景观生态设计专题论文翻译(一)

三峡水库岸带生态修复设计:结合中国传统农耕智慧与景观生态分析

经陈春谛老师的推荐及指导,风景园林新青年有幸组织了本次景观生态设计专题论文的翻译工作,在翻译组志愿者们的努力下我们完成了三篇高质量论文的翻译和校对工作,三篇文章分别为:“三峡水库岸带生态修复设计:结合中国传统农耕智慧与景观生态分析”、“丘陵农业景观中家庭池塘的连通性研究”、“草坪景观作为瑞典的社会与文化现象:草坪设计的替代方案”。在此我们将文章主旨及结论精要部分展示出来,供各位读者交流学习,如对原文全文感兴趣可参见文末链接。本篇为“三峡水库岸带生态修复设计——结合中国传统农耕智慧与景观生态分析”的精简介绍。

生态设计是应对当前人居生态环境严峻,突出“生态优先”的有效途径与手段。其涉及范围广泛,囊括人类生活的方方面面,从生活物品,到家居环境,家庭小花园,社区、城市、区域等。在规划设计领域,任何与生态过程相协调,尽量使其对环境破坏影响达到最小的规划、设计形式都称为生态设计。作为生态科学与设计学交叉,科学与艺术相融合的研究与实践方向,近些年来也涌现出优秀的研究论文与实践作品。不同以往以介绍作品为主,本期围绕生态设计的研究选择了三篇英文文章,涉及不同的生态系统,包括乡村景观中广泛存在的人工池塘、城市绿化中最常见的草坪景观,以及我国独特的三峡库区的河边岸带景观,从规划、设计、修复和管理等不同却又相关的维度介绍国内外最新研究进展,文章均来自国际知名期刊,思路开阔、视角新颖,既包括传统农耕智慧对设计的启示,又有严谨的采样、调查、分析、模拟等方法,希望这些研究能够引发志同道合者的共鸣,为规划、设计领域的学者提供研究素材和启示。——陈春谛

 

摘要

水库形成大面积的消落带(Drawdown zone)目前已经成为三峡大坝和水库最大的社会-生态环境挑战之一,包括土壤侵蚀、生境丧失和景观审美退化。通过两轮实地调查和访谈,我们重新审视并应用传统农业生态生态知识来应对这一挑战。基于当地的梯田和我国古代桑基鱼塘的实践经验,我们创新性地提出一种改良的梯-塘水土利用系统(MPLT),以最大限度保护岸坡,并且提供相应的生态系统服务,形成当地特色的多功能景观。MPLT系统具有丰富的结构,其顶部为蓄水池(water retention ponds),中部为种植区(vegetation fields),底部为水库水体(Reservoir lake)。本文以城市湿地公园乌杨湾为例,详细介绍了该系统的景观与工程设计。完成设计之后的第二轮问卷调查显示,社区成员愿意参与MPLT工程。 鉴于该地区存在诸多的环境不确定性,建议工程后开展长期监测,从而确定其效益是否符合预期设计目标,并进一步为适应性管理和改进此系统提供信息。设计成果体现了现代生态设计与传统的土地知识和社区管理相结合,为当今规划、设计、工程等学科寻求创新、具区域特色和多功能的解决方案提供重要的借鉴意义。

 

引言

三峡水库(TGR)的水位高度夏季保持在145m,冬季为175m,与我国一般的河流节律相反,因而在TGR周围形成占地348.9km2、复杂且崭新的生态系统——消落带。长期变化的水位给当地居民带来了一系列社会-生态环境挑战,如土壤侵蚀、生物多样性减少、生物入侵、过滤陆岸高地的面源污染的能力丧失, 此外河流文化和景观的丧失对旅游业影响很大。

生态设计和管理的手段,可以为岸带提高生态系统服务提供契机。现今社会,生态工程设计的总体原则是保持对文化的敏感:尊重当地的价值观和知识,整合当地环境历史和历史景观作用,盘点当地的生物物理和社会文化特性。

