基于景观生态学的湿地公园空间优化配置方案——以北京琉璃河湿地公园为例

李冰伦，王文杰，胡远满，刘淼，布仁仓*，史思雪，熊在平

1.中国科学院森林生态与管理重点实验室，中国科学院沈阳应用生态研究所 2.中国科学院大学 3.中国环境科学研究院 4.生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心

湿地是地球上重要的生态系统之一，不仅可提供水质调控、气候调节、涵养水源、维持物种多样性等生态系统服务功能，且对人类生活具有很好的支持作用，如水源供给、食物供应等[1- 2]。城市湿地除上述功能外，还能降低城市热岛效应，为居民提供休闲娱乐功能，是城市生态系统中不可替代的重要组成部分[3]。1990—2010年的20年间，由于城市化的迅猛发展，中国损失了2 883 km2的湿地，这间接威胁了城市生态系统与居民的身心健康[4]。

随着人们对生态环境健康重要性认识的提高，及现代城市生活对城市湿地生态价值及美学价值的需求，湿地公园的概念应运而生[5]。2017年，住房和城乡建设部印发的《城市湿地公园设计导则》[6]中，将城市公园定义为，在城市规划区范围内，以保护城市湿地资源为目的，兼具科普教育、科学研究、休闲游览等功能的公园绿地。基于以上定义，城市湿地公园既要具备湿地的生态功能，又要满足居民休闲娱乐的需要，还应对居民有湿地方面的教育意义[7]。因此，城市湿地公园恢复中，不仅需恢复其面积，更重要的是恢复其生态功能。景观生态学是一门研究人与自然关系的重要学科[8]，可通过生态过程和干扰调控等手段，利用景观生态学原理优化湿地空间配置[9]，提高城市湿地生态功能[10]。笔者以《北京市国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》[11]中“一核、三横、四纵”湿地格局中的重要节点——北京市房山区琉璃河湿地公园为研究对象，采用景观生态学原理，对湿地公园进行空间优化配置，达到提升其生态功能的目的，以期为京津冀地区城市湿地公园的空间优化与功能提升提供借鉴。

1 研究区概况

北京琉璃河湿地公园地处北京市房山区琉璃河镇西北，位于大清河支流大石河的琉璃河段，占地面积为5.293 km2。琉璃河由西向东穿过湿地公园，形成河流湿地。湿地公园内交通便利，有京深公路、京广铁路及京港澳高速贯穿其中。其中，京深公路东侧区域主要用于建设公园的娱乐项目，而西侧区域不仅包含湿地水源入水口，还涉及关键物种栖息地营建，因此选择该区域作为湿地公园空间优化配置方案研究区(图1)。研究区占地面积1.960 km2，地势平坦，整体海拔为10～46 m。该区域在建设湿地公园前主要土地利用类型为旱地，占研究区面积的66.29%；其余土地利用类型包括草地、有林地、城镇用地等。研究区主要湿地类型为水田、河流湿地与坑塘湿地，占研究区面积的21.94%。目前，研究区内湿地面临的问题包括河道水面干涸严重、水面面积小，土地利用以水浇地和水田为主，无法发挥湿地公园的生态功能及观赏与教育功能等[12]。

图1 琉璃河湿地公园研究区范围Fig.1 Liuli River Wetland Park and the study area

2 空间格局优化配置理念及原则

2.1 空间格局优化配置理念

空间格局优化指以景观生态学中的景观格局—过程—功能完整性为指导原则，在景观水平上，根据当地历史湿地景观类型，在空间上通过生态要素的调整，景观过程调控，使得水热条件重新分配，改善或营造湿地景观特有的环境，并按照不同面积比例重新分配景观基质、斑块、廊道，形成新的景观格局的过程。经过景观空间格局的优化，可提高景观连通性、多样性等。

2.2 空间格局优化配置原则

2.2.1调控过程，优化结构，提升功能

以景观生态学理论为基础，根据景观结构过程功能整体性的优化理念，调控水文过程等景观过程，优化景观空间格局，进行景观空间配置，从而实现湿地公园研究区水质净化，及生物多样性、观赏与教育等景观功能的提升。

2.2.2以原地形为主，辅以必要的修整

地形是城市湿地公园重要组成部分和设计基础，具有分隔空间、优化视线、调节小气候等功能[13]。在进行空间格局优化配置时，应在基本保持原地形的基础上，节约优化的成本。若原地形无法满足优化要求，可适当进行地形修整。

