)水位時(shí)，打開水閘，使水位保持在設(shè)計(jì)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(guò)程優(yōu)化前后對(duì)比如圖6所示。由圖6可知，水文循環(huán)過(guò)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(jié)構(gòu)優(yōu)化與景觀過(guò)程調(diào)控結(jié)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(jìn)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(gè)等級(jí)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(duì)流經(jīng)的水體起到不同凈化作用。其中，在一級(jí)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(dāng)?shù)卣湎∥锓N組成的草本斑塊，同時(shí)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(xué)價(jià)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(cuò)區(qū)域，起緩沖作用的同時(shí)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(dá)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(dá)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(xué)價(jià)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(zhǎng)需求，配置適應(yīng)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(duì)水質(zhì)凈化的作用，同時(shí)提供教育功能。該單元在進(jìn)行景觀空間配置時(shí)，應(yīng)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(shí)，也有利于草地景觀的健康發(fā)展；在喬木斑塊中，設(shè)計(jì)一些鑲嵌其中的灌木和草本斑塊，豐富林下植被，同時(shí)增加物種多樣性，實(shí)現(xiàn)喬灌草立體結(jié)構(gòu)。

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(guò)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(shì)的高低營(yíng)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(shè)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(hù)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(jí)水質(zhì)凈化單元內(nèi)，配置長(zhǎng)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)連通度變化[18]，指數(shù)計(jì)算基于Fragstats軟件，計(jì)算結(jié)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?？偟膩?lái)說(shuō)，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(dá)性都有所改善。

表1 廊道配置前后景觀結(jié)構(gòu)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(guò)選取不同高度的喬木或灌木錯(cuò)落種植進(jìn)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(diǎn)眺望時(shí)，視線不會(huì)完全被植被遮擋，也不會(huì)完全沒(méi)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(shè)置，在道路廊道旁選取13個(gè)空間上均勻分布的點(diǎn)作為視線廊道配置的基準(zhǔn)點(diǎn)。從基準(zhǔn)點(diǎn)向研究區(qū)的四周，參照斑塊空間配置，設(shè)置17條總長(zhǎng)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(yīng)高度的喬木，有利于鳥類在飛行中得到休息和保護(hù)。同時(shí)在鳥類的飛行通道中，種植便于鳥類取食的植被。在設(shè)計(jì)鳥類飛行通道時(shí)，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(guò)鳥類連通的機(jī)會(huì)，以提高物種多樣性并增強(qiáng)物種保育功能。在研究區(qū)中，以物種保育單元為起點(diǎn)，配置6條生物廊道，總長(zhǎng)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(yù)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(duì)比如圖10所示。由圖10可知，經(jīng)基于景觀生態(tài)學(xué)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(duì)比Fig.10 Spatial distribution of before and after spatial optimal and configuration in research area

6 結(jié)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(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)理論，結(jié)合格局—過(guò)程—功能完整性的設(shè)計(jì)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(gè)一級(jí)功能區(qū)及9個(gè)二級(jí)功能單元，優(yōu)化了研究區(qū)的空間格局；提出了通過(guò)增加河道及河道間連通性的水文過(guò)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(guò)程調(diào)控結(jié)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(xué)理論能夠很好地應(yīng)用于城市濕地公園的空間優(yōu)化配置設(shè)計(jì)，功能區(qū)劃分既能保證功能完整性，又能為過(guò)程調(diào)控及空間配置提供方向和框架。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，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(jié)合園林規(guī)劃與美學(xué)理論，進(jìn)行濕地公園的空間優(yōu)化配置；在建設(shè)及運(yùn)營(yíng)時(shí)，應(yīng)持續(xù)對(duì)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(jìn)行監(jiān)測(cè)，并注意人類活動(dòng)對(duì)濕地公園景觀的影響，隨時(shí)檢驗(yàn)空間優(yōu)化配置結(jié)果并依據(jù)實(shí)際變化修正空間優(yōu)化配置方案。