基于景觀生態(tài)學原理的生態(tài)清潔小流域規(guī)劃與設計
——以懷柔區(qū)前喇叭溝小流域為例

王 姣，趙方瑩，史振華，程金花，楊 華

(1.北京圣海林生態(tài)環(huán)境科技股份有限公司，北京 100083；2.北京林業(yè)大學，北京 100083； 3.北京市懷柔區(qū)水務局，北京 101400)

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基于景觀生態(tài)學原理的生態(tài)清潔小流域規(guī)劃與設計
——以懷柔區(qū)前喇叭溝小流域為例

王 姣1，趙方瑩1，史振華1，程金花2，楊 華3

(1.北京圣海林生態(tài)環(huán)境科技股份有限公司，北京 100083；2.北京林業(yè)大學，北京 100083； 3.北京市懷柔區(qū)水務局，北京 101400)

水土保持；生態(tài)清潔小流域；景觀生態(tài)；規(guī)劃與設計

生態(tài)清潔小流域建設是北京市生態(tài)建設的重要組成部分，在生態(tài)清潔小流域綜合治理設計中引入景觀生態(tài)理念，是新時期生態(tài)建設與保護的要求。以景觀生態(tài)學原理為基礎，分析了生態(tài)清潔小流域建設中規(guī)劃與設計的原則、方法、目標及步驟。以北京市懷柔區(qū)前喇叭溝小流域為例，探討了景觀生態(tài)理論在生態(tài)清潔小流域建設中的應用，旨在依據(jù)小流域不同景觀功能區(qū)特征協(xié)調資源利用與環(huán)境保護的關系，為生態(tài)清潔小流域建設達到小流域景觀格局與其功能的和諧統(tǒng)一提供參考。

生態(tài)清潔小流域建設是我國水土保持事業(yè)向縱深發(fā)展的一種嘗試，是山區(qū)生態(tài)建設與保護的一大創(chuàng)舉，已經(jīng)取得了很大成績，也積累了不少經(jīng)驗，但其治理效果與“生態(tài)及近自然”的總體要求還有一定的距離。例如林草配置及景觀小品顯現(xiàn)出的人工痕跡明顯，不少治理措施模仿城市的框架綠化模式，傾向于追求氣派和所謂的現(xiàn)代感，對于景觀的建設沒有因地制宜，以致整體景觀建設不能夠與當?shù)氐淖匀患叭宋沫h(huán)境相契合，也就是說，對于具有獨特自然資源的山區(qū)小流域的合理保護與利用有待進一步探討。基于此，我們以北京市懷柔區(qū)前喇叭溝小流域為例，探討景觀生態(tài)理論在生態(tài)清潔小流域建設中的應用，以期為形成“一村一鎮(zhèn)一特色”的特色景觀生態(tài)格局提供參考。

1 小流域景觀生態(tài)特征

作為生態(tài)環(huán)境的一個基本組成單元，小流域囊括了山區(qū)、丘陵地區(qū)的所有地貌要素。從小流域內可能發(fā)生的土壤侵蝕形式及其發(fā)生程度來看，山區(qū)小流域是一個較為完整的侵蝕產沙和輸水輸沙系統(tǒng)[1]。

小流域上游部分的主要功能是保持水土、涵養(yǎng)水源，中游有保持水土和發(fā)展經(jīng)濟的雙重功能。一般來講，小流域的下游是農牧業(yè)、旅游業(yè)等人類活動最為集中的地方，并通過這里與其外部發(fā)生聯(lián)系。受地形地貌的影響，山區(qū)小流域的土地利用狀況整體呈現(xiàn)出獨特的環(huán)帶狀立體鑲嵌的景觀格局。

從景觀生態(tài)學的角度來看，北京市山區(qū)小流域的景觀基質主要由人為活動及多種自然因素形成的斑塊組成，如次生喬木林地、灌木林地、農耕地及其他用地等。這些斑塊和河流、小溪、防護林帶、不同等級的道路等廊道構成交錯鑲嵌的復合景觀嵌塊體[2]。受人為活動范圍不斷擴大、活動強度不斷增大等因素的干擾，人工景觀不斷增加，而有顯著生態(tài)效應的自然景觀不斷減少，最終使得小流域景觀及生態(tài)系統(tǒng)抗干擾性降低且系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，甚至使其環(huán)境質量受損。所謂的質量受損是指自然生態(tài)系統(tǒng)的外界干擾超過系統(tǒng)正常運行受脅忍耐閾值所產生的偏離[3]。由此可見，小流域的生態(tài)系統(tǒng)有時是十分脆弱的。

