固有适宜生物生育良好环境的同时,又要保护和创造出优美的自然景观”,强调湿地景观的“重新自然化”的重要性,提出人类必须尊重湿地环境自然所具有的多样性,保障和创造出满足白然条件的良好的水循环;水和绿形成网络,避免生态体系的互相孤立存在等保持湿地景观可持续发展的重要相关理论。
国外的湿地研究发展到今天,在内容上已经达到相当的广度和深度,湿地景观的可持续发展研究在西方已经形成一个独立的学术领域,湿地景观可持续设计是西方景观设计慢慢形成的统一的设计方向之一。
1.3.2国内研究情况
1.3.2.1国内湿地科学研究进展 (1)湿地成因和发育规律
沼泽自然综合体与其它各类综合体相比, 具有很大的特点, 它可由水体, 也可从陆地演化而来。沼泽的形成过程包括这两种途径: 水体沼泽化和陆地沼泽化。沼泽是由各种自然因素综合作用形成的。地表过湿和有积水是沼泽形成的直接因素;但水分过多又取决于地貌、水文地质、气候以及水热组合等自然因素和条件。因此沼泽成因极为复杂, 各地区沼泽的成因极不相同。如三江平原沼泽, 主要是由于地势低平, 地表有较厚的粘土和亚粘土层, 夏秋降水集中, 排泄能力低, 水分下渗困难和河水泛滥等因素所造成的。若尔盖高原沼泽是由于气候冷湿、降水较多, 蒸发小, 地块相对稳定,河流下切微弱, 地形封闭, 排水不畅等因素形成的。大兴安岭沼泽成因除水热条件外, 还与存在多年冻土有直接关系。
关于沼泽的发育, 德国和苏联的学者提出过沼泽统一发育过程学说。根据这一学说, 沼泽的发育都必然要经过从低位到高位, 即相当于从幼年期到老年期的发育过程, 认为这是沼泽发育的典型模式, 并以这一发育过程中的不同阶段作为划分类型的依据。但是这一理论既不符合中国沼泽发育的实际情况, 也不能阐明世界各地沼泽发育的规律,只适用于北方寒温带条件下沼泽的发育过程。20世纪80年代, 黄锡畴先生在结合国内沼泽考察研究和国外沼泽考察研究的基础上, 通过大量沼泽古环境信息、放射性测年数据和发育过程的分析, 应用自然地域分异规律的基本原理, 根据自然综合体在时间上和空间上统一发展的观点, 认为沼泽发育不仅受时间制约, 同时也受空间规律制约, 从而提出了沼泽发育多模式的理论。该理论突破了沼泽发育统一过程学说, 摆脱了沼泽发育的单一模式。 (2)湿地水文过程与功能
水是湿地生态系统最敏感的因子, 水分动态平衡为湿地创造了有别于陆地和水体生态系统的独特物理化学条件。水文过程通过调节湿地植被、营养动力学和碳通量之间的相互作用而影响着湿地地形的发育和演化, 改变并决定了湿地下垫面性质及特定的生态系统响应。同时, 湿地的植被群落特征、地貌、下垫面性质和地质背景也影响着湿地的水文过程。湿地植被通过拦蓄沉积物、对地表水的遮荫以及蒸腾的调节作用影响着湿地的水文过程功能, 湿地动物对湿地水文的改变和变化有显著的影响, 如海狸筑坝阻挡水而使水流经大片面积, 在原来没有湿地的地方形成湿地。另外, 气候变化和人类活动等都以不同方式影响着湿地的水文系统和生态功能。郗敏等在流域尺度上, 从人工沟渠对流域径流、污染物传输和水文连通性的影响三方面, 详细阐述了人工沟渠对流域水文格局的影响。围湖造田以及泥炭地疏干等人为活动改变局地小气候, 减少降水而不利于人类福祉。
