孫晉芳,袁興中,*,劉 紅,武帥楷

1 重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/建筑城規(guī)學(xué)院,重慶 400044 2 長江上游濕地科學(xué)研究重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 401331

圩田是儒家井田制文化與云夢澤地區(qū)水文環(huán)境相結(jié)合的產(chǎn)物,作為云夢澤地區(qū)經(jīng)濟(jì)的主體,圩田不僅是簡單的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)單元,而且是一個(gè)復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化復(fù)合體。圩田的開發(fā)十分適合云夢澤地區(qū)水環(huán)境的特點(diǎn),它的產(chǎn)生及發(fā)展有其自然與經(jīng)濟(jì)的合理性,是人類適應(yīng)自然的產(chǎn)物[1],在抗御旱澇、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和緩解人口壓力方面發(fā)揮著非常重要的作用。然而,圩田這種土地利用方式利弊并存,過度開發(fā)勢必會(huì)帶來嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題。近年來,隨著長江中下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境的不斷惡化,江漢平原云夢澤地區(qū)的水災(zāi)頻發(fā)。由于圩田抗洪能力低下,其弊端突出,各地掀起了“退圩還湖”、“退田還湖”工程,對(duì)圩田景觀造成了巨大的沖擊。面對(duì)人們對(duì)云夢澤地區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的日益關(guān)注和對(duì)歷史景觀形態(tài)的尊重,如何挖掘這種傳統(tǒng)水利田的生態(tài)智慧使之繼續(xù)發(fā)揮作用是一個(gè)亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。

1 云夢澤圩田

1.1 云夢澤

據(jù)史料記載,“云夢”一般指春秋、戰(zhàn)國時(shí)期楚王狩獵區(qū),范圍非常廣闊,涉及今湖北東南部大半個(gè)省,而且包括多種地貌形態(tài),如山地、丘陵、平原與湖泊等。而“云夢澤”是云夢的一部分,專指狩獵區(qū)內(nèi)的湖泊部分,范圍僅在今江漢平原之內(nèi)[2](圖1)?？脊藕偷刭|(zhì)資料表明,在地質(zhì)構(gòu)造上,江漢平原屬第四紀(jì)強(qiáng)烈下沉的拗陷區(qū),云夢澤就在此基礎(chǔ)上發(fā)育形成。由于長江上游的泥沙源源充填,河床淤積而抬高,水位也逐漸上升,當(dāng)水位漫出河槽時(shí),便形成了云夢澤[3]。云夢澤的發(fā)育、形成與演變經(jīng)歷了漫長的過程,氣候變化和地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是主要驅(qū)動(dòng)力,而各歷史時(shí)期的洲灘圍墾活動(dòng)則加快了云夢澤的演變進(jìn)程。

圖1 先秦時(shí)代云夢澤的位置Fig.1 Location of Yunmeng Marsh in Pre-Qin era

1.2 圩田

圩田(又稱圍田、圩垸或圍垸)是一種在淺水沼澤地帶或河湖洲灘上通過圍堤筑圩,圍田于內(nèi),擋水于外;設(shè)涵閘,圍內(nèi)開溝渠,實(shí)現(xiàn)排灌的水利田[4]。圩田是人們?cè)陂L期治田治水實(shí)踐中創(chuàng)造的一種獨(dú)特的農(nóng)田開發(fā)形式,它廣泛分布在長江中下游地區(qū)的江南地區(qū)和江漢平原,是這些地區(qū)重要的土地利用方式。但是,圩田的過度開發(fā)勢必會(huì)帶來嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題。第一,圩田改變了江漢平原云夢澤地區(qū)的地形起伏。沿江筑堤后,堤內(nèi)河、湖漫灘辟為圩田,使沉積中斷,而堤外漫灘繼續(xù)受沉積,于是先圍墾的圩田高程較低,而后圍墾的圩田高程較高,使云夢澤地區(qū)形成中央低、四周高的碟形洼地。第二,圩田改變了江漢平原云夢澤地區(qū)的水文環(huán)境。因筑堤把河、湖漫灘圍成圩田,使穴口數(shù)量減少且淤塞,分流受阻,漢水、荊江汛期又得不到調(diào)蓄,導(dǎo)致水位上升,加之云夢澤地區(qū)地勢低洼,因此造成該地區(qū)水災(zāi)嚴(yán)重[5]。另外,漢江堤與荊江大堤雖阻止?jié)h江、荊江水補(bǔ)給內(nèi)荊河,但由于內(nèi)荊河地處江漢平原的最低點(diǎn),可以得到兩江入滲的地下水補(bǔ)給,因而導(dǎo)致江漢平原云夢澤地區(qū)澇災(zāi)時(shí)間延長。第三,大量構(gòu)筑圩田,影響到江漢平原云夢澤地區(qū)江湖的生態(tài)關(guān)系。大規(guī)模的圩田墾殖活動(dòng),導(dǎo)致湖泊退化,行洪通道縮減,調(diào)蓄能力急劇衰退,使洪水威脅愈演愈烈[4]。

