唐山植物园工业废弃地生态景观修复与种植规划.docx

唐山植物园工业废弃地生态景观修复与种植规划eco-restoration and planting plan of industrial wasteland in tangshan botanical garden徐秀源xu xiuyuan唐山植物园，唐山 063000tangshan botanical garden, tangshan 063000摘 要：目前城市工业废弃地对人体健康和生态环境已形成严重危害，工业废弃地生态修复和重建是城市可持续发展的必然选择。本文对工业废弃地的产生、特征及对环境景观的影响进行了阐述；对工业废弃地生态景观修复的问题与策略进行了深入分析；最后 以唐山植物园规划为例，提出了工业废弃地生态景观修复的景观设计方法与技术体系。 关键词：工业废弃地；生态景观修复；规划设计；植物园文章编号：1003-6997（2014）11-0068-06中图分类号：tu986文献标识码：aabstract: industrial wasteland in city has made a serious influence to human health and ecological environment at present.industrial wasteland ecological restoration and reconstruction is the inevitable choice to achieve sustainable development of the city. in this paper, industrial wasteland generation, the characteristics and the influence on the environment were summarized. the problem and strategy of ecological landscape restoration was analyzed in detail. at last, the technical system and method of landscape design of industrial wasteland ecological landscape restoration were proposed based on the case of tangshan botanical garden.key words: industrial wasteland; ecological landscape restoration; planning design; botanical garden工业废弃地是人类工业文明进程的产物，随着人类社会 的发 展逐 渐 产生。 在人 类 改造、 利 用自 然界 的过 程 中， 长期的工业生产、大规模的森林砍伐、湿地改造已经将大 范围的自然环境逐渐改变成农业和工业景观，形成了各式 各样的退化生态系统，其特征是生物多样性低、自我修复 功能下降。资源和能源的开采、城市建设、工业污染、废 弃 物处 理方 式 不正 确，形 成 了的 种种 废 弃地， 影响 景 观， 破坏生态。随着居民对环境的要求越来越高，城市中的工 厂企业由于污染、噪声等方面的原因也必然会逐渐外迁， 今后城市中将有一大批工业用地面临着更新改造的问题。工业废弃地生态修复就是利用生态修复学原理，在自 然修复的过程中辅助以人工设计和工程措施，使受干扰破坏的生态系统，修复或部分修复到稳定的原始状态，形成一个具有自我维持、自我修复能力的生态系统，从而达到 改善生态环境、实现资源可持续利用的目的。1 工业废弃地生态景观修复研究现状1.1 工业废弃地的特征工业废弃地大部分位于城市的中心或周边地带，因此 对工业废弃地进行生态修复可以改善城市的环境。