吳任之 方小山 袁 莉 劉 爽 胡慧建 WU Renzhi, FANG Xiaoshan, YUAN Li, LIU Shuang, HU Huijian

0 引言

濕地公園具有保護濕地資源，為動植物提供棲息地的作用，同時更能為城市居民提供親近自然的休閑空間。水鳥則是濕地中一種具有景觀價值的生物資源，它們的生存與繁衍依賴于所處的濕地環(huán)境，因此常被作為評價濕地公園生境質(zhì)量的指標類群[1-2]。然而，許多研究表明，城市濕地資源受城市建設擴張和人類工業(yè)活動的影響，往往會出現(xiàn)功能退化、棲息地破碎化等一系列問題，最終導致濕地系統(tǒng)中水鳥的逃逸或滅絕[3]。在此背景下，近年來許多濕地公園的水鳥多樣性水平不容樂觀。如何完善濕地公園的設計，有效恢復濕地生態(tài)系統(tǒng)和水鳥多樣性已成為亟待解決的問題[4]。

由于濕地鳥類種類繁多，而不同鳥類對棲息地的需求亦有明顯差異，因此適用于所有物種多樣性提升方案可能并不存在[5-6]。可見，有必要根據(jù)棲息地所要招引的目標物種，結合場地環(huán)境條件，定制棲息地設計策略。當前探討濕地鳥類棲息地設計的文章多從環(huán)境因素角度入手，分析了濕地水深、面積大小、水文過程[7]、植被條件[8]、食物可獲取性和人為干擾等對提升鳥類物種多樣性的影響[9-12]。根據(jù)我們在實際項目中的實踐，除了考慮環(huán)境因素外，科學確定擬招引的目標物種也十分重要[13]。我們提出了物種落差分析方法（species differential analysis，SDA），該方法通過對場地現(xiàn)狀，周邊和歷史鳥類監(jiān)測數(shù)據(jù)的集合運算來確定目標物種。該方法有兩個優(yōu)勢：一方面，該方法能保證所篩選目標物種能夠與場地生境相適應，避免了目標物種確定時的隨意性和盲目性[14-15]；另一方面，只要確定了擬招引的目標物種，就可以根據(jù)目標物種的棲息地需求反推適宜這些物種生長與繁衍的生境樣貌，并將此推演結果作為棲息地提升的目標，這將為濕地公園的生境設計提供明確的方向，提高工程的效率。目前該方法已在廣東珠海的淇澳紅樹林濕地公園進行應用。該公園是珠三角面積最大的濕地公園，緊鄰國內(nèi)連片面積最大的紅樹林“淇澳紅樹林自然保護區(qū)”。在改造提升（2015年）前，受水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)家樂等人為擾動的影響，公園規(guī)劃范圍內(nèi)的水鳥種類與數(shù)量均低于歷史水平，有進行提升設計的必要。因此，本文以該公園為例，介紹基于物種落差分析的濕地公園提升設計。

本文的目標是：第一，介紹基于物種落差分析的目標物種篩選模型及針對目標物種的恢復對策；第二，以淇澳紅樹林濕地公園為例，介紹物種落差分析法的應用，包括從鳥類數(shù)據(jù)獲取與鳥類資源統(tǒng)計、目標物種篩選，到棲息需求歸檔的整個流程；第三，以淇澳紅樹林濕地公園為例，介紹基于物種落差分析結果的棲息地設計方案。

1 物種落差分析法

1.1 物種落差分析模型

如圖1所示，對于一個被破壞的生境，目標區(qū)域現(xiàn)有的水鳥物種會比歷史上的要少，而且這些現(xiàn)存水鳥往往是歷史上存在的，因此，在理想情況下目標區(qū)域現(xiàn)有物種（記作C）為歷史物種的子集（記作H）（現(xiàn)實中不排除會偶然出現(xiàn)目標區(qū)域現(xiàn)有物種，歷史上卻不存在的情況）；目標區(qū)域周邊環(huán)境一般會與目標區(qū)域相似，因此目標區(qū)域周邊物種（記作P）可能與歷史物種和現(xiàn)有物種都有交集。

