基于植物需水量的節(jié)水型城市郊野公園植物景觀規(guī)劃研究

王思杰 姚朋 李雄

摘要：文章立足于華北地區(qū)水資源短缺與新時(shí)代節(jié)約型綠地建設(shè)的背景，以節(jié)水型城市郊野公園營建為研究目標(biāo)，以石家莊西山郊野公園為例，采用基于匯水和植物需水量計(jì)算的研究方法，平衡公園景觀用水與灌溉用水，并根據(jù)數(shù)據(jù)量化植物種類和種植面積，提出僅依靠雨水滿足郊野公園景觀與灌溉需求的節(jié)水型植物景觀規(guī)劃策略，以期為節(jié)約型綠地的規(guī)劃與建設(shè)提供有益參考。

關(guān)鍵詞：節(jié)水，植物景觀，規(guī)劃，郊野公園

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2019.02.008

郊野公園屬于城市建設(shè)用地之外的區(qū)域綠地，對統(tǒng)籌城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展與城市邊緣區(qū)的生態(tài)空間管控有著重要意義。中國城市郊野公園建設(shè)起源于香港，經(jīng)過深圳、上海和北京的郊野公園實(shí)踐，全國郊野公園建設(shè)發(fā)展迅速[1]。我國郊野公園發(fā)展尚處于探索階段，存在區(qū)域資源整合缺乏、郊野景觀特色缺失、管理維護(hù)能力不足等問題[2]。在此背景下，本研究基于節(jié)約型綠地的視角，采用科學(xué)方法探討郊野公園節(jié)水型植物景觀的規(guī)劃策略。

1 研究目的與研究策略

針對節(jié)水問題，已有相關(guān)研究提出采用施工技術(shù)與水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3]，使用中水等再生水[4]，利用鄉(xiāng)土樹種節(jié)約灌溉用水[5]等應(yīng)對措施。本研究以問題為導(dǎo)向，結(jié)合規(guī)劃實(shí)踐提出僅依靠自然降水滿足郊野公園景觀與灌溉用水需求的節(jié)水型植物景觀規(guī)劃，探討新時(shí)代資源節(jié)約型的郊野公園營建策略，并為華北地區(qū)節(jié)水型植物景觀規(guī)劃提供參考。

本研究采用定量分析方法，通過基址匯水量計(jì)算分配雨水資源，確定景觀與灌溉用水量，并以此為基礎(chǔ)明確郊野公園自給型、半自給型植物的種類選取與灌溉型植物的種植面積，最終確定整體自給型、灌溉型植物的群落配植和空間結(jié)構(gòu)，以指導(dǎo)郊野公園節(jié)水型植物景觀規(guī)劃（圖1）。

2 研究方法：基于匯水和需水量計(jì)算確定植物種類與面積

本文選取石家莊西山郊野公園作為研究對象，該公園位于西山與平原過渡區(qū)，總面積13.1 km2，豎向高差約450 m?；返匦挝鞲邧|低，西部為西山東坡，東部為緩坡平原，具備良好的自然匯水條件。石家莊年均降水量527 mm，降水時(shí)空分布不均，人均水資源量為全國水平的10%[6]，是典型的資源型缺水城市。

2.1基址匯水量計(jì)算

2.1.1徑流量計(jì)算及匯水分區(qū)

基于基址空間地形數(shù)據(jù)，利用ArcGIS平臺進(jìn)行流域分析，劃分5個(gè)匯水分區(qū)，按分區(qū)計(jì)算匯水量。分區(qū)匯水量計(jì)算公式如下：

式（1）中L為分區(qū)匯水量（m3），S為匯水面積（m2），D為降水量（mm），α為徑流系數(shù)。

依據(jù)基址豎向條件和下墊面類型對徑流系數(shù)取值[7]，依次計(jì)算各匯水分區(qū)匯水量和總匯水量（表1）。

2.1.2景觀用水與灌溉水量分配

研究提出“零水輸入，有水蓄存”的原則，即不使用外部水資源，僅依靠基址降雨匯水滿足公園景觀和灌溉用水需求，兼具水土保持和水源涵養(yǎng)的功能。在水量分配上，本研究計(jì)算得出基址現(xiàn)狀水體低洼地等潛在匯水點(diǎn)的匯水量為655444.5 m3，小于基址內(nèi)汛期地表徑流量，因此提出充分利用現(xiàn)狀地形營造自然水景，并采用地下儲水設(shè)施蓄積汛期富余的地表徑流作為郊野公園全年植物灌溉用水的水量時(shí)空平衡策略。

