首页 » 所有新闻 » 海绵城市相关专题研究 » 雨水花园研究 » 雨水花园植物的选择与设计
雨水花园植物的选择与设计

       低影响开发(Low Impact Development,LID)是指采用源头控制的理念,应用小规模、低成本的雨洪控制利用措施,来尽可能维持或恢复场地开发前的水文特征。大量研究和实践表明,LID是应对城市水涝、径流污染、地下水位下降、生态恶化等突出雨洪问题的一种有效理念和方法,在发达国家及我国得到积极推广和应用。低影响开发雨水系统与城市绿地、开放空间密不可分,相当一部分雨水设施,如雨水花园、下凹式绿地、植被浅沟等,都成为了绿地景观中的新要素。与此同时,随着生态、低碳、节能减排等理念的不断深入,越来越多的设计师主动地将城市雨水管理与景观设计有机地结合在一起,创造了具有显著环境生态功能、强烈艺术感染力,并且深受公众喜爱的生态景观。近几年美国景观设计师协会(ASLA)的年度获奖作品中就不乏此类项目叫。由此可见,与雨洪管理结合己成为当代景观设计发展的重要趋势和亮点之一。
       雨水花园(Rain Uarden,也称Bioretention)是低影响开发体系中一项重要技术措施,它以生态可持续的方式来实现小汇水而(如停车场、街道、庭院等)的雨水净化、滞留、渗透及排放比〕,同时由于其显著的景观和生态功能,己广泛地应用在居住区、道路、商业区等不同类型的园林景观中。植物是雨水花园的重要组成部分,也是景观重要的设计要素之一。雨水花园中植物的选择原则,除了考虑植物景观功能以外,更重要的是要考虑何种植物能在雨水花园特殊条件下生长良好,并能最大限度的发挥其功能。国外研究者对雨水花园中植物的选择与设计进行了较为深入的研究。如美国、澳大利亚及加拿大的学者针对雨水花园中植物的特殊功能,不同植物对雨水中污染物的去除能力的差异以及存在这种差异的原因,不同环境因素对雨水花园植物的影响进行了大量试验研究。研究表明,植物对雨水花园功能的发挥起着至关重要的作用,合理的植物选择与设计是雨水花园能够更好的发挥并长期维持其功能的关键。
       目前,我国针对雨水花园的研究和应用主要集中在雨水花园的规模、结构和组成上,而对雨水花园中植物的功能及植物选择原则、设计方法等方而的研究还较薄弱。这导致在雨水花园的设计、实施阶段,设计师往往难以清晰地回应各方对植物生长状况和净化效果等方而的疑问,一定程度上制约了我国雨水花园在城市生态建设中的推广应用。因此,针对雨水花园中植物选择原则与设计方法进行研究探讨,具有重要的理论与工程实践意义。

1 植物在雨水花园中的功能

       植物在雨水花园中所起的作用多种多样,主要包括污染物吸收与净化,雨水滞留与渗透,审美与环境教育及生态功能等。

1.1 污染物吸收与净化

       屋顶、道路以及其它不透水而的污染物质会随着降雨径流进入雨水花园中,这些污染物质包括沉积物、营养物和重金属等。雨水花园中的植物可以吸收、净化雨水径流中携带的多种污染物。与传统工程措施相比,利用植物来转移、容纳或转化污染物,具有成本低、不破坏生态环境、不引起二次污染等优点。因此植物修复己成为景观设计和环境污染治理交叉领域的前沿性课题。
       美国学者Lucas、等对种植植物和未种植植物的土壤对氮、磷等污染物的去除效率进行了对比研究,结果表明种植植物的土壤能够更有效的吸收、净化雨水中的污染物(图1)。研究还表明,生长速度较快、生物量较大的植物去污效果更佳,同时植物根系的生长可以在一定程度上提升土壤的吸收净化能力。

32

       Fletche等,Read等针对不同植物种类对雨水中氮、磷的去除能力,进行了进一步研究(典型试验装置如图2所示)。试验结果表明,不同植物去除污染物的能力具有显著差异,莎草科植物,灯芯草属植物及玉树表现出了良好的去污性能,而这些植物共同的特点就是根系发达。由此可以看出,发达的根系在去除雨水中污染物方而起决定性作用。

1.2 雨水滞留与渗透

       雨水花园的重要作用之一是在源头滞留雨水,减缓雨水径流。典型的雨水花园设计下凹深度为100 ~250mm,一般能够截留初期12mm左右的降雨量。在雨水花园中,植物茎叶能够在一定程度上滞留雨水、减缓雨水径流;植物根系能够吸收渗透到土壤中的雨水,并通过茎叶的蒸腾作用向大气中释放。植物根系还有助于维持土壤长期的渗透性能,是雨水花园发挥雨水渗透功能的关键。Lewis J F等通过试验,监测在种植植物与未种植植物2种条件下,土壤长期渗透性能的变化,其试验结果表明,未种植植物的土壤,土壤渗透性能会逐渐下降,且难以自我恢复;而种植植物的土壤,随着植物根系的生长,土壤渗透性能逐渐恢复。其中一项试验表明,在80%沙壤土、1000蛙石、10%珍珠岩配比的土壤中,初始土壤渗透率为300 mm/h,8个月后土壤渗透率降低到30 mm/h,随着植物根系的生长,21个月后土壤渗透率恢复到350 mm/h以上。

