西咸新区生物滞留设施地被植物种植设计

王晶懋 刘晖 许博文 安婷

收稿日期：2019-12-07

*基金项目：国家自然科学基金青年项目“气候变化下的关中地区城市灌丛地被群落固碳效益提升策略研究”（31800604）;

国家自然科学基金面上项目“西北城市绿地生境多样性营造多解模式设计方法研究”（51878531）;陕西省教育

厅专项科研计划项目“基于近自然理念的西安地区绿地高固碳型植物群落优化配置研究”（19JK0480）

第一作者：王晶懋（1988- ），女，博士，副教授，研究方向为园林植物景观设计。E-mail：airainmail@126.com

摘要：西咸新区作为西北半干旱半湿润地区首批海绵城市建设试点，其绿化建设具有典型的代表性。生物滞留设施作为低影响开发建设中常用的生态设施，与其相配套的植物种植设计一直以来是国内外研究的热点领域，参照西北地区自然群落原型，构建地被植物群落可以实现植物景观适旱耐积水并具有中长期稳定性。文章在阐述国内外研究现状的基础上，提出了生物滞留设施地被植物种植设计策略，并以康定和园及秦皇大道生物滞留设施的实践项目为例，探讨其地被植物配置优化模式，以及提出相关建议，旨在为城市绿地低影响开发建设提供理论基础。

关键词：半干旱半湿润地区，低影响开发，生物滞留设施，地被植物，种植设计，西咸新区

DOI： 10.12169/zgcsly.2019.12.07.0002

Planting Design of Ground Covers for Bioretention Facilities in Xixian New Area

Wang Jingmao Liu Hui Xu Bowen An Ting

（College of Architecture， Xian University of Architectureand Technology， Xian 710055， China）

Abstract：Xixian New Area is among the first batch of sponge city pilot area in the northwest semi-arid and semi-humid region， and its greening improvement is typically representative. Bioretention facility is a common ecological facility adopted in the low impact development， and the planting design of greening plants for bioretention facilities have always been a hot research field. With reference to the natural plant community in the northwest region， the ground cover plant community is established to improve the drought and flooding resistance and long-term stability of plant landscapes. Based on the current research at home and abroad， the paper proposes the planting design strategy of ground covers for bioretention facilities. Taking Kangdingheyuan and Qinhuang Avenue bioretention facilities project as a case study， the paper concludes the optimization models of ground cover plant allocation and comes up with suggestions， with the aim at providing theoretical basis for the low impact development of urban green spaces.

Keywords： semi-arid and semi-humid region， low impact development， bioretention facility， ground cover， planting design， Xixian New Area

生物滯留设施是指在低洼区域种植灌木、花草，甚至乔木等植物的工程措施[1]，作为低影响开发的一种技术设施，具有多尺度、多形状，易与景观结合的特点，可复制并耦合于不同类型绿地中。生物滞留设施在小降雨事件、污染物净化和生物多样性保护等方面均有突出效果，并因其设计规模、布置和构造的灵活性及整体的美观性而被认为是处理雨水径流和促进生境恢复的最佳措施[2]。生物滞留设施中的植物不仅在保持生物滞留设施渗透性能和去除径流污染等方面具有重要作用，而且作为动物的栖息地，其所形成的植物群落可产生多样的景观元素，并能提高当地的生物多样性[3]。但是，如果植物种植设计不当，则会影响生物滞留设施的性能和寿命。

