北京大学学报(自然科学版) 第60卷 第1期 2024年1月
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 60, No. 1 (Jan. 2024)
doi: 10.13209/j.0479-8023.2023.092
黄河流域生态保护和高质量发展联合研究(第一期)(2022YRUC010101 和 2022YRUC010601)、国家自然科学基金(51678002)和安徽高校省级人文社会科学研究重大项目(SK2020ZD24)资助
收稿日期: 2022–12–16;
修回日期: 2023–02–17
水土平衡的生境营造模式及其工程应用
王志勇1,2 李嘉宁3 彭晓3 洪敏4 张凯1,†
1.中国环境科学研究院, 北京 100012; 2.北京大学景观设计学研究院, 北京 100871; 3.北京大学城市与环境学院, 北京 100871; 4.安徽建筑大学建筑与规划学院, 合肥 230601; †通信作者, E-mail: kevin76581@sina.com
摘要 对我国农业生产中的 23 种理水造田智慧进行梳理, 总结其处理水土关系的方法, 发现通过就地填挖土方, 将雨水径流进行收集或分离, 在局部与土壤形成一种动态稳定的互生互养关系, 是营造可种植生境的核心。在此基础上, 提炼出“挖凹以集蓄塑造汇水区、堆凸以分流塑造分水岭”的两种生境营造模式。依据地形坡度与河水淹没范围之间的动态关系, 提出两种生境营造模式在流域尺度的空间分布范式——多尺度分水岭–汇水区的嵌套结构。将两种生境营造模式应用于生态修复工程实践, 证明其具有处理水土平衡关系、营造可种植生境的潜力, 可为当前我国的生态修复工程提供方法和技术参考。
关键词 设计生态; 传统生态智慧; 生境营造; 生态修复; 基于自然的解决方案
如何在生态修复或再造工程中强化生态系统的效率是自然修复导向类策略的难点。模仿生态系统自然功能的生态工程[1–3], 通常是通过加强对工程运行的控制来提升效果[4–5]。例如, 人工湿地技术就是通过模拟生态系统中的物质迁移过程, 并对基质组成、水力条件、植物种类和微生物附着等进行控制来实现污染物的去除[6–7]。生态工程的不足之处在于目标单一, 运行成本高, 无法获得较高的生物多样性[8]。随着生态系统服务概念的发展[9], 景观设计或环境设计的方法被逐步引入生态修复工程中[10–11], 由此发展出一套以健全和提高综合生态系统服务为目标的设计生态方法论[12–13]。设计生态系统指在某种意图下人工设计的生态系统[14], 与之相对的是自然生态系统。设计实现的是一个初始状态的生态系统, 主要通过利用自然演替, 使其维持自我更新, 以便实现生态功能。与生态工程相比, 更强调自然的能动性、生物多样性和综合效益, 其长期效益具有不可预测性[8]。
普遍认为, 将生态学与工程设计相结合是能够同时提高工程效率与生态效益的方法[15–16]。Gala-towitsch[17]认为需要一个综合的方法, 同时关注物种、功能和服务。Lundholm[18]指出需要生态学家和设计师的合作来决定如何利用工程及生态特性。在这一过程中, 传统地方知识成为寻找突破口的一条途径。Gültekın[19]将本土或地方知识视为生态化设计的起点。传统地方知识如何与现代科学知识融合受到大量关注[20]。Syafwina[21]提出在减灾方面发现有效地方知识的 6 个步骤。Rai 等[22]指出传统地方知识中蕴含大量不被记录的关于人与自然、非自然之间相互作用的数据, 在可持续发展与减灾之间维持着平衡, 并提出整合科学知识与地方知识的策略。俞孔坚提出按照传统生态智慧工程化的思路, 从农耕生态智慧和工程技术中寻找灵感, 结合现代工程技术, 形成标准化技术模块的增强设计途 径[23–24], 并提出在地形改造的基础上, 耦合人工湿地提高水质净化效率, 同时实现综合生态系统服务的方法[25]。袁兴中等认为当前国土空间的生态修复必须将传统生态智慧与现代生态科学及生态工程技术有机地结合[26], 并将陂塘和基塘湿地用于三峡库区消落带[27–29]。
从传统生态智慧[30]中寻找生境改造知识是一条有效的途径, 但目前主要是单类模式的整体模仿使用, 对各类模式之间在生态格局与过程改造层面的异同仍缺少系统的横向研究, 工程实践中各类模式之间的交叉组合使用不足。另外, 尽管将农耕经验与现代工程技术或生态工程技术相结合已成为共识, 但如何结合仍未形成具体的技术路径。特别是对于在何种要素、何种程度上加以工程控制, 还是依靠自然的能动性, 没有确切的认知。人工干预的程度对设计生态系统的功能影响显著[31]。根据设计生态系统的一般方法框架[32], 水和土等生境要素的物理化学过程适合提高工程控制强度, 生物层面则应以自然能动性为主。生境设计是本研究关注的问题, 最核心的部分是对水土关系的处理。水土平衡是植物生长的基础, 如何设计出可供种植的水土关系是营造生境的关键。流域是对地表水循环过程和空间分布结构的表达, 具有空间尺度特性, 同时其结构具有分形特征, 可以在多尺度上为生态修复工程的布局提供统一标识。因此, 本文在梳理我国传统理水造田智慧中水土关系的基础上, 提出适应现代生态修复工程实践的水土平衡的生境营造模式, 及其在流域中的空间布局范式, 为工程实践提供参考。