33

1.3 审美与环境教育

       植物是雨水花园中最重要的景观元素,它能够使雨水花园充满生机和美感。设计师可以充分利用植物本身的形态、线条、色彩、质地、尺度等特征,对不同植物进行艺术性地搭配,创造出别具一格的植物景观效果,带给人们不同的视觉享受。雨水花园的植物之美,还可以
       让人们充分领略到大自然的丰富多彩,消除对雨水工程措施的刻板印象,提高公众对雨水花园的接受程度,具有显著的环境教育功能。

1.4 生态功能

       雨水花园中的植物为其它生物,如鸟类、昆虫等提供了栖息环境,植物的根系为地下的细菌及藻类的生长提供了良好的条件,另外,干湿交替的环境,也能在一定程度上提高雨水花园的生物多样性。
       此外,植物通过光合作用吸收CO2释放O2,通过蒸腾作用吸收热量、增加空气湿度,能够改善空气质量、缓解热岛效应、调节微气候。

2 影响雨水花园植物生长的环境因素

       雨水花园一般由植物层、蓄水层、种植土层、填料层、砾石排水层组成(图3)。由于较为特殊的功能和工程结构,雨水花园内部形成了与一般绿地景观不同的生态环境。雨水花园在污染物、雨水淹没时间、干旱3个方而存在特性,在对雨水花园中的植物进行选择、设计和养护时,除了考虑植物的污染物吸收与净化功能、雨水滞留与渗透功能等,还需要考虑以下3个环境因素。

2.1 污染物

       大量工程实践表明,对于一般的道路、屋而等场地,雨水径流中携带的氮、磷等营养物是植物生长所必需的,能够使雨水花园中的植物比常规园林绿地中的植物生长得更加茂盛。对于污染严重的道路、建筑工地或其它裸露土地,针对不同的污染状况可以采取不同的应对措施。氮、磷营养过剩的区域,会因为植物生长过高,在雨水冲刷过程中产生植物倒伏的现象;重金属污染严重的区域,重金属会在植物体内累积过多,对植物产生一定的毒害作用。在以上2种区域中选择根系发达、净化能力强和耐污染的植物尤为重要。泥沙较多的区域,雨水径流会将大量的泥沙带入雨水花园中,导致雨水花园的蓄水区域变浅甚至阻塞雨水花园的填料层,需要对雨水径流进行必要的预处理,或对花园土壤表而的垃圾进行定期清理。此外,在冬季,行车道及停车场表而会积累大量的盐分,这些盐分会随着降雨径流或融雪径流进入雨水花园中,浓度过高会影响到植物的生长。如果设计的雨水花园冬季用于储存或接受融雪径流时,应尽量选择耐盐碱的植物口。

2.2 雨水淹没时间

       雨水花园的蓄水层在降雨时会暂时滞留雨水,但设计渗透时间一般不大于48 h,所以雨水花园内的植物需要具有耐短时水淹的特性。Casanova M T等山针对雨水淹没的时间、深度以及频率对植物的影响进行了试验研究,结果表明雨水的淹没时间是影响植物生长最重要的因素,雨水淹没频率会影响雨水花园中的生物多样性,而雨水的淹没深度对植物生长及周围环境的影响最小。尽管水淹对植物的生长存在一定的负而影响,但很多植物经过长期进化,己经完全可以适应短期的水淹,可以在雨水花园中生长良好。设计雨水花园时,还可以根据土壤的渗透性能,合理设计下凹深度和溢流口高度,来调节植物的水淹程度。目前我国关于植物耐淹特性的定量研究还很缺乏,急需针对雨水花园特殊的水淹条件,筛选和培育出具有耐淹特性的植物品种,以满足雨水花园设计和实施的需要。

2.3 干旱

       在我国北方,降雨大多发生在夏季,雨水花园中的植物在非雨季及雨季的非雨期大多生长在比较干旱的环境中。在干旱条件下,植物的物质代谢、光合作用、呼吸作用和氮代谢等都会受到一定的限制,因此从节水原则出发,应在耐淹植物中,优先选择耐旱能力和适应能力较强的种类,以尽量减少对雨水花园植物的浇灌,节约宝贵的水资源。

3 雨水花园植物选择原则与设计方法

3.1 植物选择原则

       根据上而的分析,雨水花园中植物的选择要考虑多方而的因素,既需要满足雨水花园的特殊环境条件(水文、土壤等),也要充分发挥植物的功能特性及景观特。以下列举出雨水花园植物的选择原则:优先选择乡土植物,慎用外来物种,确保各物种之间不存在负而影响;选择根系发达、净化能力强、耐水污染的植物;选择既耐短期水淹又有一定耐旱能力的植物;尽量选择耐空气污染、土壤紧实等不良城市环境的植物;不同物种搭配选择(一般3种及以上),提高雨水花园的景观性、生物多样性、稳定性及功能性;尽量选择多年生植物及常绿植物,以减少养护成本。

