王晶懋 劉暉 許博文 安婷

收稿日期：2019-12-07

*基金項目：國家自然科學基金青年項目“氣候變化下的關中地區(qū)城市灌叢地被群落固碳效益提升策略研究”（31800604）;

國家自然科學基金面上項目“西北城市綠地生境多樣性營造多解模式設計方法研究”（51878531）;陜西省教育

廳專項科研計劃項目“基于近自然理念的西安地區(qū)綠地高固碳型植物群落優(yōu)化配置研究”（19JK0480）

第一作者：王晶懋（1988- ），女，博士，副教授，研究方向為園林植物景觀設計。E-mail：airainmail@126.com

摘要：西咸新區(qū)作為西北半干旱半濕潤地區(qū)首批海綿城市建設試點，其綠化建設具有典型的代表性。生物滯留設施作為低影響開發(fā)建設中常用的生態(tài)設施，與其相配套的植物種植設計一直以來是國內外研究的熱點領域，參照西北地區(qū)自然群落原型，構建地被植物群落可以實現(xiàn)植物景觀適旱耐積水并具有中長期穩(wěn)定性。文章在闡述國內外研究現(xiàn)狀的基礎上，提出了生物滯留設施地被植物種植設計策略，并以康定和園及秦皇大道生物滯留設施的實踐項目為例，探討其地被植物配置優(yōu)化模式，以及提出相關建議，旨在為城市綠地低影響開發(fā)建設提供理論基礎。

關鍵詞：半干旱半濕潤地區(qū)，低影響開發(fā)，生物滯留設施，地被植物，種植設計，西咸新區(qū)

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

生物滯留設施是指在低洼區(qū)域種植灌木、花草，甚至喬木等植物的工程措施[1]，作為低影響開發(fā)的一種技術設施，具有多尺度、多形狀，易與景觀結合的特點，可復制并耦合于不同類型綠地中。生物滯留設施在小降雨事件、污染物凈化和生物多樣性保護等方面均有突出效果，并因其設計規(guī)模、布置和構造的靈活性及整體的美觀性而被認為是處理雨水徑流和促進生境恢復的最佳措施[2]。生物滯留設施中的植物不僅在保持生物滯留設施滲透性能和去除徑流污染等方面具有重要作用，而且作為動物的棲息地，其所形成的植物群落可產(chǎn)生多樣的景觀元素，并能提高當?shù)氐纳锒鄻有訹3]。但是，如果植物種植設計不當，則會影響生物滯留設施的性能和壽命。

國外研究表明，生物滯留設施中的植被層能夠起到緩沖徑流和凈化水質的作用[4-6];還能促進填料層中硝化和反硝化細菌等微生物活性的增強[7]，從而對雨水徑流中的石油烴等碳氫化合物具有降解作用[8]。另外，生物滯留設施的植被層一般是由多種草本、灌木組成的植物群落，可以為許多昆蟲、無脊椎動物、兩棲類動物提供棲息地，從而促進場地生物多樣性的提高。目前，國外對生物滯留設施的系統(tǒng)、科學設計早已進行了大力推廣與應用，并形成了成熟的技術手冊[9]，但有關植物種植設計的技術仍缺乏一個完善的體系。與生物滯留設施建設相配套的植物種植設計需要采取人工營造的方式，國外對于人工植物群落設計的探索始于19世紀，伴隨著生態(tài)科學的發(fā)展和設計師對自然的理解，園藝在群落設計中的影響逐漸減弱，而生態(tài)學在其中的作用愈加明顯[10]。近幾十年來，動態(tài)的、可持續(xù)的、強調生態(tài)功能的自然主義地被群落在歐洲和北美的城市景觀中成為趨勢[11]。法國學者吉爾·克萊芒（Gilles Clément）倡導將自然演替過程引入植物群落設計，提出動態(tài)花園和星球花園的植物群落景觀營造理念;英國學者詹姆斯·希契莫夫（James Hitchmough）和奈杰爾·鄧內特（Nigel Dunnett）以自然草甸和草原為原型，將生態(tài)學原理引入地被植物群落設計，通過種子混播和種苗建植的方式創(chuàng)造具有一定穩(wěn)定性的、低成本維護的“野花草地”[12];美國學者Thomas Rainer和Claudia West[13]提出從自然群落中汲取靈感，通過分層設計的途徑創(chuàng)造可持續(xù)的城市地被植物群落。

