基于物种落差分析的湿地公园提升设计*—— 以珠海淇澳红树林湿地公园为例

吴任之 方小山 袁 莉 刘 爽 胡慧建 WU Renzhi, FANG Xiaoshan, YUAN Li, LIU Shuang, HU Huijian

0 引言

湿地公园具有保护湿地资源，为动植物提供栖息地的作用，同时更能为城市居民提供亲近自然的休闲空间。水鸟则是湿地中一种具有景观价值的生物资源，它们的生存与繁衍依赖于所处的湿地环境，因此常被作为评价湿地公园生境质量的指标类群[1-2]。然而，许多研究表明，城市湿地资源受城市建设扩张和人类工业活动的影响，往往会出现功能退化、栖息地破碎化等一系列问题，最终导致湿地系统中水鸟的逃逸或灭绝[3]。在此背景下，近年来许多湿地公园的水鸟多样性水平不容乐观。如何完善湿地公园的设计，有效恢复湿地生态系统和水鸟多样性已成为亟待解决的问题[4]。

由于湿地鸟类种类繁多，而不同鸟类对栖息地的需求亦有明显差异，因此适用于所有物种多样性提升方案可能并不存在[5-6]。可见，有必要根据栖息地所要招引的目标物种，结合场地环境条件，定制栖息地设计策略。当前探讨湿地鸟类栖息地设计的文章多从环境因素角度入手，分析了湿地水深、面积大小、水文过程[7]、植被条件[8]、食物可获取性和人为干扰等对提升鸟类物种多样性的影响[9-12]。根据我们在实际项目中的实践，除了考虑环境因素外，科学确定拟招引的目标物种也十分重要[13]。我们提出了物种落差分析方法（species differential analysis，SDA），该方法通过对场地现状，周边和历史鸟类监测数据的集合运算来确定目标物种。该方法有两个优势：一方面，该方法能保证所筛选目标物种能够与场地生境相适应，避免了目标物种确定时的随意性和盲目性[14-15]；另一方面，只要确定了拟招引的目标物种，就可以根据目标物种的栖息地需求反推适宜这些物种生长与繁衍的生境样貌，并将此推演结果作为栖息地提升的目标，这将为湿地公园的生境设计提供明确的方向，提高工程的效率。目前该方法已在广东珠海的淇澳红树林湿地公园进行应用。该公园是珠三角面积最大的湿地公园，紧邻国内连片面积最大的红树林“淇澳红树林自然保护区”。在改造提升（2015年）前，受水产养殖和农家乐等人为扰动的影响，公园规划范围内的水鸟种类与数量均低于历史水平，有进行提升设计的必要。因此，本文以该公园为例，介绍基于物种落差分析的湿地公园提升设计。

本文的目标是：第一，介绍基于物种落差分析的目标物种筛选模型及针对目标物种的恢复对策；第二，以淇澳红树林湿地公园为例，介绍物种落差分析法的应用，包括从鸟类数据获取与鸟类资源统计、目标物种筛选，到栖息需求归档的整个流程；第三，以淇澳红树林湿地公园为例，介绍基于物种落差分析结果的栖息地设计方案。

1 物种落差分析法

1.1 物种落差分析模型

如图1所示，对于一个被破坏的生境，目标区域现有的水鸟物种会比历史上的要少，而且这些现存水鸟往往是历史上存在的，因此，在理想情况下目标区域现有物种（记作C）为历史物种的子集（记作H）（现实中不排除会偶然出现目标区域现有物种，历史上却不存在的情况）；目标区域周边环境一般会与目标区域相似，因此目标区域周边物种（记作P）可能与历史物种和现有物种都有交集。

设“物种落差”D为现存物种与历史物种的差集，即D=H-C。物种落差D一般是由于物种逃逸或消失造成，若定义目标区域和周边完全消失但历史上存在的物种为D'、目标区域内消失但在周边存在的物种集合为D''，则有D = D'+D''。根据定义，D'与D''分别可通过下列公式获得：