中国西北和华北部分地区的湿地水资源因过度取水或开采地下水, 其水文条件已发生很大改变。近年来, 西北地区的塔里木河和黑河等重要内流河, 因水资源的不合理利用, 其下游地区缺水非常严重, 而由此引起的湿地衰退问题十分突出。黄河近年来水量干枯的趋势也在加剧, 这对下游的地区的工农业生产产生严重影响。此外, 湿地开发过程中的挖沟排水, 又会使湿地不断疏干, 从而导致湿地水文的变化, 而一些水利工程的修建有时也会将湿地水体之间的天然联系阻断, 造成湿地水源断流, 进而导致湿地水位下降。三江平原地区由于长期
大面积的湿地开发, 不仅其下垫面已经发生很大变化, 且近45年来该区年降水量也呈现出减少的趋势。
刘正茂等研究洪河国家级自然保护区及其周边区域水资源时空格局变化规律, 根据与研究区属同一气候区的别拉红河流域近50年水文站资料分析, 结果显示洪河国家级自然保护区流域面积及地表径流的输入均呈现下降趋势。
目前最需要评价其功能的湿地就是相对未受人类活动干扰的湿地。袁军等列出了湿地功能指标包括水文功能、生物地球化学循环功能及生态功能。袁军等以洪河国家级自然保护区为案例, 选取了表示水文功能强度的4个指标: 其中包括土壤地表蓄水量、以及汇水区面积、蒸发蒸腾量, 建立湿地水文功能评价的多级模糊模式识别模型, 结果表明, 随着时间的推移, 区域水文功能呈明显降低趋势。这为定量地反映湿地水文功能的动态变化情况提供了方法。 湿地水文过程及其外在表征即湿地水文功能,它是湿地的基础功能, 也是湿地具备其它功能的前提条件, 主要表现在提供储水空间和降解污染、净化水质徐治国等选取三江平原典型沼泽湿地-毛苔草沼泽, 试验沼泽植物对污水的净化效果, 研究表明毛苔草沼泽对水中的NH4+-N、PO43--P的净化随时间的推移呈现明显的指数衰减下降趋势。
刘振乾和吕宪国通过对三江平原沼泽湿地污水处理的实地模拟研究发现, 沼泽湿地生态系统对污水中N、P的净化速度随时间的延长呈指数规律下降, 初期净化效果与污水中N、P的含量为正相关关系, 且植物种类、泥炭土厚度等均影响净化效率。 (3)湿地生物地球化学循环
湿地生物地球化学结构特征、行为和循环研究是揭示湿地环境过程、机制和功能的关键。各种化学物质通过湿地环境中一系列自然发生的物理、化学和生物过程, 在活的有机体和环境之间进行生物地球化学循环。湿地生物地球化学循环在湿地结构和功能上起着决定性作用, 这一循环一般描述为各种物理状态、化学形式和生物地球化学过程, 都影响着生态系统中物质的迁移转化。
湿地是一个水陆交错带, 有其独特的形成发育和演化规律。同时, 它又不完全独立, 既表现为水生生态系统, 又表现为陆地生态系统, 是处于两个系统之间的界面。生物地球化学过程可分为系统内和系统外两个过程, 系统外过程则指湿地与相邻生态系统之间进行的物质交换过程, 包括物质输入和输出, 主要通过气象、水文和生物等主要途径来实现。
宋长春等对沼泽湿地CO2和CH4 排放的时空变化特征研究表明, 沼泽湿地CO2 和CH4 的产生和排放与土壤有机碳、可溶性有机碳及氮的含量有密切关系, 同时还受土壤温度和水文条件的影响。中国三江平原沼泽土壤中CO2和CH4较高的浓度值, 主要出现在植物根际层( 10~ 35cm), 同时其时间变化也有一定规律性。王毅勇等认为三江平原毛果苔草湿地全年甲烷排放通量有着明显的季节变化。黄国宏等对中国辽河三角洲芦苇湿地生态系统CH4的排放进行了深入研究, 结果表明, CH4的排放也有明显季节变化规律。随着社会发展的需求, 三江平原湿地不断垦殖, 王毅勇等研究表明, 湿地开垦为旱田, 使湿地‘碳汇’功能减弱或丧失, 变成‘碳源’。研究发现, 湿地环境已成为CH4 的排放源、汇或转换器。