1 传统理水造田智慧中的水土关系处理方法
过往长期的农业实践中, 我国先民发展出众多适应本土气候及下垫面条件的水土改造方法。尽管这些方法最初都是为农业开垦服务, 但是在水土关系处理方面展示出的经验和智慧, 对当前生态系统修复工程实践具备较大的借鉴价值。这些方法被Lyle[33]称为生态智慧, 即将人的欲望建立在生态过程基础之上的经验和知识, 包含理论与实践两个范畴。例如, 将易于发生水土流失的坡地改造为保水保土的可种植平地(梯田、水平阶、水平沟、带子田和鱼鳞坑); 在水土侵蚀强烈的沟道中拦蓄泥沙, 使其沉积为可种植的平整地块(淤地坝和谷坊); 我国西北极端干旱区用于收集地下潜水的坎儿井; 在河流沟谷, 用于集蓄上游来水的陂塘和湖荡; 在低洼易涝处, 通过挖深垫浅形成的用于种养的基塘和圩田; 在积水地段, 通过水中造地形成的用于排涝治碱的可种植的垛田和台田; 在河口三角洲和海岸滩涂处筑堤促淤, 开垦形成的沙田和涂田; 在水面放置浮架, 堆积泥土形成的随水而动的葑田、架田和浮田; 溪流中拦蓄河水的坝、堰和堨等(表 1)。
上述为利用水资源、防洪排涝和农业生产而发展的理水造田智慧在处理水土关系和营造可种养生境方面有诸多共同之处, 其核心是实现从“非水即土、非土即水”的刚性水土关系[57]向水土互生互养关系的转变, 从而将单一的水、土资源转变为可供动植物生长繁衍的生境条件。这些改造方法为当前灰色基础设施造成的大面积水土分离导致的生态系统受损的修复提供了借鉴, 其共同的处理方式可提炼为, 通过填方挖方形成小尺度的汇水区或分水岭, 将雨水径流进行收集或分离, 在局部与土壤形成一种动态稳定的关系, 以供种养。
表1 传统理水造田智慧中处理水土关系的方法及特征
Table 1 Methods and characteristics of regulating relationship between water and soil in traditional waterscape and farmland design wisdom
设施类型使用环境改造方法单元规模对水土关系的处理 梯田水平阶水平沟带子田山坡沿等高线将坡面改为台阶式平面或沟道梯田面宽1～10 m;阶面宽1～1.5 m;沟口宽0.6～1 m, 沟底宽0.3～0.5 m, 沟深0.4～0.6 m[34–35]; 带宽1.5～2 m[36]收集上游坡面上的降雨、径流和泥沙, 增加局部土壤保水量, 调控溢流, 种植作物 鱼鳞坑山坡陡坡或地形破碎地上沿等高线开挖成半圆形土坑, “品”字形排列长径0.8～1.5 m, 短径0.5～0.8 m, 深0.3～0.5 m[34]收集上游坡面上的降雨、径流和泥沙, 增加局部土壤保水量, 调控溢流, 种植树木 淤地坝侵蚀沟道横于沟道中建坝总库容<500万m3, 坝高<30 m[37]滞蓄沟道中的径流和泥沙, 淤积形成可开垦为农田的平整地面 谷坊侵蚀沟道易受侵蚀沟道筑坝坝高<5 m[38–40]抬高侵蚀基准面, 使沟底台阶化 坎儿井山区地下干旱区山坡地下开挖的竖井和渠道竖井口直径, 高度由地面至潜水面以下; 集水段渠长3～10 km收集地下潜水 陂塘荡沟谷平地凿池、谷口或高地汇水处筑堤[41–42]几百平方米至几万公顷[41,43–44]收集上游来水 基塘圩田水岸涝地低洼易涝处, 挖塘堆泥于四周基塘: 塘4000～6000 m2, 水深2.5 m, 基宽5～10 m[45]。圩田: 多条块状, 边长几十至几百米不等[46–47], 圩高5～7 m[48]梳理涝水, 形成可供种植的土地和养殖的水塘 垛田台田−浅池上农下鱼水中积水地段挖土堆积成岛或台状垛田: 古代形状不规则, 现多长条 形[49], 面积100～2000 m2, 垛面高出水面1.5 m[50]; 区域水陆面积6:4[51]台田–浅池: 长 300 m, 宽 50 m [47,52]; 台面高1.7 m以上, 池深1.5～1.7 m[53];上农下鱼: 1.33 hm2, 塘深1.5 m[52]水中造地, 排水治碱, 高出水面的土地供种植, 水域供养殖 沙田涂田河口海岸在河口三角洲或海岸滩涂处筑堤促淤成田, 田边开沟−固定河道, 阻挡海潮, 沉积泥沙, 使土地避免水淹可供种植 葑田架田浮田水中菰草根处沉积泥沙, 或水中木架上铺设菰草和泥沙, 结成土块, 或将芦苇、竹篾编成架子, 浮于水面葑田: 厚薄不一, 小于几米, 边长百米左右[54–55], 面积几百至几万平米[56];水面造地, 水上栽培, 随水而动 堰坝堨河流溪谷河流中的拦水建筑高低不一减缓水流速度, 蓄水
2 水土平衡的生境营造模式