D'＝H-C-P式1-1

D'＝(H-C)-P式1-2现有物种C也可进一步细分，目标区域中现存而周边不存在的物种集合设为C'，目标区域中现存而周边也存在着物种设为C''，C'与C''分别可通过下列公式获得：

C'=C-P式1-3

C''=C-P式1-4

以上物种集合D'、D''、C'与C''通过即为需要重点恢复的目标物种。

1.2 目标物种的恢复对策

从上一节筛选模型可获得目标物种，接下来需要确定这些物种的栖息需求和“扩招引”类别。

栖息需求相似的水鸟划分成同一类群，以便后期进行栖息场地的分区与集中施策，目标物种的栖息需求包括栖息地类型偏好，活动水位，食物需求，筑巢及隐蔽等行为特征这几个方面。根据目标物种的栖息需求，可结合场地环境特征，对目标区域进行场地分析，地形改造和植物种植等。

“扩招引”类别是指根据水鸟在现状、周边与历史的存在情况而确定的不同恢复对策。具体地，D'物种由于完全消失，需采用“引”的方式；D''由于生活于周边区域，采取“招”。C'是周边区域不存在的物种，可考虑提升目标区域现有环境，用“扩”的方式恢复种群数量；C''是目前区域与周边区域都存在的物种，因此同时采用“招”和“扩”的对策进行恢复（图1）。

图1 物种落差分析模型Fig.1 species differential analysis model

“扩”对策是指根据水鸟栖息需求，通过地形设计、底质改造、水污染防治与水位调控、植物群落恢复等措施提升现状生境；“招”对策是指模拟周边适宜水鸟的栖息地样貌，因地制宜的改造场地现状生境，在生境改善后，使用鸟类仿真模型、声诱设备等临时性人工招引设施吸引附近鸟类进入目标区域，当场地中开始出现水鸟集群后，逐步撤离这些人工招引设施；“引”对策是指对雏鸟和幼鸟进行人工养殖，在栖息地生境改善后，将这些水鸟逐步引入公园，采用过渡性笼舍等临时性辅助设施训练水鸟逐步适应环境，所有操作均根据IUCN重引入指南进行。

2 物种落差分析的应用

本节结合本团队在广东珠海的淇澳红树林湿地公园进行栖息地提升设计的案例（下文简称为“淇澳项目”）阐述物种落差分析法的应用。

2.1 区域概况

淇澳岛位于珠海市北部，面积2 400 hm2，属南亚热带海洋性季风气候，阳光充足，雨量充沛，夏无酷暑，冬无严寒，是中国三大候鸟迁徙路径的重要节点之一。年平均气温22~23℃间，平均最高气温（7月）是31.8 ℃，最低（1月）是12.1 ℃，年均降雨量1 975.1 mm。

淇澳项目的目标区域淇澳红树林湿地公园（一期）位于淇澳岛中部，总面积106.82 hm2，改造提升前（2015年）该场地栖息地类型单一，仅由多个养殖塘构成（图2-3）；由于水产养殖需求，水体水位相对较深（0.6—1 m），几乎无裸露滩涂（图4）；场地内农家乐等项目分散各处，人为扰动较大（图5）。这些因素都不利于水鸟栖息，调查数据显示该场地水鸟多样性水平已经远低于上世纪八九十年代。

图2 目标区域航拍图（自西向东拍摄）Fig.2 aerial view of the target area from west to east

图4 规划前养殖塘实景图Fig.4 aquaculture ponds before planning

图5 规划前农家乐项目实景图Fig.5 agritainment project before planning

2.2 鸟类数据获取

鸟类监测数据通过样线法调查获得。样线调查时选择在具备晴朗天气的日期，水鸟活动最为活跃的6:00—10:00和15:30—18:30进行，调查人步行速度控制在1.5~2.0 km/h。使用双筒望远镜（KOWA BD 8*42XD）和单反相机（Canon SLR）观察与记录样线两侧各200 m范围内的鸟类种类、数量和行为等信息。野外鸟类鉴定参考约翰·马敬能等提出的《中国鸟类野外手册》[16]，鸟类分类系统参照郑光美的《中国鸟类分类与分布名录》[17]。