國內在生物滯留設施的植被種植設計方面已取得了一定的成效。王佳，王思思等[14]概括了不同雨水設施內植物的選擇原則與設計要點;李伶璐，張德順[15]就不同類型低影響開發(fā)中的植物選擇做了闡述，并以長江三角洲地區(qū)為例提出合適的植物品種;王思思，吳文洪[16]對清華大學勝因院雨水花園和深圳光明新區(qū)植草溝案例進行研究，提出低影響開發(fā)設施的植物種植建議;陳垚等[17]通過對國外雨水設施設計規(guī)范的解讀和實地調研，從設計施工和后期養(yǎng)護方面，針對植物的科學篩選、布局、種植密度、種植時間、覆蓋物和植被養(yǎng)護管理等內容進行分析討論;黃婉梅[18]概述了不同LID設施植物選擇要點，提出了適宜種植于LID設施的植物。

陜西省西咸新區(qū)自被列為首批海綿城市建設試點中唯一的西北城市以來，在低影響開發(fā)技術領域開展了持續(xù)的探索和實踐。本研究在國內外研究的基礎上，結合西北半干旱半濕潤地區(qū)的氣候條件，充分考慮該地區(qū)自然群落外觀與內在的群落結構，所選植物參照西北地區(qū)自然群落原型[19]，并制定合理的植物種植設計策略，以此作為人工植被營造的依據(jù)。

1 生物滯留設施地被植物種植設計策略

1.1 場地分析與評估

在進行地被植物群落設計之前，首先應通過分析評估生物滯留設施所在場地的特征和問題，并結合生物滯留設施所在場地的設計目標，對場地的徑流量、主要污染物類型、污染量、土壤和日照特點進行分析，明確生物滯留設施的主要功能需求。具體方法如下：

1） 生物滯留設施主要功能需求可分為徑流污染物控制、徑流雨水收集滲透和景觀效果展示3類，應根據(jù)功能需求對生物滯留設施進行分區(qū)地被植物種植設計。

2） 根據(jù)生物滯留設施的調蓄容積，確定蓄水區(qū)、緩沖區(qū)和邊緣區(qū)的范圍。蓄水區(qū)是生物滯留設施進行污染物去除、徑流雨水收集滲透等功能的主要區(qū)域;緩沖區(qū)的功能性作用次于蓄水區(qū);邊緣區(qū)則以景觀效果展示為主。

3） 須對徑流水質進行評估，確定是否有污染及主要污染物類型。

4） 應對生物滯留設施內土壤介質類型進行判斷，確定土壤類型;結合設施周邊污染情況，分析評估潛在的土壤污染物類型。西咸新區(qū)生物滯留設施常用土壤介質類型為場地原土或介質土，介質土成分宜選擇原土、沙土、草炭土、粘土。

5） 生物滯留設施位于車庫頂板上，或生物滯留設施內有土工布、穿孔管等結構時需進行記錄標注。

1.2 確定設計目標

生物滯留設施地被植物種植設計應結合場地條件與特點，以問題為導向，綜合經(jīng)濟合理性等因素，明確生物滯留設施地被植物的設計目標。

1） 徑流污染物控制。建筑屋面、廣場、道路、綠地產(chǎn)生的雨水徑流在流入生物滯留設施的過程中難免會夾雜攜帶污染物。因此，在雨水管理設計階段就應將其在源頭進行控制，在能容納污染物的最大能力范圍之內充分發(fā)揮生物滯留設施中地被植物的凈化功能。

2） 徑流雨水控制。低影響開發(fā)建設的重要目標之一就是控制徑流雨水，對雨水截留促滲有一定需求的場地應充分考慮地被植物的徑流雨水控制作用。對于簡易型生物滯留設施而言，其滲透性能較差，經(jīng)歷周期性淹水和干旱的土壤極易產(chǎn)生板結，因此進行地被植物設計時應選取有徑流雨水控制特性的地被植物。