传统农业生态知识是解决当今环境可持续发展问题的关键灵感来源,已有初步研究将这些知识纳入三峡库区环境友好型土地管理中。例如,基于传统桑基鱼塘的多塘工程在开州蓬溪河老土地湾内进行了试验。在传统实践中,桑树叶片供饲养桑蚕,蚕和家禽的废物则为鱼类提供食物,而池塘底部积累的鱼类等动物的排泄物则被疏浚并用作沿堤桑树肥料(如图1),这个综合系统可以最大限度地利用土地和水资源,回收营养物质,并在整体平衡的生态系统中捕捉能量,一些改良的工程被应用在以稻米—甘蔗轮作为主的沿海低地,以克服季节性洪水和盐碱化的危害,进而为居住在土地贫瘠的沿海地区的人们带来经济利益。

我们关于修复消落带的建议是将中国南方的长期耕作方法与现代生修复设计分析相结合,提出梯—塘水土利用系统(MPLT),并应用于中国第二大城市湖泊、位于开州境内的汉丰湖。因其独特的景观和丰富的乡村文化,汉丰湖被定为国家城市湿地公园。这个公园的目标之一是结合环境保护和景观美学设计消落带,为其他类似的地区创建一个多功能景观利用范例。

图1中国东南部传统的桑基鱼塘概念图

汉丰湖周围的部分消落带已经用混凝土硬化,以保护岸带侵蚀。与中国传统的河流岸带景观相比,我们的设计旨在展示一个优化的、生态成熟的岸带管理方式,并且在视觉上是美观的,文化上是公众接受的。从2011年开始,我们的跨学科团队开始对当地土地管理实践、生态环境要素,包括地形、土壤类型和水文条件等进行全面的调查。可以预想,在当今快速城市化和日益复杂多变的背景下,这类研究将成为推动当地文化显示度,生态系统完整性和景观美学的生态设计与工程的重要参考。

 

方法

本研究基于卫星遥感图做出水库建设前后的土地利用/覆盖图;并且对当地居民以家庭为单位进行访谈来调查传统知识以及人们对设计的态度,同时辅以现场测量与分析明确传统实践背后的科学原理,完成设计草案后进行第二次调查,除了重新询问之前受访的农民外,我们还随机选择汉丰公园的游客进行采访。运用景观生态学原理,相关的生物物理分析以及运用适应性景观管理策略等方法进行研究,详见原文。

2.2.1数据

2.2.2调查传统知识以及人们对设计的态度

2.2.3景观生态学原理

2.2.4生物物理分析

计算高地进水流域的径流和土壤侵蚀量,以确定MPLT系统所需的池塘尺寸。

2.2.4.1径流计算

2.2.4.2土壤流失计算

2.2.4.3 水位波动分析

2.2.5适应性景观管理策略

 

结果与设计策略

3.1 当地农业生态知识

3.2 MPLT系统的总体布局

在传统的桑基鱼塘系统中,塘基上的作物围绕中央鱼塘。塘基和水塘比例应至少为2:3,以保证有足够的土地来种植适宜的植物,从而在一个池塘周围形成一个可以自我循环的系统。这种模式在中国东南部珠江三角洲地区普遍实行,适用于地势平坦、经常受水淹的低地,但不适用于丘陵地带。

因此我们重新整理和修改了鱼塘和水稻梯田的基本要素,形成了一个适合丘陵地区的协同体:梯—塘系统(MPLT)。 如图5所示,MPLT系统顶部为蓄水池,中部为种植区,下部为水库水体。与传统的桑基鱼塘系统相比,塘基变宽,以保障更多的生态功能。蓄水池也是为了更好地利用高地的水资源。