設“物種落差”D為現(xiàn)存物種與歷史物種的差集，即D=H-C。物種落差D一般是由于物種逃逸或消失造成，若定義目標區(qū)域和周邊完全消失但歷史上存在的物種為D'、目標區(qū)域內(nèi)消失但在周邊存在的物種集合為D''，則有D = D'+D''。根據(jù)定義，D'與D''分別可通過下列公式獲得：

D'＝H-C-P式1-1

D'＝(H-C)-P式1-2現(xiàn)有物種C也可進一步細分，目標區(qū)域中現(xiàn)存而周邊不存在的物種集合設為C'，目標區(qū)域中現(xiàn)存而周邊也存在著物種設為C''，C'與C''分別可通過下列公式獲得：

C'=C-P式1-3

C''=C-P式1-4

以上物種集合D'、D''、C'與C''通過即為需要重點恢復的目標物種。

1.2 目標物種的恢復對策

從上一節(jié)篩選模型可獲得目標物種，接下來需要確定這些物種的棲息需求和“擴招引”類別。

棲息需求相似的水鳥劃分成同一類群，以便后期進行棲息場地的分區(qū)與集中施策，目標物種的棲息需求包括棲息地類型偏好，活動水位，食物需求，筑巢及隱蔽等行為特征這幾個方面。根據(jù)目標物種的棲息需求，可結合場地環(huán)境特征，對目標區(qū)域進行場地分析，地形改造和植物種植等。

“擴招引”類別是指根據(jù)水鳥在現(xiàn)狀、周邊與歷史的存在情況而確定的不同恢復對策。具體地，D'物種由于完全消失，需采用“引”的方式；D''由于生活于周邊區(qū)域，采取“招”。C'是周邊區(qū)域不存在的物種，可考慮提升目標區(qū)域現(xiàn)有環(huán)境，用“擴”的方式恢復種群數(shù)量；C''是目前區(qū)域與周邊區(qū)域都存在的物種，因此同時采用“招”和“擴”的對策進行恢復（圖1）。

圖1 物種落差分析模型Fig.1 species differential analysis model

“擴”對策是指根據(jù)水鳥棲息需求，通過地形設計、底質(zhì)改造、水污染防治與水位調(diào)控、植物群落恢復等措施提升現(xiàn)狀生境；“招”對策是指模擬周邊適宜水鳥的棲息地樣貌，因地制宜的改造場地現(xiàn)狀生境，在生境改善后，使用鳥類仿真模型、聲誘設備等臨時性人工招引設施吸引附近鳥類進入目標區(qū)域，當場地中開始出現(xiàn)水鳥集群后，逐步撤離這些人工招引設施；“引”對策是指對雛鳥和幼鳥進行人工養(yǎng)殖，在棲息地生境改善后，將這些水鳥逐步引入公園，采用過渡性籠舍等臨時性輔助設施訓練水鳥逐步適應環(huán)境，所有操作均根據(jù)IUCN重引入指南進行。

2 物種落差分析的應用

本節(jié)結合本團隊在廣東珠海的淇澳紅樹林濕地公園進行棲息地提升設計的案例（下文簡稱為“淇澳項目”）闡述物種落差分析法的應用。

2.1 區(qū)域概況

淇澳島位于珠海市北部，面積2 400 hm2，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，陽光充足，雨量充沛，夏無酷暑，冬無嚴寒，是中國三大候鳥遷徙路徑的重要節(jié)點之一。年平均氣溫22~23℃間，平均最高氣溫（7月）是31.8 ℃，最低（1月）是12.1 ℃，年均降雨量1 975.1 mm。