由于城 市在国民经济中有着巨大影响，工业废弃地的生态修复极 具特点。一方面，工业废弃地的生态修复有很大的便利性，工 业废弃地所处的位置决定了废弃地进行生态修复后，在 作者简介徐秀源/1973年生/男/河北乐亭人/风景园林硕士/高级工程师/植物园的建设和管理/唐山植物园 基金项目 唐山市科技局园林景观产业可持续发展关键技术研究与示范，编号：唐科12120209a 收稿日期 2014-09-04 修回日期 2014-11-13 终审日期 2014-11-1368园林与生态工程很多方面经济利用价值比较大、利用用途多，因此资金比较 容 易 筹 集， 城 市 周 边 交 通 运 输 发 达， 材 料 运 输 也 比 较 便利。另一方面，工业废弃地的生态修复也具有一定的局限 性。首先，工业废弃地生态修复应该和城市的景观特色相 适应，生态修复的主要目标是形成人工生态系统，在容易 进行养护管理的同时对城市的生态、环境、社会、经济的 进步都要有很大的益处。其次，在城市中进行生态修复工 程需要注意对城市居民生活环境的影响。近年来，在城市中进行的工业废弃地生态修复，主要 做法是将工业废弃地改造为城市公园绿地，因此，工业废 弃 地的 生 态修 复 重 点考 虑 的是 生 态的 稳 定 和景 观 的优 美， 以此为前提再进行土壤的修复和稳定植物群落的构建。1.2 工业废弃地的产生及对环境景观的影响工业废弃地是指在城市中因城市工业搬迁而遗留下来 的废弃土地，例如废弃的工厂、矿井、铁路、站场、码头、 废弃物料堆放场地等无法直接利用的土地，在城市的发展 的进程中，这些工业设施见证了一个城市和地区的经济发 展和城市建设的历史进程，具有功不可没的历史地位。工 业废弃地在城市及城市周边中的出现对城市的环境和居民 的生活造成了一定的影响。1.2.1 工业废弃地对城市景观的影响工业废弃地堆积了很多的废弃建筑、废墟、废渣，占 用着大面积的土地，和周围的城市景观环境很不协调，极 大地影响了城市的整体协调性。1.2.2 工业废弃地对大量土地资源的占用和破坏工业废弃地一般会占据很大面积的城市土地，对于城 市土地利用而言往往造成重大影响，长期则影响着城市土 地利用带来的效益。1.2.3 工业废弃地对城市环境、居民健康造成危害大面积的裸露土地在风的作用下容易形成扬尘，从而 影响城市空气质量。一部分工业废弃地还可能含有大量污 染元素，在风力、降雨等自然力量的搬运作用下，会对城 市的水环境、空气环境造成污染。一部分工业废弃地，特 别是化工行业的废弃厂址，对城市的环境具有更大的影响， 土壤无害化处理难度很大。1.2.4 工业废弃地对生物多样性和生物群落生态平衡的影响 工业废弃地破坏了生物物种之间的共生关系及其繁殖 栖息环境，造成废弃地、包括废弃地周边甚至更大范围内生态平衡的失调和生物多样性的减少。1.3 工业废弃地生态景观修复的意义工业废弃地的生态修复为城市发展带来的社会、环 境和生态问题找到了一个新的解决办法。对一些工业废弃 旧 址 进 行 生 态 修 复， 带 来 了 洁 净 的 水、 新 鲜 的 空 气 和 优 美 的 户 外 空 间， 为 城 市 居 民 提 供 了 良 好 的 休 憩、 娱 乐 场 所 ；工业废弃地的生态修复也提高了城市的景观环境水 平，对城市开展旅游、休闲等第三产业创造了条件，此 外良好的城市环境也为城市招商引资提供了很好的环境 背景。1.4 工业废弃地生态景观修复需要解决的问题1.4.1 表土层破坏工业废弃地表层土壤由于工业生产造成严重破坏，土 壤中重金属离子等毒性物质含量过高、ph 值过低过高以及 土壤盐碱化程度高，植物生长所需的营养物质和水分缺乏。1.4.2 植物生长所需条件工业废弃地土壤中植物生长所需的有效氮、磷、钾和 有 机 质 等 养 分 缺 乏， 如 何 用 生 态 环 保 的 方 法 增 加 其 含 量， 是植物成活及正常生长的前提。