盛世雯 陳雪初* 聶曉鐘 潘麗琴 夏 菁

（1.華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海市城市化生態(tài)過程與生態(tài)恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241；2.上海浦東新區(qū)國道園林工程有限公司，中土大地國際建筑設(shè)計(jì)有限公司上海分公司，上海 201315；3.上海市建設(shè)用地和土地整理事務(wù)中心，上海 200003）

農(nóng)林濕復(fù)合設(shè)計(jì)整合農(nóng)用地周邊林地、濕地，充分發(fā)揮水質(zhì)凈化作用與生物棲息地效應(yīng)，更好恢復(fù)鄉(xiāng)村生態(tài)空間的水肥內(nèi)生循環(huán)。以上海農(nóng)林水鄉(xiāng)為例，運(yùn)用生態(tài)空間復(fù)合設(shè)計(jì)理念，改造農(nóng)田周邊林下空間，引種鄉(xiāng)土濕生植物及鄉(xiāng)土喬灌木，導(dǎo)入生物通道，營造濕地林、植物淺塘，依次構(gòu)建生態(tài)凈化功能的前置庫、水耕區(qū)、清水涵養(yǎng)區(qū)、水上森林區(qū)、林間濕地區(qū)等單元，形成完整農(nóng)林濕復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。農(nóng)林水鄉(xiāng)工程的成功實(shí)踐為大都市郊野空間生態(tài)修復(fù)和農(nóng)田退水污染控制等類似項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

農(nóng)林濕復(fù)合；水質(zhì)凈化；生物棲息地；多級(jí)人工濕地；近自然林

上海等大都市近郊鄉(xiāng)村正經(jīng)歷著具有中國特色的鄉(xiāng)村更新過程，朝著生態(tài)宜居型鄉(xiāng)村方向邁進(jìn)，逐步實(shí)現(xiàn)“鄉(xiāng)村振興”的目標(biāo)，在此過程中，濕地、林地等鄉(xiāng)村生態(tài)空間的保護(hù)、營造與利用，日益受到關(guān)注。而同時(shí)，大都市郊野地區(qū)以農(nóng)業(yè)為主的生產(chǎn)方式，不可避免地會(huì)造成面源污染大量排放，導(dǎo)致區(qū)域性的水質(zhì)惡化、棲息地退化等諸多生態(tài)環(huán)境問題[1-2]，使得生態(tài)空間質(zhì)量降低，這成為生態(tài)宜居型鄉(xiāng)村建設(shè)的重要制約因素。人工濕地是目前解決農(nóng)業(yè)面源污染問題常見的方法[3-4]。但是建設(shè)人工濕地需對(duì)場地進(jìn)行硬質(zhì)化處理并添加填料等，且占地面積較大，在農(nóng)耕區(qū)土地緊缺的現(xiàn)狀下，難有足夠空間支持人工濕地發(fā)揮凈化功能，并且以往的人工濕地設(shè)計(jì)以及后續(xù)管理方案對(duì)項(xiàng)目建成后區(qū)域生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系的變化較少關(guān)注[5]。文章提出通過營造大都市郊野農(nóng)林濕復(fù)合生態(tài)空間，在空間有限的情況下有效削減農(nóng)田退水污染物，同步發(fā)揮生態(tài)保育功能，并以上海農(nóng)林水鄉(xiāng)工程為例，分析其設(shè)計(jì)、實(shí)踐過程，為大都市郊野地區(qū)生態(tài)品質(zhì)提升提供系統(tǒng)性的解決方案。