淇澳項目的目標區(qū)域淇澳紅樹林濕地公園（一期）位于淇澳島中部，總面積106.82 hm2，改造提升前（2015年）該場地棲息地類型單一，僅由多個養(yǎng)殖塘構成（圖2-3）；由于水產(chǎn)養(yǎng)殖需求，水體水位相對較深（0.6—1 m），幾乎無裸露灘涂（圖4）；場地內(nèi)農(nóng)家樂等項目分散各處，人為擾動較大（圖5）。這些因素都不利于水鳥棲息，調(diào)查數(shù)據(jù)顯示該場地水鳥多樣性水平已經(jīng)遠低于上世紀八九十年代。

圖2 目標區(qū)域航拍圖（自西向東拍攝）Fig.2 aerial view of the target area from west to east

圖4 規(guī)劃前養(yǎng)殖塘實景圖Fig.4 aquaculture ponds before planning

圖5 規(guī)劃前農(nóng)家樂項目實景圖Fig.5 agritainment project before planning

2.2 鳥類數(shù)據(jù)獲取

鳥類監(jiān)測數(shù)據(jù)通過樣線法調(diào)查獲得。樣線調(diào)查時選擇在具備晴朗天氣的日期，水鳥活動最為活躍的6:00—10:00和15:30—18:30進行，調(diào)查人步行速度控制在1.5~2.0 km/h。使用雙筒望遠鏡（KOWA BD 8*42XD）和單反相機（Canon SLR）觀察與記錄樣線兩側各200 m范圍內(nèi)的鳥類種類、數(shù)量和行為等信息。野外鳥類鑒定參考約翰·馬敬能等提出的《中國鳥類野外手冊》[16]，鳥類分類系統(tǒng)參照鄭光美的《中國鳥類分類與分布名錄》[17]。

目標區(qū)域現(xiàn)存鳥類數(shù)據(jù)通過三條樣線調(diào)查獲得（圖6），調(diào)查自2015年10月開始，至2016年9月結束，每月開展一次調(diào)查。周邊鳥類數(shù)據(jù)根據(jù)廣東省動物資源應用研究所2005—2010年珠海鳥類本底調(diào)查整理獲得（根據(jù)物種落差分析定義，周邊與現(xiàn)存鳥類監(jiān)測同時進行將較為理想，此處使用已有數(shù)據(jù)進行計算分析可節(jié)約時間與人力成本。周邊與現(xiàn)存鳥類監(jiān)測時間相差5~10年會與理論模型有所出入，但同樣能起到篩選物種的效果）。歷史鳥類數(shù)據(jù)采用廣東省動物資源應用研究所基于文獻查閱方法整理的1980—2010年淇澳島鳥類數(shù)據(jù)。

圖6 項目地鳥類監(jiān)測樣線示意圖Fig.6 the schematic diagram of the bird monitoring sample line

2.3 水鳥資源統(tǒng)計

經(jīng)調(diào)查，目標區(qū)域現(xiàn)狀共有鳥類物種6目9科19種，其中水鳥15種，優(yōu)勢種1種，常見種9種，偶見種5種；周邊區(qū)域共有鳥類物種8目13科37種，其中共有水鳥21種，優(yōu)勢種4種，常見種12種，偶見種5種；歷史上該區(qū)域共有鳥類物種7目13科43種，其中水鳥27種，優(yōu)勢種3種，常見種9種，偶見種13種（表1）。

表1 歷史、周邊及目標區(qū)域水鳥資源名錄Tab.1 a list of waterfowl resources in history, surrounding areas and target areas

圖3 目標區(qū)域航拍圖（自南向北拍攝）Fig.3 aerial view of the target area from south to north

2.4 目標物種及其棲息需求

2.4.1 目標物種篩選

從淇澳項目的水鳥資源統(tǒng)計看，現(xiàn)有物種多是歷史上存在的，但存在大白鷺這一特例，該物種在目標區(qū)域中現(xiàn)存，而歷史上卻不存在，與物種落差分析描述的理想情況有所出入；另外，該項目的水鳥數(shù)據(jù)在統(tǒng)計時增加了優(yōu)勢度分級。根據(jù)這兩個在實際應用中遇到的情況，結合1.1和1.2討論的物種落差分析原理，可推導出如圖7所示的目標物種篩選模型，該模型考慮了現(xiàn)存、周邊及歷史三個集合在不同“優(yōu)勢度”級別下的63種疊加情況。根據(jù)該篩選模型，使用VBA語言編寫Excel宏命令，令計算機自動篩選出目標物種及其相應招引對策如表2所示。