3） 景觀效果展示。景觀效果是生物滯留設施的重要屬性之一，對于任何生物滯留設施而言，其設計目標都應將景觀效果考慮在內。而對于重要節(jié)點地段，如建筑與居住區(qū)的入口空間、景觀大道等對景觀有明確需求的場地，地被植物的景觀效果則成為首要的設計目標。

4） 生物多樣性提升。生物滯留設施產(chǎn)生的多樣生境條件為生物多樣性的提升提供了契機，這也是低影響開發(fā)的更高層次目標。

1.3 地被植物的選擇與配置

根據(jù)地被植物的設計目標以及生物滯留設施的生境條件選擇地被植物，所選植物應發(fā)揮其改善水力流態(tài)、污染物去除、景觀提升等方面的作用。生物滯留設施地被植物宜根據(jù)用地條件、地形土壤、水位分布、水量水質等綜合考慮選擇適宜物種。生物滯留設施地被植物配置應考慮設施所處綠地環(huán)境和功能定位，正確處理生物滯留設施植物與場地生境的關系;綜合考慮植物季相、色彩、質感、旱季雨季的景觀效果，進行合理配置。

2 案例分析

2.1 西咸新區(qū)生物滯留設施建設概況

西咸新區(qū)位于陜西省西安市和咸陽市建成區(qū)之間，具有西北半干濕地區(qū)的氣候特點。西咸區(qū)四季冷暖干濕分明，年均氣溫13.6 ℃，多年平均降水量為520～600 mm，降雨季節(jié)分布不均，6—9月降雨量占全年的61%，夏季常出現(xiàn)強降雨，且多以暴雨的形式出現(xiàn)，呈現(xiàn)“有雨則澇，無雨則旱”的狀況;雨季降雨日數(shù)多，日降雨量普遍較小，小于10 mm/d的日數(shù)約占總降雨日數(shù)的80%。

生物滯留設施是西咸新區(qū)低影響開發(fā)建設中的典型設施，通過植物、土壤和微生物系統(tǒng)在地勢較低的區(qū)域蓄滲并凈化雨水，在建設項目中得到廣泛應用，并取得一定成效。

通過實地調研西咸新區(qū)的康定和園、秦皇大道的生物滯留設施，根據(jù)其應用位置和構造方式的不同，將其分為以下3種類型：

1） 傳輸型生物滯留設施。主要布置在道路兩側的綠化帶內，與透水鋪裝連接，利用其傳輸特性將透水鋪裝排出的雨水引導至低點，再通過雨水篦收入雨水管道。

2） 滯留型生物滯留設施。主要布置于道路分隔帶中，作用為傳輸徑流、凈化雨水、滯蓄雨水。滯留型生物滯留設施分為覆蓋層、換填層、碎石層3部分。

3） 滯留凈化型雨水花園。主要布置于居住區(qū)綠地以及道路分隔帶內低洼區(qū)域，主要作用為凈化雨水、滯蓄雨水。雨水花園底部結構與滯留型生物滯留設施類似，分為覆蓋層、換填層、碎石層3部分。

2.2 康定和園生物滯留設施案例分析

2.2.1 基本概況

康定和園生物滯留設施案例位于居住區(qū)綠地內，屬于雨水花園類型，設施面積約290 m2，是景觀主導型生物滯留設施，主要用于收集自然降水和來自屋面以及居住區(qū)道路的雨水徑流，污染輕微，徑流水質較好。該雨水花園具備蓄水區(qū)、緩沖區(qū)和邊緣區(qū)，東西兩側有硬質活動場地，受人為干擾的程度高（圖1、圖2）?，F(xiàn)狀土壤介質采用了原土∶沙土∶椰糠（4∶4∶2）的介質土。

2.2.2 地被植物種植設計

雨水花園內主要以條帶狀方式種植地被植物。樣地東西兩側以喬木和灌木搭配種植的方式、北側以列植喬木的方式限定了綠地的邊界，僅在人行步道入口處叢植灌木，空間較開敞，避免高大喬木對雨水花園造成遮蔭。雨水花園蓄水區(qū)植物主要為黑心金光菊、假龍頭、黃菖蒲、狼尾草、豐花月季等，緩沖區(qū)為萱草、鳶尾、澇峪薹草、垂盆草、細葉芒等，邊緣區(qū)為南天竹和早熟禾（表1）。