2.2.3兼顾生态与观赏功能

在进行空间格局优化配置时，既要考虑湿地公园的生态功能，又要考虑其观赏功能。因此，优化时应充分考虑各斑块人类活动强度的差异及相应的功能分工。这一原则可以通过在湿地公园内进行功能分区实现。

3 景观结构优化方案

3.1 一级功能区

根据研究区湿地景观以河流湿地为主的基质现状，考虑到优化目标主河道西部狭长、东部开阔的空间特征，仿照自然保护区的分区方式[14- 15]，围绕主要河流湿地，将研究区分为2个一级功能区，即生态功能湿地区与观赏功能湿地区(图2)。将主河道西部、南部及东北部设置为生态功能湿地区，该功能区包含研究区入水口，且人类不易接近，有助于实现水质净化功能及关键物种保育功能；将研究区的其余区域设置为观赏功能湿地区，该功能区原为农田，基底较为平整开阔，人类易于接近，适宜建设观赏景观，可提供美学及教育功能等。

图2 研究区一级功能区空间分布Fig.2 Spatial distribution of primary function areas in study area

3.2 二级功能单元

在一级功能区中，可根据具体位置及功能继续细化为二级功能单元。根据水流方向与河道形态设计污染物降解路径，并据此划分水质净化单元(图3)。污染物降解第一阶段为水中污染物由入水口进入研究区后，由于研究区东北部区域距入水口最近，需在此区域去除如酚类等有气味的污染物，防止对研究区空气造成污染，将此区域划分为一级水质净化单元。污染物降解第二阶段为水流经河道至研究区西南部，由于水流流经区域位于河道中游，河道长而弯度小，有利于植物通过吸收去除水中的污染物，将此区域划分为二级水质净化单元，用于去除水中的氮和磷。污染物降解第三阶段为研究区南部至出水口，由于流经区域处于河道下游，且较为开阔，将其划分为三级水质净化单元，有利于通过多种净化方法去除水中其他污染物。水质经三级净化后，一部分循环回主河道补充水量，另一部分通过出水口流至下游区域。

图3 污染物降解过程空间分布Fig.3 Spatial distribution of pollutants degradation process

图4 观赏功能湿地区植被种植梯度Fig.4 Vegetation planting gradient in ornamental wetland functional zone

研究区西南部为弯型岸带，具有持水面且距离人类活动区较远，适宜作为物种保育单元，用以保育植被、鸟类等关键物种。研究区西部距人类活动区较远且距离水面较近，将其设置为物种觅食单元，主要为鸟类提供食物。

在观赏功能湿地区中，依据植被种植梯度(图4)，在区域内按照沉水植物、浮叶植物、漂浮植物、挺水植物、湿生植物的水位需求，营造不同水位梯度，从而划分不同功能单元。该功能区中部距岸边较远，可以营造较深的水位，设计种植包含沉水植物、浮叶植物、漂浮植物及挺水植物的荷花群落及萱莲群落，提供观赏功能；功能区中距岸边较近区域安全系数高，可以划分为观赏休闲单元，设计种植湿生植物、灌木及乔木，并在此区域修建栈道供人们近距离接触湿地，提供观赏功能；功能区东南部距离水质净化功能区较近，可以作为水质净化功能展示单元，提供教育功能。研究区二级功能单元分布如图5所示。

图5 研究区二级功能单元空间分布Fig.5 Spatial distribution of secondary functional unit in study area

4 景观过程调控方案

4.1 水文流通过程调控

第2次全国湿地资源调查结果显示[16]，因水资源紧缺，城市建设对湿地的侵占，地下水开采过度等原因，北京各水系的水面面积明显缩小。为了保障湿地水位和储水量，防止湿地退化，首先扩展水面面积，保障上游来水量；其次，针对原河道中部部分河道呈直角或近直角，易形成流动死角而增加水体污染的问题，对主河道进行微调；另外，增加水流时间、水流面积与河道弯曲度，以增强水质净化功能。

图6 研究区水文循环过程优化前后空间分布Fig.6 Spatial distribution of hydrological process before and after optimization in study area