目标区域现存鸟类数据通过三条样线调查获得（图6），调查自2015年10月开始，至2016年9月结束，每月开展一次调查。周边鸟类数据根据广东省动物资源应用研究所2005—2010年珠海鸟类本底调查整理获得（根据物种落差分析定义，周边与现存鸟类监测同时进行将较为理想，此处使用已有数据进行计算分析可节约时间与人力成本。周边与现存鸟类监测时间相差5~10年会与理论模型有所出入，但同样能起到筛选物种的效果）。历史鸟类数据采用广东省动物资源应用研究所基于文献查阅方法整理的1980—2010年淇澳岛鸟类数据。

图6 项目地鸟类监测样线示意图Fig.6 the schematic diagram of the bird monitoring sample line

2.3 水鸟资源统计

经调查，目标区域现状共有鸟类物种6目9科19种，其中水鸟15种，优势种1种，常见种9种，偶见种5种；周边区域共有鸟类物种8目13科37种，其中共有水鸟21种，优势种4种，常见种12种，偶见种5种；历史上该区域共有鸟类物种7目13科43种，其中水鸟27种，优势种3种，常见种9种，偶见种13种（表1）。

表1 历史、周边及目标区域水鸟资源名录Tab.1 a list of waterfowl resources in history, surrounding areas and target areas

图3 目标区域航拍图（自南向北拍摄）Fig.3 aerial view of the target area from south to north

2.4 目标物种及其栖息需求

2.4.1 目标物种筛选

从淇澳项目的水鸟资源统计看，现有物种多是历史上存在的，但存在大白鹭这一特例，该物种在目标区域中现存，而历史上却不存在，与物种落差分析描述的理想情况有所出入；另外，该项目的水鸟数据在统计时增加了优势度分级。根据这两个在实际应用中遇到的情况，结合1.1和1.2讨论的物种落差分析原理，可推导出如图7所示的目标物种筛选模型，该模型考虑了现存、周边及历史三个集合在不同“优势度”级别下的63种叠加情况。根据该筛选模型，使用VBA语言编写Excel宏命令，令计算机自动筛选出目标物种及其相应招引对策如表2所示。

表2 目标物种名录Tab.2 a list of target species

图7 淇澳项目目标物种筛选模型Fig.7 target species screening model for Qi’ao Project

筛选结果中，使用“扩”对策的物种共11种，单独使用“招”的物种共13种，单独使用“引”的物种共10种，合计目标物种共34种。根据目标物种所属分类和生活习性可以将其分为鹭鸟类、秧鸡类、鸻鹬类、游禽类和鸥类等。鹭鸟类主要采用扩措施（6扩，2引，2招），游禽类主要采用招措施（6招），秧鸡类主要采用引措施（3引，1招，1扩），鸻鹬类需同时采用三种措施（4扩，3引，2招），鸥类则有1引1招（表3）。预期扩招引效果一般和良好的物种分别为22和12种，两类物种

在扩招引措施上不做明显区分，它们的区别仅是预期良好的物种从数据上观察被有效恢复的几率较大。

2.4.2 栖息需求归档

对所确定的目标物种根据其栖息需求进行分类归档，为场地分区设计和对各区采取相应的栖息地提升策略提供依据，如表3所示。

表3 目标水鸟栖息需求Tab.3 target waterfowl habitat requirements

3 基于物种落差分析结果的栖息地设计

根据2.4中所筛选的目标物种，结合场地条件，对淇澳红树林湿地公园进行合理的场地分区、地形改造和植物种植，采取相应的设施与举措进行扩招引，并最终得到淇澳项目建设总平面图（图8）。具体设计细节由下文阐述。