1 江南水鄉(xiāng)農(nóng)林濕居融合的啟示

農(nóng)林濕居融合是中國江南水鄉(xiāng)的歷史傳統(tǒng)。六朝時(shí)期北方人口南遷，給南方帶來了勞動(dòng)力以及農(nóng)耕經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，促進(jìn)了江南農(nóng)業(yè)的發(fā)展。這一時(shí)期人類開始筑堤圩田，開發(fā)利用淺灘低地，使得江南一帶逐漸呈現(xiàn)出水網(wǎng)交織、阡陌縱橫，河岸植被與圩田作物相依相存的田園風(fēng)光。唐宋時(shí)期江南地區(qū)興修水利，農(nóng)耕技術(shù)進(jìn)一步提升，出現(xiàn)了將淺塘濕地與農(nóng)田復(fù)合的生態(tài)循環(huán)體系，可實(shí)現(xiàn)水肥內(nèi)生循環(huán)，即人們將低洼處挖深成陂塘，取出淤泥堆疊一旁筑成高塍，培高農(nóng)田地基。池塘清淤深浚可以提高農(nóng)田灌溉水的調(diào)蓄能力，同時(shí)利于水產(chǎn)養(yǎng)殖；淤泥培田帶來了河泥中沉積的營養(yǎng)物質(zhì)，增加農(nóng)田土壤的肥力，部分培高的區(qū)域?qū)⒋龠M(jìn)排水，形成適合種植桑、竹的高平環(huán)境，同時(shí)成為鄉(xiāng)民安家之地[6-7]。原先貧瘠卑濕的低洼之地經(jīng)過改造，呈現(xiàn)旱地、水田、陂塘高低錯(cuò)落的微地貌，農(nóng)林濕居復(fù)合的生態(tài)景觀格局就此形成，也為江南農(nóng)耕文化的起源與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。然而20世紀(jì)以來，人地關(guān)系日益緊張，河道裁彎取直，陂塘等小微濕地多被填埋，導(dǎo)致歷史時(shí)期形成的韌性水網(wǎng)結(jié)構(gòu)遭受破壞；加之人類居住區(qū)域逐漸硬質(zhì)化，自然林地面積占比下降，進(jìn)一步導(dǎo)致農(nóng)林濕空間彼此割裂，水肥內(nèi)生循環(huán)功能喪失，導(dǎo)致農(nóng)耕區(qū)域成為氮磷污染的源頭[8]。因此，應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染問題，在采取污染控制措施的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)重視農(nóng)林濕空間格局的優(yōu)化，探索如何重構(gòu)農(nóng)林濕復(fù)合的生態(tài)景觀。

2 人工干預(yù)與自然演替相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念

城市郊野空間規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中如何統(tǒng)籌處理好人與自然的關(guān)系值得深入思考。設(shè)計(jì)師通過地形設(shè)計(jì)改造場地，引種園林植物，完善相關(guān)配套設(shè)施，人為創(chuàng)造景觀之美，這一過程以人工干預(yù)為主導(dǎo)；建設(shè)完成之后，還必須進(jìn)行持續(xù)人工管護(hù)來維持景觀風(fēng)貌的穩(wěn)定，較少考慮自然演替問題。自H.T. Odum開創(chuàng)以來逐漸成形的現(xiàn)代生態(tài)工程學(xué)，則強(qiáng)調(diào)人工干預(yù)與自然演替相結(jié)合，希望設(shè)計(jì)為自然生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育預(yù)留空間[9]，即在生態(tài)修復(fù)過程中，通過人工干預(yù)消除外部脅迫之后，依靠生態(tài)系統(tǒng)自設(shè)計(jì)、自組織，逐漸形成生物多樣性較高、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能完整、能量冗余較少、物質(zhì)循環(huán)通暢高效的生態(tài)系統(tǒng)。Odum的學(xué)生之一，著名濕地學(xué)家William Mitsch領(lǐng)導(dǎo)的濕地演替長期研究證實(shí)了生物多樣性和生態(tài)功能會(huì)隨著時(shí)間逐漸增強(qiáng)，而前期是否存在人工干預(yù)對(duì)演替軌跡影響較小[10]。

3 基于農(nóng)林濕復(fù)合的“農(nóng)林水鄉(xiāng)”設(shè)計(jì)