为增加琉璃河湿地公园的湿地面积，提高公园的可观赏性，同时避免景观破碎化严重，在观赏功能湿地区内建设潜流或小河道，构建水系网络系统，以增加河道之间连通性和水系长度，从而增加水流经过的植被类型和时间，提高湿地净化功能。调控前研究区水体面积为0.22 km2，占研究区总面积的11.22%；调控后研究区水体面积为0.90 km2，占研究区总面积的45.92%。

4.2 水文循环过程调控

为防止因上游来水量不足，导致湿地水位和出水量下降，同时为增强湿地水质净化功能，提高水资源利用率，在河流的出口和入口之间，设计长为9.05 km的循环管道，以达到稳定水位、平衡水量、提高水质的作用。综合考虑植物生长水位、研究区水量、水质净化功能及游客安全等方面的需求，来确定设计水位。在循环管道出口处设计水闸，当水位低于设计水位时，关闭水闸，减少水量流失；当水位高于设计水位时，打开水闸，使水位保持在设计水位，避免湿地水位和出水量出现异常。研究区内水文循环过程优化前后对比如图6所示。由图6可知，水文循环过程优化后研究区水面面积明显增加。

5 景观空间配置方案

根据景观结构优化与景观过程调控结果，按照基质、斑块及廊道3种景观单元，提出琉璃河湿地公园研究区具体的景观空间配置方案。

5.1 斑块配置方案

研究区内分布面积最大，连通性最大的景观为河流，其为研究区基质。在基质周边地块，配置不同景观类型的斑块与廊道，形成湿地景观空间配置。以河流主干为中心轴向外，分别进行湿地斑块、草本斑块、灌木和乔木斑块配置，整体呈现水体- 草本- 灌木与乔木的空间分布格局。

在生态功能湿地区的3个等级的水质净化区内，分别配置湿地斑块及具不同净化功能的草本斑块，使其对流经的水体起到不同净化作用。其中，在一级水质净化单元内种植一些乔木，保证景观多样性；在物种保育单元内，配置由当地珍稀物种组成的草本斑块，同时配置适宜鸟类栖息的草本斑块；在物种觅食单元内，配置为鸟类提供食物的湿地斑块、草本斑块以及灌木和乔木斑块(图7)。

图7 生态功能湿地区斑块配置Fig.7 Pata configuration of eco- functional wetland areas

观赏功能湿地区中，以发挥湿地的观赏功能与美学价值为目的，配置景观斑块。其中，观赏休闲单元按区域位置与所需功能配置湿地斑块、草本斑块、灌木与乔木斑块(图8)。功能区西部靠近主河道区域配置湿地斑块，作为主河道与草本斑块的交错区域，起缓冲作用的同时增加景观及物种多样性。此外，在观赏休闲单元与荷花观赏单元及萱莲观赏单元交界处，均匀配置湿地斑块。既保证游客安全，又可使游客亲近和了解湿地。湿地斑块配置后，在游客可达区域配置耐踩踏的草本斑块，便于游客亲近湿地景观，减少生态环境破坏；游客不可达区域配置湿地斑块及不同颜色、不同高度的草本斑块，增加观赏功能及美学价值。在观赏休闲单元边缘配置灌木与乔木斑块，增加游客视野范围内景观多样性。

图8 观赏休闲单元斑块配置Fig.8 Patch configuration of recreational and leisure units

在萱莲观赏单元与荷花观赏单元，根据植被生长需求，配置适应不同水深的湿地斑块，提供观赏功能。在水质净化功能展示单元，参照水质净化区，配置湿地斑块与草本斑块，为游客展示湿地对水质净化的作用，同时提供教育功能。该单元在进行景观空间配置时，应考虑不同景观类型之间的镶嵌性：如在草本斑块中，将灌木斑块镶嵌其中，增加观赏性的同时，也有利于草地景观的健康发展；在乔木斑块中，设计一些镶嵌其中的灌木和草本斑块，丰富林下植被，同时增加物种多样性，实现乔灌草立体结构。

5.2 廊道配置方案

在湿地公园中，为增加景观连通性，除通过增加景观中起到连接斑块、增加物种间交流途径等功能的景观廊道[17]外，还包括在公园中利用植物或地势的高低营造的潜在廊道，即视线廊道[14]和生物廊道。

