張掖市東環路濕地景觀設計與生態效果分析

張晶晶，劉純翰

（1.蘭州交通大學 建筑與城市規劃學院，甘肅 蘭州 730070；2.中國市政工程西北設計研究院有限公司 風景園林所，甘肅 蘭州 730000）

濕地作為自然界最富生物多樣性的生態景觀和人類最重要的生存環境之一，在維持生態平衡、保持生物多樣性、涵養水源、蓄洪防旱、降解污染、調節氣候、補充地下水和控制土壤侵蝕等方面具有重要作用［1，2］。隨著城市化進程的加快，城市濕地已成為不可多得的稀缺自然資源，是城市景觀單元中最重要的近自然空間，在城市濕地景觀建設中協調濕地的自然生態功能與經濟、文化功能之間關系，成為城市景觀生態建設的重要內容，也是促進城市可持續發展的重要因素［3］。蘆葦（Phragmites australis）是常見的濕地挺水植物，在北方天然濕地中蘆葦因其生態適應性強占據著其他植物不易生長的地段，成為干旱區濕地的標志性物種，構成了具有特殊功能的蘆葦濕地）［2，4，5］。近年來，蘆葦濕地污水處理作為一種較為廉價的綠色治理技術及高效生物修復途徑越來越多受到人們的重視［6－9］。對于城市人工濕地設計及去污效果方面的研究較多［2，10］，而對城市天然蘆葦濕地的景觀改造與去污效果方面的研究較少。張掖市城東蘆葦濕地是一片與城區東環路緊緊相連的原始天然濕地，也是重要的景觀節點［11］。甘肅省張掖市結合城市改造對東環路南段蘆葦濕地進行了改造和建設，成為城市污水處理及人們觀光、休憩、健身、垂釣等活動的重要場所。筆者就張掖市東環路蘆葦濕地棧道景觀設計理念、建設現狀及生態效果進行介紹，為荒漠綠洲城市天然濕地利用與生態系統修復相結合的景觀設計提供參考。

1 研究區概況和方法

1.1 研究區概況

張掖市位于甘肅省河西走廊中部，屬溫帶大陸性氣候，為典型的荒漠綠洲。全區年平均降水量129 mm，多集中在6～9月，約占全年總降水量的71.9%，年均蒸發量2 047mm，太陽年輻射總量為147.99 kcal/m2，年日照時數3 085h，年均氣溫6℃，無霜期153d，1月最冷，7月最熱，歷年最高氣溫37.4℃，最低氣溫－28℃，盛行西北風，年均風速2m/s，最大風速36m/s。張掖市所轄的甘州區曾有“半城蘆葦半城塔，三面楊柳一面湖”的勝景，現有天然濕地3 000 km2，植被以濕生和沼生植物為主，以蘆葦＋草本群落為代表，屬典型的蘆葦濕地，群落蓋度達85%。張掖市東環路蘆葦濕地是楔入城區的一塊寶貴濕地資源，也是進入黑河濕地的起點，對調節市區小氣候、美化市區環境具有無可替代的作用［10，12］。地理位置位于E 38°56′13.11″、N 100°28′03.16″，為淺埋地下水滲出形成的地表流，水源補充主要來自飲馬河；地標位置南起東環路加油站，北至與312國道北環路銜接的王母宮，全長1 841.11m，東西寬20～120m，標高從1 475.1m降至1 470.8m，高差為4.3m。總面積約8.5hm2（圖1），其中水面面積1.99hm2，蘆葦面積2.46hm2，陸地面積4.05hm2。從加油站至馬踏飛燕城雕處，有5座橋體將蘆葦濕地兩側人行道和公路連通，周邊重點建筑物有東環路加油站，金安苑住宅小區，張掖市汽車東站，甘州區工商局、市中醫院、蘭州軍區房管局辦事處、河西賓館、華辰國際大酒店等。