目前对于泥炭形成的先决条件、泥炭形成的周期及湿地在什么环境条件下可以起到二氧化碳的更大的‘汇’的作用还不太清楚。不仅要了解湿地植被对温室气体的固定作用, 更要了解根系对温室气体的固定过程。刘景双等对三江平原沼泽湿地N2O浓度和排放特征研究, 在国内率先开展了对天然沼泽湿地N2O排放的研究。大量的观测研究揭示了沼泽湿地温室气体排放季节性变化及年际变化的主要影响因子, 即水位波动、表层土壤温度、植物生长状况及Eh条件是决定沼泽湿地含碳气体排放通量季节性变化的主要环境因子, 降水条件变化是决定含碳气体排放通量年际变化的主要因素, 且与土壤溶解有机碳和溶解有机氮含量等密切相关。同时, 发现冻融作用是影响沼泽湿地碳收支的关键因素之一, 并对磷的形态及迁移有重要影响。
铁和锰在湿地中主要以还原形式存在于土壤和水中( Fe2+, Mn2+)。土壤氧化还原条件影响着铁和锰的存在形态, 因此, 铁、锰氧化物成为土壤氧化还原体系中重要的组成成份。姜明基于不同流域及挠力河上游的景观尺度土壤铁迁移转化过程研究表明, 湿地土壤铁对不同水文地貌条件具有明显的指示性作用, 长期淹水的土壤类型无定形铁剖面变异大于季节性淹水的土壤类型。
由于湿地地势较低, 湿地环境成为一种沉积环境。刘汝海等研究了三江平原沼泽湿地土壤和植物汞的分布特征及影响因素, 结果指出三江平原沼泽湿地土壤汞的含量随深度增加总汞含量逐渐降低。汞的分布规律具有明显的水文地貌学特征, 水分越充分, 表层总汞含量越高, 湿地汞‘ 汇’的功能越强。地势、积水状态和植被是影响土壤中总汞含量的主要环境因子。而土壤有机质、总硫与汞含量具有显著的相关性。湿地植物中的汞除来源于土壤外, 还有相当一部分来源于大气。植物中汞的归还是沼泽湿地土壤汞的重要来源, 无论小兴安岭泥炭沼泽还是三江平原沼泽表层汞的浓度都较高, 并随深度的增加而下降, 表明最近汞的沉积大于历史时期的汞沉降。三江平原沼泽湿地土壤总汞达到0. 088mg/kg, 高于当地土壤的环境背景值, 表明湿地生态系统是汞的‘汇’, 小叶章沼泽化草甸地上植物汞的库存量为24. 9ug/m2 , 毛果苔草沼泽地上植物汞的库存量为35. 8ug/m2。湿地植物对于湿地汞的汇的功能具有重要的维护作用。总汞与其它各形态汞的浓度都具有显著的相关性, 主要与溶解态汞浓度相关性最显著。
徐小峰等以吉林省西部向海湿地碱性沼泽土壤和农田土壤为研究对象, 对不同土壤类型养分持留状况进行对比分析, 并结合不同深度土壤出水COD、氮和磷的测定。结果表明, 碱性沼泽土壤与农田土壤的养分持留功能相一致。并且pH>9的沼泽土壤被用于处理富营养化的污水收效甚微。王雷等以位于黑龙江扎龙湿地保护区缓冲区的仙鹤湖为目标区域, 探讨湖泊营养元素空间变异, 结果表明水体养分变化特征依赖于区域水体动态干扰频率的变化, 且在生长季节, 芦苇对养分的吸收是湖泊营养元素下降和空间变异的重要机制。 (4)湿地植物群落演替