本研究選取湖北朱湖濕地公園內(nèi)的圩田恢復(fù)區(qū)作為研究對(duì)象,以生態(tài)學(xué)思想為指導(dǎo),從單純的治田治水理念拓展為經(jīng)濟(jì)、水利、生態(tài)、文化與社會(huì)發(fā)展并重的多重理念,通過對(duì)圩田系統(tǒng)的解讀和研究,充分挖掘蘊(yùn)含圩田之中的生態(tài)智慧,提出了云夢澤圩田的生態(tài)模式。這些模式有助于云夢澤地區(qū)蓄洪防旱、水質(zhì)凈化、景觀優(yōu)化、以及生物生境等綜合生態(tài)服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn),并促進(jìn)云夢澤地區(qū)圩田景觀文化傳承與生態(tài)環(huán)境的協(xié)同共生。

2 云夢澤圩田生態(tài)模式的設(shè)計(jì)

2.1 研究區(qū)概況

朱湖國家濕地公園位于孝感市孝南區(qū)(113°53′33″—114°07′59″E,30°47′01″—30°51′28″N),東起府河?xùn)|堤,西至農(nóng)聯(lián)垸泵站,南以朝陽泵站為界,北至臥龍?zhí)侗谜?規(guī)劃總面積5156hm2(圖2)。濕地公園所在地孝南區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候,多年平均氣溫16.2℃,無霜期245 d,多年平均降水量1146mm;濕地公園所在區(qū)域?qū)偾饙徠皆孛矃^(qū),地形起伏小;濕地公園內(nèi)主要河流為澴河、府河和淪河,近南北走向,河床兩側(cè)為寬緩的河谷,河漫灘發(fā)育,平均過洪流量4600m3/s;主要土壤類型為潛育性水稻土和潮積土,理化性能好,有機(jī)質(zhì)含量高。公園范圍內(nèi)共有植物73科202屬259種,其中自然植被以雙穗雀稗(Cynodondactylon)、鉆葉紫菀(Astersubulatus)、稗(Echinochloacrusgalli)等草本植物群落為主;公園范圍內(nèi)共有脊椎動(dòng)物194種,其中魚類41種,兩棲動(dòng)物8種,爬行動(dòng)物11種,鳥類129種,獸類5種[6]。

研究區(qū)為朱湖國家濕地公園內(nèi)的圩田恢復(fù)區(qū),恢復(fù)區(qū)長邊約600m,寬邊約400m,總面積237186m2,包括圩田基塘系統(tǒng)和疏林島嶼。圩田基塘系統(tǒng)形似“龜甲”,長軸315m,短軸240m,周圍分布10m寬的開闊水面,面積49900m2。

圖2 研究區(qū)域Fig.2 Location of the study area

2.2 云夢澤圩田的生態(tài)模式

依據(jù)濕地生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,綜合考慮圩田恢復(fù)區(qū)對(duì)水環(huán)境、濱水景觀,以及生物生境功能的需求, 2015年12月,本研究設(shè)計(jì)了云夢澤地區(qū)圩田系統(tǒng)的4種生態(tài)模式,即：小微濕地群模式、水陸界面生態(tài)調(diào)控模式、柔性設(shè)計(jì)模式和“河流-濕地”復(fù)合體模式(圖3)。

圖3 圩田系統(tǒng)生態(tài)模式概念圖Fig.3 The concept map of ecological pattern of the polder system