東環路蘆葦池一直承載著城市地下水和污水的排泄，在20世紀70年代由于城市建設規模較小，排污量較小，近10年來隨著城鎮化進程的加快，城市面積不斷擴大，城市居民數量急劇增加，城市排污量日益增加，排入東環路蘆葦濕地的污水量已遠遠超過了其自身凈化能力，加之市民隨意傾倒生活垃圾，致使水質惡化，造成周邊臭氣熏天，給過往旅游觀光、合作投資留下了不良的影響。此外，因歷史的原因東環路及蘆葦濕地缺乏統一的規劃，且由于建設、改造的年代不同，與城市建筑形象差異較大，缺乏必要的對話和銜接，并缺少必要的城市家具，更與周邊環境缺乏統一和協調。為此，受張掖市建設局委托，2008年12月進行了規劃設計。項目分兩期工程進行建設，一期工程為東環路加油站至東關盤旋路的南段蘆葦濕地景觀區，于2009年7月建成，經歷恢復性運行，系統基本穩定；二期工程從東關盤旋路至北環路王母宮，于2010年7月建成，現處于恢復性階段。

1.2 采樣和分析方法

研究于2011年進行，主要對建成并運行的一期工程區測定4～10月蘆葦生長動態和水質。在每月中旬（15日前后）隨機取5個點，每個點統計1m2取樣方中蘆葦株高和株數，然后刈割地上器官，裝入薄膜塑料袋內，立即稱重（鮮重）后將樣品裝入信封或紙袋，在105℃烘2h，再在85 ℃烘至恒重［8，13，14］。水質測定全年進行，于每月中旬在第一跌水區進水區生活污水主要排入區，后稱“進水區”）和第三段跌水區出水處（后稱“出水區”）各采集水樣5份，用于水質測定。水質測定指標包括 COD、全氮（TN）、氨氮（NH4＋－N）和全磷（TP），COD測定采用重鉻酸鉀氧化法，TN測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，NH4＋－N采用納氏試劑比色法，TP測定采用鉬銻抗分光光度法［15］。

2 結果與分析

2.1 蘆葦濕地景觀效果

蘆葦濕地景觀帶“點”包括了東環路加油站前綠化景觀、休閑健身廣場、3處木質觀景平臺和馬踏飛燕城雕觀瞻區。東環路加油站前綠化景觀設計采用下沉式微地形景觀空間，通過綠籬、季花及喬木的相互搭配，為下沉空間提供界面并增加層次色彩和光影變化，用栽植和微地形體現出了特有的環境景觀空間。休閑健身廣場利用原有的簡易門球場地、樹陣空間和原有入口坡道，在保留門球場的同時，結合綠化對場地進行規整梳理，并豐富其健身功能和增加休憩設施，場地硬質鋪裝以卵石鋪砌為主，作為健身步道之用，中間以帶有木質座椅的樹陣營造了供游人林蔭休憩和交流的空間，在兩側錯落有致的花池和綠籬形成的半圍合空間布置了一些健身器械和休憩座椅，營造出了休閑與健身為一體的圍合林蔭小廣場，進一步豐富了空間的功能和景觀層次。木質平臺的設計根據人們的游覽心理和生理需求及整體環境景觀要求，設計了3組不同形式的木質平臺伸入蘆葦叢中，形成游人的駐足與觀賞空間，增強了人與環境景觀的對話和互動，使環境景觀設計更為人性化。在東環路與312國道交匯處的馬踏飛燕城雕觀瞻區的設計以城雕作為主要景觀節點，通過對場地歸整、梳理和硬化，結合綠化措施，擴大了城雕觀瞻空間和休閑娛樂活動場地。

蘆葦濕地景觀帶“線”通過整條景觀帶溪流梳理和人行道改造得以體現。設計以自然溪流形態為設計元素，將原有濕地中的污水進行截流引排，減少了污水的排入。根據在原有蘆葦濕地面積上，合理控制溪流的寬度及水深，從南向北逐次加寬，寬度由3～12m不等，蜿蜒變化。以0.6m的水深為安全水位標準，利用地形高差設計了3道東西向橫穿蘆葦濕地的堵水墻，不但形成3個局部自然跌水景觀，而且抬高了各區域的水位，有利于蘆葦生長和去除水體污物。水景基層采用透水性做法，面層干砌當地卵石，保證了水系與蘆葦叢之間的水分滲透。人行道的設計方便市民和游人在蘆葦濕地的觀賞及娛樂，將人行道加寬到1.8m，鋪裝基層采用透水性做法，面層選用貼近于暖色系透水磚，人行道防護欄桿采用復合木材料，以體現其生態性和整體性的原則。對人行道綠化帶改造在保留現有行道樹的前提下，對原有種植地進行重新劃分，在喬木之間增植了一些諸如連翹、紫丁香、榆葉梅等花灌木，在豐富道路景觀效果的同時，起到了適當屏蔽車水馬龍嘈雜聲和減少車輛尾氣污染的效果。