表2 目標物種名錄Tab.2 a list of target species

圖7 淇澳項目目標物種篩選模型Fig.7 target species screening model for Qi’ao Project

篩選結果中，使用“擴”對策的物種共11種，單獨使用“招”的物種共13種，單獨使用“引”的物種共10種，合計目標物種共34種。根據(jù)目標物種所屬分類和生活習性可以將其分為鷺鳥類、秧雞類、鸻鷸類、游禽類和鷗類等。鷺鳥類主要采用擴措施（6擴，2引，2招），游禽類主要采用招措施（6招），秧雞類主要采用引措施（3引，1招，1擴），鸻鷸類需同時采用三種措施（4擴，3引，2招），鷗類則有1引1招（表3）。預期擴招引效果一般和良好的物種分別為22和12種，兩類物種

在擴招引措施上不做明顯區(qū)分，它們的區(qū)別僅是預期良好的物種從數(shù)據(jù)上觀察被有效恢復的幾率較大。

2.4.2 棲息需求歸檔

對所確定的目標物種根據(jù)其棲息需求進行分類歸檔，為場地分區(qū)設計和對各區(qū)采取相應的棲息地提升策略提供依據(jù)，如表3所示。

表3 目標水鳥棲息需求Tab.3 target waterfowl habitat requirements

3 基于物種落差分析結果的棲息地設計

根據(jù)2.4中所篩選的目標物種，結合場地條件，對淇澳紅樹林濕地公園進行合理的場地分區(qū)、地形改造和植物種植，采取相應的設施與舉措進行擴招引，并最終得到淇澳項目建設總平面圖（圖8）。具體設計細節(jié)由下文闡述。

圖8 目標區(qū)域建設總平面圖Fig.8 general construction plan of target area

3.1 場地分區(qū)

將項目地劃分為5個區(qū)域（圖9），即鷗類區(qū)、雁鴨區(qū)、鷺鳥區(qū)、鸻鷸區(qū)、秧雞區(qū)。由于自然界中鳥類的棲息活動常常是鑲嵌交錯的，因此各區(qū)域之間不做隔離，歡迎鄰區(qū)鳥類進入，并鼓勵各區(qū)域中的水鳥群落形成后向周邊區(qū)域擴散。這種分區(qū)仍是必要的，主要有兩個優(yōu)勢：一是各分區(qū)對應不同的典型招引對象，有利于便集中施策；二是5個區(qū)域的設置考慮了水鳥的棲息需求，也順應了原始場地環(huán)境中的生態(tài)梯度，即“海水—深水區(qū)（鷗類區(qū)與雁鴨區(qū)）—淺水區(qū)（鷺鳥區(qū)）—灘涂（鸻鷸區(qū)）—林地（秧雞區(qū)）”，有助于因地制宜的進行場地改造。

圖9 目標區(qū)域場地分區(qū)Fig.9 site zoning of target area

其中，鷺鳥區(qū)與鷗類區(qū)原始環(huán)境受人為擾動較少，對這兩個區(qū)域設計重點在于利用好原有場地優(yōu)勢，僅對環(huán)境進行微改造，適當添置臨時性設施輔助招引；其余各區(qū)原有場地多為人工養(yǎng)殖塘，缺少灘涂地、沙灘地等生態(tài)類型，水位較深，食物資源缺乏且種類單一等，不太適宜目標鳥類棲息，設計重點在于根據(jù)其對應水鳥的棲息需求進行場地改造與種植設計；各分區(qū)的改造遵循最小工程量原則，盡可能保留原有紅樹林生境。