植物灌溉水量計(jì)算公式如下：

式（2）中L植為植物灌溉水量，L總為基址匯水總量，L景為水景用水量。

計(jì)算得出植物灌溉水量為380959.2m3。

2.2自給型與半自給型植物需水量計(jì)算與種類選取

2.2.1有效降雨量

有效降雨量是指植物在灌溉季節(jié)內(nèi)實(shí)際上能夠利用的降雨量。

月度有效降水量計(jì)算表達(dá)式如下：

式（3）中：Re月為有效降雨量（mm）/月;Rh為歷史降雨量（mm）/月;RF為有效雨量系數(shù)（%）[8]。

參照月降雨量等基址條件，計(jì)算出各月有效降雨量，再將各月有效降雨量求和計(jì)算出年有效降雨量Re年為310.93 mm。

2.2.2自給型植物種類選取

研究以有效降雨量作為植物是否需要人工灌溉補(bǔ)水的依據(jù)，基于不同給水條件對于植物景觀的影響，將植物區(qū)分為自給型、半自給型和灌溉型。當(dāng)植物耗水量>310.93 mm/年時(shí)為灌溉型植物，植物僅依靠地表下滲的雨水無法存活，需要人工灌溉補(bǔ)水;當(dāng)植物耗水量≤310.93 mm/年時(shí)為自給型植物，即植物僅依靠自然降水即可存活并形成景觀。研究表明植物耗水量和給水量呈正相關(guān)，當(dāng)給水量大于充分給水的臨界值66.13%時(shí)喬灌木無干旱脅迫癥狀，生長良好[9];地被臨界值為75%[10]。因此本研究中將年需水量的66.13%小于Re年（即年需水量小于470.2 mm/年）的喬灌木和年需水量的75%小于Re年（即年需水量小于414.6 mm/年）的地被植物定義為半自給型植物。半自給型植物在無灌溉條件下可存活，與耗水量小的自給型植物搭配，形成整體自給型群落以保證景觀效果。

本研究通過查閱石家莊及周邊地區(qū)常用鄉(xiāng)土植物的年耗水量相關(guān)文獻(xiàn)資料[11-16]，篩選出自給型植物21種，其中喬木12種，灌木7種，地被2種;半自給型植物11種，其中喬木7種，灌木3種，地被1種（表2）。

2.3灌溉型植物需水量計(jì)算與面積確定

2.3.1灌溉型植物需水量計(jì)算

不同自然條件下，單位面積植物需水量的數(shù)值受園林系數(shù)和參照作物騰發(fā)量[17]的影響。

單位面積植物需水量計(jì)算表達(dá)式如下：

式（4）中：PWR為單位面積植物需水量（mm）;ETo為參考作物騰發(fā)量;KL為園林系數(shù)。

園林系數(shù)是用于根據(jù)不同參考作物騰發(fā)量估算綠化植物水分消耗的系數(shù)，與作物系數(shù)類似。園林植物群落組成復(fù)雜，因此園林系數(shù)受多方面因素共同影響（表3）[8]。

園林系數(shù)計(jì)算表達(dá)式如下：

式（5）中：KL為園林系數(shù);Ks為園林植物種類因子;Kd為園林種植密度因子;Kmc為園林小氣候因子。

自然條件下，植物需水量包括地表下滲雨水的有效降水量和人工灌溉補(bǔ)水量。因此，灌溉型植物單位面積灌溉需水量即植物凈需水量。

植物凈需水量計(jì)算表達(dá)式如下：

式（6）中：PWRnet日為植物日凈需水量（mm/d）;PWR日為植物日需水量（mm/d）;Re日為日有效降雨量（mm/d）。

根據(jù)基址自然環(huán)境和植被生長條件，計(jì)算得出植物凈需水量為217.73 mm/年（表4）。其中月植物凈需水量為負(fù)值時(shí)即為該月下滲的雨水量大于植物需水量，富余的水量未被植物根系吸收而自然下滲回補(bǔ)地下水，不參與計(jì)算。