灰色钢筋混凝土设施的过度使用带来的水土分离, 是造成生境无法承载生命的关键原因之一。“水本无形, 因器成之”, 调节水土关系的根本在于对承载水体的下垫面的改造。即通过填挖土方、集分雨水径流及其携带物质, 改变局部的水土相互作用关系, 使水养土, 土涵水, 才能营造可种养的生境。传统农业生产理水造田智慧中, 对重力势能驱动的水沙过程的适应和利用是平衡水土资源的核心, 一方面是受制于人力和机械设备的不足, 另一方面也是一种基于自然(nature-based)的生境营造策略。在处理雨水径流运动过程时, 基于自然可等同于基于重力。因此, 可将基于自然的水沙过程调节理解为对雨水径流泥沙在下垫面上重力过程的调节和利用, 通过对水沙规模和蓄排时间的控制来动态地调节对水土资源的利用。在土方层面的操作方法则可以总结为挖凹以集蓄, 堆凸以分流; 在水文过程层面上, 则可视为将地形地貌改造为各种尺度的汇水区和分水岭, 并镶嵌组合。
2.1 挖凹以集蓄, 塑造汇水区
通过下挖, 或在沟道低洼处做堰, 形成局部低于上游地势的汇水区(图 1)。利用重力势能的作用, 使周围高处的水流及其夹带的泥沙等物质汇入凹地内, 形成局部水土关系平衡稳定的可种养的区域。依据集水量及其周期性规律, 适用于种植旱生或水生植物。若可长时间蓄滞一定深度的水体时, 可用于配置完整的水生动植物食物链。此类措施主要是在汇水区内实现种养, 用于构造汇水区的围挡部分规模较小, 一般不作为生境使用。
2.2 堆凸以分流, 塑造分水岭
在过水量较大的陆面或在大面积水域中堆起丘或岛, 与周边陆地共同组成分水岭体系(图 2)。在陆地坡面汇流区域, 将水流分离成不同流向和流量的部分, 用来调节流向或分割大面积积水区。水域中出露的陆地, 供种植并引导水流, 调节洪涝。分水岭部分是主要的植物种植区域, 可与周围水域形成生态循环结构。
2.3 在流域中的空间布局
两类模式的适用环境既取决于局部的地形特征, 又受制于水体的淹没情况。由于河谷是产–汇–流过程的集中发生地, 其横断面又是雨水从源头至河道运动过程的切面, 因此将河谷横断面作为布置两类生境营造模式的基本空间单元。一般典型的河谷主要由谷坡(河流阶地)与谷底(河漫滩、河床)组成, 这正是地形坡度与河水淹没范围动态关系在地貌形态上的体现。本文借鉴此分类方法, 提出两类生境营造方法在流域中的空间布局范式。
在谷坡产流区, 采用集蓄模式形成小型汇水区, 收集雨水和地表径流, 拦蓄泥沙和营养物质。在河床区河道水面线以下, 采用分流模式, 通过分水岭的塑造来梳理径流。在周期性淹没与出露的河漫滩地带, 集蓄与分流模式相组合, 综合调节雨水径流。在单一的集蓄模式或分流模式中, 集蓄或分流功能占主导地位。集分结合模式则强调集蓄与分流部分紧密相连, 组成一个类似基塘式的整体新结构, 其集蓄和分流功能共同实现集分功能, 两项功能强度相当。由于流域本身在空间结构上就具有尺度特性和分形特征, 因此, 生境营造模式的空间布局是一种多尺度分水岭–汇水区的嵌套结构, 其在流域空间及沿河道横断面布局范式分别见图 3 和 4。实际工程应用过程中, 河谷的具体分区界限可通过水位监测数据或河道水面线推算得到。
3 生境营造模式在生态修复工程中的应用
3.1 集蓄模式工程应用
六盘水明湖湿地公园[58]: 沿水城河河谷横断面, 借鉴梯田、陂塘的地形改造方法, 将原先河谷坡面改造为分级蓄滞雨水径流的台地和水塘(图5(a)和(b)), 为乡土水生植物种植和水生动物繁育提供了生境基础。
邯郸园博园清渠如许湿地: 通过就地填挖方, 将高差为 10m, 坡度 15°～52°不等的城市建筑垃圾堆放场地土坡改造为台田与水塘镶嵌的梯级蓄水设施(图 5(c)和(d)), 为湿地中净化植物的种植提供了立地条件。
3.2 分流模式工程应用
三亚东岸湿地公园[59]: 采用基塘、垛田改造方法, 将原先洪涝频繁、水体污染严重、湿地功能退化的城市内河河床改造为可以分散滞涝洪水、改善局部水动力条件和供水生植物种植的水陆镶嵌的河流廊道(图 6(a)和(b)), 形成高度异质的水陆生境, 为白鹭提供了栖息地。
南昌鱼尾洲公园: 借鉴垛田改造方法, 通过就地填挖方, 将城市内湖下游低洼内涝荒地改造为分离滞水、改善局部水动力条件的小岛深潭交错分布的水陆生境(图 6(c)和(d)), 增加了水陆界面面积和水生植物的可种植面积, 使单一均质水域生境转变为高度异质的候鸟栖息地。
3.3 在流域中的综合应用
武汉五里界麓山郡居住小区[60]: 通过就地平衡土方, 将原先高程为 25～26m 的低洼地改造为 21～ 34m 的水域廊道及垫高住宅区。同时, 在上游坡地布置植草沟等雨水收集设施; 水岸弹性淹没区采用沟道、堰坝和水塘组合分级蓄排洪水; 河道常水位区域布置树岛, 增加水生植物种植面积, 形成水陆镶嵌的生境(图 7)。将易受洪涝的平坦低洼荒地改造为可系统调节雨洪过程、适宜生物栖息的多样生境。
4 讨论
4.1 对理水造田智慧的提炼
本文对我国农耕时代中的理水造田智慧进行梳理, 并提炼出处理水土关系的生境营造模式, 为当前生态修复工程实践提供生境营造方法。人类学家杨庭硕[61]认为, 了解我们祖先与生态系统打交道所积累的经验教训, 才可能进行环境和空间设计。俞孔坚[62]认为造田、理水、施肥、间作和轮作等农业传统经验积累的智慧是生态系统修复与再造的创造源泉, 并根据梯田、陂塘和基塘三类农耕技术, 提出应用于水生态修复的三大景观模块[25]。在此基础上, 王志勇等[32]详细阐述了梯田、陂塘、基塘和垛田四类设计生态系统模式中对水、土要素的设计方法。袁兴中等[26]指出生态智慧正经历着从自然智慧、传统生态智慧到新生态智慧的演变进程, 为国土生态修复提供了巧妙的启示。孙晋芳等[63]吸收圩田和基塘适应水位变化的特点, 并加以改造, 用于云梦泽生态修复。这些研究均对传统生态智慧持认可态度, 并证明了其对当前生态修复理论发展与工程实践的价值。
