讓城市廢棄地重?zé)ㄐ律?，草本植物可以這么種

注：本文為刪減版，不可直接引用。原中英文全文刊發(fā)于《景觀設(shè)計學(xué)》（Landscape Architecture Frontiers）2022年第6期。獲取全文免費下載鏈接請點擊https://journal.hep.com.cn/laf/EN/10.15302/J-LAF-1-020069；參考引用格式見文末。

基于群落構(gòu)建機制的城市棕地草本植物生態(tài)種植研究

Herbaceous Planting for Ecological Restoration of Urban Brownfields Based on Mechanisms of the Assembly of Plant Communities

1 重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院

2 重慶大學(xué)山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點實驗室

3 重慶大學(xué)三峽庫區(qū)消落區(qū)生態(tài)修復(fù)與治理研究中心

4 重慶大學(xué)城市環(huán)境與生態(tài)學(xué)院

5 重慶千洲生態(tài)環(huán)境工程有限公司

引 言

棕地是曾被開發(fā)且處于荒廢、閑置狀態(tài)的土地。近年來，以草花混播為例的生態(tài)種植技術(shù)快速發(fā)展，通過模擬自然植物群落結(jié)構(gòu)建立城市植被，可被視為修復(fù)棕地土壤、提升生物多樣性與增加棕地美學(xué)價值的潛在策略。

本文依據(jù)群落構(gòu)建機制的理論基礎(chǔ)，創(chuàng)新性地提出“微地形設(shè)計－適應(yīng)性選種－協(xié)同共生結(jié)構(gòu)設(shè)計－模擬自然群落結(jié)構(gòu)－在地種植”的城市棕地草本植物生態(tài)種植技術(shù)框架。研究選擇重慶市的一處棕地實施修復(fù)，并進(jìn)行修復(fù)后生態(tài)績效評估，旨在為城市棕地生境修復(fù)與服務(wù)功能優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)和可參考的應(yīng)用范式，對完善城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與增強城市生態(tài)系統(tǒng)韌性具有重要意義。

研究場地與設(shè)計目標(biāo)

研究場地位于重慶市合川區(qū)森楷路西北側(cè)、嘉陵江北岸，占地面積約3600m²，具有典型的城市棕地特征。場地內(nèi)部土壤瘠薄、土層厚度僅30~40cm，土層以下為回填建筑棄渣。場地地形平整，蓄水保墑能力差，降雨時極易形成大量徑流，沖刷并攜帶污染物匯入靠近場地西北邊界的沖溝，最終流入嘉陵江。場地內(nèi)植被覆蓋度較小，現(xiàn)狀植被中以入侵植物占絕對優(yōu)勢地位，生物多樣性極為貧乏。

研究地塊區(qū)位圖 ? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

場地改造前環(huán)境概況 ? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

研究場地亟需建立可持續(xù)性良好的植物群落，在場地與下方嘉陵江之間建立一個具備地表徑流調(diào)蓄、面源污染防控、生物多樣性提升等功能的生態(tài)緩沖區(qū)，優(yōu)化場地景觀效果，為附近居民提供良好的游憩場所。

城市棕地草本植物生態(tài)種植技術(shù)框架

基于植物群落構(gòu)建機制，研究重點考慮了微地形設(shè)計和適應(yīng)性選種兩個方面。在此基礎(chǔ)上組織起有效的棕地草本植物生態(tài)種植技術(shù)框架。研究團(tuán)隊于2017年10月至2018年3月間，對場地實施了草本植物生態(tài)種植項目。

城市棕地草本植物生態(tài)種植技術(shù)框架 ? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

設(shè)計連續(xù)的凹凸微地形變化，并在水平空間上形成凹凸地形的復(fù)雜鑲嵌，從而創(chuàng)造多樣化的空間生態(tài)位、提供多樣化的植物生長基面，也有利于地表徑流的生態(tài)調(diào)蓄。構(gòu)建凹地形能夠為喜濕植物創(chuàng)造所需生長空間；凸地形的坡面有利于排水，適宜耐旱或喜旱植物生長，又可以形成遮蔭，為低矮的喜蔭植物提供生長條件。良好配置的凹凸微地形組合，能夠通過多樣化的地表小微起伏實現(xiàn)雨水徑流緩沖，同時獲取并富集隨徑流傳播的自生植物繁殖體，進(jìn)一步提高植物群落的物種及結(jié)構(gòu)多樣性。由于平緩坡面（坡度<15°）濕度適中且水濕變化較為豐富，因此設(shè)置一定量的平緩坡面，有利于增加植物物種豐富度；南向坡面利于聚熱采光，因此增加南向緩坡的坡長能為更多草本植物提供適宜的生長環(huán)境。此外，對小部分洼地進(jìn)行生態(tài)防滲處理，形成積水洼地與濕塘等小微濕地結(jié)構(gòu)，為濕生植物、水生昆蟲及兩棲類動物提供良好生境。