中国湿地植物资源十分丰富, 野生高等植物有225科815属2276种, 具有植物种类丰富、区系成分复杂和广布种多的特点。湿地植被的分布受自然条件的影响和自然分异规律的控制, 在东北地区、青藏高原区等不同地区具有明显的变化。
植物群落演替既指植被在裸地上的形成和建立过程的原生演替, 亦包括植被在受到内外干扰后的恢复或重建的次生演替过程。植物群落的演替本质上是一个连续不断的物种或个体的冗余补充过程, 同时也是群落的冗余结构由简单并联结构最终发展为多重并联结构的过程。在演替过程中, 物种多样性(丰富度)总是在不断变化的, 物种多样性随演替逐步增加, 到演替中期到达最大, 到达顶极群落时物种多样性下降。
湿地植物对环境变化十分敏感, 湿地的退化首先通过植物表现出来。汲玉河等研究表明, 近30年里, 三江平原毛果苔草群落的物种构成发生了重大波动, 群落物种多样性丧失严重, 物种丰富度明显减少。建群种毛果苔草的多度减少, 高度降低。吴翠等的研究表明, 人类的活动如过度养殖、打捞水草及污水排放等导致了江汉平原长湖湿地植被种类及总生物量的下降。
1.3.1.2国内湿地景观设计的研究状况
我国学者对湿地景观的可持续额发展是从对湿地景观的生态化研究开始的,在这样一个良好的学科开展氛围下,各专家学者从各个角度提出了许多关于湿地景观发展的相关看法。经过研究,总结了我国几个比较优秀的湿地景观设计专家提出的一些关于湿地景观可持续发展的相关理论国内湿地景观研究虽起步较晚,但在基于发达国家的研究成果下进步迅速。
李晓文 (2000),对辽河三角洲湿地景观进行规划预案研究。首次将国外土地、环境规划与管理中流行的“预案”研究方法、“湿地调整”的概念、原则以及作为规划工具的LEDESS
模型介绍到国内。我国学者对湿地景观的可持续发展是从对湿地景观的生态化研究开始的,在这样一个良好的学科开展氛围下,各专家学者从各个角度提出了许多关于湿地景观发展的相关看法。经过研究,总结了我国几个比较优秀的湿地景观设计专家提出的一些关于湿地景观可持续发展的相关理论。
孔坚等认为一个活的湿地景观系统是将景观作为城市生态基础设施,为城市提供全面的生态系统服务其中包括生产和吸收碳排放、调节自然过程和净化被污染的土地和水、提供乡土物种栖息地、传承文化、审美启智等多用途的,高效能,低耗能的可持续发展的生态湿地系统。
景观设计大师孔祥伟等人认为不公平占有和消耗资源被认为是违背可持续的行为,景观和建筑的营造消耗巨大的能源。设计师往往具有嫌贫爱富的本性,并有意无意的助封为虐。在湿地景观的设计过程中为了追求它们的“完美”却忽略了自然的本性,到头来为了维护“完美”可能要付出昂贵的代价。
景观设计专家王向荣等认为随着对湿地研究的深入及人工湿地技术的成熟,一些小尺度的人工湿地或湿生环境被广泛地应用到各类景观项目之中。这种人工湿地力图在有限的土地范围类实现天然湿地的一切功能,如将径流雨水或城市中水汇集到湿生环境中进一步净化,以解决景观中的水体平衡和水质问题,减少景观水体对清洁水源,如自来水和地下水的依赖,达到水资源可持续利用的目的;
李扬帆、朱晓东等,对江苏灌河口湿地景观进行生态规划和可持续方案研究,并提出建立生态农业示范区,建立高效人工生态系统,实行土地集约经营,保护集中农田斑块,增加绿色廊道和分散的自然斑块,补偿并恢复景观生态功能等规划方法。