图8 目标区域建设总平面图Fig.8 general construction plan of target area

3.1 场地分区

将项目地划分为5个区域（图9），即鸥类区、雁鸭区、鹭鸟区、鸻鹬区、秧鸡区。由于自然界中鸟类的栖息活动常常是镶嵌交错的，因此各区域之间不做隔离，欢迎邻区鸟类进入，并鼓励各区域中的水鸟群落形成后向周边区域扩散。这种分区仍是必要的，主要有两个优势：一是各分区对应不同的典型招引对象，有利于便集中施策；二是5个区域的设置考虑了水鸟的栖息需求，也顺应了原始场地环境中的生态梯度，即“海水—深水区（鸥类区与雁鸭区）—浅水区（鹭鸟区）—滩涂（鸻鹬区）—林地（秧鸡区）”，有助于因地制宜的进行场地改造。

图9 目标区域场地分区Fig.9 site zoning of target area

其中，鹭鸟区与鸥类区原始环境受人为扰动较少，对这两个区域设计重点在于利用好原有场地优势，仅对环境进行微改造，适当添置临时性设施辅助招引；其余各区原有场地多为人工养殖塘，缺少滩涂地、沙滩地等生态类型，水位较深，食物资源缺乏且种类单一等，不太适宜目标鸟类栖息，设计重点在于根据其对应水鸟的栖息需求进行场地改造与种植设计；各分区的改造遵循最小工程量原则，尽可能保留原有红树林生境。

3.2 地形改造

根据各类种群水鸟的栖息类型需求、水位需求等，对目标区域进行地形改造和水位控制。

具体地，保留鹭鸟区中部三座小岛；将几处植被条件差的裸滩改造成砂石滩，砂石滩地表高出水面约0.5 m，宽约10 m，长约200 m；水体最大水深控制在0.5 m以下，滩涂及浅水区域的水底地形坡度控制在5°以内。在鸻鹬区，清理出若干处长条形沙滩裸堤，裸堤高出水面约0.5 m，宽约20 m，长约50 m；堆填若干处高于水面0.5 m的滩涂地；对水位进行控制，控制原则为水深0.3 m以下区域占70%，水深约0.5 m的区域占30%。秧鸡区内营造3~4处滩涂地，在滩涂地周边营造浅水区域，滩涂地及浅水区水底地形坡度在5°以内；雁鸭区内营造3个面积在1~3 hm2的水域，并保证相互间的联通，水深控制在1 m以下，冬天水位适当控制在0.7 m以下。鸥类区内，保留或进一步开拓出水深2 m左右的开阔水体，维护好原有的养殖塘基质。

规划的项目地水鸟栖息地生态布局如图10所示。

图10 水鸟栖息地生态布局图Fig.10 ecological layout of waterfowl habitat

3.3 植物种植

根据各类种群水鸟的栖息类型需求、食物需求、筑巢及隐蔽需求等，对目标区域进行植物种植规划。

保留鹭鸟区的小岛上原有树种，并适当加种乔木与竹子，如马尾松（Pinus massoniana）、樟树（Cinnamomum hupehanum）、水杉（Metasequoia glyptostroboides）、粉箪竹（Bambusa chungii）等，保证岛上植物郁闭度在0.8以上；水岸尽量保留原有红树林景观，在此基础上密植草灌，重点选择卤蕨（Acrostichum aureum）、秋茄（Kandelia obovata）、老鼠簕（Acanthus leucostachyus）、黄槿（Hibiscus tiliaceus）等观赏性良好的红树及半红树植物，为鹭鸟提供觅食、停留、筑巢及遮蔽自身的场所。鸻鹬区内，岸边保留原生红树，加种果源性草灌；水体中种植如芦苇（Phragmites australis）、茭白（Zizania latifolia）、水葱（Schoenoplectus tabernaemontani）等挺水植物，水生植物对水体覆盖率为10%~20%。秧鸡区随机营造40~60处50~100 m2的水生植物密植区域，种植如睡莲（Nymphaea tetragona）、芡实（Euryale ferox）和莲（Nelumbo nucifera）等至少5个种类的浮水与挺水植物；岸边加种蜜源和果源性灌草；雁鸭区，水岸边种植千屈菜（Lythrum salicaria）、水葱（Schoenoplectus tabernaemontani）、水生鸢尾（Iris tectorum）等较为低矮的水生植物，陆地上通过保留原有树种或人工密植形成红树林景观，水陆交界处适当种植玉米（Zea mays），小麦（Triticum）或水稻（Oryza）等作物。