2 生態(tài)清潔小流域建設的景觀規(guī)劃與設計

2.1 景觀生態(tài)學原理

對于一般的景觀生態(tài)學原理，國內外生態(tài)學家已從各自的專業(yè)研究領域，做出了很多系統(tǒng)而深入的闡述，他們基于生態(tài)學原理在不同尺度上提出了自己所倡導的景觀生態(tài)學基本原理或原則。我國學者肖篤寧[4]提出的景觀生態(tài)學理論包括整體性原理、時空尺度與等級組織原理、空間格局與生態(tài)過程原理、鑲嵌穩(wěn)定性與生態(tài)控制原理等，已被我國大多數(shù)相關學者所認可，并在實踐中為不少具體工作提供指導。筆者在生態(tài)清潔小流域建設景觀規(guī)劃與設計時基本上以該原理為指導。

2.2 景觀規(guī)劃與設計目標

受人為活動的長期干擾，小流域的景觀格局和生態(tài)系統(tǒng)均會不同程度地發(fā)生變化，這就使得小流域系統(tǒng)變得不穩(wěn)定、抗干擾能力降低。因此，在制定小流域綜合治理規(guī)劃時，其景觀規(guī)劃和治理措施的目標就必須進行適當調整，尤其是要調整當前不合理的土地利用方式和各業(yè)用地比例等。即從小流域景觀結構和功能兩個方面著手，通過功能分區(qū)和結構優(yōu)化，把景觀作為“資源”，并從“宏觀尺度上的整體”著眼，進行具體的資源再配置和措施設計，使景觀資源得到優(yōu)化和利用，進而實現(xiàn)小流域綜合治理的景觀格局、生態(tài)及可持續(xù)三方面協(xié)同發(fā)展。

2.3 景觀規(guī)劃與設計原則

小流域作為一個“社會-經(jīng)濟-自然”的復合生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)過長期人為開發(fā)利用，不少要素受到干擾或嚴重影響，其部分景觀生態(tài)功能已失調或者喪失。為維護、恢復和提高小流域的整體生態(tài)功能，在綜合治理的景觀規(guī)劃與設計中，必須調整小流域系統(tǒng)的結構，遵循自然規(guī)律，保障其景觀要素及其結構的合理性及科學性，兼顧小流域的社會需求，如生態(tài)效益、經(jīng)濟產出、旅游觀光、游憩休閑等，在確保小流域森林植被覆蓋度的前提下，逐漸增加其植被面積，調整其結構，使其發(fā)揮出最大的景觀生態(tài)功能，控制土壤侵蝕的發(fā)生和環(huán)境退化。在此基礎上，結合景觀多樣性、持續(xù)性及共生性原則，采用生物措施、工程措施和農業(yè)措施相結合方式，進行小流域綜合治理的景觀生態(tài)規(guī)劃與設計。

2.4 景觀規(guī)劃與設計方法

小流域的景觀規(guī)劃與設計是實現(xiàn)小流域綜合治理目標的重要基礎工作，其內容包括小流域的區(qū)域景觀總體功能規(guī)劃和景觀單元的措施設計。

在綜合治理規(guī)劃中，首先要收集和分析小流域自然和社會經(jīng)濟條件資料，依據(jù)景觀生態(tài)學原理，對小流域內斑塊、廊道及其連通性、異質性等進行總體分析和規(guī)劃。此階段可以初步擬訂出若干小流域綜合治理方案，待對比分析后進行取舍。其次，在對小流域進行總體功能規(guī)劃的基礎上，針對小流域自然條件、土地主導利用方向、小流域系統(tǒng)結構和功能等，依據(jù)小流域的景觀類型及其分布特點，對小流域進行景觀功能和治理分區(qū)。最后，再根據(jù)總體方案的對比分析取舍結果，對所選擇的最適小流域綜合治理方案中的各項措施逐一進行設計。在這一過程中，還可以對規(guī)劃方案中發(fā)現(xiàn)的問題，隨時進行結構的調整和功能的優(yōu)化。

3 前喇叭溝小流域環(huán)境背景

3.1 自然環(huán)境條件

前喇叭溝小流域位于北京市懷柔區(qū)喇叭溝門滿族鄉(xiāng)，屬湯河(海河流域)上游地表水源涵養(yǎng)區(qū)，被北京市水務局定位為休閑觀光型小流域。小流域地貌類型為燕山山脈的低山區(qū)，海拔460.4～1 659.8 m，坡度較陡，總體地勢是西北高、東南低。土壤類型以褐土和棕壤土為主，土層厚度50 cm左右。年平均降水量為533 mm，6—9月份降水量占全年的70%以上。年最高氣溫40 ℃，最低氣溫-23.5 ℃，無霜期165 d左右。

