水下森林在城市河道修复中的价值探索"——以苏州消夏湾生态安全缓冲区为例

徐云龙 莫建刚 曹盘红

(苏州中晟环境修复有限公司，江苏 苏州 215100)

城市河道自古就承担着城市发展和文化传承的重任，然而水在孕育人类文明的同时也会带来自然灾害，在城市经济不断增长的同时，也给城市河流的管理造成了很大的难度。因为当前城市河流管理已经演变为城市规划发展至关重要的问题，而城镇居民的生产生活对流域的生态损害往往会导致生态失衡，这就使得建设河流流域的怡人景观和城市河流的综合管理是表征当前城市发展先进性与否的重要指标。为了满足自然以及人口的需求，结合水下生态建设，需要人们参与到与大自然的互动中来。然而许多城市目前仍然处于传统的河流管理和生态建设理念，管理者缺乏城市河流生态建设的概念，这就使得传统的管理者忽略了城镇河道的重要协调能力以及多元化水下森林的生态价值。未来，必须考虑一个更绿色、更环保的建设计划，最大限度地利用绿色资源，发挥出当地城市的文化[1]。

苏州位于江浙沪二省一市交界处，地位和作用极为重要，其中吴中区所属面积最大，不仅拥有整个太湖近60%的湖泊水域，而且还涵盖了苏州地区超过80%的山体森林。根据苏州市发布的规划文件，苏州市吴中区部分区辖镇被划定为苏州生态涵养发展实验区的主体部分，该实验区主要覆盖了东山景区以及西山景区，是苏州市最重要的生态旅游和经济发展基地，实验区所属范围生态丰富多样。实验区中消夏湾湿地生态安全缓冲区的建设，是苏州涵养太湖生态、将金庭西山岛建设成苏州“城市绿肺”的重中之重。为了达到《规划》的要求，采用“控源+生态净化”实现多功能利用的技术路线，通过建设15.5hm2强化型水下森林和1km清水回用廊道等，形成面源污染拦截体系，治理约4km2区域内的污染，改善区域生态环境，形成“消夏湾生态净化湿地”花园。

1 水下森林建设原则

1.1 水下森林水生物种选择原则

1.1.1 优先土著植物原则

本土植物能够抵抗外来植物入侵，能有效地提高群落繁殖的效率，对生态系统自然化极为有利。

1.1.2 适用优先原则

拟选定的植物适用于拟修复区域的温度、湿度以及土质pH等因素以及其它条件，兼有抗病毒特性、抗生物入侵、抗寒或抗暑等特性。

1.1.3 优先高效去除污染物

种植水下森林的主要目的是净化水质，所以水生植物选择应具有去除碳基化合物、氮磷元素、重金属以及其它杂环污染物的特性。

1.1.4 美化环境

将观赏性水生植物进行合理布局，可以高效地建立起心旷神怡的的亲水生态空间，还能有效地促进人与生态环境和谐相处，提高整个生态环境对人类活动的影响能力。

1.1.5 经济效益

部分水生植物的根茎以及果实具有药用或者食用价值，应用在水下森林体系构建中，在兼顾生态修复的同时，还可以产生一定规模的经济效益，这样不仅可以达到生态修复的目的，还能以创收抵消成本，这个优势是其它生态修复工艺无可比拟的。

1.2 水下森林生态体系建设的驳岸处理

驳岸是连接河道延边的重要组成部分，起到岸边和水体的纽带作用，同时驳岸也是水下森林生态建设中相当重要的组成部分，甚至可以直接影响到城市河道生态修复工程的整体形象。日常工程建设中往往会采用人工驳岸、自然驳岸以及人工和自然协同的混合驳岸。

1.2.1 人工驳岸

主要建设形式是通过使用钢筋混凝土、仿木桩、排桩或者其它护岸来防止水体流动对土质堤岸的侵蚀，进一步有效地防御水灾，是近些年我国最为常用的护堤驳岸的建设形式，往往应于被水流冲击较为严重河流湖泊。但是这种建设形式也有很大的弱点，那就是无法防止降水对堤岸的侵蚀。

1.2.2 自然驳岸

自然驳岸建设往往是利用自然植物与建设材料的相互协调为驳岸的微生物生长提供优越的繁殖环境，同时原生的植物也能较好地加固堤岸，提高堤岸的抗冲击能力，这种建设模式凸显出生态修复的协同作用。国内的自然驳岸往往选取净水效果和景观效果优良的挺水植物，既能美化环境，又能有效净化水质。

消夏湾湿地生态安全缓冲区主要采用了自然式和人工相结合的混合驳岸进行生态建设。仿木桩建立起来的人工驳岸防护水土保持不良河段，自然驳岸建立时配合水下森林体系可有效地去除水体中的氮、磷元素以及其它污染物。水下森林还为健康的藻类繁殖以及形成生物膜提供了绝好的生态基础。此外，自然式形成的生态驳岸拥有天然形成的鱼道、鱼巢可造就不同的流速带，将空气中的氧气溶解到水中，起到净化水质的作用[2]。

2 水下森林生态建设多样性

以自然生态系统为蓝图，构建“水下森林”为主体的水下世界，并通过选择强效净化型和景观型的水草，使水下植物保持四季常绿、高低错落，同时还能长效保持较好的水质。

水生植物包括常年生活在水体中或者潮湿环境中的植物，这些水生植物往往会被用于常规的乡镇河道或者农村水塘的生态修复中，从科学分类角度上说，一般分为漂浮植物、浮叶植物、挺水植物、沉水植物4大类[3,4]。

