重庆梁平双桂湖北岸小微湿地生态设计与实践研究

陈君钰 袁兴中,2* 李祖慧 余先怀

CHEN Junyu1 YUAN Xingzhong1,2* LI Zuhui1 YU Xianhuai3

（1.重庆大学建筑城规学院，重庆 400030；2.长江上游湿地科学研究重庆市重点实验室，重庆 401331；3.重庆梁平区湿地保护中心，重庆 405225）

( 1.School of Architecture and Urban Planning, Chongqing University, Chongqing, China, 400030; 2.Chongqing Key Laboratory of Wetland Research in the Upper Reaches of Yangtze River, Chongqing, China, 401331; 3.Wetland Protection Center of Liangping District, Chongqing, China, 405225 )

湖岸空间具有明显的边缘效应和丰富的生物多样性，是地球上环境变化最为复杂的陆生生境之一，具有一系列的生态环境、社会和经济功能。重庆梁平双桂湖国家湿地公园北岸临近交通干道及城市建成区，湖岸景观建设在初期效果较好，但由于缺乏生态设计理念，湖岸空间结构和功能有待进一步优化。以提升湖岸空间品质和优化生态系统服务为目标，将小微湿地作为湖岸生态系统的重要组成结构成分，从地形、基底结构、水文、植物群落设计等方面，探讨了湖岸小微湿地生态设计及实践。研究结果表明，建成后的双桂湖北岸小微湿地群，发挥了净化地表径流污染、提升生物多样性、调节局地气候、提升湖岸景观品质等重要的生态服务功能，创造了可持续的优良湖岸生态空间，为湖岸生态修复与可持续管理提供新的理念与思路。

小微湿地；生态设计；湖岸；双桂湖国家湿地公园；重庆梁平

湖岸是湖泊与其周围环境间进行物质循环和能量流动的重要通道，是连接水生生态系统和陆生生态系统的一种非常重要的生态过渡带，又称水陆交错带。湖岸不仅蕴藏着丰富的野生动植物资源、水资源、气候资源以及景观观赏等资源，还对提高生物多样性、净化水体及减少污染、调节微气候、美化景观环境和开展旅游活动具有重要价值。目前，湖岸的空间规划设计多注重景观形态和人类活动为主体的经营利用，较多关注观赏功能与游憩功能，而对整体生态服务功能考虑较少，导致湖岸生态系统服务功能较差以及自我维持功能较弱，制约了湖岸景观的可持续管理。

小微湿地是指全年或部分时间有水，面积在8 hm2以下的小型湖泊、水库、坑塘、人工湿地等较稳定的小型湿地，其被认为是湿地生态水文网络中的重要节点[1]。在乡村和流域分布的小微湿地多以小型水塘、沟、渠、溪等形态出现，并与周边河流、湖泊相连接形成水文连通网络，从而对整个水网生态空间的生态服务功能都有提升作用。例如，与周边大型湿地相连的一些水塘、沟渠，不仅是鱼类、鸟类等生物的栖息地和庇护场所[2]，还是一些两栖动物进行迁移的踏脚石。除此之外，小微湿地能在暴雨季节有效均化洪水，同时可以在干旱季节为河流提供基流[3]。研究表明小微湿地具有很强的水质净化功能，可用作缓解农业面源污染的缓冲设施[4]。此外，小微湿地多样的形态结构、复杂的湿地动植物群落，也是自然教育的重要基地。

小微湿地在湖岸空间中具有重要的生态系统服务价值，包括水源涵养、雨洪管理、水质净化、生物多样性保育、休闲观赏及科普宣教等。其一般是季节性或持久性水淹，生长良好的湿地植被和潜育化土壤具有良好的涵养水分的功能，还能有效管控雨洪，通过滞留、渗透，对洪水起到缓冲、迟滞、削峰等作用。小微湿地能够有效过滤及处理水中的污染物质，还可对有毒有害物质进行降解，起到良好的净水效能[5]。不仅如此，湖岸小微湿地复杂多样的生境，为众多植物、动物和微生物提供生存繁育空间，对湿地动植物物种保育发挥着积极作用[6]，同时也为人们提供一片可近距离接触自然的休闲观赏场所，激发人们对自然湿地景观的情感，让人们从中得到身心的安宁。科普宣教功能以小微湿地为依托，通过展示小微湿地生态系统、多样的湿地动植物群落、水质净化效果等，形成独特的生态科普资源，其是开展宣教活动的主体。