国外研究表明，生物滞留设施中的植被层能够起到缓冲径流和净化水质的作用[4-6];还能促进填料层中硝化和反硝化细菌等微生物活性的增强[7]，从而对雨水径流中的石油烃等碳氢化合物具有降解作用[8]。另外，生物滞留设施的植被层一般是由多种草本、灌木组成的植物群落，可以为许多昆虫、无脊椎动物、两栖类动物提供栖息地，从而促进场地生物多样性的提高。目前，国外对生物滞留设施的系统、科学设计早已进行了大力推广与应用，并形成了成熟的技术手册[9]，但有关植物种植设计的技术仍缺乏一个完善的体系。与生物滞留设施建设相配套的植物种植设计需要采取人工营造的方式，国外对于人工植物群落设计的探索始于19世纪，伴随着生态科学的发展和设计师对自然的理解，园艺在群落设计中的影响逐渐减弱，而生态学在其中的作用愈加明显[10]。近几十年来，动态的、可持续的、强调生态功能的自然主义地被群落在欧洲和北美的城市景观中成为趋势[11]。法国学者吉尔·克莱芒（Gilles Clément）倡导将自然演替过程引入植物群落设计，提出动态花园和星球花园的植物群落景观营造理念;英国学者詹姆斯·希契莫夫（James Hitchmough）和奈杰尔·邓内特（Nigel Dunnett）以自然草甸和草原为原型，将生态学原理引入地被植物群落设计，通过种子混播和种苗建植的方式创造具有一定稳定性的、低成本维护的“野花草地”[12];美国学者Thomas Rainer和Claudia West[13]提出从自然群落中汲取灵感，通过分层设计的途径创造可持续的城市地被植物群落。

国内在生物滞留设施的植被种植设计方面已取得了一定的成效。王佳，王思思等[14]概括了不同雨水设施内植物的选择原则与设计要点;李伶璐，张德顺[15]就不同类型低影响开发中的植物选择做了阐述，并以长江三角洲地区为例提出合适的植物品种;王思思，吴文洪[16]对清华大学胜因院雨水花园和深圳光明新区植草沟案例进行研究，提出低影响开发设施的植物种植建议;陈垚等[17]通过对国外雨水设施设计规范的解读和实地调研，从设计施工和后期养护方面，针对植物的科学筛选、布局、种植密度、种植时间、覆盖物和植被养护管理等内容进行分析讨论;黄婉梅[18]概述了不同LID设施植物选择要点，提出了适宜种植于LID设施的植物。

陕西省西咸新区自被列为首批海绵城市建设试点中唯一的西北城市以来，在低影响开发技术领域开展了持续的探索和实践。本研究在国内外研究的基础上，结合西北半干旱半湿润地区的气候条件，充分考虑该地区自然群落外观与内在的群落结构，所选植物参照西北地区自然群落原型[19]，并制定合理的植物种植设计策略，以此作为人工植被营造的依据。

1 生物滞留设施地被植物种植设计策略

1.1 场地分析与评估

在进行地被植物群落设计之前，首先应通过分析评估生物滞留设施所在场地的特征和问题，并结合生物滞留设施所在场地的设计目标，对场地的径流量、主要污染物类型、污染量、土壤和日照特点进行分析，明确生物滞留设施的主要功能需求。具体方法如下：

1） 生物滞留设施主要功能需求可分为径流污染物控制、径流雨水收集渗透和景观效果展示3类，应根据功能需求对生物滞留设施进行分区地被植物种植设计。

2） 根据生物滞留设施的调蓄容积，确定蓄水区、缓冲区和边缘区的范围。蓄水区是生物滞留设施进行污染物去除、径流雨水收集渗透等功能的主要区域;缓冲区的功能性作用次于蓄水区;边缘区则以景观效果展示为主。

3） 须对径流水质进行评估，确定是否有污染及主要污染物类型。

4） 应对生物滞留设施内土壤介质类型进行判断，确定土壤类型;结合设施周边污染情况，分析评估潜在的土壤污染物类型。西咸新区生物滞留设施常用土壤介质类型为场地原土或介质土，介质土成分宜选择原土、沙土、草炭土、粘土。

5） 生物滞留设施位于车库顶板上，或生物滞留设施内有土工布、穿孔管等结构时需进行记录标注。

1.2 确定设计目标

生物滞留设施地被植物种植设计应结合场地条件与特点，以问题为导向，综合经济合理性等因素，明确生物滞留设施地被植物的设计目标。

1） 径流污染物控制。建筑屋面、广场、道路、绿地产生的雨水径流在流入生物滞留设施的过程中难免会夹杂携带污染物。因此，在雨水管理设计阶段就应将其在源头进行控制，在能容纳污染物的最大能力范围之内充分发挥生物滞留设施中地被植物的净化功能。