我国长期的农业实践积累了大量处理水土关系、改造生境的经验, 尽管不同层面的传统智慧有其环境适应性, 但通过提取适用的部分, 因地制宜地与现代生态科学理论技术相结合, 是减少实践试错成本、提高修复效率的有效方法。本研究仅针对部分典型理水造田智慧中对水、土要素的处理进行总结提炼, 温度和光照等也是生态系统中的关键生境要素, 如何综合提炼包含多重关键要素的生态智慧, 形成标准生境设计模式, 需要进一步关注。
4.2 对水土关系的处理以改变生境条件
对水土关系的处理是本文提出的生境营造模式的核心, 即通过地形的改变实现对水土的再分配, 为植物生长演替创造立地条件。白中科等[64]认为, 重塑稳定的地貌和重构水、肥、气、热协调的土壤, 是生态修复的基础性工程和生物多样性重组的前提。贾致荣等[65]通过调查, 发现岩石裂隙截留土壤和大气降水的作用为植物种子的驻留萌发构建了生长环境。俞孔坚等[66–67]将水泥硬化的河岸改造为截留水土的梯田台地, 使得多种具备水质净化功能的植物得以生长。Schwindt等[68]综述了填充沉积物、堆置砾石和河岸开洞等 10 种能增强栖息地特征的河床结构改变技术, 表明水文地形参数的改变是河流生态修复的关键设计标准。孙晋芳等[63]将三峡库区坡度<15°的消落带缓平区改造为形状不一、大小深浅不等的基塘镶嵌体, 缓冲了库区蓄排水带来的水深变动幅度, 为耐深水淹没植物生长创造了立地条件。上述研究均表明对水土过程处理的重要性。同时, 在河流修复中, Brierley 等[69–70]指出, 当涉及沉积物和水流变化时, 地貌结构指示着水力单元和栖息地的多样性以及修复潜力, 本研究通过两种模式的镶嵌来提高区域生境异质性的理论基础与其具有相似性。
在当前生态修复实践中, 除将受损生态系统恢复到历史上的某个状态外, 更多情况下只能基于现状条件, 开启一个新的生态系统[71–72]。新生境的营造是创造新栖息地, 开启新生态系统生长演替的首要节点[73]。本研究定性地提出两种生境营造模式及其在流域中的空间布局范式, 对两种模式的关键参数和空间布局范式进行定量化是未来研究需要突破的重点。
5 结论
本文对过往服务于农业生产的理水造田智慧中水土关系的处理方法进行提炼总结, 指出核心在于将局部“非水即土、非土即水”的刚性水土关系转变为水土互生互养关系, 从而将单一的水、土资源转变为可供动植物生长繁衍的生境条件。在此基础上, 本文从土方操作和水文过程两个方面提出“挖凹以集蓄塑造汇水区、堆凸以分流塑造分水岭”两种指向水土平衡的生境营造模式, 并依据地形坡度与河水淹没范围之间的动态变化关系, 提出两类生境营造模式在流域中的空间布局范式, 以便快速地、大规模地应用于流域生态修复。同时, 将两种生境营造模式及其空间布局范式应用于生态修复工程实践中, 表明了两种模式在营造植物立地条件和新生境方面的有效作用。本研究着重以定性的方式, 从理水造田智慧的水土关系处理方面进行提炼, 其他类型传统生态智慧中的生态修复策略以及两种模式关键参数的定量化需进一步关注。
参考文献
[1] Odum H T. Environment, power, and society. New York: John Wiley and Sons, 1971
[2] Mitsch W J. Ecological engineering — the 7 year itch. Ecological Engineering, 1988, 10: 119–130
[3] Mitsch W J, Jørgensen S E. Ecological engineering: a field whose time has come. Ecological Engineering, 2003, 20: 363–377
[4] Mitsch W J. When will ecologists learn engineering and engineers learn ecology?. Ecological Engineering, 2014, 65: 9–14
[5] Rey F, Cécillon L, Cordonnier T, et al. Integrating ecological engineering and ecological intensification from management practices to ecosystem services into a generic framework: a review. Agronomy for Sustai-nable Development, 2015, 35: 1335–1345
[6] Stanković D. Constructed wetlands for wastewater treatment. Gradevinar, 2017, 69(8): 639–652
