基于植草沟设施构建的水陆两栖型花境的研究

　　摘要：文章通过对绿地中植草沟设施与花境景观结合途径的研究，首先界定了水陆两栖型花境的概念与类型，明确了水陆两栖型花境是一种具有雨水传输作用和花境艺术价值并助于雨水渗透和净化的生态基础设施；然后从种植基质、植物材料、设计特征3方面阐述了水陆两栖型花境的构建途径，同时结合太阳宫公园改造过程中的研究性应用，讨论其在城市雨洪管理体系内各个阶段的延伸性；最后对水陆两栖型花境建设提出建议。
　　关键词：植草沟，水陆两栖型花境，构建途径　

　　1 研究背景
　　城市化过程中下垫面属性的改变使城市涵养水源能力下降，受暴雨洪涝灾害的威胁程度上升，并已成为影响地区水文状况的最主要因素之一。统计表明，自1951年以来北京极端降水事件明显增多，“7.21”特大暴雨导致城区内涝，造成严重的人员伤亡和经济损失，影响了城市安全。在城市雨洪问题亟待解决的背景下，源头削减、中途传输、末端调蓄的城市雨洪管理策略被提出，生物滞留设施、透水铺装、植草沟、雨水花园、湿塘等相应的雨洪管理工程设施应运而生。
　　其中植草沟属于景观性地表沟渠排水系统，主要应用于雨水传输阶段，具有收集、滞留、运输和排放等调蓄雨水的功能；还可通过植物的过滤、渗透作用有效去除雨水径流中的多数悬浮颗粒和部分溶解态污染物，达到净化雨水的效果，应用前景广阔。目前，植草沟在绿地建设的实践中依然存在一些问题：为保证调蓄、净化功能而调整不同结构参数（如横断面面积、纵向坡度和沟底宽度等），继而导致工程复杂、开发强度超出需要；对植物材料的选择缺乏系统的研究梳理，造成植物种类单调，影响建成景观效果。因此，如何使这些雨洪管理工程设施成为兼有生态服务功能和景观美化效果的生态基础设施是我们研究的重点。本文结合植草沟与花境提出了适用于绿地设计的生态基础设施——水陆两栖型花境，以期对雨洪问题的解决提出新视角。
　　2 水陆两栖型花境的概述
　　2.1 水陆两栖型花境的内涵
　　花境是一种利用植物形态、色彩、质感、体量等特征，使植物呈现层次丰富、步移景异、季相变幻等多种艺术效果的花卉景观，在植物材料、立地条件、景观效果等方面均有完善的理论体系和丰富的实践案例。目前，国内已经出现把花境与绿地中的雨水传输设施结合应用。上海辰山植物园雨水花园和绿环体系主要由旱溪花境构成，不仅提高了植物群落美景度，还能防止水土流失、滞留雨水、促进地表径流下渗。
　　诸多实践案例与理论研究表明，将独具特色的花境运用到植草沟设计中，构建水陆两栖型花境，不仅可以有效提高绿地景观效果，还能简化工程构造，方便管理维护，是一种适用于绿地建设的雨洪调蓄手段。因此，水陆两栖型花境可以被认定是一种具有雨水传输作用和花境艺术价值并有助于渗透和净化雨水的生态基础设施。
　　2.2 水陆两栖型花境的类型
　　基于雨水传输在不同阶段的功能，可将水陆两栖型花境分为收集型、滞留型、运输型、渗透型和净化型5种类型。
　　收集型花境用于雨水的收集和短暂储存，同时去除悬浮颗粒物等大块杂质。因此可选择根系发达、抗冲击能力强，叶片密集、可过滤大颗粒杂质的植物材料；下垫面增加大颗粒石块、卵石和树皮等进行初级过滤；在场地中可结合水池、下凹式绿地布置。
　　滞留型花境是对迅速进入场地内雨水的缓冲，经过该阶段处理后可以减缓径流速度，保证下一阶段的有效运输。植物材料和收集型相似，且所选植株应低矮抗倒伏；种植基质宜采用大颗粒粗糙石块结合小卵石的组合；设计上可利用微地形与砂石的结合，减缓径流速度。
　　运输型花境主要承担雨水传输的功能，植物材料、种植基质的选择比较灵活，但对植物的管理维护要求较高，需定期清理下垫面沉淀物等。