從整體設計和建成效果分析通過“點”和“線”的有機結合，使貫穿于蘆葦叢的水系迂回于蘆葦之間，與茂盛的蘆葦叢交相呼應，使蘆葦叢與溪流相映成趣，形成一片悠然恬靜的自然美景，充分體現了“葦影淺溪”的主題和生機勃勃的蘆葦叢景觀主體“觀瞻面”。

2.2 棧道景觀區蘆葦生長狀況和去污效果

2.2.1 蘆葦生長動態變化 對蘆葦生長測定結果（圖1）表明，改造后的蘆葦種群密度隨季節變化先上升后下降，其中，6月中旬密度最高，達251.21±18.75莖/m2，此后呈下降趨勢，至10月中旬降至207.16±8.52莖/m2，這一現象是由蘆葦不同生長階段生長中心的轉移引起。在西北荒漠綠洲蘆葦濕地中，從7月開始蘆葦由營養生長轉向生殖生長，導致蘆葦種群內部競爭加劇，造成種群內出現自疏現象，從而使種群密度發生變化，導致蘆葦密度達到一定峰值后開始逐步下降。到8月中旬蘆葦種群密度略微上升，是為重新分蘗所造成。與改造前的2008年相比，濕地中蘆葦最高密度增加了23.78%，平均密度增加了31.29%，其原因是在景觀帶中增設了堵水墻，提高了蘆葦淹水深度，有利于蘆葦的生長和安全越冬，提高了密度。

圖1 景觀帶蘆葦生長動態Fig.1 The dynamics of reed growth

蘆葦植株高度和地上生物量隨季節更替、氣溫升高而增加，但存在時間上的錯位。5～7月蘆葦種群的植株高度增加速度最快，此階段正值蘆葦拔節伸長期；在8月末至9月初，蘆葦開始抽穗，種群高度又出現較快的增長，平均株高達到248.48m。與蘆葦株高的增長相比，蘆葦地上部生物量的增加滯后于株高增長，4月蘆葦才剛剛萌發，地上部生物量最低，只有204.76g/m2；隨著時間的推移，蘆葦地上部生物量不斷增長，7～8月蘆葦地上部分生物量積累最快，在9月初達到峰值2 665.14g/m2，而后又有所下降，直至生長末期全部枯萎。與景觀帶建設前的2008年相比，蘆葦平均株高增加16.27%，地上部生物量增加21.83%。

2.2.2 蘆葦濕地去污效果 蘆葦濕地水體中污染物水平表現出季節的差異，這與當地的氣候特點和生活習慣有關。由于冬春季節氣溫和濕度較低，人們洗澡頻率較低，生活用水相對較少；在4～9月，隨著氣溫升高，城市居民生活用水量增加，排放到蘆葦濕地的污染物也較多。蘆葦濕地對水體中不同污染物去除存在一定的差異（圖2），其中，對COD的去除率在25.44%～81.71%，TN 的去除率40.94%～89.29%，NH4＋－N的去除率在40.50%～81.23%，TP的去除率在30.30%～78.95%。季節變化對蘆葦濕地去除水體污染物影響較大，對各類污染物去除效果表現出夏季＞秋季＞春季＞冬季的規律。在夏季氣溫較高，蘆葦生長旺盛，對污染物去除效率也較高，如6～8月，平均氣溫19.4～20.5℃，對COD、TN、NH4＋－N和 TP的去除率平均在74.25%、85.80%、75.95%和77.04%；而在冬春季節氣溫較低，蘆葦處在休眠狀態或生長緩慢，對水體污染物的去除基本上仰仗于蘆葦床的吸附和滲漏作用，整體上去污能力較弱，對COD、TN、NH4＋－N和TP的平均去除率分別30.44%、53.27%、44.68%和38.42%。在蘆葦生長季節（4月～10月），對COD、TN、NH4＋－N和TP的平均去除率分別為67.70%、80.96%、68.38%和66.25%。