3.2 地形改造

根據(jù)各類種群水鳥的棲息類型需求、水位需求等，對目標區(qū)域進行地形改造和水位控制。

具體地，保留鷺鳥區(qū)中部三座小島；將幾處植被條件差的裸灘改造成砂石灘，砂石灘地表高出水面約0.5 m，寬約10 m，長約200 m；水體最大水深控制在0.5 m以下，灘涂及淺水區(qū)域的水底地形坡度控制在5°以內(nèi)。在鸻鷸區(qū)，清理出若干處長條形沙灘裸堤，裸堤高出水面約0.5 m，寬約20 m，長約50 m；堆填若干處高于水面0.5 m的灘涂地；對水位進行控制，控制原則為水深0.3 m以下區(qū)域占70%，水深約0.5 m的區(qū)域占30%。秧雞區(qū)內(nèi)營造3~4處灘涂地，在灘涂地周邊營造淺水區(qū)域，灘涂地及淺水區(qū)水底地形坡度在5°以內(nèi)；雁鴨區(qū)內(nèi)營造3個面積在1~3 hm2的水域，并保證相互間的聯(lián)通，水深控制在1 m以下，冬天水位適當控制在0.7 m以下。鷗類區(qū)內(nèi)，保留或進一步開拓出水深2 m左右的開闊水體，維護好原有的養(yǎng)殖塘基質(zhì)。

規(guī)劃的項目地水鳥棲息地生態(tài)布局如圖10所示。

圖10 水鳥棲息地生態(tài)布局圖Fig.10 ecological layout of waterfowl habitat

3.3 植物種植

根據(jù)各類種群水鳥的棲息類型需求、食物需求、筑巢及隱蔽需求等，對目標區(qū)域進行植物種植規(guī)劃。

保留鷺鳥區(qū)的小島上原有樹種，并適當加種喬木與竹子，如馬尾松（Pinus massoniana）、樟樹（Cinnamomum hupehanum）、水杉（Metasequoia glyptostroboides）、粉簞竹（Bambusa chungii）等，保證島上植物郁閉度在0.8以上；水岸盡量保留原有紅樹林景觀，在此基礎上密植草灌，重點選擇鹵蕨（Acrostichum aureum）、秋茄（Kandelia obovata）、老鼠簕（Acanthus leucostachyus）、黃槿（Hibiscus tiliaceus）等觀賞性良好的紅樹及半紅樹植物，為鷺鳥提供覓食、停留、筑巢及遮蔽自身的場所。鸻鷸區(qū)內(nèi)，岸邊保留原生紅樹，加種果源性草灌；水體中種植如蘆葦（Phragmites australis）、茭白（Zizania latifolia）、水蔥（Schoenoplectus tabernaemontani）等挺水植物，水生植物對水體覆蓋率為10%~20%。秧雞區(qū)隨機營造40~60處50~100 m2的水生植物密植區(qū)域，種植如睡蓮（Nymphaea tetragona）、芡實（Euryale ferox）和蓮（Nelumbo nucifera）等至少5個種類的浮水與挺水植物；岸邊加種蜜源和果源性灌草；雁鴨區(qū)，水岸邊種植千屈菜（Lythrum salicaria）、水蔥（Schoenoplectus tabernaemontani）、水生鳶尾（Iris tectorum）等較為低矮的水生植物，陸地上通過保留原有樹種或人工密植形成紅樹林景觀，水陸交界處適當種植玉米（Zea mays），小麥（Triticum）或水稻（Oryza）等作物。

3.4 集中施策

重引入的水鳥以秧雞類、鷺鳥類、鸻鷸類等為主，這些水鳥必須有合法的人工繁育來源。人工繁育的鳥類在被重新引入棲息地的早期，野外生存能力仍然很弱，根據(jù)我們將在場地內(nèi)鳥群形成后，可以通過過渡性籠舍幫助它們適應環(huán)境。在各區(qū)適當位置設置過渡性籠舍，并根據(jù)各類水鳥的生活習性定制籠舍的大小和內(nèi)部微地形；籠舍內(nèi)設置喂食平臺，為各類水鳥提供不同的食物（圖11）；這些籠舍屬于過渡性設施，待鳥類逐漸適應并回歸環(huán)境后，籠舍將被撤離。