近年来，国内逐步开展了小微湿地相关的保护恢复工作，由于中国的小微湿地大量分布在乡村地区，因此多以“乡村湿地”的形式出现，主要集中在小池塘、小沟渠等小微水体的治理与修复，积极探索小微湿地的开发研究。随着人们的生态保护意识逐渐提高，生态环境问题也受到了更多专家学者的关注，关于小微湿地生态修复的研究也越来越多[7]。小微湿地整体修复设计技术包括水系恢复保护与重建[8-11]、地形改造[12-13]、小微湿地生态系统设计[14-15]、生态植被恢复[16-18]和土壤基质及填料净化效果[19-20]等，可有效改善生态系统服务功能。相关部门通过综合土地整治和人居环境整治，加强了小微湿地修复工程的进展[21]。通过实际情况灵活运用“小微湿地+”模式，推动小微湿地修复治理与人居环境改善、生态建设等内容相融合，如重庆市梁平区竹山镇猎神村山地梯塘小微湿地生态系统，设计构建了生境类型多样、生境质量优良、生物多样性丰富、可持续发展的山地小微生命景观。总的来说，小微湿地生态系统的生态功能非常重要，在提升生物多样性、改善生态环境质量等方面具有重要作用。在生态文明建设的背景下，湖岸更新改造设计被赋予了新的使命。因此，以生态修复为科学指导，结合小微湿地生态系统的结构、功能等设计，可以为湖岸开发利用、景观综合治理提供更好的修复及重建技术指导。保护自然湖岸、恢复和重建被人类活动破坏的湖岸，充分发挥其重要功能，使其真正成为人与自然和谐共处的开放空间，对于促进湖岸保护和合理开发利用、改善人居环境具有重要意义。

重庆梁平双桂湖国家湿地公园位于重庆梁平新城区，其北岸周边建有以接待为主的建筑，北侧临近交通干道，南侧与双桂湖相连，频繁的人类干扰以及地表径流的面源污染，对湖岸空间及湖泊水体造成极大的影响，因此双桂湖北岸小微湿地承担着提升湖岸空间的生态系统服务功能、拦截地表径流面源污染等方面的作用。文章以优化湖岸空间结构和提升生态系统服务为目标，进行了双桂湖湖岸小微湿地生态设计与实践，重点通过地形、基底结构、水文及植物群落设计，营建湖岸小微湿地群，优化提升湖岸生态服务功能，创造可持续的湖岸生态空间。

1 研究区域概况

研究区域地处重庆市梁平区双桂湖国家湿地公园北岸（图1）。双桂湖所在的梁平区处于渝东平行岭谷区，为典型的丘陵平坝区域。20世纪90年代以前双桂湖主要用于农业灌溉及水产养殖，湖泊周边均为农耕地。90年代后期被列为饮用水资源地而对其进行生态保护，通过调整农耕地，改变种植结构，逐步实现退田还湖。2015年双桂湖申报成为国家湿地公园建设试点，2017年通过国家验收。2018年，梁平区政府启动国际湿地城市申报建设。2019年，梁平全面开展“全域治水，湿地润城”保护治理工作。在此背景下，开展了双桂湖北岸湖岸生态空间整治，重点针对双桂湖进行小微湿地生态系统设计营建。

图1 研究场地所在地理位置Fig.1 Geographical location of the research site

研究区域北接303省道，南接双桂湖湖区，海拔高差约5 m，设计面积约6.72 hm2。研究区属亚热带湿润季风气候区，降雨主要集中在夏秋两季，尤其是夏季多雨，较长时间的连绵阴雨、持续大雨带来大面积的洪涝灾害，来自四周的地表流水冲刷湖岸汇集至双桂湖湖体，常常形成较大的明水。双桂湖开发历史较早，周边人口较为密集，早期被用作粮食种植，侵占了大量湖岸空间，导致湖岸水文条件发生变化，后期以传统园林景观手法进行改造建设，但偏重景观美学的考虑，缺乏生态设计的观点，引进了大量园林景观植物，表面上提高了湖岸景观的美感度，但这些人工植被的单一物种组成和群落结构已经失去原有的生态系统服务功能，同时因为湿地植被覆盖性低，水土保持性差，水源涵养能力下降，导致湖岸生态服务功能效益低下。另外，由于场地缺少生物沟等排水设施，泄水能力低下，在雨水多的季节不能及时泄洪，致使旱季补水困难，水循环难以形成。