2.2.1小微濕地群模式

小微濕地是指自然界在長期演變過程中形成的較穩(wěn)定的小型自然濕地[7],如小湖泊、池塘、洼地、魚塘、溝渠等,它們發(fā)揮了蓄洪防旱、凈化污染、調(diào)節(jié)微氣候、提供生物生境等多種生態(tài)服務(wù)功能。本研究基于圩田的微地貌特點(diǎn),運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理,充分挖掘基塘生態(tài)智慧,在云夢澤地區(qū)圩田科學(xué)設(shè)計(jì)小微濕地群模式,即基塘系統(tǒng)?；料到y(tǒng)的“基”是指分隔基塘的土埂,“塘”是指池塘?；潦亲匀粷竦叵到y(tǒng)中常見的結(jié)構(gòu),指面積在1m2—2hm2/5hm2之間,且一年之中至少存在4個(gè)月的淡水水體[8-9],在全球范圍內(nèi),基塘覆蓋的總面積比湖泊還大[10]。我國古代歷史上就有“?；~塘”、“陂塘”與“雙千田”的傳統(tǒng)農(nóng)耕文化理念,其中蘊(yùn)含著深刻的基塘生態(tài)智慧。2004年,歐洲許多國家聯(lián)合成立歐洲基塘保護(hù)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議(Conference of the European Pond Conservation Network),并在日內(nèi)瓦成功召開第一次EPCN會(huì)議,其主題就是“保護(hù)和監(jiān)測池塘生物多樣性”[11-12]。

受國內(nèi)外基塘理念的啟發(fā),本課題組綜合考慮三峽庫區(qū)消落帶水位變動(dòng)及景觀特征,在澎溪河進(jìn)行了消落帶基塘工程試驗(yàn),取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益與景觀效益[13-15]。本研究將這些理念進(jìn)一步應(yīng)用于云夢澤圩田系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù),提出了圩田基塘系統(tǒng)。圩田基塘系統(tǒng)位于圩田恢復(fù)區(qū)中部,海拔19.9—21.0m,該系統(tǒng)所在的湖體水位低于湖岸基準(zhǔn)面1.0m,水深2.0m,共5塊圩田,圩田之間的水道寬6m(圖2)。圩田從邊緣到中心分為高、中、低圩田,外部邊緣呈圓弧狀,每塊圩田由一系列相互串連的基塘組成,共357個(gè)大小各異、深淺不一的基塘。圩田圩堤的頂部設(shè)計(jì)寬度1.0m,內(nèi)部田埂設(shè)計(jì)寬度0.6—0.8m。圩田圩堤高出湖水水面80cm,圩田地下水位高,旱季湖體水面與圩田水位相平或稍低,雨季則高于圩田(圖4)。圩田中基塘的平均面積177m2,平均設(shè)計(jì)直徑為7.5m,設(shè)計(jì)水深0.4—1.0m,總體上大基塘水深,小基塘水淺。圩田基塘系統(tǒng)內(nèi)的濕地植物以自然生長和人工配置鄉(xiāng)土植物為主,主要配置水稻(Oryzasativa)、香蒲等,植物布局或疏或密、或高或低、或呈團(tuán)塊狀,或呈片狀;塘基之上是自然生長的鉆葉紫菀、雙穗雀稗、稗等植物。

圖4 圩田高度與水位關(guān)系圖Fig.4 Relation of polder height and water level

2.2.2水陸界面生態(tài)調(diào)控模式

水陸界面是介于陸地與水體之間的過渡地帶,是雨洪進(jìn)入受納水體的緩沖帶,緩沖帶中的土壤、微生物、植物根系可以吸收、截留水體中的大量營養(yǎng)物質(zhì),降解雨水徑流中攜帶的污染物[16]。水陸界面緩沖帶設(shè)計(jì)的好壞直接影響它對(duì)地表徑流污染物的防治效果,因此,構(gòu)建水陸界面緩沖帶已經(jīng)成為一種常用的生態(tài)調(diào)控模式。圩田恢復(fù)區(qū)湖岸平均邊坡系數(shù)為1：8,海拔19.2—22.0m之間平均坡面寬度約為0.8m。圩田湖體的混凝土硬質(zhì)駁岸主要分布在西岸,湖體的北岸、南岸和東岸為自然土質(zhì)的生態(tài)駁岸。硬質(zhì)化的駁岸設(shè)計(jì)是為了滿足游人游憩親水的需求,而水陸界面生態(tài)調(diào)控模式主要是針對(duì)自然土質(zhì)的生態(tài)駁岸進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