基于研究場地的棕地生境條件，確定如下適應(yīng)性選種原則。

1）選擇對土壤養(yǎng)分需求較低、有一定耐旱能力的植物種類。

2）選擇對污染物和重金屬元素具有較強阻滯、吸附及凈化能力的植物種類。

3）選擇具有一定耐水濕能力、能夠在24~96小時的積水環(huán)境中存活的植物種類。

4）避免選擇競爭力強的植物種類。

根據(jù)上述原則，研究共篩選39種草本植物（表1）。

設(shè)計構(gòu)建草本植物群落與動物關(guān)鍵種（即對其他動植物的分布和群落多樣性具有重要調(diào)控作用的動物種類）的協(xié)同共生結(jié)構(gòu)，以提升植物群落的自組織及自我維持能力，有效服務(wù)于區(qū)域生物多樣性保育并降低養(yǎng)護(hù)成本。選用不同開花期的草本植物，為傳粉昆蟲提供充足的食物。利用場地內(nèi)留有的汽車金屬部件、建筑棄渣及枯枝構(gòu)筑“昆蟲旅館”，并在地面堆砌一定量的卵石堆、塊石堆，為傳粉昆蟲及土壤動物提供必要的巢穴和庇護(hù)生境。將一定數(shù)量的大體積巖石和石籠網(wǎng)隨機置入場地，形成高出植物、供傳粉昆蟲接受光照的平臺。少量平緩坡面上不種植任何植物，可在雨后為蝴蝶等昆蟲提供啜飲泥漿（以補充水分和無機鹽）的安全環(huán)境。將觀賞性高草進(jìn)行集群栽植，并在附近置入倒木、枯枝等木質(zhì)物殘體，為小型鳥類提供覓食、筑巢、庇護(hù)與停棲場所。上述一系列多樣化的小微生境，能夠增加場地內(nèi)“植物－傳粉昆蟲－鳥類”協(xié)同共生結(jié)構(gòu)數(shù)量，并在立體空間上形成復(fù)雜嵌套，從而形成對傳粉昆蟲與鳥類等關(guān)鍵種種群的有效保育。

昆蟲旅館 ? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

傳粉昆蟲曬太陽維持體溫的平臺 ? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

為昆蟲啜飲泥漿設(shè)置的緩坡 ? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

為小型鳥類筑巢、覓食和庇護(hù)設(shè)計的高草小群落 ? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

在自然草甸中，不同花期、不同高度和不同葉序形態(tài)的多種草本植物相互交錯生長，既保證了植被覆蓋度與更為復(fù)雜的分層結(jié)構(gòu)，又能夠形成豐富季相并延長觀賞期。

本文中，草本植物群落配置模擬自然草甸群落中不同種群斑塊相間的鑲嵌式布局，形成三種類型的水平格局。表2展示了研究所選草本植物種類及其對應(yīng)的水平空間配置模式。

1）均勻式（植物個體按一定間距均勻分布）：選擇花色豐富、花序較小、開花時間交錯的植物種類，混合這些植物種類的種子形成種子組合并均勻播種。

2）隨機式（每種植物個體在種群所占水平空間中隨機出現(xiàn)，任何個體的存在不影響其他個體的分布）：選擇花序與葉序特征明顯的種類進(jìn)行隨機選點栽植。

3）集群式（植物個體成群、成簇、成塊地密集分布）：選擇環(huán)境適應(yīng)性強、花期長、蜜粉豐富的種類進(jìn)行密集型栽植。

自然植物群落內(nèi)水平分布格局：圖中為一處滇西北草甸群落內(nèi)三種示例植物的水平分布格局示意圖。? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

自然草甸群落的垂直結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)分層的基本特征，一般具有3~5個亞層，最高亞層接受的光照強度更高、光合作用更充分，容易形成競爭優(yōu)勢；中間亞層通常具有較高的物種多樣性；最低亞層則擁有更高的耐蔭能力和最早的花期。

據(jù)此，研究設(shè)計了三個草本植物群落亞層。第一亞層選擇葉序較高（50~90cm）、葉序量少的種類進(jìn)行稀疏種植，同時，選擇抽薹開花時花莖較高（90~120cm）的種類。第二亞層選擇中等高度（30~50cm）、花期長、頭狀花序與總狀花序色彩鮮艷的種類。第三亞層選擇葉序低（10~30cm）、花莖短（20~30cm）、花期早且耐半蔭的種類，以及一些冠層面積較大的種類。