[7] Shukla A, Parde D, Gupta V M, et al. A review on effective design processes of constructed wetlands. International Journal of Environmental Science and Technology, 2021, 19: 12749–12774
[8] Aronson J, Clewell A, Moreno-Mateos D. Ecological restoration and ecological engineering: complementary or indivisible?. Ecological Engineering, 2016, 91: 392–395
[9] Costanza R, d’Arge R, de Groot R, et al. The value of the world’s ecosystem services and natural capital. Nature, 1997, 387: 253–260
[10] McHarg I L. Design with nature. New York: American Museum of Natural History, 1969
[11] Koenig H E, Tummala R L. Principles of ecosystem design and management. IEEE Transactions on Sys-tems, Man, and Cybernetics, 1972, 2(4): 449–459
[12] Palmer M A, Bernhardt E S, Chornesky E A, et al. Ecological science and sustainability for the 21st cen-tury. Frontiers in Ecology and the Environment, 2005, 3: 4–11
[13] Ross M R, Bernhardt E S, Doyle M W, et al. Designer ecosystems: incorporating design approaches into app-lied ecology. Annual Review of Environment and Re-sources, 2015, 40: 419–443
[14] 俞孔坚. 设计的生态. 景观设计学, 2011(4): 24–25
[15] Graham D W, Smith V H. Designed ecosystem servi-ces: application of ecological principles in wastewater treatment engineering. Frontiers and in Ecology and the Environment, 2004, 2(4): 199–206
[16] Gopalakrishnan V, Bakshi B, Ziv G. Assessing the capacity of local ecosystems to meet industrial demand for ecosystem services. Aiche Journal, 2016, 62(9): 3319–3333
[17] Galatowitsch S. Ecological restoration. Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates, 2012
[18] Lundholm J T. The ecology and evolution of construc-ted ecosystems as green infrastructure. Frontiers in Ecology and Evolution, 2015, 3: 1–7
[19] Gültekın H. Ecological design and retrieving the en-vironmental meaning // Tymieniecka A T. Memory in the ontopoiesis of life. Analecta Husserliana, vol 101. Dordrecht: Springer, 2009: 73–79
[20] Rumbach A, Foley D. Indigenous institutions and their role in disaster risk reduction and resilience evidence from the 2009 Tsunami in American Samoa. Ecology and Society, 2014, 19(1): 19–28