針對(duì)農(nóng)林濕復(fù)合生態(tài)景觀重構(gòu)與功能提升問題，在上海市金山區(qū)友好村農(nóng)林水鄉(xiāng)工程中進(jìn)行了探索實(shí)踐。農(nóng)林水鄉(xiāng)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)始于2017年，經(jīng)過三年多的反復(fù)論證設(shè)計(jì)優(yōu)化，于2021年初建成落地，現(xiàn)已成為廊下郊野公園中的重要景觀節(jié)點(diǎn)及大學(xué)生勞動(dòng)教育實(shí)踐基地。上海市金山區(qū)廊下鎮(zhèn)是上海市最主要的農(nóng)業(yè)區(qū)之一，耕作強(qiáng)度大，僅小麥、大麥、水稻、蔬菜的種植面積就高達(dá)4萬畝[11]。農(nóng)林水鄉(xiāng)屬于上海市市級(jí)土地整治項(xiàng)目（二期）的范圍內(nèi)，毗鄰朱平公路與向陽河（圖1），交通可達(dá)性高，水系連通性好。該區(qū)域占地面積為14.28 hm2，其中耕地面積11.08 hm（2含可調(diào)整），林地面積1.39 hm2，其他農(nóng)用地0.79 hm2，建設(shè)用地0.81 hm（2住宅用地），其余為河流水面。項(xiàng)目實(shí)施前西側(cè)區(qū)域?yàn)閺U棄魚塘，無種植經(jīng)濟(jì)作物，無灌溉和排水設(shè)施，按照土地整治項(xiàng)目整體規(guī)劃，將形成約6.67 hm2的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，將產(chǎn)生農(nóng)業(yè)面源污染問題；東側(cè)為苗圃地和人工林，喬木以杉樹（Taxodiaceae）為主，香樟（Cinnamomum camphora）、水杉（Metasequoia glyptostroboides）、意楊（Populus × canadensi‘sI-214’）林，林相較為單一，生物多樣性低，生態(tài)功能有待提升；北側(cè)為有20多年樹齡，郁閉度＞90%的生態(tài)涵養(yǎng)林；南側(cè)為友好村民居以及開放式林地。

圖1 農(nóng)林水鄉(xiāng)及其周邊區(qū)域空間利用現(xiàn)狀Fig. 1 The original appearance of the area

本項(xiàng)目針對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染與生物多樣性下降等問題，提出構(gòu)建農(nóng)林濕復(fù)合生態(tài)空間的設(shè)計(jì)思路，即學(xué)習(xí)古人經(jīng)驗(yàn)，復(fù)合利用農(nóng)用地周邊現(xiàn)有的林地、濕地，探索恢復(fù)鄉(xiāng)村生態(tài)空間的水肥內(nèi)生循環(huán)，基于自然提出農(nóng)田養(yǎng)分管控與水肥資源再利用的解決方案；同時(shí)在規(guī)劃設(shè)計(jì)中考慮人工干預(yù)與自然演替相結(jié)合的理念，導(dǎo)入異齡、復(fù)層、落葉常綠混交的近自然林以及生物通道，提供適合鳥類、蛙類、水生昆蟲等動(dòng)物的多樣化棲息生境，為生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育創(chuàng)造條件。

3.1 農(nóng)林濕復(fù)合空間布局

基于工程實(shí)施前的水環(huán)境調(diào)查，預(yù)估農(nóng)耕期間污染較嚴(yán)重的來水水質(zhì)：總氮、氨氮、總磷以7.8 mg/L、4.5 mg/L、0.7 mg/L計(jì)。出水設(shè)計(jì)至少達(dá)到地表水IV類標(biāo)準(zhǔn)，即總氮低于2 mg/L，氨氮低于2 mg/L，總磷低于0.4 mg/L。因此，設(shè)計(jì)農(nóng)林濕復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)的氮磷去除率應(yīng)達(dá)到40%～70%。根據(jù)上述的水質(zhì)凈化要求，結(jié)合周邊農(nóng)田日均500 m3的排水需求，即在水稻生長旺季時(shí)可收納6.67 hm2農(nóng)田所形成的2 h初期暴雨徑流水量，進(jìn)行生態(tài)凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并提出具體的生態(tài)改造措施展開施工。