2.3.2灌溉型植物面積計(jì)算

灌溉型植物布局遵循靠近低洼地和就近取水的原則。因此，石家莊西山郊野公園灌溉型植物面積按照匯水分區(qū)分別計(jì)算，各匯水分區(qū)灌溉型植物面積取決于該分區(qū)用于植物灌溉的雨水蓄集量。本研究計(jì)算各分區(qū)灌溉型植物面積分別為A區(qū)73.7 hm2，B區(qū)30.2 hm2，C區(qū)62.3 hm2，D區(qū)3.2 hm2，E區(qū)5.6 hm2，總面積約175.0 hm2，占公園總面積的13.3%。

3 研究結(jié)果

實(shí)現(xiàn)水量的自維持是節(jié)水型郊野公園植物景觀規(guī)劃的目標(biāo)，主要分為群落配植、空間結(jié)構(gòu)與特色、工程設(shè)計(jì)與管護(hù)過程中的蓄水保水3部分。

3.1節(jié)水型植物群落配植

規(guī)劃優(yōu)選鄉(xiāng)土樹種，充分發(fā)掘自給型和半自給型植物景觀特色，組成不同觀賞特性的整體自給型植物群落，利用觀賞價(jià)值較高的灌溉型植物群落進(jìn)行補(bǔ)充。

3.1.1整體自給型植物群落配植

整體自給型植物群落由自給型和半自給型植物互補(bǔ)搭配而成，其群落配植的多樣性對以林地為主的郊野公園植物景觀基底至關(guān)重要。研究將篩選出的植物按觀賞特性進(jìn)行分類，其中常綠4種為圓柏、側(cè)柏、白皮松、鋪地柏;觀花18種為欒樹、臭椿、國槐、北京丁香、西府海棠、毛泡桐、杏、刺槐、鵝掌楸、紫薇、華北珍珠梅、天目瓊花、黃櫨、金銀木、連翹、棣棠、萱草、鳶尾;秋色葉7種為元寶楓、黃櫨、欒樹、臭椿、紫薇、天目瓊花、懸鈴木。遵循耗水量盈虧平衡、常綠落葉混交、季相特色突出的原則，形成毛白楊側(cè)柏、國槐圓柏、臭椿金銀木、毛白楊二月蘭、國槐珍珠梅、欒樹天目瓊花、元寶楓黃櫨、國槐白皮松、油松毛泡桐、北京丁香白蠟、臭椿天目瓊花、毛白楊金銀木等兼顧不同觀賞特色的整體自給型喬灌植物群落，同時(shí)利用八寶景天、鳶尾、萱草等地被植物豐富林下、林緣的空間和景觀效果。

3.1.2灌溉型植物群落配植

灌溉型植物群落旨在高效利用有限的水資源，重點(diǎn)打造獨(dú)具特色的觀賞群落，對重要節(jié)點(diǎn)起到裝飾性種植和體現(xiàn)景觀主題的作用。研究選取紫葉李、紅楓、金葉榆等彩色葉植物，以及紅瑞木、迎春、柿樹、平枝荀子等冬季可觀干觀果的鄉(xiāng)土植物，搭配形成柿樹紅瑞木、楓楊水杉、銀杏白皮松、白玉蘭七葉樹等獨(dú)具特色的灌溉型植物群落，彌補(bǔ)自給植物群落觀賞性的不足，提升郊野公園重要節(jié)點(diǎn)的特色與品質(zhì)。

3.2節(jié)水型植物空間結(jié)構(gòu)與特色

3.2.1節(jié)水型植物空間結(jié)構(gòu)

空間結(jié)構(gòu)基于山體生態(tài)保育、路緣滯塵降噪、林間通風(fēng)降溫等郊野公園植物群落功能，縱向上形成針闊混交林復(fù)層空間，橫向上形成開敞型、半開敞型、覆蓋型和縱深型空間結(jié)構(gòu)[18]。

開敞植物空間主要由鄉(xiāng)土草花地被構(gòu)成;半開敞植物空間包括林緣過渡帶、裝飾性灌叢和疏林草地等;分支點(diǎn)高的單層喬木林形成林下遮蔭環(huán)境的覆蓋空間;沿基址現(xiàn)狀3條沖溝兩側(cè)的復(fù)層密林夾合形成縱深植物空間。

3.2.2節(jié)水型植物景觀特色

郊野公園不同于城市公園，植物景觀應(yīng)體現(xiàn)大尺度、多季相、近自然、低管護(hù)的郊野景觀特征。研究綜合景觀性和游憩需求，對自給型和灌溉型植物群落進(jìn)行合理分區(qū)布局（圖2），展現(xiàn)郊野公園植物景觀特色。