[21] Syafwina. Recognizing indigenous knowledge for di-saster management: smong, early warning system from Simeulue Island, Aceh. Procedia Environmental Scien-ces, 2014, 20: 573–582
[22] Rai P, Khawas V. Traditional knowledge system in disaster risk reduction: exploration, acknowledgement and proposition. Jàmbá: Journal of Disaster Risk Stu-dies, 2019, 11(1): 484–491
[23] Yu K J. Green Infrastructure through the revival of ancient wisdom. Bulletin of the American Academy of Arts and Sciences, 2017, 70(4): 35–39
[24] Yu K J. Creating deep forms in urban nature: the peasant’s approach to urban design // Steiner F R, Thompson G F, Carbonell A. Nature and cities —the ecological imperative in urban design and planning. Cambridge, Massachusetts: Lincoln Institute of Land Policy, 2016: 95–117
[25] 俞孔坚. 道法自然的增强设计: 大面积快速水生态修复途径的探索. 生态学报, 2019, 39(23): 8733–8745
[26] 袁兴中, 陈鸿飞, 扈玉兴. 国土空间生态修复: 理论认知与技术范式. 西部人居环境学刊, 2020, 35 (4): 1–8
[27] 袁兴中, 熊森, 刘红, 等. 水位变动下的消落带湿地生态工程——以三峡水库白夹溪为例. 重庆师范大学学报(自然科学版), 2012, 29(3): 24–26
[28] 袁兴中, 杜春兰, 袁嘉. 适应水位变化的多功能基塘系统: 塘生态智慧在三峡水库消落带生态恢复中的运用. 景观设计学, 2017, 5(1): 8–21
[29] 袁兴中. 三峡库区澎溪河消落带生态系统修复实践探索. 长江科学院院报, 2022, 39(1): 1–9
[30] Berkes F, Folke C, Gadgil M. Traditional ecological knowledge, biodiversity, resilience and sustainability // Perrings C A, Mäler K G, Folke C, et al. Biodiversity conservation. Dordrecht: Springer, 1995: 281–289
[31] Lundholm J T. Spontaneous dynamics and wild design in green roofs. Israel Journal of Ecology & Evolution, 2016, 62: 23–31
[32] 王志勇, 李嘉宁, 刘佳驹, 等. 设计生态系统的一般方法框架及其在典型模式中的应用. 北京大学学报(自然科学版), 2023, 59(3): 501–512
[33] Lyle J. Design for human ecosystem, landscape, land use, and natural resources. Washington DC: Island Press, 1999: 36–70
[34] 水利部. 水土保持综合治理技术规范荒地治理技术(GB/T 16453.2—2008). 北京: 中国标准出版社, 2009
[35] 马红斌, 李晶晶, 何兴照, 等. 黄土高原水平梯田现状及减沙作用分析. 人民黄河, 2015, 37(2): 89–93
[36] 程彦文. 彭阳县水土保持造林整地技术与造林模式. 北京农业, 2014(33): 284
[37] 住房和城乡建设部. 水土保持工程设计规范(GB 51018—2014). 北京: 中国计划出版社, 2015: 2
[38] 水利科技名词审定委员会. 水利科技名词. 北京: 科学出版社, 1997: 147
[39] 林学名词审定委员会. 林学名词. 第2版. 北京: 科学出版社, 2016: 167
[40] 土壤学名词审定委员会. 土壤学名词. 第2版. 北京: 科学出版社, 1998: 102
[41] 张芳. 中国传统灌溉工程及技术的传承和发展. 中国农史, 2004(1): 11–19
[42] 俞孔坚, 姜芊孜, 王志芳, 等. 陂塘景观研究进展与评述. 地域研究与开发, 2015, 34(3): 130–136
[43] 谢智飞. 从河湖走向陂塘——宋代东南水利工程的变迁. 古今农业, 2020(2): 45–58