針對(duì)東側(cè)林地空間，在充分尊重土地現(xiàn)狀，不改變用地性質(zhì)的前提下，應(yīng)用生態(tài)循環(huán)原理營造農(nóng)林濕復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)，發(fā)揮水質(zhì)凈化功能，并盡量減少對(duì)現(xiàn)有植被的破壞。如圖2-3所示，共有5個(gè)核心單元，依次為前置庫、生態(tài)水耕區(qū)、清水涵養(yǎng)區(qū)、水上森林、林間濕地。在農(nóng)林濕復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)中，周邊的農(nóng)田退水首先進(jìn)入前置庫和生態(tài)水耕區(qū)，通過生態(tài)沉淀、植物吸收等作用去除來水中大顆粒懸浮物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，然后進(jìn)入清水涵養(yǎng)區(qū)；清水涵養(yǎng)區(qū)出水分兩部分：一部分作為農(nóng)田備用水源，一部分進(jìn)入水上森林區(qū)；水上森林區(qū)內(nèi)種植耐淹樹種，并設(shè)置水塘濕地，水塘間以槽溝相連多余土方在周邊堆高形成生態(tài)島，島內(nèi)種植喬木林形成近自然“異齡、復(fù)層、落葉常綠混交林”，并用于消納秸稈、水生植物殘?bào)w等；水上森林區(qū)出水進(jìn)入林間濕地區(qū)域，利用林間空間，適當(dāng)開挖土方，形成由水塘、蘆葦濕地串聯(lián)形成的多級(jí)復(fù)合型林間濕地；林間濕地區(qū)域出水進(jìn)入周圍河道。

圖2 設(shè)計(jì)思路Fig. 2 The diagram of combined water purification system

圖3 農(nóng)林水鄉(xiāng)建成后航拍圖Fig. 3 Aerial view of agriculture, forestry and water town

3.2 生態(tài)前置庫

區(qū)域內(nèi)的農(nóng)田退水利用排水農(nóng)溝收集，進(jìn)而匯入復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)前端的生態(tài)前置庫（圖4）。生態(tài)前置庫占地面積約2 200 m2，容積約550 m3，平均水力停留時(shí)間為26.9 h。該單元平均水深0.5 m，其中底標(biāo)高3.0 m，常水位標(biāo)高3.5 m，生態(tài)前置庫外圍土方標(biāo)高3.6 m，保證區(qū)域內(nèi)水體不溢流。西側(cè)精品良田灌溉排水先匯入排水農(nóng)溝，此處水位約2.9 m，再經(jīng)過水泵提升至布水渠；布水渠引水進(jìn)入并聯(lián)的條帶狀濕地，在自然沉淀作用下去除大顆粒懸浮物質(zhì)；濕地內(nèi)構(gòu)建生態(tài)浮島凈化來水水質(zhì)，前段浮島種植旱傘草（Cyperus Linn.）、西伯利亞鳶尾（Iris sibirica），后半段采用生物柵填料+微孔曝氣的方式。與常見的開闊水域的前置庫不同，本設(shè)計(jì)為適應(yīng)現(xiàn)狀地形和林地空間管控要求，采用了帶狀并聯(lián)結(jié)構(gòu)，即在原有人工林的基礎(chǔ)上開挖淺渠，在不變動(dòng)林地屬性的同時(shí)起到導(dǎo)流的作用，可以避免短流，提高來水的有效停留時(shí)間；同時(shí)還布設(shè)生態(tài)浮島，降低表層風(fēng)力擾動(dòng)，促進(jìn)來水中的大顆粒懸浮物質(zhì)在自然沉淀作用下被去除，氮磷營養(yǎng)鹽在浮島植物以及水下生物柵填料的作用下得到一定程度的削減。

圖4 生態(tài)前置庫剖面圖Fig. 4 Section view of Pre-Reservoir

生態(tài)前置庫凈化功能類似植物塘，截留沉降來水中懸浮物，吸附降解營養(yǎng)鹽，結(jié)合相關(guān)濕地工程運(yùn)行效果[12]，預(yù)計(jì)植物塘對(duì)總氮、氨氮、總磷的削減能力分別達(dá)到0.3 g（/m2·d）、0.2 g（/m2·d）、0.05 g（/m2·d）。生態(tài)前置庫單元水域面積1 100 m2，可期待去除水體中總氮、氨氮、總磷各0.3 kg/d、0.2 kg/d、0.05 kg/d，使來水總氮含量7.8 mg/L左右降至7.2 mg/L，氨氮含量4.5 mg/L左右降至4.1 mg/L，總磷含量0.7 mg/L左右降至0.6 mg/L。

3.3 生態(tài)水耕區(qū)