勾波,以苏州盛泽荡湿地公园为例,运用了可持续发展理论、环境承载力理论、生态恢复理论、景观生态学理论、游憩规划理论、社区理论对城市湿地公园进行研究。提取并且分析归纳湿地公园生态规划包含的层次,结合景观设计学理论,建立公园的分区机制,对于保护区,恢复区和缓冲区解析设计方法并且加以量化;结合生态恢复理论,对湿地生态恢复包含的内容分析总结;运用游憩学理论和景观设计学理论,概括湿地公园景观要素的设计方法孔祥伟等人认为不公平占有和消耗资源被认为是违背可持续的行为,景观和建筑的营造消耗巨大的能源。设计师往往具有嫌贫爱富的本性,并有意无意的助封为虐。在湿地景观的设计过程中为了追求它们的“完美”却忽略了自然的本性,到头来为了维护“完美”可能要付出昂贵的代价;
旅游规划设计专家沈现实等认为在进行湿地生态旅游资源开发利用的过程中,应注意湿地生态系统的脆弱行和生态旅游资源系统的承载力,不能只顾眼前的经济利益,而忽视长久持续的社会、生态效益。遵循生态学规律,坚持保护性开发原则,从而有效地保护生态环境,是想湿地生态旅游的可持续开发;
他们对湿地景观设计各种理论的提出,基本上都符合湿地景观设计可持续发展的设计初 衷,为本论文的研究开展打下了坚实的理论基础。
1.4研究的内容和方法
1.4.1研究内容
主要是以为什么要写这个湿地景观的可持续设计研究这个话题,而后找出我国湿地景观发展存在的问题,再来是通过多学科交叉研究得出湿地景观可持续设计精髓,并得出湿地景观可持续设计的方法,最后将这些方法赋予实践意义,运用到杭州西溪湿地景观规划中去。
通过对湿地景观可持续发展研究的背景、意义进行描述;再来就是对国内、外对湿地景观可持续发展研究做一个简明扼要的描述,并介绍研究的内容、方法及步骤做了一个初步的阐述;分析我国湿地景观开发利用及保护修复发展的现状,并指出存在的问题,再对这些问
题进行分析,主要通过湿地景观可持续设计与多学科之间的关系进行研究,从可持续发展科学、景观生态学、伦理化美学等多学科的原理与及污染与水环境修复和低碳经济可持续发展等多角度学科理念入手,得出湿地景观可持续设计的重点研究方向,其间定义湿地景观可持续设计的相关概念理念,介绍湿地景观可持续发展设计的湿地景观生态研究内容、湿地景观生态活动特征、湿地景观生态价值等内容,从多角度对湿地景观可持续设计进行深度研究,并为第四章湿地景观可持续设计的理念和方法的提出奠定一定的理论与实践参考。在充分了解杭州西溪湿地环境的背景下进行设计,表达出杭州西溪湿地景观可持续设计的目标及理念,再以湿地的水体、地文、绿脉及人文四个突破口进行理论联系实践研究工作,并描述出湿地景观可持续设计的实践效应。
1.4.2研究的方法及步骤
①查阅文献:在论文写作初期与撰写过程中,针对论文的研究方向与研究对象,大量阅读国内外对于湿地景观的保护与利用及湿地景观可持续发展相关知识的各类书籍、期刊、杂志。获取与本研究相关的景观、园林、建筑、规划、文化和艺术等多方面文献及理论上的支撑。
②实地调查:将研究方向与研究对象进行结合,对研究对象进行实地走访调查,与当地人深入座谈,通过照片、图表、观察、访谈获取第一手实证资料,进行分析研究。查阅当地自然资源、社会经济、历史文化、人们生活现状的文献资料。
③提出解决方案:分析湿地景观可发展存在的问题,总结原因,提出解决的思路与方法。 ④实际运用:将研究的成果运用到西溪湿地湿地景观规划与概念设计项目过程中,并在项目中总结、分析、改进。