流域內現(xiàn)有植被類型主要為次生喬木林和灌木林，以落葉闊葉林和溫帶針葉林為主，在道路兩旁、農田地埂、村莊及房前屋后兼有少量人工林，樹種以北方常見的楊、柳、榆、槐、椿樹等為主，植被覆蓋率在75%左右。

流域總面積57.46 km2，其中土壤侵蝕面積7.03 km2，占總面積的12.2%，以水力侵蝕為主，土壤侵蝕模數(shù)600 t/(km2·a)。

3.2 社會經(jīng)濟背景

該小流域規(guī)劃治理面積為21 km2，涉及小流域內的官帽山、苗營、北辛店和喇叭溝門4個行政村，共758戶1 651人。隨著北京市山區(qū)生態(tài)建設與保護力度的不斷加大，流域內居民的主要收入來源已從以前的以農業(yè)種植、小型林副產品加工和家庭養(yǎng)殖業(yè)為主逐漸轉變?yōu)槟壳暗囊哉龀滞度搿⒃炝譅I林、撫育管理等為主，農業(yè)生產和第三產業(yè)等為次要收入來源。主要種植的農作物為玉米和谷類等，林果業(yè)也有一定程度的發(fā)展，主要經(jīng)濟樹種為蘋果、梨、栗子、桃、杏等。前喇叭溝小流域地理位置優(yōu)越、生態(tài)環(huán)境條件好，具有發(fā)展旅游休閑觀光業(yè)的優(yōu)勢。

4 小流域綜合治理景觀總體規(guī)劃

4.1 小流域景觀特征及其利用

前喇叭溝小流域景觀垂直帶譜明顯，流域上中游以原生落葉闊葉林和溫帶針葉林為主，灌木林以不規(guī)則斑點狀鑲嵌于喬木林之中。居民點集中分布于該小流域中下游，農耕地與人工植被鑲嵌其中。下游河灘地多開發(fā)為農耕地，種植作物以旱作玉米為主。

從該小流域現(xiàn)有的景觀組分分布、面積及其比例看，前喇叭溝小流域景觀生態(tài)規(guī)劃應以治理水土流失和保護生態(tài)環(huán)境為主，兼顧農業(yè)發(fā)展。因此，在景觀總體規(guī)劃中，應以生態(tài)環(huán)境保護為主并兼顧農業(yè)、林果業(yè)及旅游休閑觀光業(yè)的適度發(fā)展。

在小流域綜合治理規(guī)劃中，規(guī)劃部分糧食、蔬菜用地以保證當?shù)鼐用竦纳钚枨螅m度發(fā)展經(jīng)濟林果業(yè)和種植業(yè)，在基本自給自足的情況下，還可獲取一定的經(jīng)濟收入。在規(guī)劃的蔬菜、農作物種植區(qū)和經(jīng)濟林果用地區(qū)，實施高效節(jié)水灌溉。

根據(jù)景觀生態(tài)學原理，不僅要保護好小流域內原有植被、恢復人為破壞程度較嚴重的河濱植物帶，還要規(guī)劃出不同配置方式、不同面積及不同形狀的造林用地，以提高小流域的景觀生物多樣性，同時提高綠化美化面積，改善小流域的用地結構，提高其生態(tài)功能。

改善小流域的環(huán)境條件是生態(tài)清潔小流域綜合治理規(guī)劃的重要內容之一，具體規(guī)劃內容主要有改水改廁、截污治污等。這些措施在改善村莊環(huán)境的同時，還為吸引游客休閑觀光旅游創(chuàng)造條件。將小流域的自然資源開發(fā)與環(huán)境保護、治理結合起來，以開發(fā)促進治理，以治理保障開發(fā)，逐步實現(xiàn)改善小流域生態(tài)環(huán)境、提高當?shù)鼐用裆钏降目傮w目標。

4.2 小流域景觀功能分區(qū)及面積

小流域上游地區(qū)人煙稀少，人為活動對環(huán)境的干擾較少，其土地利用類型多為次生喬木林和灌木林地，植被覆蓋度大于30%，坡度多大于25°，把這個區(qū)域劃分為生態(tài)修復區(qū)；小流域中游的河(溝)道兩側是村莊集中、農耕地分布較多的地段，把這個區(qū)域劃分為生態(tài)治理區(qū)；小流域的中下部及主溝道兩側的支毛溝內，農業(yè)及其他生產用地分布集中，且利用和保護程度均較好，把此區(qū)域劃分為生態(tài)保護區(qū)。

前喇叭溝小流域分區(qū)及其治理面積分別為：

(1)生態(tài)修復區(qū)主要指前喇叭溝小流域北部與西南部的山高坡陡地段，該區(qū)域植被覆蓋度大于30%，平均坡度大于15°，總面積43.02 km2，規(guī)劃治理面積15.72 km2。