2） 径流雨水控制。低影响开发建设的重要目标之一就是控制径流雨水，对雨水截留促渗有一定需求的场地应充分考虑地被植物的径流雨水控制作用。对于简易型生物滞留设施而言，其渗透性能较差，经历周期性淹水和干旱的土壤极易产生板结，因此进行地被植物设计时应选取有径流雨水控制特性的地被植物。

3） 景观效果展示。景观效果是生物滞留设施的重要属性之一，对于任何生物滞留设施而言，其设计目标都应将景观效果考虑在内。而对于重要节点地段，如建筑与居住区的入口空间、景观大道等对景观有明确需求的场地，地被植物的景观效果则成为首要的设计目标。

4） 生物多样性提升。生物滞留设施产生的多样生境条件为生物多样性的提升提供了契机，这也是低影响开发的更高层次目标。

1.3 地被植物的选择与配置

根据地被植物的设计目标以及生物滞留设施的生境条件选择地被植物，所选植物应发挥其改善水力流态、污染物去除、景观提升等方面的作用。生物滞留设施地被植物宜根据用地条件、地形土壤、水位分布、水量水质等综合考虑选择适宜物种。生物滞留设施地被植物配置应考虑设施所处绿地环境和功能定位，正确处理生物滞留设施植物与场地生境的关系;综合考虑植物季相、色彩、质感、旱季雨季的景观效果，进行合理配置。

2 案例分析

2.1 西咸新区生物滞留设施建设概况

西咸新区位于陕西省西安市和咸阳市建成區之间，具有西北半干湿地区的气候特点。西咸区四季冷暖干湿分明，年均气温13.6 ℃，多年平均降水量为520～600 mm，降雨季节分布不均，6—9月降雨量占全年的61%，夏季常出现强降雨，且多以暴雨的形式出现，呈现“有雨则涝，无雨则旱”的状况;雨季降雨日数多，日降雨量普遍较小，小于10 mm/d的日数约占总降雨日数的80%。

生物滞留设施是西咸新区低影响开发建设中的典型设施，通过植物、土壤和微生物系统在地势较低的区域蓄渗并净化雨水，在建设项目中得到广泛应用，并取得一定成效。

通过实地调研西咸新区的康定和园、秦皇大道的生物滞留设施，根据其应用位置和构造方式的不同，将其分为以下3种类型：

1） 传输型生物滞留设施。主要布置在道路两侧的绿化带内，与透水铺装连接，利用其传输特性将透水铺装排出的雨水引导至低点，再通过雨水篦收入雨水管道。

2） 滞留型生物滞留设施。主要布置于道路分隔带中，作用为传输径流、净化雨水、滞蓄雨水。滞留型生物滞留设施分为覆盖层、换填层、碎石层3部分。

3） 滞留净化型雨水花园。主要布置于居住区绿地以及道路分隔带内低洼区域，主要作用为净化雨水、滞蓄雨水。雨水花园底部结构与滞留型生物滞留设施类似，分为覆盖层、换填层、碎石层3部分。

2.2 康定和园生物滞留设施案例分析

2.2.1 基本概况

康定和园生物滞留设施案例位于居住区绿地内，属于雨水花园类型，设施面积约290 m2，是景观主导型生物滞留设施，主要用于收集自然降水和来自屋面以及居住区道路的雨水径流，污染轻微，径流水质较好。该雨水花园具备蓄水区、缓冲区和边缘区，东西两侧有硬质活动场地，受人为干扰的程度高（图1、图2）。现状土壤介质采用了原土∶沙土∶椰糠（4∶4∶2）的介质土。

2.2.2 地被植物种植设计

雨水花园内主要以条带状方式种植地被植物。样地东西两侧以乔木和灌木搭配种植的方式、北侧以列植乔木的方式限定了绿地的边界，仅在人行步道入口处丛植灌木，空间较开敞，避免高大乔木对雨水花园造成遮荫。雨水花园蓄水区植物主要为黑心金光菊、假龙头、黄菖蒲、狼尾草、丰花月季等，缓冲区为萱草、鸢尾、涝峪薹草、垂盆草、细叶芒等，边缘区为南天竹和早熟禾（表1）。