34

3.2 雨水花园中植物配植方法

       雨水花园中植物的配植要充分考虑植物在雨水花园中的生长环境、处理效果、景观效果等,既能形成物种稳定、功能健全的群落结构,又能形成具有良好视觉效果的园林景观。
       在植物的生长环境方而,根据雨水花园中种植区不同的水淹情况,可将雨水花园种植区分为蓄水区、缓冲区、边缘区(图3)。植物在这3个分区中的配植要充分考虑到不同植物的耐淹、耐旱特性。边缘区无蓄水能力,植物物种需要有较强的耐旱能力,对植物的耐淹能力无特别要求,可选用一般较耐旱的植物,与周边植物景观相衔接;缓冲区有一定的蓄水容积,对植物的耐淹特性有一定的要求,同时要求植物有一定的耐旱能力和抗雨水冲刷的能力;蓄水区植物物种耐淹能力和抗污染能力、净化能力要求最高,同时要求在非雨季的干旱条件下也要有一定的耐旱能力。
       在植物的处理效果方而,应充分考虑物种的生态位特征,避免物种之间对空间和养分的竞争;应根据植物根系深浅以及对不同污染物处理能力均衡配植;应以较高的种植密度配植,这样有助于减缓雨水径流流速,增加径流雨水在雨水花园中的停留时间,有助于对径流雨水中沉积物及其它污染物的去除。
       在植物的景观效果方而,可以采取自然式和规则式等不同设计手法,通常自然式的雨水花园在后期维护方而较为简单,是比较环保和常见的做法。植物配植时需要考虑花期、色彩、形态、质地、季相等的搭配,以及乔、灌、草复层种植,保证雨水花园的观赏性。
       此外,根据雨水花园与周边建筑物的距离和周围环境,雨水花园可以采用防渗或不防渗2种做法,当雨水花园采用防渗做法时,应尽量避免采用根系过深会破坏防渗层的植物,如乔木及某些灌木;当处理后的雨水有回用要求或要求排入附近水体时,可以在雨水花园底部砾石层中埋置集水穿孔管叫,这种结构的雨水花园也不宜配植根系过深的植物,根垂直向下及向水生长会阻塞砾石层中的穿孔管,影响雨水花园的正常运行。

3.3 北京地区可供雨水花园选择的植物

       北京气候属暖温带半湿润半干旱季风气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥,年平均气温140C,年极端最高气温一般在35︒C~40︒C,年极端最低气温一般在-14︒C~-20︒C 。多年平均降雨量约为600 mm,夏季降水量约占年降水量的3/4。北京地区典型植被类型为温带落叶阔叶林。早在1991年,种玉麒等川〕就己经针对北京地区雨洪利用的必要性及可行性进行了研究,对北京地区常见的草坪草进行了耐淹试验,结果表明,北京城区土质一般为砂质粘土,其稳定入渗率为100 ^-800 mm/ d,在汛期一般降水条件下不会产生浸泡时间过长的现象,北京城市草坪绝大多数草种均有耐淹能力,不会因暴雨影响其生长发育而破坏景观效果。另外,近年来引入城市绿化的观赏草,具有较好的耐寒性、耐旱性、耐淹性和抗病虫害能力,以及低维护的特点,也可以作为雨水花园的植物。此外,还有一些常见草花及木本植物可以种植在雨水花园中。根据上述植物选择原则,以及在北京地区己应用过的植物品种及其表现,列举出一些可供北京地区雨水花园选择的植物种类、生长特性及空间分布(表1)。

35

4 结论

       雨水设施中植物的合理选择与设计,是在景观设计与雨水管理相结合时所必须考虑的重要内容,也是长期维持雨水设施性能的关键因素之一。大量工程实践及研究表明,通过植物材料的合理配植,不仅可以克服雨水花园等雨水设施中水旱交替、径流污染较重等不利环境影响,保障植物的健康生长,还可以显著提高绿地的综合环境功能,并创造出丰富多彩的植物景观。目前国内在这方而的研究还较薄弱,对植物的耐淹性以及植物抵抗污染物、吸收污染物的能力了解不多,极大地制约了低影响开发雨水措施在城市绿地中的推广应用。因此,函需加强相关领域的基础研究,通过研究总结植物在耐淹、耐旱、耐污、纳污、配植方而的特性与功能,寻找适合各类雨洪管理措施的植物选择原则及设计方法,这也是园林景观与环境工程交叉领域的重要研究方向之一。此外,通过相关研究和工程实践,还可以促进植物引种、育种、设计、研发、产品制造等相关领域的发展,对我国低影响开发雨水设施及相关产业的发展具有重要意义。

作者: 阿普贝思 日期 2015年01月26日

没有评论

发表评论

关闭  010-82110331  QQ对话  网页对话  阿普业务  阿普视界 微信二维码