規(guī)劃發(fā)揮整體自給型植物群落連續(xù)性的優(yōu)勢形成自然郊野景觀區(qū)：以秋色葉植物群落為骨干，結(jié)合現(xiàn)狀原生植物打造秋季一望無際的“彩畫西山”景觀特色;以自給型早春觀花植物群落在郊野公園“早春踏青”活動沿線形成多條花香四溢的特色景觀帶;利用野生地被植物自播繁衍形成野花草地，展現(xiàn)郊野公園自然野趣的景觀特色。

規(guī)劃利用面積有限的灌溉型植物打造園林主題景觀區(qū)，通過補(bǔ)充彩葉和冬景植物豐富景觀色彩和季相多樣性?；ㄌ锞坝^區(qū)基于現(xiàn)狀農(nóng)田肌理，采用薔薇科花灌木和地被花卉形成豐富的景觀色彩和層次;龍泉寺景區(qū)通過七葉樹、銀杏、白玉蘭等與佛教文化相關(guān)的植物營造獨(dú)特的禪意景觀，在鄉(xiāng)土田野風(fēng)貌的基礎(chǔ)上，突顯重要節(jié)點(diǎn)的特色主題。

3.3工程設(shè)計(jì)與管護(hù)過程中的蓄水保水

規(guī)劃本著低影響開發(fā)的原則，以自然下滲、雨洪滯留、雨水蓄集凈化、水資源再利用的技術(shù)手段，利用自然沖溝等地形匯水，在最大程度保留現(xiàn)狀低洼地的基礎(chǔ)上利用雨水濕地、濕塘、調(diào)節(jié)塘等設(shè)施的合理布局[19]，將7、8月的降雨經(jīng)過滯留、調(diào)蓄和凈化后按匯水分區(qū)就近蓄積在存儲設(shè)施中，以便用于春秋季植物灌溉補(bǔ)水?；诠こ淘O(shè)計(jì)完成雨水資源的時(shí)空再分配，減少汛期洪澇災(zāi)害，涵養(yǎng)水源，實(shí)現(xiàn)“零水輸入，有水蓄存”的目標(biāo)。

管護(hù)中應(yīng)合理保持枯落物，減少耗水地被，多使用原生自然地被等措施增強(qiáng)地表保水能力，同時(shí)通過林地等種植基址的土壤修復(fù)提高土壤透水蓄水能力。灌溉管理中遵循精準(zhǔn)灌溉的節(jié)水理念，按灌溉型植物的不同季節(jié)和氣候條件需求精確量化補(bǔ)水。

4 結(jié)論與討論

郊野公園節(jié)水型植物的研究和規(guī)劃實(shí)踐有著重要的現(xiàn)實(shí)的意義。郊野公園不同于城市公園，植物景觀應(yīng)避免對水資源的過度消耗，應(yīng)多采用鄉(xiāng)土植物，以自給型植物為主構(gòu)成綠色骨架;以灌溉型植物為輔點(diǎn)綴重要節(jié)點(diǎn)，形成既具有鄉(xiāng)土風(fēng)貌和野趣特征，又體現(xiàn)景觀品質(zhì)的郊野型植物景觀，且通過工程設(shè)計(jì)和管護(hù)措施，滿足涵養(yǎng)水源與保持水土的需求。

由于匯水量和自給型植物材料有限，僅依靠雨水滿足郊野公園的景觀和灌溉需求存在極大的挑戰(zhàn)，因此后續(xù)研究會更加側(cè)重如何平衡節(jié)約性與觀賞性的關(guān)系。本研究參考的植物耗水量多為實(shí)驗(yàn)條件下的數(shù)據(jù)，且所選基址位于淺山區(qū)，具有明顯的高差和匯水優(yōu)勢，因此今后的研究將拓展用地區(qū)位和立地條件不同的地塊，增強(qiáng)多元化實(shí)踐支撐，助力節(jié)約型綠地與美麗中國建設(shè)。

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收稿日期：2019-02-27

基金項(xiàng)目：中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（2019ZY41）;國家自然科學(xué)基金“基于森林城市構(gòu)建的北京市生態(tài)綠地格局演變機(jī)制及預(yù)測預(yù)警研究”（31670704）;北京市共建項(xiàng)目專項(xiàng)共同資助

第一作者：王思杰（1993-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)與理論。E-mail： 553008209@qq.com

通信作者：姚朋（1982-），男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)、區(qū)域綠地與事件性景觀。E-mail：chinayp815@163.com