2 设计目标与策略

双桂湖湖岸存在的问题在国内较为常见，比如大庆市内的湖泊岸带周边建立了密集的建筑，人口较为密集，湖岸带自然环境受人为干扰严重，原始自然生境遭到破坏或消失，湖岸生态廊道缺失，导致生物多样性降低[22]。对此，本文通过湖岸小微湿地生态系统设计，拓展和优化湖岸生态空间，优化湖岸生态系统结构和功能，提升湖岸生物多样性，建设渝东北湖岸小微湿地生态设计样板，使之成为景观优美、生物多样性丰富的生命景观湖岸。针对上述设计目标和湖岸小微湿地的功能需求，提出三种设计策略。

2.1 空间异质性设计策略

湖岸处于湖泊水体与陆地之间，组成结构复杂，具有高空间异质性。作为水陆之间的生态交错带，湖岸具有微地貌组合多样、小微空间异质性明显等性质，存在三种类型的栖息地（水生、半水生、陆生），使得生物多样性丰富[18]。应对湖岸空间多变环境，从地形、底质结构等方面进行空间异质性设计。

2.2 小微生境设计策略

水、陆相邻生态系统的相互作用使得湖岸空间成为湖泊湿地中生境类型最复杂、生物多样性丰富的区域，具有营养物质周转快、信息交换频繁、生产力高的特点[23]。由于人为干扰严重，湖岸区域的生物多样性衰退。针对双桂湖北岸生物多样性贫乏现状，通过地形—基底—植物—水文的协同设计，丰富小微生境类型，提高生物物种数量，使湖岸小微湿地与周边环境协同共生。

2.3 多功能设计策略

由于湖岸复杂的环境特征，湖岸小微湿地系统不仅要满足水质净化、雨洪管理、小气候调节、生物多样性保育等功能，还应满足为居民提供休闲娱乐场所和教育场所等众多生态及社会服务功能，这就是多功能设计策略。本文重点针对湖岸小微湿地的主导功能进行设计，包括地表径流污染净化、生物多样性保育、湖岸空间景观美化优化。

3 湖岸小微湿地生态设计与实践

3.1 地形设计

地形设计是小微湿地设计的重要方面，其有目的地对小微湿地下垫面原有的形态结构进行二次改造和整理，通过改变原来地形的高度、深度、坡度、坡向等生态环境指标，形成大小不等、起伏不定的微地形和小型集水空间，能够有效增加小微湿地的生境异质性（图2），实现控制地表径流、改变污染物质迁移路径，改善局部区域小气候等要求。研究表明，微地形对于植物定植的过程[24-25]、生物量的积累[26]、植被生产力的提高[27]以及促进群落正向演替[28]等方面发挥着重要作用。

图2 小微湿地地形设计Fig.2 Topographic design of small and micro wetland

双桂湖北岸在考虑湖岸整体地形格局基础上，结合小微湿地生物塘、生物沟、雨水湿地的设计，形成丰富的微地貌组合（图3），以维持湖岸生境空间异质性。湖岸小微湿地群中，每个小微湿地都进行了基底微地形设计（表1），内部挖有小型深水氹，即负地形的塑造，形成低于基底面、高低不等的深水氹，由此形成湿地内部不规则起伏微地形，增加栖息地的异质性。由于场地通过从双桂湖抽水作为整体水系统的水源供给，使场地内的大部分小微湿地能够保持湿润状态，有利于增加栖息地稳定性，形成兼具水生与陆生栖息地的混合生境。但小微湿地水位也会随降雨情况呈现波动变化性，一般情况下保持在常水位，而遇暴雨则因储蓄洪水导致水位暂时上升。另外，岸坡也是小微湿地设计的关键要素，是各种生物重要的栖息场所，其属于不同生态体系衔接、过渡的中间地带，也被称为“生态交错区”，通常会形成不同水分条件的环境，适宜不同植物群落的生长。因此，在小微湿地的建设中，生物塘岸坡较为多样，具有缓坡、陡坡两种类型，一般情况下缓坡较宽，有利于水生植物生长，也为动植物提供多样化的栖息地，而陡坡较少，为部分特殊的动植物提供了栖息地，增加了区域生境多样性。湫洼湿地坡度较缓，一般为平坡地，流速较慢，较多野生湿地植物在此萌发。生物沟坡度较大，地表径流流速较快，便于水流快速通过、汇集。

图3 双桂湖小微湿地现状Fig.3 Status of small and micro wetlands of Shuanggui Lake

表1 小微湿地地形设计Tab.1 Topographic design of small and micro wetland

3.2 基底结构设计

湖岸小微湿地的基底既是系统的下垫面结构，受湖岸环境因子的综合作用，也是小微湿地的生命支持结构，提供植物着生和底栖大型无脊椎动物生长的基质[14]。小微湿地生物塘的基底以黏土防渗为主，在夯实的基础上覆盖壤土，在面积稍大的生物塘可放置卵石和倒木，形成多孔隙空间，为鱼、虾、蟹、昆虫等提供丰富的栖息地。