3.4 集中施策

重引入的水鸟以秧鸡类、鹭鸟类、鸻鹬类等为主，这些水鸟必须有合法的人工繁育来源。人工繁育的鸟类在被重新引入栖息地的早期，野外生存能力仍然很弱，根据我们将在场地内鸟群形成后，可以通过过渡性笼舍帮助它们适应环境。在各区适当位置设置过渡性笼舍，并根据各类水鸟的生活习性定制笼舍的大小和内部微地形；笼舍内设置喂食平台，为各类水鸟提供不同的食物（图11）；这些笼舍属于过渡性设施，待鸟类逐渐适应并回归环境后，笼舍将被撤离。

图11 各分区剖面及过渡性笼舍示意图Fig.11 section drawing and schematic diagram of transitional cage

游禽区、鸻鹬区等需重点采取“招”措施的区域。由于水鸟往往是群聚性的，栖息环境刚改善的时候，可能会被鸟群习惯性地忽视，因此在栖息地营建工程完成后，将布点放置鸟类仿真模型和声诱系统，利用群聚效应吸引过往水鸟进入该区域，当一定数量的水鸟将该地区作为栖息地时，逐步撤离这些临时性设施；鸥类区还可在水体中适当布设木桩和竹排等，以供鸥类停歇。

在扩大原有种群方面，除了通过地形改造与植物种植提升栖息地环境外，还可通过充实水鸟的食物来源，以提升环境容纳量。鹭鸟区、游禽区和鸥类区属于潮汐涨落带，水体与外海直接联通，因此在水体边界设置安全网，防止鱼虾外游；鸻鹬区与秧鸡区属于水位恒定区，在场地恢复的早期阶段，该区域水体与海水隔绝，天气干燥时由于无法得到自然补充，鱼虾大量减少，可临时性投放本地品种的鱼苗虾苗，当水体与海水打通后，则在水体入口处设置水阀，每隔1~2月派遣专人开放，以更新水质、控制水位，及补充外海鱼虾（该过程需注意预防物种入侵并合理控制水体中鱼虾数量）。

4 结语

本文阐释了“物种落差分析法”的原理，由该原理衍生的目标物种筛选模型，以及针对目标物种的恢复对策，随后完整介绍了一个“物种落差分析法”指导下的湿地公园水鸟栖息地提升项目设计方案。该方案以珠海淇澳红树林湿地公园（一期）为目标区域，通过对淇澳岛现状（2015—2016年）、周边及历史的鸟类监测数据进行集合运算，确定34种目标物种，同时标明这些物种的“扩招引”属性，并根据这些物种的栖息需求进行类群划分。在此基础上，结合项目地的场地条件，将公园按生态梯度和典型招引物种划分为：深水区（鸥类区与雁鸭区）—浅水区（鹭鸟区）—滩涂（鸻鹬区）—林地（秧鸡区），针对各区进行地形改造、植物种植，并采取相应的扩招引设施和举措。虽然，本文介绍的设计方案最终并没能在淇澳红树林湿地公园完整实施，但基于该方法的设计方案已在湖南常德螺湾湿地公园[13]、广东广州海珠国家湿地公园等项目中付诸实施并取得良好效果，是湿地公园水鸟栖息地恢复与提升的一种有益尝试。

“物种落差分析法”目前仅用于湿地公园恢复项目的鸟类筛选，但其将目标物种筛选过程进行公式化的理念具有普适性，未来可尝试应用于兽类、两栖类、甚至植物的筛选中，亦可在郊野公园、风景名胜区、自然保护区等其它绿地类型中进一步推广。该方法未来还可将物种空间分布、物种多度曲线、群落结构等纳入为参考因子，也需寻求与生态学、植物学、动物学、水文学等学科的相互配合。

图表来源：

图1、6-7：作者绘制

图2-5：杭州园林设计院提供

图8-10：根据杭州园林设计院提供的规划资料改绘

表1-3：作者绘制