第一,本研究對(duì)圩田湖體生態(tài)緩沖帶進(jìn)行如下植物配置：沿岸帶以喬灌木為主,比如,落羽杉(Taxodiumdistichum)和池杉(Taxodiumascendens),這些植物為濕地動(dòng)物提供了棲息和避難場所,在設(shè)計(jì)中要注意植物群落與周邊環(huán)境的融合;水深約為0.2m左右的區(qū)域,土壤潤濕,水分適中,配置蘆葦、水蔥、千屈菜(Lythrumsalicaria)等濕生植物;水深0.2—0.5m的區(qū)域,則配置浮葉植物和漂浮植物,從而形成顯明的景觀層次,比如叢植睡蓮(Nymphaeatetragona)、澤瀉和水芹(Oenanthejavanica)等;水深在0.5m以上的區(qū)域,為提供豐富的植物生境,滿足深水生境植物生長的需要,可以叢植多樣的水生植物類型,如金魚藻(Ceratophyllumdemersum)、菹草(Potamogetoncrispus)等沉水植物,睡蓮、芡實(shí)(Euryaleferox)等浮葉植物,蓮、香蒲等挺水植物。此外,利用濕地植物營造的生境類型,可以增加植物景觀層次,美化濕地景觀。

第二,本研究對(duì)圩田湖體水陸界面生態(tài)調(diào)控模式的設(shè)計(jì)考慮到動(dòng)物棲息和捕食的需求,結(jié)合水底形態(tài)的設(shè)計(jì),形成淺水區(qū)和深水區(qū),并在水底放置石塊群來改變水深和水流速度,從而增加棲息地多樣性為底棲動(dòng)物如魚類等提供生存空間;在淺水放置木質(zhì)物殘?bào)w,如枯樹枝、倒木等,形成復(fù)雜的水下生態(tài)空間,為魚類產(chǎn)卵、庇護(hù)及幼魚哺育提供良好場所;考慮到水禽的取食和活動(dòng),通過延緩岸帶坡度營造一定的漫灘區(qū)域,并在淺水區(qū)大量種植蘆葦,圩田湖面與茂密的蘆葦,構(gòu)成開闊、幽深、狹長、曲折的多種形態(tài)的生境類型,為濕地水禽營造棲息空間。

2.2.3柔性設(shè)計(jì)模式

從柔性設(shè)計(jì)理念到應(yīng)用再到柔性管理模式,體現(xiàn)了柔性概念在濕地恢復(fù)中的應(yīng)用過程,本研究中的云夢澤圩田恢復(fù)過程中,柔性設(shè)計(jì)模式主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一,駁岸的柔性化設(shè)計(jì)。在確保安全性的前提下,駁岸設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)其生態(tài)性,對(duì)圩田湖體和圩田邊岸的岸線進(jìn)行柔化處理,以自然土質(zhì)或具有多腔穴空間的干砌塊石護(hù)岸,通過拋置圓石、卵石,營造魚類棲息繁衍的生境,并叢植大量水生植物,比如菖蒲、蘆葦?shù)戎参?利用植物發(fā)達(dá)的根系實(shí)現(xiàn)固岸護(hù)坡,增強(qiáng)駁岸對(duì)水體的抗沖刷能力(圖5)。另外,駁岸設(shè)計(jì)過程中注重增加了透水性和透氣性,透水性、透氣性水陸界面,不僅可以增強(qiáng)岸坡與水體之間的物質(zhì)、能量交換,而且也保障了水陸界面濕地的生物過程等,體現(xiàn)了柔性設(shè)計(jì)的理念。