其结构主要由5部分组成（图4），包括蓄水层、种植土层、人工填料层、砾石层以及黏土夯实层[29]。其中蓄水层可以滞留雨水，使部分沉淀物在此沉淀，进而去除部分污染物；种植土层厚度由植物特性决定，一般采用渗透性较强的砂质土壤，维持植物生长，其有较好的过滤及吸附作用；人工填料层主要根据地区的降雨特性及小微湿地的面积确定，一般选用渗透性较强的天然人工材料，如炉渣、砾石等，用于净化水质、去除污染物；砾石层的主要作用是隔绝小微湿地周边的土壤，预防其他土质入侵，并具有排水作用。

图4 小微湿地基底结构Fig.4 Substrate structure of small and micro wetland

3.3 植物设计

小微湿地主要通过筛选、配置适生性乡土植物，形成优良的植物群落结构（图5），吸引鸟类、两栖类和水生昆虫，从而提高该系统的生物多样性[30-31]。乡土植物容易成活，既可降低维护成本，还可以加强净化效果，形成乡土特色景观，达到功能及景观的最优状态（图6），营造更富有自然野趣的观赏空间[23,32]。

图5 小微湿地植物设计Fig.5 Plant design of small and micro wetland

图6 小微湿地复杂的水下空间Fig.6 Complex underwater space in small and micro wetlands

湖岸小微湿地的植物配置包括沉水植物、浮叶植物、挺水植物、湿生草本植物等生活型，种植覆盖面应不超过水面面积的1/3，主要考虑水质净化、生物生境提供以及观赏功能，如苦草、萍蓬草、香蒲等（表2）。沉水植物的植株与浮叶植物、挺水植物的茎叶形成复杂的水下空间，为鱼类、水生昆虫提供良好的水下栖息生境。

表2 小微湿地常用的植物Tab.2 Plants commonly used in small and micro wetlands

3.4 水文设计

水文设计是湖岸小微湿地生态系统设计的重要部分，与其他硬质水景环境相比，小微湿地有更广泛的生态链接，能够与周边各个系统进行信息交换，能在一定范围内消解污染物对水环境的影响，有利于场地水文环境的改善。在双桂湖湖岸的小微湿地技术主要是表流型小微湿地。表流小微湿地的地表绝大部分时间都有地表水，土壤处在水体之下，与污水有较大面积以及较长时间的接触，能够较好地去除污水中的营养物质和有机物。除了香蒲、菖蒲等挺水植物以外，由于底层土壤长时间被水体覆盖，沉水植物可以在此生存，增加净化污染的能力。

北岸地形较为平缓，整体呈北高南低，高差约5m左右，在实际设计过程中，根据现场勘查结果，选出地形低洼区域，即生物塘、雨水湿地最佳营建位置。另外，中部区域常有地下水外渗，形成自然的湫洼湿地。双桂湖小微湿地的水源主要来自自然降雨和湖泊引水，通过场地两端设置抽水泵，从双桂湖抽水至生物沟，作为场地水系水源供给，再利用地下暗沟输水至各个小微湿地，最终汇入双桂湖。由此总结出水文联通的构成形式：“湖泊引水/自然降雨—生物沟—生物塘—湫洼湿地—湖泊水体”。地表径流通过自然散排和暗沟流入小微湿地中，实现周边地表径流的消纳。同时，当小微湿地内的雨水达到饱和时，通过溢流口排入管网系统，而干旱时可通过湖泊引水，向周边小微湿地提供水资源，从而维持水量平衡。其次，根据场地排水情况，分析雨水汇集路径，对不同水文构成要素进行连通设计，如通过生物沟、地下暗沟连接生物塘、湫洼湿地以及湖泊水体（图7）。生物沟在引导地表径流流淌的过程中，其间种植的水生植物、陆生植物等都可拦截地表径流中的杂质和污染物，减缓流淌速度。污染物在生物沟中进行初步沉淀，再进入小微湿地中进行进一步净化。部分积留的有机物以及营养物质有利于植物的生长，形成小微湿地生态系统的良性循环。小微湿地通常是其周边地表径流的首个汇入点，汇集了周边硬质地面的汇水和来不及就地渗透或超出周边可渗透区域容纳能力的地表径流。