2.2.3 植物配置優(yōu)化建議

目前該案例內未見長勢不良的植物，群落富有層次感，肌理協(xié)調，色彩豐富，整體效果好。樣地邊緣區(qū)種植的主要是草坪草，植物種類單一;蓄水區(qū)主要為黑心金光菊、假龍頭、南天竹、狼尾草、月季等，植物群落高度較低，宜應用高大挺拔的草本植物以與場地尺度相協(xié)調。植物配置優(yōu)化建議：蓄水區(qū)為細葉芒（40%）+美人蕉（30%）+黃菖蒲（15%）+花葉蘆竹（15%）;緩沖區(qū)為天藍鼠尾草（30%）+馬藺（20%）+天人菊（20%）+松果菊（20%）+藍花鼠尾草（10%）;邊緣區(qū)為山桃草（30%）+苔草（20%）+小葉女貞（15%）+紅葉石楠（15%）+鋪地柏（10%）+冬青（10%）。

2.3 秦皇大道生物滯留設施案例分析

2.3.1 基本概況

秦皇大道生物滯留設施案例位于秦皇大道和統(tǒng)一路交叉口向南約50 m的道路西側，是機動車道與非機動車道之間的綠化分隔帶，屬于植草溝類型，設施面積約100 m2，是功能主導型生物滯留設施。樣地主要收集自然降水以及機動車道與非機動車道的雨水徑流，通行的機動車是主要污染源，徑流水質較差。該植草溝具有蓄水區(qū)、緩沖區(qū)和邊緣區(qū)，緊鄰道路，受人為干擾的程度較高，有喬木遮蔭（圖3）。現(xiàn)狀土壤介質采用了原土∶沙土∶椰糠（4∶4∶2）的介質土。

2.3.2 地被植物種植設計

植草溝需要滿足功能與景觀需求，以功能為主、景觀為輔。植草溝以南天竹、狼尾草、燈心草、矮麥冬、狗牙根等低矮草本為主。入水口附近種植燈心草和鳶尾，蓄水區(qū)種植鳶尾，緩沖區(qū)主要種植燈心草和狼尾草，邊緣區(qū)種植南天竹和矮麥冬（表2）。

2.3.3 植物配置優(yōu)化建議

植草溝內的植物群落高度較為低矮，層次不明顯，以觀葉、觀形植物為主，缺少觀花植物，群落景觀效果較差。建議增加一些可以觀花和植株較高的功能型地被植物。植物配置優(yōu)化建議：蓄水區(qū)為燈心草（50%）+狼尾草（30%）+鳶尾（20%）;緩沖區(qū)為南天竹（50%）+羽瓣石竹（30%）+矮麥冬（20%）;邊緣區(qū)為矮麥冬（60%）+南天竹（40%）。

3 討論

生物滯留設施作為一種低影響開發(fā)技術措施，在園林植物應用方面巧妙地兼顧了景觀與功能，使植物成為主角，重新煥發(fā)了生物滯留設施的生機與活力。因此，科學選擇與應用植物是發(fā)揮生物滯留設施生態(tài)功能的重要前提?；谖鞅卑敫蓾竦貐^(qū)的氣候特點、徑流特性和場地生境條件等，對生物滯留設施地被植物進行種植設計時應遵循以下4項原則：1）應注重對該區(qū)域氣候與土壤條件的適應性，種植適旱耐積水植物，以保障植物安全度過枯水期和豐水期;2）宜選用根系發(fā)達和凈化能力強的地被植物，發(fā)揮其對雨水污染物的凈化作用;3）在滿足生物滯留設施雨洪管理的同時，結合植物的形態(tài)特征、色彩變化、配置效果進行配置，保證生物滯留設施的季相觀賞效果;4）通過種植多種地被植物形成復層植物群落結構，從而適應西北半干濕氣候條件下生物滯留設施的生境條件，提高生物滯留設施內植物的功能多樣性和群落穩(wěn)定性。