草本植物群落垂直結(jié)構(gòu)示意圖 ? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

研究采取種子混播與種苗混栽相結(jié)合的復(fù)合種植技術(shù)。其中，場地中面積約60%的區(qū)域采用種子混播技術(shù)，種子組合包括多年生種類組合（秋播，2017年10~11月）與一二年生種類組合（春播，2018年3月），混播密度為5g/m2。播種前對場地雜草進(jìn)行人工拔除，并移除2~3cm表層土；將少量腐殖土與表土混合，增加土壤養(yǎng)分；播種時將種子與粗砂、細(xì)河沙及由蘆葦加工成的植物纖維（長度2~5mm、直徑0.2~0.8mm）進(jìn)行充分混合。隨機式與集群式配置采用15cm杯苗混栽，有利于準(zhǔn)確建立優(yōu)勢種的小集群，并有效控制高大植物種類的生長范圍。

生態(tài)效益評估

生態(tài)種植實施后，場地內(nèi)形成了結(jié)構(gòu)豐富、充滿自然野趣的草本植物群落。2018年6月，研究者對修復(fù)后地塊進(jìn)行了隨機取樣（8m×12m）測繪。結(jié)果顯示，修復(fù)后草本植物群落的物種豐富度大幅提升，且不同種類協(xié)同共生，呈現(xiàn)出預(yù)期的“均勻－隨機－集群”水平結(jié)構(gòu)。同時，植被覆蓋度達(dá)96.3%，建立了競爭優(yōu)勢，有效抑制了空心蓮子草、葎草等惡性雜草的生長。

修復(fù)后草本植物群落樣地圖解（2018 年6 月繪） ? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

修復(fù)后第一年，草本植物群落呈現(xiàn)了長達(dá)5個月的觀賞花期（3月上旬至8月下旬），群落季相豐富，極大地提升了場地的美學(xué)價值。

修復(fù)后草本植物群落景觀效果及其動態(tài) ? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

研究分別于修復(fù)前和修復(fù)半年后對場地內(nèi)10~20cm土壤層進(jìn)行土壤滲透率測定。結(jié)果表明，修復(fù)后的土壤滲透率（6.22±0.259cm/h）相較修復(fù)前（3.96±0.305cm/h）顯著提高。修復(fù)后的草本植物群落具有較為復(fù)雜的根系結(jié)構(gòu)，有助于場地徑流滲透和調(diào)蓄功能的有效提升。

同時，修復(fù)后的草本植物群落具有更高的植被覆蓋度和更豐富的分層結(jié)構(gòu)，有利于降雨和地表徑流的攔截、阻延與蒸散發(fā)，減少徑流生成總量并延長徑流的形成時間。2018年，每次降雨后對場地進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)除小型濕塘及較深洼地以外，場地內(nèi)其他區(qū)域均無明顯積水。

本文以傳粉昆蟲作為場地生物多樣性的指示類群。修復(fù)后的草本植物群落中分布有種類豐富的傳粉昆蟲。場地內(nèi)形成的“傳粉昆蟲－蜜源植物”協(xié)同共生結(jié)構(gòu)及其在空間上的復(fù)雜嵌套，對提升傳粉昆蟲種群數(shù)量具有重要作用，利用傳粉昆蟲的授粉服務(wù)來維持場地內(nèi)及周邊地塊中植物群落的結(jié)構(gòu)與功能穩(wěn)定性，從而增加修復(fù)后景觀的可持續(xù)性，并降低人工管理成本。

修復(fù)后草本植物群落中的傳粉昆蟲種類明顯增加 ? 袁嘉，錢深華，游奉溢，張照亮，尹淵

結(jié)語及展望

在今后的研究中，需要對城市棕地植物群落的物種組成變化、種間競爭關(guān)系，以及植物群落對棕地環(huán)境的響應(yīng)與改造機制進(jìn)行深入科學(xué)分析，進(jìn)一步探索不同水平結(jié)構(gòu)和垂直分層中植物種類的組成比例等設(shè)計參數(shù)。應(yīng)對修復(fù)后土壤污染濃度及其重金屬含量進(jìn)行定量監(jiān)測，評估生態(tài)種植營建的草本植被對棕地土壤的長期適應(yīng)能力及其污染凈化能力，并通過原位試驗進(jìn)一步篩選超積累植物。應(yīng)構(gòu)建不同氣候條件／植物區(qū)系下，土地利用類型高周轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)城市棕地的草本植物群落生態(tài)種植模式。應(yīng)加強城市棕地草本植物景觀的生態(tài)過程研究，并關(guān)注城市自生植物及潛在植被在生態(tài)種植中的功能及作用。

編輯 | 田樂，高雨婷

翻譯 | 高雨婷，田樂

制作 | 高雨婷