1.4.3 生物物种减少在重视恶劣土壤条件的改善的同时，还要关注生物物 种的减少和丧失给工业废弃地修复带来的更加不利的影响。1.4.4 景观生态修复方向原始景观和地貌遭到严重破坏，需要确定合理的景观 生态修复的方向，避免生态环境的进一步破坏。1.5 工业废弃地生态景观修复的误区近年来，我国工业废弃地的生态修复工作在速度和质 量方面虽然取得了很大的进步，但仍存在很多问题，主要 表现在以下几个方面 ：（1）只关注植被覆盖率的提高程度，而忽视了微生物 和动植物等物种的多样性，忽视了生态修复后的水土保持 情况、环境效应和经济的可持续发展性。（2）对生态系统多样性重视不够，往往采用极少几种 植物品种，形成了树龄结构基本相同、植物层次单一、栽 植形式整齐有序的人工植被系统，而天然的生态系统大部 分在物种组成、年龄结构、空间结构以及资源利用等方面 是多样性，只有这样丰富的生态系统才能够为多种动植物、 微生物提供多种多样的生存条件。（3）为了追求植被覆盖率的迅速提高而引进了大量抗 性极强、生长及繁殖速度极快的外来物种，容易造成外来 物种入侵，给本地物种的生存造成严重威胁。69园林与生态工程1.6 工业废弃地生态景观修复策略工业废弃地生态系统修复和景观重建因管理对策及方 法的不同，会产生以下 4 种结果 ：（1）修复到工业废弃地 受干扰以前的状态 ；（2）修复后形成一个既包括原来特性， 又包括对人类生活环境有益的新特性状态 ；（3）通过修复 技术方法的使用，形成一种全新的、改进的生态系统状态 ；（4）因条件不适宜生态修复，保持生态受损状态。修复（restoration）是将工业废弃地生态系统从初始 状 态 被 破 坏 的 现 状， 通 过 各 种 措 施 使 之 回 复 到 初 始 状 态。 德国杜伊斯堡景观公园西部五分之三的废弃土地就是采取 的修复自然生态系统的策略。恶化（degradation）与修复的方向相反，就是使生态 系统受到更大的破坏。我国一些城市在工业废弃地更新改 造中大部分采用的房地产开发模式，使城市中仅有的一点 绿色进一步被破坏，使受损的城市生态系统进一步恶化。重建（enhancement）是将生态系统的现状进行改善， 其结果就是增加人类所期望的“人造”的特点，减少人类 不希望的自然的特点，使生态系统进一步偏离其破坏前的 初始状态。以硬质广场为景观特色的开敞空间设计模式就 是典型的工业废弃地景观重建策略。改 建（rehabilitation） 是 将 修 复、 重 建 两 种 措 施 有 机地结合起来，并使恶化生态状况得到改造。目前，西方 发达国家在工业废弃地综合整治中普遍采用的即是改建 （rehabilitation）策略。唐山植物园的规划建设将采用此种 方式进行建设。人工植被极少，绝大部分植被为自然演替形成。植物园是利用矿区塌陷基地，遵循植物复绿的原则，规划设计而成。 它不仅限于植物的收集、引种，而是要构建一个生态修复 的示范基地和一个多样性植物生存空间。既要展示植物世 界的奇妙和对濒危植物的保护、唤醒人们的环保意识，同 时还要对废弃地生态修复提供植物资源和示范。2.2 地形地貌及土壤条件现有场地地形变化丰富东部比较平坦海拔高程 18m 左 右，中部低洼地最低点海拔 10.7m，有部分池塘洼地常年 积水，西部为粉煤灰山为全园最高点海拔 53m。场地内土壤条件很差，遍布废墟、煤矸石和粉煤灰， 给植物引种驯化造成一定难度。园内东部为采煤沉降后村 庄 搬 迁 旧 址， 中 部 为 利 用 沉 降 坑 建 的 电 厂 粉 煤 灰 排 放 场， 排灰场已经储满并废弃，为防止灰场扬尘，二十世纪八十 年代在灰场表面覆土 20cm，粉煤灰埋深 4.530m，其下 为粉土，局部粘粒含量较高，夹杂薄层粉质粘土 ；西部为 粉煤灰、煤矸石堆积成山状，采用建筑废墟土覆盖。