3 討論

圖2 景觀帶水體污染物濃度及去除率月變化Fig.2 Monthly variation of water pollutant concentration and removal rate in reed wetlands

城市濕地的生態服務功能與鄉野濕地不同，受人為活動干擾，中國城市濕地存在面積縮小、功能退化、污染嚴重，特別是富營養化現象突出。因此，在城市濕地景觀建設中如何協調濕地的自然生態功能與經濟、文化功能之間關系，是城市景觀生態建設的重要內容，也是促進城市可持續發展的重要因素［16］。王曉文等［3］和蔣倩［17］在分析城市濕地生態功能的基礎上，對比國內外城市濕地景觀建設實踐上的差異，運用景觀生態學原理，提出城市濕地景觀建設應該遵循生態性、連續性和整體性、鄉土性和美學的原則。歷史上，張掖市就是古絲綢之路上的歷史文化名城，古人將張掖眾多美景總結為“一湖山光半城塔影，葦溪連片古剎遍地”。因此，對東環路蘆葦濕地景觀設計立足于西北地域特色、生態優先和做到與周圍環境協調統一，以“葦影淺溪”為主題，通過濕地景觀與居住環境的滲透，按照“簡單梳理、恢復自然”的要求，對現有蘆葦池進行了改造。在設計構思與手法上以自然形態溪流為設計元素，順坡就勢合理控制溪流的寬度及水深，從南向北逐次加寬，蜿蜒變化，通過跌水墻的設計是濕地局部形成跌水景觀，使貫穿于蘆葦叢的水線迂回于蘆葦之間，相映成趣，形成悠然恬靜的自然美景。對蘆葦池西邊東環路人行道改造采取加寬人行道、新建伸入蘆葦池的懸挑結構木質平臺和木棧道，為游人提供駐足觀賞的空間。通過改造使整個蘆葦濕地棧道景觀與周圍建筑物融為一體，形成綠地的核心地位；通過木棧道深入蘆葦深處，使得游人與蘆葦能夠更好的接觸和對話，在為人們提供游憩空間的同時，提高了景觀帶的整體性。

已有的研究報道，濕地植物生物總量與去污能力呈正相關關系［2，6－8］。在張掖市東環路蘆葦濕地表現出蘆葦生長動態與水體污染物去除能力有相同的趨勢，在4～10月蘆葦生長期間，水體中的COD、TN、NH4＋－N和TP去除率明顯高于其他月。去除率變化除取決于濕地本身的去除能力外，還明顯受到進水濃度波動的影響。在西北夏秋季居民生活用水高于冬春季，盡管夏秋季進水區污染物較高，但由于蘆葦生長動態與此相吻合，起到了有效的去污效果。此外，蘆葦濕地對N、P的去除效果方面也存在差異，表現出對N素的去除率高于P素，而且氮的去除率與蘆葦生物量表現出較高的相關性，這主要是植物的良好生長改善了根區微環境，強化了蘆葦濕地的生物脫氮作用。在西北干旱區，大氣濕度較低，蒸發十分強烈，適當提高淹水層的深度，有利于蘆葦生長。為此根據當地的氣候條件，蘆葦濕地3段跌水區堵水墻選擇了不同的高度。進水區堵水墻設計為40cm，淹水深度在10～50cm；中段淺水區堵水墻設計為50cm，淹水深度在30～60 cm；在最后一段跌水區，堵水墻設計為60cm，淹水深度在50～70cm。由于分段采用了不同的淹水深度，在淺水區有利于硝化作用的進行，而在深水區有利于氨化作用進行，同時表層土中含有一定的Ca2＋，它與污水中的PO43－反應生成沉淀而脫除水體中的磷，這樣就使得蘆葦濕地系統中硝化、反硝化和P素沉淀作用可以同時進行，有效地提高了污水凈化效果。由此說明，東環路蘆葦濕地景觀設計彰顯了西北荒漠綠洲城市特有的“葦影淺溪”景觀特色，已成為自然、城市與人融為一體，濕地與城市互惠共生、生態良性循環的新時期城市發展模式的示范性工程，受到當地居民和過往游客的普遍贊賞。

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