图5.提议的MPLT系统的概念图

MPLT系统依赖于蓄水池、种植区、水库水体和更广泛的环境之间的一系列相互作用(图6)。在夏季季风期间,陆岸上部流经农田而带有养分和沉积物的径流被蓄水池拦截并储存。经沉降后,水可以用来灌溉中部植被区。在无雨期,水库水位高,可用于灌溉或补给顶部池塘。

图6:MPLT系统中的组分和相互作用,通过能量,营养物质和生物量。

 

表2:与传统生态知识有关的当地土地管理措施摘要

照片来源为陈春谛

蓄水池和水库的淤积物可以加固塘基。此外,水库的冬季洪水也为植物下一个生长季节带来了养分。

这个系统的优势体现在其生态系统服务上。对于城市公园来说,尽管经济产品不是主要目标,但是收获这一环节有利于保护水土,以减少由于水位上升、植物残体分解释放可溶性营养物质进入湖泊所造成的不利影响。

与其他基塘工程相比,我们的设计具有三个显著特点:(1)更多地关注复合系统的本质,能量与物质相互作用; (2)MPLT更适用于陡峭的岸带;(3)MPLT应用在城市公园,因此,自然保护和美学价值是主要的驱动力。

3.3集水池设计

3.4植物选择和设计

3.4.1 植物选择

图7列出了不同海拔洪水持续时间的估算(梯度为0.5米)。约有三天水位超过175 m等高线,有127天水位将超过170.78 m。鉴于极端水文变化,特别是在170.28至173 m海拔高度,选择适宜的植物是关键环节。本设计筛选基本标准:使用耐水湿的乡土植物物种,同时为它们创造不同的生境。候选植物必须(1)为湿地鸟类提供食物来源和栖息地; (2)维持堤岸稳定性和预防水土侵蚀; (3)公园景观的审美观赏性; (4)为当地社区提供湿地经济作物。可以适当利用一些没有生物入侵风险的外来植物来提高审美价值。

到目前为止,消落带的恢复重点在于选择耐受冬季洪水,能够在水下进行光合作用的木本植物。却忽略了一年生草本植物。 我们的调查发现,一些生长周期短但可以快速生长的物种,可能更适合受干扰的消落带环境,它们可以在水衰退期内完成生命周期,因此,它们与耐水淹的多年生草本植物一样,也是合适的植物材料。研究发现草本植物覆盖度较大的地区有较强的恢复土壤的能力。

图7.汉丰湖不同海拔高度的淹没时间(天数)

本设计筛选的植物包括狗牙根、马唐、繁缕等。形成草皮的多年生草如狗牙根,一般具有细密的匍匐茎或根状茎,可以有效地固堤护岸。其他像繁缕一类的植物同时也可食用。筛选的木本植物包括枫杨和垂柳。许多研究表明,它们在三峡库区消落带内生存良好。其中中华蚊母树已成为濒危物种,因为水库淹没了它们原有的栖息地,但目前武汉植物园已成功繁育该物种。由于其对水淹强烈的适应性和耐受性,这是一个特别理想的灌木植物。表4列出了所有筛选的植物和特征。

可以预见的是其他物种也会从本地种子库中自然萌发。某种意义上,这个系统将是一个自我设计和自我再生的过程,具有弹性和应变能力。我们也注意到,葎草可以在消落带迅速生长,但尽管它们有着很快的生长速率和很强的覆盖能力,我们依然应该避免种植这种容易造成生态入侵的杂草。

表5:MPLT系统中梯级阶梯(池塘和植床)的参数。
(每一步可能包含几个池塘或植床)

 

3.4.2 植物设计

我们对岸带植被的分析发现了一种自然形成的、具有统计学意义的植物分布格局。一年生草本植物在170米和173米海拔范围内占主导地位,而在173米和175米海拔高的地带有更多的多年生草本,间或有一些耐淹灌木和树木。通过对地形、水文和土壤条件的分析,我们优选了适合不同高程梯度的植物,并且保留了高处的林地,例如灌木斑块,可以丰富景观多样性并提供自然生长的种质资源。图8显示了MPLT系统设计。