　　渗透型花境以增加雨水渗透量为首要目标。为缩短渗入基质的时间，提高渗透能力，需选择水源涵养能力强、枝叶密集的植物材料；调整种植基质的配料配比增加渗透系数；另外，还可增长水流路径来延长雨水在地表的渗透时间。
　　净化型花境则是通过物理、化学和生物净化过程对雨水深度净化，改善水质。美国学者Lucas等通过实验证明种植植物的土壤能够更有效地吸收、净化雨水中的污染物，且去污效果与生长速度和生物量正相关。此外，由于发达的植物根系已被多个科研团队证实其在雨水污染物的去除中具有决定性作用，所以净化型花境的构建应首选菖蒲、芦苇等根系发达、生长较快的植物材料。净化型花境多结合水池设计，以种植水深50 cm左右的水生植物为主，下垫面可铺设土工膜，并用砂或砾石覆盖，维持局部区域在雨季的盛水状态。
　　2.3 水陆两栖型花境的特点
　　通过分析研究水陆两栖型化境的内涵，可以总结水陆两栖型花境4方面的特点。1）具有雨水传输、净化功能：通过选用丰富的植物材料来调节雨水、涵养水源、降低污染，采用合适配置的基质来增加渗透、过滤净化雨水，并根据需求进行植物和排水通道的合理布置。2）植物丰富、景观效果良好：根据花境功能和生长环境的要求，选取适合的植物材料，营造丰富的植物景观，形成干湿两种景观效果。3）工程构造简单：相较于植草沟，水陆两栖型花境对工程构造的要求较简单，在设计时通过对整体高程走势、入水口处及转弯处底部宽度，铺设卵石或石块的尺寸及纹理等方面的控制来减缓径流入流及转弯时对底部的冲刷。4）易于管理和养护：花境多以卵石、树皮等廉价、易获取的材质铺设地表，既能适应潮湿、干燥、背阴的环境条件，还可有效减少蚊虫异味的产生。
　　3 水陆两栖型花境的构建
　　3.1 统一的构建前提
　　花境和植草沟在植物生境和平面布局上具有统一的构建前提。首先，花境有旱地花境、中生花境、滨水花境3类，其中滨水花境通常指位于水塘、溪流和湿地中的花境，这与植草沟的水分条件具有统一性。其次，植草沟本身也是植物生长的基底之一，因此在种植基质上具有统一性。再次，花境是一种带状花卉景观，线性的平面布局与植草沟相一致，二者在平面布局上具有统一性。此外，花境一次投入，多年可赏，具有景观持续性；而植草沟作为一种工程设施，也需要减少维护成本，二者在管理维护上具有统一的前提。
　　3.2 特定的构建条件
　　除统一的构建前提外，植草沟还为花境提供了土壤、水文等特殊的生境条件。本文结合相关基础资料的研究，从种植基质的配比、植物材料的选择以及花境形式的布局等3方面着手构建水陆两栖型花境。
　　1）种植基质。水陆两栖型花境要求种植基质除了能满足植物的正常生长以外，还应最大限度地具有渗透和净化能力。因此，一方面要确保种植基质能满足植物正常的生长需求；另一方面要增强种植基质的渗透能力。综合研究发现，组分、颗粒、贮存时间、试样龄期、饱和度等都是影响基质渗透系数的因子，不同基质的渗透系数有差异，多种基质组合也会影响渗透系数。此外，还要提高种植基质的净化能力。不同基质对污染物的净化能力不同，还存在有些基质的渗透系数与吸附污染物能力呈负相关的现象。
　　2） 植物材料。根据水陆两栖型花境提供的植物生境和所需功能，制定出较明确的植物材料选择标准。一是由于土壤和水分条件的不稳定，所选种的植物材料应具有较强的抗冲击能力、耐贫瘠能力，并兼有一定耐淹性。对植物耐淹性的实验结果显示，鸢尾属类植物、芒属类的观赏草以及景天属中的佛甲草、八宝景天等都具有良好的耐淹性。二是选择具有削减径流、增加渗透作用的植物材料来实现花境的雨洪调蓄功能。三是被应用的植物应具有较强的净化能力和较广的净化范围。实验证明，不同植物对不同污染物的净化能力不同，不同植物组合的净化效率也不同，相同植物在不同的污染物浓度、不同的水负荷、不同的温度的净化效果也不同。