圖5 生態(tài)駁岸的柔性設(shè)計(jì)模式Fig.5 Flexible design model of ecological revetment

第二,柔性材料與柔性景觀的構(gòu)建。水陸界面緩沖帶設(shè)計(jì)中增加透水鋪裝,提高滲濾效率,設(shè)計(jì)斷續(xù)多孔的生態(tài)擋水墻、自然化的支渠和毛渠、生態(tài)基塘、植物籬等柔性景觀,提高水網(wǎng)和植草溝渠密度,提升圩田系統(tǒng)的雨洪控制能力,同時(shí)為動(dòng)物、植物、微生物的生長、生存創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境。另外,本研究中柔性景觀的構(gòu)建注重選用透水、透氣的柔性材料代替高耗能、高污染的鋼筋、水泥等傳統(tǒng)硬性材料,主要包括自然土質(zhì)、植物、木材、毛石、卵石、石籠、生態(tài)袋、麻椰毯等自然材料。對(duì)于坡度較小、岸坡較穩(wěn)定的濱岸區(qū)域,采用單純植物措施防護(hù)。適度擴(kuò)大開闊水面,在圩田湖體洪水位和常水位之間的湖濱帶依次種植濕生植物、挺水植物、浮葉植物、沉水植物,形成良好的水下生態(tài)空間,為魚類提供棲息及覓食生境,也為產(chǎn)粘性卵的魚類提供產(chǎn)卵附著基質(zhì)。

2.2.4“河流-濕地”復(fù)合體模式

云夢澤地區(qū)地勢平坦,河網(wǎng)密布,孝南區(qū)境內(nèi)有府河、淪河、澴河、界河4條干流和近40條支流,交匯于孝南區(qū)南部,經(jīng)府河至諶家磯匯入長江。圩田恢復(fù)區(qū)瀕臨府河、淪河,其中,府河是境內(nèi)最大的河流,河床平均寬度達(dá)800m,過洪量8000m3/s,淪河位于府河南側(cè),是孝感城區(qū)生活及工業(yè)用水的重要水源之一。府河在枯水期水質(zhì)符合IV類標(biāo)準(zhǔn),豐水期水質(zhì)符合Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),主要超標(biāo)指數(shù)為氨氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù),影響府河水質(zhì)的主要原因是周邊工業(yè)污水的影響;淪河在枯水期水質(zhì)符合Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),豐水期水質(zhì)符合Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。目前,國內(nèi)外有關(guān)“河流-濕地”復(fù)合系統(tǒng)的生態(tài)實(shí)踐案例較少,主要的做法是通過天然的沼澤、湖泊、河道改造建成人工濕地,用于湖泊、河流水體的修復(fù)[17-18],因此,我們基于府河、淪河流域的地形地貌與水質(zhì)特征,兼顧水生態(tài)修復(fù)規(guī)劃,設(shè)計(jì)的“河流-濕地”復(fù)合體模式主要包括：

第一,充分利用地形起伏與水文環(huán)境,合理布局水閘、泵站、渠道等,對(duì)河流、湖泊、圩田基塘各地貌單元進(jìn)行水系連通,形成一個(gè)集引、蓄、灌、排功能于一體連貫完整的水生態(tài)系統(tǒng)(圖6)。雨季時(shí),基塘內(nèi)多余的雨水會(huì)被水泵送到位于高地勢的溝渠排走,最終排放到外部湖體;旱季時(shí),可以從外部湖體引入湖水,補(bǔ)充水量以防止基塘水位下降。水系連通使河流、湖泊、圩田基塘之間物質(zhì)流、能量流和信息流的交換成為可能,從而提高了整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)的承載力。

第二,構(gòu)建自然、生態(tài)、多變的一體化景觀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。打破單一線性結(jié)構(gòu),利用點(diǎn)、線、面相結(jié)合的方式,形成自然、生態(tài)、多變的一體化景觀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),包括：溪流、河流、湖面、生態(tài)基塘、溝渠、水車等濕地景觀。景觀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將水系統(tǒng)與圩田基塘綠地景觀作為重要且能夠獨(dú)立運(yùn)行的單元統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì),圩田內(nèi)的各個(gè)基塘之間相互連通,并與溝渠系統(tǒng)(由青瓦層鋪設(shè)的溝渠)交織在一起,形成圩田內(nèi)部的徑流-儲(chǔ)水-滲濾網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(圖7)。該系統(tǒng)將每塊圩田作為獨(dú)立的水系統(tǒng),以控制地下水和地表水水位的穩(wěn)定性。此外,在景觀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,有作為臨時(shí)性儲(chǔ)存暴雨雨水的圩田湖體、基塘,也有用于季節(jié)性調(diào)節(jié)水量的淪河、府河,還有用作凈化水體的圩田綠地景觀[19]。