[44] 王晞月. 中国古代陂塘系统及其与城市的关系研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2019
[45] 钟功甫. 珠江三角洲的“桑基鱼塘”——一个水陆相互作用的人工生态系统. 地理学报, 1980, 35(3): 200–209
[46] 邢鲁豫. 巢湖平原圩田景观研究与实践[D]. 北京: 北京林业大学, 2020
[47] 卢斯腾. 宣芜平原圩田景观研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2020
[48] 李晨颖. 太湖流域塘浦圩田文化景观发展历史和特色——以长荡湖为例. 现代园艺, 2022, 45(2): 79–80
[49] 胡玫, 林箐. 里下河平原低洼地区垛田乡土景观体系探究——以江苏省兴化市为例. 北京规划建设, 2018(2): 104–107
[50] 钱晓晴, 陈清硕, 封克. 江苏省的垛. 土壤通报, 1996, 27(3): 117–119
[51] 杨垒. 江苏兴化垛田文化景观研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2018
[52] 郗金标, 邢尚军, 张建锋, 等. 几种重盐碱地土壤改良利用模式的比较. 东北林业大学学报, 2003(6): 99–101
[53] 李颖, 陶军, 钞锦龙, 等. 滨海盐碱地“台田–浅池”改良措施的研究进展. 干旱地区农业研究, 2014, 32(5): 154–160
[54] 任翔. 世界上最早的人造耕地——架田. 文史知识, 1991(5): 38–41
[55] 王建革. 江南早期的葑田. 青海民族研究, 2014, 25(3): 145–150
[56] 姚天. 人造耕地说葑田. 农业考古, 1986(1): 233–235
[57] 汪洁琼, 唐楚虹, 成水平, 等. 温州三垟湿地生态系统服务综合效能评. 中国城市林业, 2017, 15(5): 16–20
[58] 郝晟, 王春连, 林浩文. 城市湿地公园生物多样性设计与评估——以六盘水明湖国家湿地公园为例. 生态学报, 2019, 39(16): 5967–5977
[59] 拜真, 俞文宇, 张喻, 等. 从棚户区的灰色地带到新城区的韧性湿地——海南三亚东岸湿地公园. 景观设计学, 2018, 6(3): 90–103
[60] 俞孔坚, 张媛, 刘云千. 生态基础设施先行:武汉五里界生态城设计案例. 北京规划建设, 2013, 153(6): 48–53
[61] 杨庭硕. 重拾传统智慧. 景观设计学, 2018, 6(3): 28–33
[62] 俞孔坚. 设计生态系统绩效研究专题导读. 生态学报, 2019, 39(16): 5909–5910
[63] 孙晋芳, 袁兴中, 刘红, 等. 云梦泽圩田的生态模式设计研究. 生态学报, 2019, 39(21): 7881–7892
[64] 白中科, 师学义, 周伟, 等. 人工如何支持引导生态系统自然修复. 中国土地科学, 2020, 34(9): 1–9
[65] 贾致荣, 刘志峰, 郭忠印, 等. 鲁中山区公路岩石路堑边坡植被自然恢复初步调查. 公路, 2008(5): 185–189
[66] 俞孔坚. 金华燕尾洲: 生态、社会和文化弹性的诗意景观. 城乡建设, 2016(1): 56–58
[67] 俞孔坚, 俞文宇, 林国雄, 等. 将营养流慢下来——海口市美舍河凤翔公园生态设计. 景观设计学, 2019, 7(6): 102–115
[68] Schwindt S, Pasternack G B, Bratovich P M, et al. Hydro-morphological parameters generate lifespan maps for stream restoration management. Journal of Environmental Management, 2019, 232: 475–489
[69] Brierley G, Fryirs K. A geomorphic approach to the identification of river recovery potential. Physical Geography, 2000, 21(3): 244–277
[70] Brierley G, Fryirs K, Outhet D, et al. Application of the river styles framework as a basis for river mana-gement in New South Wales, Australia. Applied Geo-graphy, 2002, 22: 91–122
[71] Clewell A F, Aronson J. Ecological restoration: princi-ples, values, and structure of an emerging profession. Washington, DC: Island Press, 2013