圖11 各分區(qū)剖面及過渡性籠舍示意圖Fig.11 section drawing and schematic diagram of transitional cage

游禽區(qū)、鸻鷸區(qū)等需重點采取“招”措施的區(qū)域。由于水鳥往往是群聚性的，棲息環(huán)境剛改善的時候，可能會被鳥群習慣性地忽視，因此在棲息地營建工程完成后，將布點放置鳥類仿真模型和聲誘系統(tǒng)，利用群聚效應吸引過往水鳥進入該區(qū)域，當一定數(shù)量的水鳥將該地區(qū)作為棲息地時，逐步撤離這些臨時性設施；鷗類區(qū)還可在水體中適當布設木樁和竹排等，以供鷗類停歇。

在擴大原有種群方面，除了通過地形改造與植物種植提升棲息地環(huán)境外，還可通過充實水鳥的食物來源，以提升環(huán)境容納量。鷺鳥區(qū)、游禽區(qū)和鷗類區(qū)屬于潮汐漲落帶，水體與外海直接聯(lián)通，因此在水體邊界設置安全網(wǎng)，防止魚蝦外游；鸻鷸區(qū)與秧雞區(qū)屬于水位恒定區(qū)，在場地恢復的早期階段，該區(qū)域水體與海水隔絕，天氣干燥時由于無法得到自然補充，魚蝦大量減少，可臨時性投放本地品種的魚苗蝦苗，當水體與海水打通后，則在水體入口處設置水閥，每隔1~2月派遣專人開放，以更新水質(zhì)、控制水位，及補充外海魚蝦（該過程需注意預防物種入侵并合理控制水體中魚蝦數(shù)量）。

4 結語

本文闡釋了“物種落差分析法”的原理，由該原理衍生的目標物種篩選模型，以及針對目標物種的恢復對策，隨后完整介紹了一個“物種落差分析法”指導下的濕地公園水鳥棲息地提升項目設計方案。該方案以珠海淇澳紅樹林濕地公園（一期）為目標區(qū)域，通過對淇澳島現(xiàn)狀（2015—2016年）、周邊及歷史的鳥類監(jiān)測數(shù)據(jù)進行集合運算，確定34種目標物種，同時標明這些物種的“擴招引”屬性，并根據(jù)這些物種的棲息需求進行類群劃分。在此基礎上，結合項目地的場地條件，將公園按生態(tài)梯度和典型招引物種劃分為：深水區(qū)（鷗類區(qū)與雁鴨區(qū)）—淺水區(qū)（鷺鳥區(qū)）—灘涂（鸻鷸區(qū)）—林地（秧雞區(qū)），針對各區(qū)進行地形改造、植物種植，并采取相應的擴招引設施和舉措。雖然，本文介紹的設計方案最終并沒能在淇澳紅樹林濕地公園完整實施，但基于該方法的設計方案已在湖南常德螺灣濕地公園[13]、廣東廣州海珠國家濕地公園等項目中付諸實施并取得良好效果，是濕地公園水鳥棲息地恢復與提升的一種有益嘗試。

“物種落差分析法”目前僅用于濕地公園恢復項目的鳥類篩選，但其將目標物種篩選過程進行公式化的理念具有普適性，未來可嘗試應用于獸類、兩棲類、甚至植物的篩選中，亦可在郊野公園、風景名勝區(qū)、自然保護區(qū)等其它綠地類型中進一步推廣。該方法未來還可將物種空間分布、物種多度曲線、群落結構等納入為參考因子，也需尋求與生態(tài)學、植物學、動物學、水文學等學科的相互配合。

圖表來源：

圖1、6-7：作者繪制

圖2-5：杭州園林設計院提供

圖8-10：根據(jù)杭州園林設計院提供的規(guī)劃資料改繪

表1-3：作者繪制