2.3 植被经过十几年的植被自然及人工修复，形成了部分人工 林植被和野生植被，经调查共有植物 35 科 69 属 93 种。主 要分为三类 ：2.3.1 人工林群落粉煤灰排放池停止排灰后上部覆盖 20cm 土壤，人工 栽植紫穗槐（amorpha fruticosa ），形成了紫穗槐片林 ；西 部废墟山上人工栽植火炬树（rhus typhina ）形成了火炬树 片林。2.3.2 中旱生、野生群落分布于村庄旧址、废墟周围，乔木以刺槐（robinia pseudoacacia ）、旱 柳（salix matsudana ）、臭 椿（ailan- thus altissima ） 为 主， 野 生 草 本 植 物 主 要 有 狗 尾 草 （setaria viridis ）、 白 前（cynanchun chinese ）、 黄 花 蒿 （artemisia annua ）、 反 枝 苋（amaranthus retroflexus ）、 葎 草（humulus scandens ）、止血马唐（digitaria ischae- mum ）、蒺藜（tribulus terresteis ）、曼陀罗（datrua stra- monium ）、菊花草（silpium perfoliatum ）等。2.3.3 水生、湿生群落分布于中部低洼地带，主要植物有芦苇（phragmites australis ）、香 蒲（typha spp ）、球穗莎 草（cyperus glo- bosus ）、浮 萍（lemna minor ）、水 葱（scirpus validus ）、 金鱼藻（ceratophyllum demersum ）等。2 现状分析与技术途径2.1 项目背景唐山市是一个以煤炭、钢铁产业为主的重工业城市，曾因具有历史悠久的开滦煤矿而闻名于海内外，然而经百 余年煤炭开采之后，给唐山留下了约 1.5 万 hm2 之多的采 煤沉降废墟地，矿道距地面间地层厚度约 500m，经过多年 沉陷已基本趋于稳定。这些沉降废弃地自沉降以来就承载 着荒凉和垃圾，滋生着腐烂与污染，杂草丛生，垃圾遍地， 恶臭扑鼻。即影响农业生产，也无法兴建建筑，多少年来 一直荒芜着，不仅损害城市形象，而且破坏了生态平衡、 造成了环境污染。唐山植物园位于唐山南部采沉区核心位置总占地面积55.45hm2，场地内集中分布了村庄旧址、废弃农田、粉煤 灰池、煤矸石场、废墟山等典型工业废弃地类型，场地内70园林与生态工程通过实地调查唐山植物园植被的自然修复状况和相关环境因子等数据，以修复生态学、景观生态学、土壤学、 植 物 学 及 数 学 等 多 学 科 为 支 撑， 确 定 植 物 引 种 栽 植 方 案， 采用数学分析方法，揭示唐山植物园废弃地生态修复及植 物引种驯化的机制、特征、过程、修复效应、技术措施等。 具体要解决的关键问题有以下几个方面 ：2.4 地貌重塑、土壤改良采用经济合理、技术可行的操作工艺，进行土壤改良， 对废墟山及中部低洼地带进行整理，结合对局部重金属相 对富集和盐碱度较大的粉煤灰池进行压埋、换土等重新塑 造植物园的地形。主要采取以下土壤改良措施 ：2.4.1 土壤置换或覆盖既在合适的地段选择取土场，在不破坏取土场生态环 境的情况下，将土壤调入需要改良的废弃地上进行土壤置 换或直接覆盖。该办法简单有效，土壤改良效果好，缺点 是费用较高。本项目周边有大量的房地产项目，经与其联 系，充分利用了其开槽弃土完成了客土覆盖。2.4.2 土壤增肥改良土壤增肥改良一般采用直接添加肥料和生物固氮两种 方法。添加肥料可以施用化肥或有机肥，由于有机肥相对 于化肥而言对植物的助长作用更好更持久且对土壤结构改 良也有更好的作用，因此本项目中土壤改良的增肥措施以 添加有机肥作为主。生物固氮方法是利用具备固氮作用且 对极端生境条件抗性强的植物、微生物或真菌来改善工业 废弃地的土壤理化性质。