經(jīng)前置庫初步處理后的水體進(jìn)入水耕區(qū)（圖5）。水耕區(qū)基于表面流濕地的設(shè)計(jì)原理，在尊重地形和滿足林地管控要求的前期下，優(yōu)化水域面積、水深、水力停留時(shí)長等參數(shù)?；趨^(qū)域的微地貌，該單元建成結(jié)構(gòu)相同的“水耕I區(qū)”與“水耕II區(qū)”。生態(tài)水耕區(qū)I、II均占地面積2 400 m2，平均水力停留時(shí)間22.5 h，平均水深0.3 m，其中底標(biāo)高3.2 m，常水位標(biāo)高3.5 m，外圍土方標(biāo)高3.6 m。水耕區(qū)同樣采用條帶狀并聯(lián)設(shè)計(jì)，布水渠連接4塊并聯(lián)的生態(tài)水耕濕地，每塊生態(tài)水耕濕地寬度3.5 m、長度50 m。在近岸淺水區(qū)域種植石菖蒲（Acorus tatarinowii）、香蒲（Typha orientalis）、蘆葦（Phragmites australias）等，在水深較深處斑塊化引種苦草（Vallisneria natans），形成多物種種源地，期待通過自然擴(kuò)張作用逐漸形成近自然濕生植被群落。來水通過重力自流，在水耕區(qū)單元內(nèi)推流前進(jìn)，在植物—微生物—底泥復(fù)合作用下，污染物得到削減，區(qū)域構(gòu)建水耕生態(tài)浮島，可栽培郁金香（Tulipa gesneriana L.）、風(fēng)信子（Hyacinthus orientalis）等花卉，成為林濕復(fù)合系統(tǒng)的色彩亮點(diǎn)，也可用于種植空心菜（Ipomoea aquatica）、水芹（Oenanthe javanica）等經(jīng)濟(jì)作物，生產(chǎn)出特色的生態(tài)產(chǎn)品。邊坡使用50 cm高松木樁，部分位置碼放卵石，起到穩(wěn)定護(hù)岸、避免水土流失的作用，同時(shí)也為陸生動(dòng)物飲水提供了落腳條件。

圖5 生態(tài)水耕區(qū)剖面圖Fig. 5 Section view of Cultivation Area

水耕區(qū)單元凈化功能參考陳雪初等研究者設(shè)計(jì)的景觀池塘循環(huán)凈化系統(tǒng)中濕地植物濾池部分，在植物—微生物—底泥的復(fù)合作用下，植物濾池對(duì)總氮、氨氮、總磷的削減能力分別達(dá)到0.2 g（/m2·d）、0.08 g（/m2·d）、0.02 g（/m2·d）[13]。水耕區(qū)總水域面積1 440 m2，預(yù)計(jì)對(duì)總氮、氨氮、總磷的削減總量0.3 kg/d、0.1 kg/d、0.03 kg/d，使水體總氮進(jìn)一步下降至6.6 mg/L，氨氮下降至3.9 mg/L，總磷下降至0.5 mg/L。

3.4 清水涵養(yǎng)區(qū)

清水涵養(yǎng)區(qū)設(shè)計(jì)思路來源于美國佛羅里達(dá)大落羽杉濕地中的林濕復(fù)合景觀。形成這一特殊景觀的主要生態(tài)機(jī)制為落羽杉（Taxodium distichum）具有耐水淹的能力，可以在淺水中生長更新；而在林間局部區(qū)域由于自然地貌使然或者濕地動(dòng)物活動(dòng)，又形成了相對(duì)較深的微型池塘，這使得落羽杉無法侵入，其植被冠層也無法遮蔽整個(gè)池塘從而形成了“林窗”，一些既耐水淹又耐陰的濕地植物如再力花（Thalia dealbata）就在池塘中生長，林地和濕地得以長期處于共生狀態(tài)，并成為生物多樣性的庇護(hù)所。基于佛羅里達(dá)大落羽杉濕地的啟示，著名生態(tài)學(xué)家H.T. Odum在20世紀(jì)60年代曾提出利用林濕復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)處理城鎮(zhèn)生活污水的設(shè)想，但最終未能落實(shí)[14-15]。通過構(gòu)建清水涵養(yǎng)區(qū)，試圖將Odum以自然為師的生態(tài)工程理念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。該區(qū)域面積3 200 m2，平均水深20 cm，適當(dāng)改造后形成深淺起伏的地表地貌（圖6）。該區(qū)域均勻內(nèi)嵌27個(gè)3.5 m×3.5 m淺坑，淺坑內(nèi)種植再力花、香蒲、水蔥（Scirpus validus）等，周邊相對(duì)較高之處栽培耐水濕的池杉（Taxodium distichum var. imbricatum）和落羽杉，水流從杉樹林間漫流而過，水中營養(yǎng)鹽被快速生長的濕地植物所吸收；靠近農(nóng)田之處還設(shè)置了溢流區(qū)，農(nóng)田退水經(jīng)過凈化作用后，可以作為灌溉備用水源回流入田間水渠，或者自流進(jìn)入下一個(gè)單元。