图1 水下森林生态修复工程效果示意图

2.1 漂浮植物

漂浮植物中常用的有水葫芦、满江红、水芹菜、浮萍等植物。这类水生植物具有以下生物学特性[5,6]。生命力顽强，适用于各种生态环境，且根部比较旺盛；繁殖能力比较强；具有不同季节休眠特性，就常见的水生植物来说，水葫芦会冬季休眠或死亡，而水芹菜则会夏季休眠。这些水生植物的生长周期主要集中在每年的4—9月(覆盖夏季)或者9月—次年4月(覆盖冬季)；繁殖周期较短，主要以氮元素营养为主，且需求量较大。

由于漂浮植物具有上述特性，因此必须充分考虑其在植物配置过程中的优势。优异的适应环境能力、可选择搭配的休眠特性以及对氮元素和磷元素的吸收利用能力。因此，在进行植物搭配时应重视优势植物的种植量，从而提高整个体系对水体中总氮的去除效果[7]。

2.2 浮叶植物

这类水生植物主要有慈姑、荷花、菱角、芋头、睡莲、荸荠、马蹄莲等。大部分具有季节性休眠这一特点。通常在冬天休眠并在春天生长。生长季节主要在4—9月。根茎、球茎、种子类植物具有以下特点。有较好的耐淤能力，比较适合生长在肥沃的淤泥或淤泥土中，生长往往在近驳岸地带；在水深40～100cm时也适宜生长；根茎生长离不开磷元素，这类具有发达的地下块根或块茎的水生植物对磷元素的需求很大；种子和果实的形成则需要较多的磷和钾元素，这类具有种子和果实的水生植物对环境中的磷元素和钾元素的需求很大。

由于这些植物具有上述特性，因此在水下森林搭配时应充分考虑，若水体中磷元素含量较高时，可优先考虑利用这些根茎、球茎、种子类植物生长对磷元素的需求，提高对水体中磷元素的去除效果[2]。

2.3 挺水植物

这类植物常见的包括芦苇、香蒲、水葱等水生植物。这些水生植物适应能力强；根系旺盛，繁殖量大，对氮元素、磷元素和钾元素的需求量都比较大；在无土的环境下也能较好地生长繁殖。

这类挺水植物大多是丛生类，且一般生长于原生土壤或者淤泥浅滩之中，在近些年的生态修复中应用最为广泛[8-11]。

2.4 沉水植物类型

沉水植物一般原生于水质清洁的环境，其生长对水质要求比较高，因此，沉水植物一般用作强化稳定植物加以应用，以提高出水水质。不同类型的水下植物吸收氮、磷和有机污染物质以及净化水质的能力不同。通过种植不同类型、不同位置的沉水植物不仅能够增加生物多样性，提高整个系统的净水效果，还可形成名副其实的“水下森林”。

水生植物其生长特点、代表植物以及在生态修复上的应用情况如表1所示。

水深、温度、光照、水体环境等环境因子是水生植物生长的必要条件，生态修复效果与环境因子关系密切，且互相影响。大量研究表明[12]，多种植物组合的氮磷去除效果优于单一物种，一般在设计过程中，往往会考虑不同去除效果的水生植物有规模的搭配种植，针对氮磷的去除效果要比单一物种去除效果好10%左右，针对有机污染物去除效果甚至高于15%。

植物配置在水下森林生态景观建设中占据着举足轻重的地位，其不仅能够为自然物种提供优良的生长环境，还直接关系到人与自然的和谐共处。

3 水下森林生态建设在工程的应用

在苏州生态涵养发展实验区消夏湾湿地生态安全缓冲区的建设过程中，设计思路就是按照驳岸式生态湿地和地水下森林相互配合，构建出富有层次的空间区域，同时按照选取不同类型的水生植物的生长特性与种植环境进行生态区域细分，将丰富多样的建设模式较好地应用在陆地景观和城市河道的交汇地带，其主要应用具体表现在以下几点。

利用挺水植物易于生长在湿地和浅滩处这一优势，来衔接人工驳岸和河道之间的淤泥质区域，这样就可以实现清理河道有机污染物的目的，同时根系旺盛的挺水植物还能够有效地过滤污泥等杂质，进而净化水质，使水中浊度下降，实现维护河道生态系统和景观稳定的目的。经过综合考虑，选取种植了最为常见的荷花、芦苇、菖蒲、雨久花等，种植密度见表2。

表2 挺水植物品种及种植密度

在河道两岸种植树林类植物可以用于加固河岸土质，同时还可以通过打造垂直化植物分布来建设层次分明的植物景观带，常见的树林类植物有柳树、水杉、刺槐和白杨，部分区域搭配种植香根草、常青藤、簸箕柳等。

对于沉水植物种植苗种基本为全植株鲜体和营养体，根据其繁殖习性选择合适的种植方法，本工程选用沉水植物主要以苦草、伊乐藻等为主的优势种群落。

表3 沉水植物品种及种植密度

消夏湾湿地生态安全缓冲区的水下森林建设完成后，预计将削减临近区域流入太湖的化学需氧量约5000t·a-1，总氮约100t·a-1，总磷约10t·a-1。在削减污染物的同时，也为西山景区减少生态修复投入约200万元·a-1。

4 结论

随着生态涵养发展实验区的建设，实验区内功能品质得到持续提升，使得市区、生态涵养发展区“双核”的发展思路更加明确，随着太湖新城和附近城区的新建以及改造同步实施，使未来苏州的乡镇发展建设与乡镇宜居环境提升得到同步推进。

水下森林生态景观在城市河道治理工程中能充分发挥自然资源的魅力和优势，不仅美化了城市环境，还推进了人与自然的和谐共处。在未来构建城市整体生态系统时要注意不能忽略了城市河道治理的重要性，河道景观作为城市环境的一分子，同样是居民需要共同维护的财富。总之，应当积极开发绿色河道系统，为市民创造一条从市区到水下森林生态区的便利路线，进而营造一个综合性的城市生态景观空间。