在毒性较低的工业废弃地，可以 利用生物固氮来替代化肥和有机肥增加土壤养分，具有较 好的技术性和经济性。2.5 植被修复及重建模式生态修复的关键因素是合适的植物物种选择，一般需 要根据工业废弃地植被修复的目标和当地的气候、土壤等 自然条件来确定植物种类，要求所选植物具有较强抗逆性 和适应能力，一般应为根系发达、耐寒、耐旱、耐贫瘠、 具有固氮能力、播种栽植较容易成活等特征的植物，比较 适合作为工业废弃地植被修复的先锋品种。根据上述特点， 一般选定的植物应以乡土物种为主。优良的植物品种的选 择只是植被修复工作的基础，植被修复的目的不仅仅是栽 植植物并提高植被的覆盖度，而是要建立一个稳定的、能 够自我调节的、平衡的生态系统，要通过分析研究自然植 物群落的生态系统结构，合理配置乔、灌和草本、藤本植 物 的 种 植 比 例， 同 时 还 要 对 植 物 层 次 空 间 进 行 优 化 配 置，使人工修复建设的植被系统最终形成一个接近自然植物群落的能够良性循环的、平衡的生态系统。3 唐山植物园种植规划3.1 规划原则为了使植物园真正成为植物引种驯化的沃土、植物科 研和普及的基地、工业废弃地生态修复的示范基地、濒危 植物的避难所、珍稀植物的展示地、绿色珍宝的博物馆、 生态旅游的好去处，必须坚持以下设计原则 ：3.1.1 生态安全原则生态安全是指生态系统的完整性和健康的整体水平， 尤其是指生存与发展的不良风险最小以及不受威胁的状态。 工业废弃地对空气污染、水土流失、地质灾害以及破坏生 态环境平衡等具有重要影响，对工业废弃地进行生态修复 会对维护区域内生态安全起到关键的作用，工业废弃地生 态修复过程中，要重建完整、健康的生态，避免生态的再 次破坏。3.1.2 资源持续利用与循环利用原则工业废弃地上的各类资源，如矿井、厂房、机械、道 路、树木等，要通过因地制宜的设计加以合理的改造利用， 使其能够重新参与到生态系统的生产与循环中，避免资源 的浪费和生态的进一步破坏，走“资源再利用”的途径。3.1.3 自然生态原则工业废弃地生态修复的可持续发展的应优先考虑修复 到原生的自然生态状况。采用植物自然演替方法，利用自 然演替过程作为主要的手段，包括乡土植物的应用，植被 群落演替与修复和土壤质量改善等自然过程，来提高自然 生态系统的平衡和稳定性以及再生产的能力。3.1.4 多样性原则收集植物种类的多样性是植物园最重要的评价指标， 规划设计中一定要坚持可持续发展原则注重植物的多样性， 多样性的植物群落才具有稳定性，才具有较强的抗拒自然 灾害、病虫害等外来影响的能力，才具备较好的可持续发 展潜力，才能利于塑造多样性的景观，满足城市不同环境 条件的要求进而显示城市的风貌和特征。3.1.5 过程原则应尊重工业废弃地从破坏到修复的发展过程，尽可能 保留演变过程中的矿井、厂房、机械等历史景观。应将工 业 废弃 地 以及 其 修 复过 程 的历 史 作为 景 观 规划 的 一部 分， 而不是完全终结，在生态修复重建过程中体现空间与时间71园林与生态工程（2）废墟土陡坡和煤矸石缓坡总面积约 10hm2，将综合运用生态修复的手法进行处理，作为园区科研展示的一 个重点进行构建，与科研示范区相结合进行耐旱植物、耐 贫瘠植物、岩生植物的引种示范。依山势建筑道路系统， 在顶峰构建景观平台俯瞰全园，引导游人参观考察唐山植 物园立地条件和植物演替的互动过程。（3）中部立地类型为淤泥低洼地，规划为水生植物园， 引种水生及湿生植物。粉煤灰缓坡，土质差，原有植物分 布少，将植物园主要建筑布置于此，建筑周边进行表土转 换后用于绿化。3.3 种植方式随着社会经济的发展和人们对环境的要求不断提高，工业废弃地的生态景观修复方式，不再仅仅是强调修复到 到原来的状态，而是要因地制宜，将各种不利因素转化为 有利因素，将环境进一步提升。