清水涵養(yǎng)區(qū)接近表流濕地，對(duì)總氮、氨氮、總磷的削減能力為0.6 g（/m2·d）、0.3 g（/m2·d）、0.02 g（/m2·d）[16-18]。預(yù)計(jì)清水涵養(yǎng)區(qū)可去除總氮約1.8 kg/d，氨氮約0.9 kg/d，總磷約0.06 kg/d。該單元出水總氮3 mg/L，氨氮2.1 mg/L，總磷0.4 mg/L。

3.5 水上森林

水上森林（圖7）效仿長江中下游平原地區(qū)歷史上常見的林澤濕地景觀而設(shè)計(jì)，區(qū)域占地2 500 m2，水力停留時(shí)間24 h，通過適當(dāng)挖深和圍合形成20 cm左右的自由水面，其中底標(biāo)高3.3 m，常水位標(biāo)高3.5 m，外圍土方標(biāo)高3.6 m。挖深后產(chǎn)生的多余土方集中堆高形成生態(tài)島，其坡度10°、最大高程6 m。生態(tài)島按宮脅造林法種植鄉(xiāng)土樹種小苗[19-20]，增添不同類型的生境，秋冬季還可用以消納秸稈、水生植物殘?bào)w等，避免水質(zhì)二次污染。水上森林栽培在上海耐水表現(xiàn)良好的池杉、落羽杉，相鄰幼苗的間距約2 m。林間設(shè)置通行的木棧道，挑空高度約0.2 m。多樣化的植被和林水交融的環(huán)境為本地鳥類、蛙類、蜻蜓提供棲息場所。

圖7 水上森林區(qū)剖面圖Fig.7 Section view of Water Forest Area

水上森林過水區(qū)域濕地植物種植密度較低，除喬木外基本為自由水面，對(duì)氮磷營養(yǎng)鹽的削減能力相對(duì)較弱，這兩個(gè)單元的氮磷削減效果近似認(rèn)為是清水涵養(yǎng)區(qū)的1/4，即：總氮削減0.15 （g/m·2d），氨氮削減0.075 （g/m·2d），總磷削減0.005 g（/m2·d）。水上森林區(qū)可去除總氮約0.4 kg/d，氨氮約0.2 kg/d，總磷約0.01 kg/d。

3.6 林間濕地

林間濕地是林濕復(fù)合系統(tǒng)中的又一過濾屏障，進(jìn)一步調(diào)蓄出水。林間濕地占地23 500 m2，包括2 833 m2的溝渠濕地以及20 667 m2的近自然林地。溝渠濕地渠底標(biāo)高3.2 m，水面標(biāo)高3.5 m，平均水深0.3 m，水力停留時(shí)間40.8 h；林地地面標(biāo)高3.6 m。林間濕地的構(gòu)建充分利用現(xiàn)有林下空間，以生態(tài)涵養(yǎng)林內(nèi)現(xiàn)有排水溝渠為基礎(chǔ)，將硬質(zhì)水泥邊岸改為人工松木樁垂直駁岸，并適當(dāng)開挖土方，形成由水塘、蘆葦濕地串聯(lián)形成的多級(jí)復(fù)合型林間濕地，通過構(gòu)建喬、灌、草相結(jié)合的多層次植物群落（圖8），結(jié)合原有片林實(shí)現(xiàn)對(duì)空間的圍合。選擇性保留耐水濕的種類，在林間濕地外圍的喬木林間濕地區(qū)域補(bǔ)種楓楊（Pterocarya stenoptera）、烏桕（Sapium sebiferum）等耐水濕喬木，灌木區(qū)補(bǔ)種耐水濕與喜陰的灌木，栽種并且補(bǔ)種適應(yīng)水邊與水中生長的池杉、墨西哥落羽杉等樹木品種，同時(shí)對(duì)林下進(jìn)行苗木改造；其中淺水區(qū)種植挺水植物再力花、旱傘草（Cyperus）等，較深處種植耐寒矮化苦草，并營造多個(gè)串聯(lián)小型生物棲息地。