綜上所述，西咸新區(qū)生物滯留設施中地被植物的應用在西北半干濕地區(qū)具有一定的地域代表性和技術先進性，不僅實現(xiàn)了土壤與植物協(xié)同凈化、吸收、下滲雨水等功能，而且也具備兼顧生態(tài)美、自然美和藝術美的景觀價值。適宜的植物種植設計策略對場地地形、水文、土壤等生境條件的影響較為顯著，為建立人工干預下新的生態(tài)過程提供了局部生境條件改善的可能性，其建設經(jīng)驗對于當前和未來西北地區(qū)其他城市的低影響開發(fā)建設具有寶貴的啟迪和借鑒意義。

參考文獻

[1]

梁美琪，劉磊.生物滯留設施基礎研究和應用借鑒[J].西南師范大學學報（自然科學版），2017，42（7）：99-104.

[2]DAVIS A P，HUNT W F，TRAVER R，et al.Bioretention technology：overview of current practice and future needs[J].Journal of Environmental Engineering，2009，135（3）：109-117.

[3]李家科，劉增超，黃寧俊，等.低影響開發(fā)（LID）生物滯留技術研究進展[J].干旱區(qū)研究，2014，31（3）：431-439.

[4]HUNT W F，DAVIS A P，TRAVER R G.Meeting hydrologic and water quality goals through targeted bioretention design[J].Journal of Environmental Engineering，2012，138（6）：698-707.

[5]GULBAZ S，KAZEZYILMAZ-ALHAN C M，COPTY N K.Evaluation of heavy metal removal capacity of bioretention systems[J].Water， Air，& Soil Pollution，2015，226（11）：376.

[6]HUNT W F，LORD B，LOH B，et al.Plant selection forbioretention systems and stormwater treatment practices[M].Singapore：Centre for Urban Greenery & Ecology，2015.

[7]CHEN X，PELTIER E，STURM B S M，et al.Nitrogen removaland nitrifying and denitrifying bacteria quantification in a stormwater bioretention system[J].Water Res，2013，47（4）：1691-1700.

[8]LEFEVRE G H，HOZALSKI R M，NOVAK P J.The role of biodegradation in limiting the accumulation of petroleum hydrocarbons in raingarden soils[J].Water Res，2012，46（20）：6753-6762.

[9]HATT B，MORISON P，F(xiàn)LETCHER T D，et al.Adoption guidelines for stormwater biofiltration systems[M].Facility for Advancing Water Biofiltration，Monash University，Melbourne，2009.

[10]金云峰，彭茜，沈潔.海綿城市中綠色基礎設施建設與人的審美認識研究[J].中國城市林業(yè)，2018，16（4）：12-16.

[11]HITCHMOUGH J，WAGNER M，AHMAD H.Extended flowering and high weed resistance within two layer designed perennial “prairie-meadow” vegetation[J].Urban Forestry & Urban Greening，2017，27（10）：117-126.

[12]李倉拴，劉暉，程愛云，等.尊重自然力啟示下的城市自生群落改良設計實驗[J].風景園林，2018，25（6）：58-63.

[13]RAINER T，WEST C.Planting in a post-wild world：designing plant communities for resilient landscapes[M].Timber Press，Portland，2015.

[14]王佳，王思思，車伍.低影響開發(fā)與綠色雨水基礎設施的植物選擇與設計[J].中國給水排水，2012，28（21）：45-47，50.

[15]李玲璐，張德順.基于低影響開發(fā)的綠色基礎設施的植物選擇[J].山東林業(yè)科技，2014，44（6）：84-91.

[16]王思思，吳文洪.低影響開發(fā)雨水設施的植物選擇與設計[J].園林，2015（7）：16-20.

[17]陳垚，楊威，王健斌，等.雨水生物滯留設施中植被的設計與養(yǎng)護[J].中國給水排水，2017，33（12）：6-11.

[18]黃婉梅.基于LID技術設施的植物選擇與配置研究[D].福州：福建農(nóng)林大學，2015.

[19]李倉拴，劉暉，楊伊婷，等.西北干旱城市破碎化綠地生境的植物群落設計途徑研究[J].風景園林，2019，26（2）：88-93.