工业废弃地生态修复设计 中为了充分体现生态环境建设和自然修复的主题，尽量减 少人为干扰的痕迹，需要通过设计获得的一种整体全面的 考虑，它包括在一个被设计系统生命周期的全过程中，对 系统中的能源和材料的审慎使用，以及通过这样的设计来 减少对自然环境的影响，这种设计方式称之为景观生态设 计方式，主要有 ：3.3.1 自然式相对于传统的规则式设计相而言，是通过模拟植物自然群落和地形起伏变化，从形式上表现自然，立足于将自 然 景 观 引 入 城 市 环 境 之 中。 在 唐 山 植 物 园 的 规 划 设 计 中， 力求通过对五种立地类型生态修复，营造具有自然特色的 景观。3.3.2 乡土化通过对基地及周围环境中植被生长状况和生活史的调查研究，使设计符合当地的自然条件并反映当地的景观特 色。根据唐山植物园特殊的生态条件初期应选取抗旱、耐 瘠 薄、 适 应 性 强 的 乡 土 树 种 进 行 绿 化， 使 生 态 环 境 逐 步 修复。3.3.3 保护性园区被破坏的现状造成地形及土壤母质复杂多样，从某种意义上说也形成了较好的造园、造景和生态科普的基 础，要在保护好现有的地形地貌的基础上对其进行合理的 改造，节省投资成本的同时形成优美的景观。3.3.4 修复性在设计中运用科技手段，首要任务是来修复已遭破坏上的发展脉络。3.1.6 科普性原则工业废弃地的生态景观修复，可为人们提供休息、活 动和学习的场所，应强调参观者参与的重要性，使参观者 了解工业废弃地对生态环境的破坏以及生态修复后对给居 民生活环境的提升，了解生态修复的过程和程序，从而提 高 人 们 对 生 态 环 境 影 响 的 认 知， 更 加 注 意 对 环 境 的 保 护。 工业废弃地生态修复的成功案例还可以对同类型工业废弃 地提供有益的参考。3.2 规划方案在前期的调查的基础上，根据基地实际情况，唐山植 物园植物种植规划将按照以下原则进行 ：园区地形为中部最低，西部粉煤灰山最高，根据地形 特点，植物种植也采用四周高中部低的栽植方式，乔木沿 植物园四周和水边种植，灌木和草本大面积种植于平地和 山坡。大量运用低矮灌木作为地被使用，根据地形高度的 变 化 选 择 高 度 不 同 的 植 物 种 类。 植 物 选 择 乡 土 树 种 为 主， 选择大量的乡土开花灌木，采用密林方式种植，形成大面 积 花 海 景 观， 同 时 考 虑 到 季 节 性 开 花 和 枝 叶 色 彩 的 变 化。 植物园四周则选择高大浑圆、分枝紧密的的乡土树种，对 植 物园 内 部起 到 防 护作 用 同时 作 为绿 化 景 观的 绿 色背 景。 沿水系种植耐水湿的水生及半水生植物，形成水生植物景 观。 西 部 粉 煤 灰 山 顶 则 种 植 树 形 优 美 的 乔 木， 形 成 点 景 效果。植物分类园按照克朗奎斯特分类系统按照植物的进化 顺序进行排列和布置，游览路线即是植物进化路线，根据 立地条件的不同选择植物品种，建成植物分类园，植物分 类园是植物园最体现其科普教育意义的一个分区，重点搜 集、栽植展示同一个科、属或同一类植物，根据不用种或 品种之间的颜色、花期的不同，组成多样植物景观，给游 人提供集中欣赏学习某一类植物的场所。根据立地条件的不同，植物园主要分成三部分 ：（1）植物园东部立地类型为建筑废墟土缓坡，土壤条 件较好，经过深翻将废墟深埋后作为专类植物收集区和树 木园引种驯化区，按照植物分类系统进行排列，结合植物 园的研究方向、生物多样性保护和生态修复的理念，按照 “植物造景”的原则，建设以专类植物收集引种并体现植物 文化的专类园，主要包括 ：玉兰园、海棠园、碧桃园、月季园、牡丹园、松园、竹园、樱花园、锦葵园、丁香园、 忍冬园等。72园林与生态工程的生态环境。粉煤灰山体设置雨水收集系统，排水沟中布置渗井，用于截留雨水增加土壤出水量，山腰设置储水池，用于山 体灌溉。将