5.2.1景观廊道配置方案

研究区中景观廊道配置主要指增设河流廊道和道路廊道。其中，河流廊道包含河流水体及河边植被护岸带，用于增加河流水系的连通度及保持水土。道路廊道用于连接观赏功能区内斑块，便于游客游览。在研究区北部的一级水质净化单元内，配置长为1.5 km的河流廊道，连通主河道与水质净化单元内的湿地斑块，提高研究区水质净化功能。在观赏休闲单元内，配置宽5 m、长5.1及2.9 km的2条道路廊道。选取蔓延度指数(CONTAG)、分离度指数(SPLIT)、聚集度指数(AI)与香农多样性指数(SHDI)描述廊道配置前后研究区的结构连通度变化[18]，指数计算基于Fragstats软件，计算结果如表1所示。由表1可知，廊道配置后，CONTAG减小，表明廊道配置后同一类型的景观斑块空间分布更为分散；SPLIT减小，表明研究区斑块分离度下降；AI增大，表明研究区各斑块更为聚集；SHDI增大，表明研究区景观多样性有所上升。总的来说，配置景观廊道后，研究区连通度增加，可观赏性及景观可达性都有所改善。

表1 廊道配置前后景观结构指数变化

5.2.2 视线廊道配置方案

在研究区内，通过选取不同高度的乔木或灌木错落种植进行配置，因植被自身的高度不同，形成天然的视线廊道，以保证游客向景点眺望时，视线不会完全被植被遮挡，也不会完全没有植被，增加研究区的观赏功能与景观多样性功能。在研究区观赏休闲单元，根据景观廊道设置，在道路廊道旁选取13个空间上均匀分布的点作为视线廊道配置的基准点。从基准点向研究区的四周，参照斑块空间配置，设置17条总长度为6.6 km的视线廊道〔图9(a)〕。

5.2.3生物廊道配置方案

研究区中，在物种保育与物种觅食单元，配置供鸟类飞行的生物廊道〔图9(b)〕。根据公园内鸟类的飞行高度，种植相应高度的乔木，有利于鸟类在飞行中得到休息和保护。同时在鸟类的飞行通道中，种植便于鸟类取食的植被。在设计鸟类飞行通道时，避免单一路线，使鸟类有更多的路线选择方式，增加斑块之间通过鸟类连通的机会，以提高物种多样性并增强物种保育功能。在研究区中，以物种保育单元为起点，配置6条生物廊道，总长度为3.0 km。

图9 视线廊道及生物廊道空间配置Fig.9 Spatial configuration of line- of- sight corridor and biological corridor

5.3 空间优化配置方案预期效果

经空间优化及斑块与廊道空间配置，研究区最终空间优化配置方案及与配置前对比如图10所示。由图10可知，经基于景观生态学的空间优化配置后，研究区的斑块数由47块增至971块，湿地斑块的面积由0.43 km2增至1.06 km2，增加了146.51%。研究区的水质净化功能、物种保育功能、观赏功能均有较大提高。

图10 研究区空间优化配置前后对比Fig.10 Spatial distribution of before and after spatial optimal and configuration in research area

6 结论与建议

以典型的河流型湿地公园——北京琉璃河湿地公园为研究区，应用景观生态学理论，结合格局—过程—功能完整性的设计理念，充分发挥琉璃河湿地公园的生态及观赏功能，将其划分为2个一级功能区及9个二级功能单元，优化了研究区的空间格局；提出了通过增加河道及河道间连通性的水文过程调控方案，优化后研究区水面面积可增加0.68 km2；综合空间格局优化及水文过程调控结果，提出了包含斑块、廊道配置的空间优化配置方案，优化配置后研究区斑块数由47块增至971块，湿地面积增加146.51%，研究区水质净化、物种保育及观赏与教育功能均得到较大的提升。

景观生态学理论能够很好地应用于城市湿地公园的空间优化配置设计，功能区划分既能保证功能完整性，又能为过程调控及空间配置提供方向和框架。但在实际应用时，建议根据湿地公园基底及地理位置，明确需要湿地公园发挥的功能，综合考虑格局优化、水文调控、空间配置的方法，结合园林规划与美学理论，进行湿地公园的空间优化配置；在建设及运营时，应持续对研究区生物多样性及研究区入水口、各水质净化区及出水口水质进行监测，并注意人类活动对湿地公园景观的影响，随时检验空间优化配置结果并依据实际变化修正空间优化配置方案。