图8.乌杨湾MPLT系统的种植设计

 

3.5 对MPLT设计的感知和态度

图9.对MPLT系统的态度(HA高度认同,A:同意; N:中性; D:不同意; VD:很不同意,NT:没有思想)。

 

监测计划

项目完成后,需要建立长期的监测计划。这个项目的成功标准包括结构和功能方面。可测量的结构指标包括植被覆盖度,入侵物种覆盖度和植物死亡率。可测量的功能指标集中在乌杨湾湿地鸟类多样性、繁殖率、植物群落多样性和水质(乌杨湾的总氮TN,总磷TP,叶绿素a)。 其中一些指标已经在施工前作为基准进行了测量,以供以后比较。我们还将河岸带景观的常规处理方式,包括混凝土铺面,或简单绿化等形式做了对照样地(参见文章附件的地点和结果)。

 

讨论

表6 常规岸带景观处理方式与生态工程(MPLT系统)

作为城乡之间复杂多样的过渡地带,面临着复杂多样的挑战以及机遇,该项目展示了当地生态知识与现代生态学相结合的方法在城市可持续景观设计和管理方面的协同作用。表6列出了湖泊/河岸的常规处理方式与生态设计在预期施工时间、复杂程度、所需专业技能、维护难易度和生态系统服务方面的比较。我们发现常规处理方式需要高强度的管理(不可避免地使用机械和除草剂),也需要更多的物质、能量和资金来维持景观整洁干净的外观。整合生态知识将是一个漫长而复杂的过程,可能在初期阶段会花费更多。但它可以最大限度地减少资源枯竭和湖泊污染风险,并保持自然和人工生态系统的结构和功能完整性。在同一地区的其他生态工程实践证明,作为高地和水库之间的一种生态过滤器,生态工程有效地减少了高地的养分流动和土壤侵蚀。此外,这类工程尊重当地的文化。我们的调查显示当地人有着强烈的意愿来帮助生态项目的实施,因为我们提出的景观是他们日常劳作、生活密不可分的一部分,而且他们也会从生态系统服务中获得回报。

鉴于敏感脆弱的环境,制定一个全面的、基于经验知识的设计在修复中显得尤为重要。 我们的长期监测计划将对项目的绩效进行评估并提供更切实的证据,并为其他地点应用提供建议。该示范项目对在当今气候和环境变化背景下将文化可持续发展纳入生态可持续的研究具有重要的意义。

首先,本设计采用适应性管理策略,这是因为景观设计的成功取决于其对环境变化(包括但不限于水库运行,水位波动,生态系统演变以及区域尺度上的气候变化)的响应能力。景观发展有一定程度的不确定性,因此设计有实验性的方面。我们有意预留一定的灵活性以适应一些不可预测的结果。三峡库区的消落带往往被定义为湿地生态系统。自2010年冬季TGR首次达到海拔175米以来,只被淹没了几次。现场的土壤仍然是原始的紫色土壤,尚未转化为典型的湿地土壤(如沼泽土壤,泥炭土或潜育层)。然而,一些湿地物种已经自发形成,从而导致生态系统从旱林地向湿地转变。因此,设计需要兼顾考虑短期的水位变化和长期的生态系统演变。

其次,经历数千年的检验之后,当地的自然和文化系统知识是有价值的。关于土壤侵蚀、材料和能源的有效利用以及多功能土地利用方式的独特理解已经极大地启发了我们的设计过程。另外,我们的设计使用文化传统来表现景观的形态和外观,以便在熟悉的环境中构建生态功能。一般情况下,生态往往看起来很“杂乱”,违反了以人为主导的干净整齐的景观文化规范。所以,需要新型有效的生态设计,才可以将杂乱生态转化为日常文化中被人们识别和接纳的形式。在我们本设计中,我们通过创新设计努力提高生态价值以及身份认同感、景观接纳程度,并且鼓励当地人从事景观管理工作。