圖8 林間濕地區(qū)剖面圖Fig. 8 Section view of Forest Wetland Area

與水上森林情況類似，林間濕地的氮磷削減效果近似認(rèn)為是清水涵養(yǎng)區(qū)的1/4。該單元水域面積2 831 m2，可去除總氮約0.4 kg/d，氨氮約0.2 kg/d，總磷約0.01 kg/d。林間濕地出水總氮降至1.4 mg/L以下，氨氮1.3 mg/L以下，總磷0.3 mg/L以下，符合地表水IV類標(biāo)準(zhǔn)。

3.7 生物多樣性提升設(shè)計(jì)

利用農(nóng)田、濕地、林地等生態(tài)空間形成多樣化的復(fù)合生境是本項(xiàng)目的特色之一?！爱慅g、復(fù)層、落葉常綠混交”的近自然林與多級(jí)人工濕地的融合，有效凈化農(nóng)田退水，同時(shí)為區(qū)域內(nèi)濕地植物、魚類、兩棲類、鳥類以及小型哺乳動(dòng)物提供適宜的棲息環(huán)境。松木樁、卵石護(hù)岸在穩(wěn)定邊坡的同時(shí)為陸生動(dòng)物飲水提供了落腳條件；岸邊種植的挺水植物帶吸引兩棲類產(chǎn)卵[21]，也為水鳥提供可以休憩、躲藏的隱蔽環(huán)境；林下淺溪放置倒木和生物通道（圖9），加強(qiáng)了林濕復(fù)合系統(tǒng)的連通性，促進(jìn)小型哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物在林地斑塊間遷移。項(xiàng)目工程充分尊重土地原貌，在現(xiàn)有人工林的基礎(chǔ)上搭配鄉(xiāng)土樹種，進(jìn)而促進(jìn)鄉(xiāng)土動(dòng)物定居繁衍，維持穩(wěn)定的共生關(guān)系。工程保留了部分原有的低矮灌叢草地，其中包含芍藥（Paeonia lactiflora）、堇菜（Viola verecunda）、馬齒莧（Portulaca oleracea）等蜜源性鄉(xiāng)土植物，能夠招引蜂蝶類昆蟲，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)鄉(xiāng)土植物的傳粉[22]。喬灌草復(fù)合的近自然林中植物組成復(fù)雜、結(jié)構(gòu)完善，具有高異質(zhì)性：樹冠延展的高大喬木吸引林鳥隱蔽巢居，香樟、枸骨（Ilex cornuta）、落羽杉等的果實(shí)供鳥類取食；林下半陰半濕的草本層適合多數(shù)昆蟲棲息，昆蟲的活動(dòng)進(jìn)而促進(jìn)微生物分解枯枝落葉，提高土壤肥力；局部林窗保留枯立倒木和枯枝雜草堆，為野生的松鼠等小型哺乳動(dòng)物提供庇護(hù)場所。