图7 水文连通示意图Fig.7 Hydrological connection diagram

4 湖岸小微湿地效益分析

4.1 生态环境效益

生态系统的物种组成与环境因素的相互作用决定了生态系统的结构、性质和功能。物种多样性与生态系统结构（群落组成和联系）和生态系统功能（生产力、凋落物分解率等）的稳定性呈正相关。环境因子的影响研究表明在自然湿地中植物结构是最重要的环境变量[33]，对水生昆虫非常重要，并且对昆虫多样性的提高有极大的作用。其次，亦有研究表明动物多样性水平与植物多样性水平表现出最为直接的正相关关系[34]，丰富的植物多样性不仅为鸟类提供了种类多样的果实、种子和叶子，还吸引了昆虫，为鸟类提供了丰富的食物来源，增加了鸟类的多样性。

因此，湖岸植物的组成是湖岸小微湿地自然性、特殊性、多样性以及演变阶段的重要指示指标之一，是评价湖岸小微湿地生态结构变化趋势、生态系统稳定状态、生态环境质量和生态功能健全程度的重要参考内容之一。研究湖岸小微湿地植被的组成和特征，对湖岸的生态恢复具有重要意义[35-37]。

2021年7月夏季的全面勘查调查显示，双桂湖湖岸小微湿地内共有维管植物163种，隶属68科161属。以禾本科（Gramineae）、菊科（Compositae）、莎草科（Cyperaceae）、豆科（Leguminosae）、蔷薇科（Rosaceae）为优势科。小微湿地系统内共有湿地植物80种。其中，沉水植物3种、漂浮植物1种、根生浮叶植物3种、挺水植物27种、湿生植物46种。经过野外定量调查统计，北岸小微湿地生态修复区共记录植物78种，分属41科77属，对照区共65种，种类提升了18.46%。根据《国家重点保护野生植物名录》（第一批）记载，结合野外调查和现场实际情况，双桂湖北岸修复区发现国家II级重点野生保护植物1种，即野大豆（Glycine soja），其生长于小微湿地生物塘周边，生长状态良好，多度约10%，盖度约30%。伴生植物有小鱼仙草、香附子、蛇含委陵菜、鳢肠、积雪草等。

通过野外调查发现，未实施小微湿地生态系统改造的对照区，优势植物有狗牙根、沟叶结缕草、天胡荽等7种。小微湿地生态系统改造后，优势植物有所增加，共18种，相比于对照区增加了11种（表3）。湿地植物有明显的优势地位，共14种，占比为78%，对去除水质有机污染物有积极的作用。

表3 北岸修复区与对照区优势种植物对比Tab.3 Comparison of dominant plants in the restoration area and the control area in the north bank

4.2 经济社会效益

双桂湖湖岸小微湿地多样的生境和丰富的生物多样性为当地居民提供了良好的科普宣教场所，提升了公众对于小微湿地的认识（图8）。据统计，双桂湖国家湿地公园结合“世界湿地日”“重庆湿地周”“爱鸟日”“世界野生动植物日”，联合各级部门和自然介公益发展中心等机构，开展了包括“2020美丽中国行·聚焦山水重庆”“森林大篷车”以及湿地进学校等宣教活动40余次，在《人民日报》、重庆电视台等各主流媒体报道300余次。同时，成立梁平区湿地志愿者协会，制定《重庆市梁平区湿地保护志愿服务管理办法》。湿地志愿者协会现有会员200余人，2022年开展志愿者活动20余次，受众10万余人次，推动湿地科普工作。此外，随着生态环境的改善，双桂湖游客由2017年的22万人增加到今天的200多万人，旅游收入由68万增至430万元，其中小微湿地已成为梁平双桂湖的一张名片。梁平都梁新城二期位于双桂湖北岸，房产经济飞速发展，与2017年同期相比房价（均价）由3 500元上升到8 000元，带动周边餐饮、住宿等服务业的发展，为地方增收1.5亿元。创新性开展自然教育，引领生态旅游发展，既增加了国民经济收入，又保护了生态环境。

图8 科普宣教场所Fig.8 Place for science popularization and education

5 结语

本文以双桂湖北岸为例，通过地形、基底结构、植物群落及水文设计，进行湖岸小微湿地生态系统设计和营建实践，且在生态环境、经济社会方面了取得良好的成果，创造了可持续的湖岸生态空间，为湖岸生态修复与可持续管理提供新的理念与思路。

湖岸小微湿地生态系统设计研究只是初步探索，在今后研究中，应进一步探索湖岸环境变化对湖岸生态空间的影响及作用机理，研究兼顾湖岸生态结构优化和生态系统服务提升的景观设计方法和关键技术，以满足自然生态和优美景观的双重要求，开展适应湖岸环境变化的小微湿地生态景观设计技术体系研究。