2.2.3 植物配置优化建议

目前该案例内未见长势不良的植物，群落富有层次感，肌理协调，色彩丰富，整体效果好。样地边缘区种植的主要是草坪草，植物种类单一;蓄水区主要为黑心金光菊、假龙头、南天竹、狼尾草、月季等，植物群落高度较低，宜应用高大挺拔的草本植物以与场地尺度相协调。植物配置优化建议：蓄水区为细叶芒（40%）+美人蕉（30%）+黄菖蒲（15%）+花叶芦竹（15%）;缓冲区为天蓝鼠尾草（30%）+马蔺（20%）+天人菊（20%）+松果菊（20%）+蓝花鼠尾草（10%）;边缘区为山桃草（30%）+苔草（20%）+小叶女贞（15%）+红叶石楠（15%）+铺地柏（10%）+冬青（10%）。

2.3 秦皇大道生物滞留设施案例分析

2.3.1 基本概况

秦皇大道生物滞留设施案例位于秦皇大道和统一路交叉口向南约50 m的道路西侧，是机动车道与非机动车道之间的绿化分隔带，属于植草沟类型，设施面积约100 m2，是功能主导型生物滞留设施。样地主要收集自然降水以及机动车道与非机动车道的雨水径流，通行的机动车是主要污染源，径流水质较差。该植草沟具有蓄水区、缓冲区和边缘区，紧邻道路，受人为干扰的程度较高，有乔木遮荫（图3）。现状土壤介质采用了原土∶沙土∶椰糠（4∶4∶2）的介质土。

2.3.2 地被植物种植设计

植草沟需要满足功能与景观需求，以功能为主、景观为辅。植草沟以南天竹、狼尾草、灯心草、矮麦冬、狗牙根等低矮草本为主。入水口附近种植灯心草和鸢尾，蓄水区种植鸢尾，缓冲区主要种植灯心草和狼尾草，边缘区种植南天竹和矮麦冬（表2）。

2.3.3 植物配置优化建议

植草沟内的植物群落高度较为低矮，层次不明显，以观叶、观形植物为主，缺少观花植物，群落景观效果较差。建议增加一些可以观花和植株较高的功能型地被植物。植物配置优化建议：蓄水区为灯心草（50%）+狼尾草（30%）+鸢尾（20%）;缓冲区为南天竹（50%）+羽瓣石竹（30%）+矮麦冬（20%）;边缘区为矮麦冬（60%）+南天竹（40%）。

3 讨论

生物滞留设施作为一种低影响开发技术措施，在园林植物应用方面巧妙地兼顾了景观与功能，使植物成为主角，重新焕发了生物滞留设施的生机与活力。因此，科学选择与应用植物是发挥生物滞留设施生态功能的重要前提。基于西北半干湿地区的气候特点、径流特性和场地生境条件等，对生物滞留设施地被植物进行种植设计时应遵循以下4项原则：1）应注重对该区域气候与土壤条件的适应性，种植适旱耐积水植物，以保障植物安全度过枯水期和丰水期;2）宜选用根系发达和净化能力强的地被植物，发挥其对雨水污染物的净化作用;3）在满足生物滞留设施雨洪管理的同时，结合植物的形态特征、色彩变化、配置效果进行配置，保证生物滞留设施的季相观赏效果;4）通过种植多种地被植物形成复层植物群落结构，从而适应西北半干湿气候条件下生物滞留设施的生境条件，提高生物滞留设施内植物的功能多样性和群落稳定性。

综上所述，西咸新区生物滞留设施中地被植物的应用在西北半干湿地区具有一定的地域代表性和技术先进性，不仅实现了土壤与植物协同净化、吸收、下渗雨水等功能，而且也具备兼顾生态美、自然美和艺术美的景观价值。适宜的植物种植设计策略对场地地形、水文、土壤等生境条件的影响较为显著，为建立人工干预下新的生态过程提供了局部生境条件改善的可能性，其建设经验对于当前和未来西北地区其他城市的低影响开发建设具有宝贵的启迪和借鉴意义。

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