圖9 生物通道Fig. 9 Biological channel

3.8 利用農(nóng)林水鄉(xiāng)觀測生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育

基于H.T. Odum生態(tài)工程學(xué)理念，農(nóng)林水鄉(xiāng)引種濕地植物之后不再進(jìn)行人工管理，清水涵養(yǎng)區(qū)、水上森林區(qū)、近自然生態(tài)島初植喬木時(shí)選用小苗，待其逐漸發(fā)育演化形成林濕復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。在自然演替過程中，農(nóng)林水鄉(xiāng)的生態(tài)功能是否能夠穩(wěn)定發(fā)揮，其生態(tài)軌跡和內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)制如何都是值得深入研究的課題。針對(duì)這一問題，2021年3月項(xiàng)目正式運(yùn)行后，每季度開展一次生物多樣性調(diào)查，包括鳥類、水生植物等，通過分析生物指標(biāo)變化軌跡，為完善生境配置，開展基于自然的適應(yīng)性管理提供支持。至2021年10月底的初步監(jiān)測結(jié)果顯示，池杉、落羽杉成活率＞80%，出水總氮、總磷均優(yōu)于III類標(biāo)準(zhǔn)，吸引到了池鷺（Ardeola bacchus）、北紅尾鴝（Phoenicurus auroreus）、白眉鹀（Emberiza tristrami）等23種鳥類來此覓食棲息。農(nóng)林水鄉(xiāng)每半月開展一次水質(zhì)采樣監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括溶解氧、濁度、葉綠素、總氮、硝氮、氨氮、總磷等指標(biāo)。在生態(tài)前置庫的進(jìn)水口、林間濕地的出水口各布置一個(gè)采樣點(diǎn)，作為整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)、出水監(jiān)測；在生態(tài)前置庫、生態(tài)水耕區(qū)、清水涵養(yǎng)區(qū)、水上森林這4個(gè)單元內(nèi)各布置一個(gè)采樣點(diǎn)，在林間濕地內(nèi)布置4個(gè)采樣點(diǎn)，以監(jiān)測沿程水質(zhì)的變化，比較各單元凈水能力差異。通過比較進(jìn)出水口及各單元的水質(zhì)變化，分析氮磷削減效果，以進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)水力負(fù)荷以及水力停留時(shí)間。以2021年8月的監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，由于正值水稻抽穗揚(yáng)花期，農(nóng)田施肥量較大，導(dǎo)致退水中氮磷污染負(fù)荷高。排水農(nóng)溝中的水體總氮4.97 mg/L，氨氮0.95 mg/L，總磷1.91 mg/L，屬于劣V類水，經(jīng)過林濕復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)處理后，出水總氮低于0.70 mg/L，氨氮低于0.09 mg/L，總磷低于0.16 mg/L，氮磷去除率高達(dá)85%～90%，符合地表水III類標(biāo)準(zhǔn)。不同單元的凈水效果存在差異，其中生態(tài)前置庫、生態(tài)水耕區(qū)、清水涵養(yǎng)區(qū)發(fā)揮主要的水質(zhì)清潔功能，與預(yù)計(jì)的氮磷去除效果相符。

4 結(jié)語

大都市郊野是一個(gè)自然生態(tài)空間和人類活動(dòng)空間復(fù)合交融的特殊功能單元，既是發(fā)展農(nóng)業(yè)、振興鄉(xiāng)村的熱土，又是承載本土生態(tài)資源、傳承歷史文脈的根基，還是城市居民休閑游憩的場地。隨著城市化進(jìn)程加快和鄉(xiāng)村振興的內(nèi)驅(qū)作用，大都市郊野地區(qū)景觀格局正在發(fā)生快速變化，如何優(yōu)化生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間，促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)品質(zhì)同步發(fā)展，是亟待深入實(shí)踐探索的重要問題。農(nóng)林濕居融合是中國古人在長期實(shí)踐中的智慧創(chuàng)造，其本質(zhì)是在深刻理解自然地理的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)人工改造與干預(yù)，形成具有內(nèi)生循環(huán)功能的獨(dú)特三生空間。本研究以農(nóng)林水鄉(xiāng)為例，提出學(xué)習(xí)古人經(jīng)驗(yàn)，兼以自然為師，構(gòu)建農(nóng)林濕復(fù)合生態(tài)空間，其主要特點(diǎn)為利用農(nóng)田周邊片林，順應(yīng)地勢改造林間林下空間，形成農(nóng)林濕復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)，收納農(nóng)田退水并吸收利用氮磷營養(yǎng)鹽，同時(shí)為自然演替預(yù)留空間，導(dǎo)入近自然林和生物通道等提升生態(tài)功能。農(nóng)林水鄉(xiāng)的實(shí)踐為郊野空間優(yōu)化，農(nóng)田養(yǎng)分管控與水資源再利用提供了基于自然的解決方案，形成適合鳥類、蛙類、水生昆蟲等動(dòng)物的多樣化棲息生境，發(fā)揮生態(tài)效益增進(jìn)公眾福祉，可為類似的郊野空間生態(tài)修復(fù)和農(nóng)田退水污染控制提供技術(shù)參考。

注：文中圖片由作者拍攝、繪制，聞鑫協(xié)助繪制。