　　3） 设计特征。水陆两栖型花境的构建应遵循两方面原则：一方面在形态上，通过对水流形态的把控减缓径流，例如在花境体系的入水口处及转弯处增加底部宽度，利用现状谷地、冲沟或斜坡设置蜿蜒的路径，延长水流路径。另一方面在材料上，利用置石、铺装等材料的选择增强雨水调蓄功能，例如铺设较大粗糙卵石或石块，减缓径流对底部的冲刷；采用石块、卵石和树皮等减缓径流流速，减轻冲刷侵蚀，石块与卵石间的缝隙为更多的动植物提供了生存空间，利于提升环境的生物多样性；在出水口处铺设细卵石，增加沉淀作用。总之，在水陆两栖型花境设计中，雨水处理尽量少和管道相接，减少工程造价和生态破坏，增加雨洪管理的可操作性。
　　4 水陆两栖型花境的应用
　　4.1 应用背景
　　太阳宫公园位于北京市朝阳区东北三环的核心位置，面积约24 hm2，位于望和桥下坝河流域内，市规委将该地作为绿色生态调蓄绿地用以改善周边的积水问题。本文结合场地现状，提出建设水陆两栖型花境体系，用于解决雨水的传输、渗透和净化问题，同时营造特色花境景观。
　　4.2 具体应用
　　1） 水陆两栖型花境体系设计。通过对北京市城区道路雨水径流污染物的相关研究可知，道路雨水径流以COD和SS污染为主，同时含有部分氮、磷、有机物质等杂质，重金属离子含量较低。针对研究地区内雨水污染物特点，确定水陆两栖型花境的植物材料和种植基质；根据调蓄水量（11 000 m3）和其他雨洪处理设施的情况，设计规模，最终确定花境总体长度（3 100 m）及各类型规模。
　　2） 水陆两栖型花境体系景观效果。根据场地现状情况并结合前文研究，提出以下改造策略从而实现其景观优化的目的。利用现状花坛增加植物材料，改造成收集型花境，使其收集草坡、道路和场地中的雨水。针对现状道路场地增加微地形、设置砂石，营造滞留型花境，降低雨水径流速度。保留原有水系，将建筑前的旱溪改造为运输型花境，传输雨水。充分利用现状地形，在地势较低的绿地内设置渗透型花境，增加雨水的渗透；加入栈道、叠水等景观要素，使其成为可观、可赏、可体验的景观，提高景观品质。将现状水体改造成为净化型花境，提高净化效率，营造别致景观。
　　5 建议
　　本文通过对绿地中植草沟设施与花境景观结合途径的研究，界定了水陆两栖型花境的概念与类型，明确了水陆两栖型花境所具有的功能，并在进行应用性研究的基础上对水陆两栖型花境建设提出以下3点建议。
　　1） 各相关专业研究应持续跟进。本文研究发现，各相关专业虽然有大量的种植基质和植物材料的研究，但是植物材料与种植基质的关系尚不明确，需进一步研究。同时植物生长组团的净化效率和渗透效率需要定量研究。
　　2） 建设示范型的水陆两栖型花境。水陆两栖型花境概念在本文中首次使用，文章通过大量的文献资料和研究性应用证明了其可行性和必要性。绿地中需要建设示范性水陆两栖型花境进行推广和研究，建议有条件的场地，在城市雨洪管理问题的处理中进行尝试。
　　3） 推广其应用范围。文中只针对绿地中的设施进行了研究，但在研究的过程中发现水陆两栖型花境还可以适用于居住区、商业区、道路等多种类型用地；同时根据研究结果，发现水陆两栖型花境不仅适用于雨洪管理过程中的雨水传输阶段，还可以借助后续研究使其适用于雨洪管理的各个阶段，这也是我们未来的研究方向。（作者：王博娅　刘志成）
　　第一作者：王博娅（1990- ），女，北京林业大学博士，研究方向为风景园林规划与设计
　　通信作者：刘志成（1964- ），男，北京林业大学教授，博士生导师，研究方向为风景园林规划与设计

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