[72] Rinkevich B. Ecological engineering approaches in coral reef restoration. Journal of Marine Science, 2021, 78(1): 410–420
[73] Liversage K, Chapman M G. Coastal ecological engi-neering and habitat restoration: incorporating biolo-gically diverse boulder habitat. Marine Ecology Pro-gress Series, 2018, 593: 173–185
Habitat Creation Modes Based on Balance between Water and Soil and Its Application in Ecological Restoration Engineering
WANG Zhiyong1,2, LI Jianing3, PENG Xiao3, HONG Min4, ZHANG Kai1,†
1. Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012; 2. The Graduate School of Landscape Architecture, Peking University, Beijing 100871; 3. College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871; 4. School of Architecture & Urban Planning, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601; † Corresponding author, E-mail: kevin76581@sina.com
Abstract Methods for regulating the relationship between water and soil were summed up in 23 traditional waterscape and farmland design wisdom. Creating a reciprocal and mutually reinforcing relationship between water and soil in local area is the core of creating habitats through collection and diversion of water by cutting and filling earthwork. Moreover, two habitat creation modes, named collection mode and diversion mode, were put forward. Collection mode means building water catchment by cutting earthwork in land slope. Diversion mode means building dividing ridge by filling earthwork in inundation area. At the same time, spatial distribution pattern of two modes in river basin scale was proposed based on dynamic spatial relationship between slope and runoff inundation area. It presented a multiscale mosaic structure among diverse dividing ridges and water catchments. Potential in regulating the balance between water and soil and creating habitats being suitable for planting were shown clearly by the applications in ecological engineering practices. It could provide method and technology reference for ecological engineering practices in China.
Key words designed ecology; traditional ecological wisdom; habitat creation; ecological restoration; nature-based solutions