圖6 “河流-濕地”復(fù)合系統(tǒng)示意圖Fig.6 The diagram of River-Wetland complex system

圖7 圩田內(nèi)部的徑流-儲(chǔ)水-滲濾網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) Fig.7 Runoff storage water infiltration network system in polder

第三,設(shè)計(jì)末端控制多級(jí)凈化治理體系。污染物進(jìn)入受納水體后,利用生態(tài)學(xué)原理,對(duì)“河流-濕地”復(fù)合系統(tǒng)中的上游河流、湖泊、圩田基塘和下游河流等受納水體進(jìn)行分級(jí)凈化,形成末端控制四級(jí)凈化治理體系(圖8)。匯水通過淪河、府河上游河流,經(jīng)上游河流一級(jí)自我凈化之后排入圩田湖體,經(jīng)圩田湖體的二級(jí)自我凈化后排入圩田基塘系統(tǒng)進(jìn)行三級(jí)凈化,利用圩田基塘系統(tǒng)的濕地植被將水體凈化,之后一部分水被再次抽入府河、淪河的下游河道,進(jìn)入下流河流的四級(jí)自我凈化,另一部分水則儲(chǔ)存起來作為旱季的應(yīng)急水源。

3 評(píng)價(jià)與討論

2017年10月,我們對(duì)圩田恢復(fù)區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合調(diào)查,并運(yùn)用SSPS 20.0對(duì)植物群落類型和水文因子進(jìn)行了對(duì)應(yīng)分析(CA),制作了二者的二維排序圖。CA排序圖中箭頭表示水文因子,以植被群落類型在水文因子箭線及延長線上的投影點(diǎn)距水文因子箭頭的距離判斷兩者的相關(guān)性大小,植被群落類型投影點(diǎn)與水文因子箭頭的距離越近,說明植被群落類型與水文因子的相關(guān)性越大。在對(duì)圩田恢復(fù)區(qū)進(jìn)行綜合調(diào)查與分析的基礎(chǔ)之上,我們對(duì)圩田系統(tǒng)的生態(tài)模式進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

圖8 “河流-濕地”復(fù)合系統(tǒng)末端控制多級(jí)凈化治理體系Fig.8 Terminal control and multistage water purification system for River-Wetland complex system

圖9 圩田3和圩田4植被群落類型與水文因子的CA排序圖 Fig.9 CA biplots between vegetation community types and hydrological factors in polder 3 and 4 Com.EC:稗群落(Com. Echinochloa crusgalli);Com.PP:雙穗雀稗群落(Com. Paspalum paspaloides);Com.AS:鉆葉紫菀群落(Com. Aster subulatus);Com.CC:小蓬草群落(Com. Conyza canadensis);Com.AI:合萌群落(Com. Aeschynomene indica);Com.OS:稻群落(Com. Oryza sativa);Com.TO-PP:香蒲+雙穗雀稗群落(Com. Typha orientalis-Paspalum paspaloides); A:淺水;B:濕潤;C:干旱