 

结论

我们的MPLT系统旨在使水库岸边的生态系统服务最大化,以解决水波动区和周围丘陵山地的挑战。目前这一项目正在三峡地区乌杨湾进行示范。该设计基于传统的水土资源管理经验、文化价值观、社区参与和现代生态环境技术相结合的方式,以形成一个文化上可接受、也能更好地承载生态功能的人工系统。我们向当地社区提出了我们的设计理念,并得到了积极反馈。MPLT系统也为其他新型生态系统构建提供有益借鉴、开阔思路。这项研究还表明,在设计和监测阶段采用适应性管理策略对于处理不确定的生态系统是必要的。未来的研究将按照预期进行,并调查新系统对变化条件的反应,以及当地社区是否真正将其视为其生活景观的一部分,并有动力去保护和维护它。

 

进一步了解研究全文,请参考:

Chen, C., Meurk, C., Chen, J., Lv, M., Wen, Z., & Jiang, Y., et al. (2014). Restoration design for three gorges reservoir shorelands, combining chinese traditional agro-ecological knowledge with landscape ecological analysis. Ecological Engineering, 71, 584-597.



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陈春谛

陈春谛,博士、副研究员。现任职于中国科学院大学(重庆分院);中国科学院重庆绿色智能技术研究院。于北京林业大学园林系、中国科学院生态环境研究中心、林肯大学(新西兰)获得风景园林学士、生态学硕士和风景园林学博士学位。主要围绕社会—生态系统开展景观生态规划、生态设计、工程应用方面的理论与实践研究。

史漠烟

史漠烟,YouthLA实习生,J'Studio合伙人。北京林业大学本科,丹麦哥本哈根大学研究生在读。作品《矿事遗产·旷世涅槃——北京市昌平区南口采石场修复再生》获得2016CHSLA三等奖,《The Gold Hope》获得2017IFLA二等奖。发表论文《手工小规模金矿开采区景观修复再生》。

姜佳男

姜佳男,YouthLA实习生,毕业于北京林业大学风景园林专业,现就读于伦敦大学学院硕士项目,研究可持续城市化。

关梦茜

关梦茜,YouthLA实习生。西北农林科技大学园林专业本科生。北京师范大学地理科学学部自然资源专业资源生态方向研究生。热爱风景园林专业,喜欢与自然生态为友。

胡婧宜

胡婧宜,YouthLA志愿者,北京林业大学风景园林专业大三学生,喜欢旅行摄影和交友。希望认识一个更广阔的世界。

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陈春谛

陈春谛,博士、副研究员。现任职于中国科学院大学(重庆分院);中国科学院重庆绿色智能技术研究院。于北京林业大学园林系、中国科学院生态环境研究中心、林肯大学(新西兰)获得风景园林学士、生态学硕士和风景园林学博士学位。主要围绕社会—生态系统开展景观生态规划、生态设计、工程应用方面的理论与实践研究。

史漠烟

史漠烟,YouthLA实习生,J'Studio合伙人。北京林业大学本科,丹麦哥本哈根大学研究生在读。作品《矿事遗产·旷世涅槃——北京市昌平区南口采石场修复再生》获得2016CHSLA三等奖,《The Gold Hope》获得2017IFLA二等奖。发表论文《手工小规模金矿开采区景观修复再生》。

姜佳男

姜佳男,YouthLA实习生,毕业于北京林业大学风景园林专业,现就读于伦敦大学学院硕士项目,研究可持续城市化。

关梦茜

关梦茜,YouthLA实习生。西北农林科技大学园林专业本科生。北京师范大学地理科学学部自然资源专业资源生态方向研究生。热爱风景园林专业,喜欢与自然生态为友。

胡婧宜

胡婧宜,YouthLA志愿者,北京林业大学风景园林专业大三学生,喜欢旅行摄影和交友。希望认识一个更广阔的世界。

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