(2)生態(tài)治理區(qū)主要指該小流域河(溝)道兩側的農耕地以及村莊，總面積12.52 km2，規(guī)劃治理面積4.58 km2。

(3)生態(tài)保護區(qū)包括前喇叭溝小流域內主溝道、支溝及兩側河濱帶區(qū)域，總面積1.92 km2，規(guī)劃治理面積0.7 km2。

以所劃分的生態(tài)修復區(qū)、生態(tài)治理區(qū)和生態(tài)保護區(qū)為小流域景觀單元，進行生態(tài)清潔小流域建設景觀設計。

5 小流域景觀單元措施設計

5.1 生態(tài)修復區(qū)

在生態(tài)修復區(qū)景觀單元內，主要以自然修復為主，通過劃定封禁保護區(qū)和采取適當撫育管理措施等，提高區(qū)域植被覆蓋度，改善森林結構，提高林地的水土保持和水源涵養(yǎng)能力，實現(xiàn)防洪和生態(tài)環(huán)境改善的源頭防護。設計前喇叭溝小流域封育面積7.63 km2，豎立保護提示標牌3塊，設護欄1.2 km。

5.2 生態(tài)治理區(qū)

在生態(tài)治理區(qū)景觀單元內，主要措施包括擴大經(jīng)濟林面積，完善和提升現(xiàn)有農耕地田間灌溉系統(tǒng)，加強田坎整修和村莊美化，建設生態(tài)植物護坡等。

根據(jù)作物種類和種植方式，分別采用低壓管道灌溉、噴灌和滴灌等節(jié)水灌溉方式。田坎整修選用當?shù)爻霎a的塊石作材料。生態(tài)護坡選用等高植物籬，以提高林地攔蓄地表徑流能力和坡面抗侵蝕沖刷能力。經(jīng)濟林樹種選用適宜當?shù)卦灾睬腋弋a適銷的核桃、蘋果、桑葚和山杏等樹種。村莊及周邊美化工程措施，主要包括人行步道、土地整治、截排蓄水工程等；生物措施有村莊及其周邊綠地建設、環(huán)境整治、旱廁改水廁、垃圾收集與處理等。

設計前喇叭溝小流域經(jīng)濟林建設面積19.8 hm2，節(jié)水灌溉61.33 hm2，梯田整修39.4 hm2，村莊美化6.12 hm2，植物護坡520 m。

5.3 生態(tài)保護區(qū)

生態(tài)保護區(qū)景觀單元是水、泥沙和污染物輸移的通道，依據(jù)其特點及社會需求，進行河濱帶治理和溝道清理，營造水生植物群落與岸坡植物帶，維系河(溝)道的安全泄洪能力,改善河(溝)道水質。

設計前喇叭溝小流域河濱帶治理面積3.93 hm2。

6 結 語

以景觀生態(tài)學理論為指導，開展生態(tài)清潔小流域建設規(guī)劃與設計，是解決北京山區(qū)小流域環(huán)境保護和社會經(jīng)濟發(fā)展的重要方向。在生態(tài)清潔小流域建設中，應從小流域的整體出發(fā)，在綜合分析其生態(tài)特征、社會需求和景觀單元間相互作用的基礎上，運用景觀生態(tài)學原理對其景觀進行整體功能分類，之后再進行綜合規(guī)劃和治理措施設計。在規(guī)劃中既要考慮不同功能區(qū)和景觀單元的生態(tài)特點，又要保證景觀單元間和小流域內部與其外部的物質流、能量流和信息流的暢通，以實現(xiàn)區(qū)域景觀生態(tài)環(huán)境保護與利用、小流域農林(果)業(yè)及旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 全國生態(tài)農業(yè)縣建設領導小組辦公室.中國生態(tài)農業(yè)[M].北京：中國農業(yè)科技出版社，1996：194-202.

[2] 景貴和.土地生態(tài)評價與土地生態(tài)建設[J].地理學報，1986，41(1):1-6.

[3] 周道偉，盧文喜，夏麗華，等.北方農牧區(qū)交錯帶東段草地退化與水土流失[J].資源科學，1999，21(5):57-61.

[4] 肖篤寧.景觀生態(tài)學研究進展[M].長沙：湖南科學技術出版社，1999：45-48.

(責任編輯 張培虎)

S157.2

A

1000-0941(2016)10-0040-02

王姣(1987—)，女，河南獲嘉縣人，助理工程師，學士，主要從事水土保持、生態(tài)建設規(guī)劃和設計工作。

2016-04-25