在小微濕地群的生態(tài)模式中,從植物種類來看,圩田1的種類最多,有24種,圩田3的植物種類最少,有17種(表1);從植被群落類型來看,圩田4最多,共6個(gè)植被群落類型(表2);從水文因子來看,圩田3和圩田4受人為干擾較小,但水文條件差異較大,二者植被群落類型與水文因子的對(duì)應(yīng)分析結(jié)果表明,植被群落類型與水文因子之間存在著顯著的相關(guān)關(guān)系(圖9)。另外,隨著時(shí)間的演替,人為配置的植物景觀出現(xiàn)萎縮,比如香蒲群落等植物群落正在被雙穗雀稗群落替代,這表明基塘植物群落的時(shí)空變化能較好的反映水文環(huán)境的變化特征與規(guī)律。因此,在小微濕地群的生態(tài)模式設(shè)計(jì)中,我們遵循了這些規(guī)律,合理地選擇與配置了植物,從而使圩田生態(tài)系統(tǒng)能恢復(fù)到長期自我維持的、穩(wěn)定的狀態(tài)?！翱樛甑谭?疏鑿畎澮”,圩田基塘系統(tǒng)是古代勞動(dòng)人民治水治田的偉大創(chuàng)舉,體現(xiàn)了人民尊重自然、順應(yīng)自然、融入自然的理念以及與自然和諧共處的生態(tài)智慧[20]?；料到y(tǒng)理念在五代時(shí)期就應(yīng)用于圩田系統(tǒng),五代時(shí)期的吳越發(fā)明“塘浦制”,五里七里一縱浦,七里十里一橫塘,橫塘縱浦之間筑堤作圩,使田成于圩內(nèi),水行于圩外,形成塘浦圩田系統(tǒng)[21]。目前,越來越多的研究證明,相同區(qū)域內(nèi)基塘密布的圩田濕地比同等面積的整片湖泊能夠發(fā)揮更大的作用[22-26]。與整片湖泊相比,圩田濕地的生境異質(zhì)性強(qiáng),而生境異質(zhì)性與物種多樣性呈正相關(guān)[27-28],物種多樣性促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)多功能的實(shí)現(xiàn)[29-30]。通過生境異質(zhì)性,更穩(wěn)定的種群可以為不那么強(qiáng)壯的種群提供救援[31]。Kindvall[32]研究發(fā)現(xiàn),微尺度生境異質(zhì)性降低了種群的時(shí)間變異性和滅絕風(fēng)險(xiǎn)。因此,在小微濕地群模式中,基塘作為一種小型淡水水體,在維持生物多樣性和珍稀物種、蓄洪防旱、降解污染、控制土壤侵蝕以及參與生物地球化學(xué)循環(huán)等方面發(fā)揮著非常重要的作用,是圩田生態(tài)系統(tǒng)中不容忽視的重要組成[10, 33-38]。

表1 圩田基塘系統(tǒng)植物的科、屬、種組成

表2 圩田基塘系統(tǒng)植物群落結(jié)構(gòu)特征

在水陸界面生態(tài)調(diào)控模式中,植物配置主要考慮駁岸高程與水位變動(dòng)對(duì)植物生長的影響,因此,本研究選用了具有較強(qiáng)抗逆抗寒能力以及根莖發(fā)達(dá)的植物[39]。Muscutt等[40]研究發(fā)現(xiàn),與狹窄的單一草本緩沖帶相比,喬木、草本混生的寬闊水陸界面緩沖帶有更強(qiáng)的污染物降解能力。因此,本研究中生態(tài)駁岸的設(shè)計(jì)、以及喬灌草形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu),能夠通過滲濾、攔截與蒸騰等作用有效地阻止雨洪直接進(jìn)入水體,從而起到對(duì)雨洪的控制作用。另外,本研究水陸界面緩沖帶的地形與植物景觀異質(zhì)性,可以為動(dòng)物提供更多樣的微環(huán)境。Benton等[41]研究發(fā)現(xiàn),在景觀尺度上,保護(hù)或增加被物種使用的生境異質(zhì)性,將會(huì)促進(jìn)種群穩(wěn)定性的潛力。這表明,生境異質(zhì)性提供的微環(huán)境與小氣候,可以緩沖物種對(duì)各種極端氣候變化的影響[42-43],并產(chǎn)生更穩(wěn)定的種群動(dòng)態(tài)。

在柔性設(shè)計(jì)模式中,駁岸的設(shè)計(jì)、材料的選取,以及景觀的構(gòu)建,均充分體現(xiàn)了圩田系統(tǒng)的生態(tài)性。大自然構(gòu)造的圖形,例如,岸線、植物、自然土、毛石等,在經(jīng)典的歐幾里得幾何學(xué)中無解,是因?yàn)樗麄兎戏中螏缀螌W(xué),它們是粗糙的、支離破碎的,其特點(diǎn)是它們的長度呈現(xiàn)無標(biāo)度無窮大[44]。本研究的柔性設(shè)計(jì)模式就是基于分形幾何學(xué)與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理,以自然為師,模仿自然之道,利用具有分形幾何特征的柔性材料,設(shè)計(jì)一系列不規(guī)則的、支離破碎的并具有自相似性的多層次復(fù)雜分形景觀,目的是使具有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的圩田系統(tǒng)呈現(xiàn)無標(biāo)度性的冪律分形序(即混沌狀態(tài))[45],而處于混沌狀態(tài)的圩田系統(tǒng)會(huì)通過滲透過程達(dá)到臨界狀態(tài)[46]。此時(shí),圩田系統(tǒng)會(huì)自發(fā)演化并維持這種臨界狀態(tài),從而使得圩田系統(tǒng)更有韌性、自適應(yīng)性與自組織性,進(jìn)而更快的演化成一個(gè)生物孵化器[46],為濕地動(dòng)植物提供更加優(yōu)質(zhì)的棲息空間。

在“河流-濕地”復(fù)合體模式中,圩田恢復(fù)區(qū)設(shè)計(jì)的淺水區(qū)、深水區(qū)、生態(tài)基塘、湖泊、河流、溝渠、疏林、島嶼、圩田、濕地植物等一系列生態(tài)元素,將水體與綠地景觀實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整合,形成了一個(gè)可以應(yīng)對(duì)多種環(huán)境變化的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。水流在連通水系內(nèi)河流、湖泊、圩田基塘等各地貌單元的過程中發(fā)揮了重要作用,通過對(duì)雨季和旱季的基塘水位調(diào)控,可以形成與氣候相適應(yīng)的可持續(xù)和高彈性的雨水管理系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)清潔雨水的季節(jié)性儲(chǔ)存,并在極端降水條件下實(shí)現(xiàn)雨洪調(diào)蓄。Maestri等[47]研究認(rèn)為植被、塘、滲透系統(tǒng)、濕地系統(tǒng)及其組合是減少和控制雨水徑流污染物進(jìn)入受納水體較為有效的方法。另外,更重要的是,本研究中的多級(jí)凈化體系采用了一個(gè)更容易操控與管理的基塘工程端口,與河流、湖泊相比,基塘的規(guī)模尺度小,其形態(tài)與大小很容易修整與轉(zhuǎn)化,養(yǎng)護(hù)成本低,養(yǎng)護(hù)和管理較容易。由于基塘生態(tài)系統(tǒng)在小尺度上表現(xiàn)出“瞬變態(tài)特征”[48],短期內(nèi)就能形成基塘生態(tài)系統(tǒng)的人為操作響應(yīng)效果[12],因此,人們可以通過這個(gè)端口對(duì)基塘實(shí)施植物配置、底泥疏浚和人工增氧等措施,進(jìn)一步提高圩田系統(tǒng)的水體凈化能力。

4 結(jié)論

云夢澤圩田的生態(tài)模式設(shè)計(jì),是對(duì)圩田系統(tǒng)空間格局的復(fù)合化設(shè)計(jì)與利用,充分挖掘了蘊(yùn)含圩田之中的生態(tài)智慧。小微濕地群模式、水陸界面生態(tài)調(diào)控模式、柔性設(shè)計(jì)模式和“河流-濕地”復(fù)合體模式四種生態(tài)模式充分結(jié)合了江漢平原云夢澤地區(qū)的地形地貌及水文特征,增加了圩田系統(tǒng)空間尺度和景觀尺度上的生境異質(zhì)性,形成了合理的物質(zhì)、能量和信息的相互轉(zhuǎn)化與循環(huán),有助于云夢澤地區(qū)蓄洪防旱、水質(zhì)凈化、景觀優(yōu)化、以及生物生境等綜合生態(tài)服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn),可以為長江中下游地區(qū)圩田的景觀保護(hù)與生態(tài)模式設(shè)計(jì)提供工程示范與參考。

圩田是云夢澤地區(qū)自然與文化特質(zhì)的體現(xiàn),是自然、經(jīng)濟(jì)與文化協(xié)同進(jìn)化的反映,它賦予了個(gè)人與地方以身份感和認(rèn)同感。作為景觀設(shè)計(jì)工作者,在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意系統(tǒng)統(tǒng)籌、從多角度去思考,尊重自然、尊重歷史,并以生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)進(jìn)行設(shè)計(jì),充分挖掘蘊(yùn)含圩田之中的生態(tài)智慧,提高圩田生態(tài)系統(tǒng)的生命力,促進(jìn)云夢澤地區(qū)圩田景觀文化傳承與生態(tài)環(huán)境的協(xié)同共生。