錢(qián)萬(wàn)惠 趙 慶 陳星澄 楊 清 王頌松 唐洪輝

1 廣東省林業(yè)科學(xué)研究院 廣州 510520

2 廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 510520

3 北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院 北京 100083

在全球氣候變化的背景下，臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮、暴雨等極端天氣氣候事件頻繁發(fā)生?；浉郯拇鬄硡^(qū)(簡(jiǎn)稱(chēng)“大灣區(qū)”)沿海區(qū)域?qū)夂蜃兓浅Ｃ舾?，長(zhǎng)期以來(lái)風(fēng)害問(wèn)題對(duì)大灣區(qū)沿海森林生態(tài)建設(shè)帶來(lái)威脅。近10年來(lái)，“天兔”“尤特”“天鴿”“山竹”等超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)使大灣區(qū)遭受大范圍且長(zhǎng)時(shí)間的大風(fēng)災(zāi)害，引發(fā)歷史最強(qiáng)風(fēng)暴潮，大量樹(shù)木倒伏，城市森林受到破壞[1]。由此引發(fā)的城市森林環(huán)境質(zhì)量下降受到政府、社會(huì)各方關(guān)注，如何修復(fù)、構(gòu)建穩(wěn)定并具有一定抗風(fēng)能力的城市森林成為亟需研究的課題。

圍繞規(guī)劃設(shè)計(jì)中的風(fēng)環(huán)境問(wèn)題，一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)主要針對(duì)城市通風(fēng)、城市熱島、空氣污染等方面，通過(guò)CFD模擬與預(yù)測(cè)制定優(yōu)化策略。而國(guó)內(nèi)則主要圍繞宏觀尺度下城市通風(fēng)廊道設(shè)計(jì)，中等尺度下居住區(qū)的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行景觀規(guī)劃、防護(hù)(風(fēng))林帶建設(shè)、樹(shù)種的抗風(fēng)能力等方面進(jìn)行研究，鮮有針對(duì)沿海區(qū)域基于風(fēng)環(huán)境的森林生態(tài)修復(fù)進(jìn)行研究及規(guī)劃設(shè)計(jì)[2－3]。

已有研究表明，運(yùn)用科學(xué)合理的空間、植物群落布局手段改善場(chǎng)所風(fēng)環(huán)境，具有綠色生態(tài)、適應(yīng)性佳、可操作性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)[4]。本文通過(guò)澳門(mén)石排灣郊野公園彩虹山丘森林生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目，探索基于風(fēng)環(huán)境景觀適應(yīng)性的森林生態(tài)修復(fù)策略，使修復(fù)后的城市森林發(fā)揮良好的生態(tài)、社會(huì)效益，創(chuàng)造良好的景觀效果，最大程度滿(mǎn)足居民到森林中休閑游憩、自然觀察等需求，促進(jìn)人與自然的和諧共生，為大灣區(qū)沿海區(qū)域森林生態(tài)修復(fù)提供技術(shù)支持與經(jīng)驗(yàn)積累。

1 項(xiàng)目概況

1.1 澳門(mén)風(fēng)環(huán)境概況

澳門(mén)三面環(huán)海，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，具有熱量豐富、高溫多雨的氣候特點(diǎn)，7—10月為臺(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié)[5]。澳門(mén)盛行風(fēng)向主要為3—5月、8—9月的東東南風(fēng)(ESE)，10月至次年2月的北風(fēng)(N)，全年平均風(fēng)速為13.3 km/h(即3.70 m/s)，具體見(jiàn)表1[6]。

表1 澳門(mén)氣象數(shù)據(jù)(1981—2010年)

1.2 場(chǎng)地概況

彩虹山丘位于澳門(mén)石排灣郊野公園北部，規(guī)劃設(shè)計(jì)面積為32 000 m2。場(chǎng)地原為采石場(chǎng)，遺留崖壁為高陡邊坡，共7級(jí)開(kāi)采平臺(tái)，地質(zhì)構(gòu)造為火成巖中的花崗巖，為中至粗粒、黑云母[7]。各層開(kāi)采平臺(tái)陡坡坡面長(zhǎng)度為57~336 m，邊坡斜度范圍為17°~85°，坡向均為北向，各級(jí)開(kāi)采平臺(tái)海拔由高至低依次編號(hào)Ⅰ~Ⅶ級(jí)平臺(tái)(圖1)。受不利風(fēng)場(chǎng)、秋冬降雨少濕度低、土壤貧瘠等多種因素影響，植物生長(zhǎng)和居民活動(dòng)均受制約。裸露巖石受雨水沖刷、風(fēng)力、陽(yáng)光照射等自然因素作用，還存在風(fēng)化程度加劇的可能。為恢復(fù)彩虹山丘的生態(tài)、景觀、社會(huì)服務(wù)功能，澳門(mén)市政署計(jì)劃對(duì)其進(jìn)行森林生態(tài)修復(fù)，在打造色彩豐富的森林景觀的同時(shí)，為毗鄰社區(qū)開(kāi)辟綠色活動(dòng)空間。

圖1 場(chǎng)地航拍圖

1.3 場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境實(shí)測(cè)與CFD模擬

根據(jù)相關(guān)研究，室外風(fēng)環(huán)境的舒適度按照人行高度1.5 m測(cè)定。風(fēng)速小于5 m/s時(shí)體感較為舒適；在夏季，風(fēng)速持續(xù)達(dá)到1.5 m/s時(shí)，有助降溫，身處戶(hù)外能感到比較舒適；風(fēng)速在5~15 m/s時(shí)將會(huì)感到不舒適，影響戶(hù)外活動(dòng)[8－9]。而風(fēng)對(duì)植物的影響包括直接的機(jī)械刺激及風(fēng)引起環(huán)境變化而產(chǎn)生的間接作用如機(jī)械作用、干旱作用[10]。風(fēng)速大于8 m/s時(shí)小樹(shù)搖擺；風(fēng)速大于17.2 m/s時(shí)樹(shù)枝折毀；風(fēng)速大于24.5 m/s時(shí)樹(shù)木則可能倒伏，造成不可恢復(fù)的機(jī)械傷害[11]。

對(duì)風(fēng)環(huán)境因子的趨利避害將直接影響本次生態(tài)修復(fù)的成效，前期調(diào)查采用手持氣象儀記錄各級(jí)平臺(tái)的風(fēng)速，然后利用CFD軟件PHOENICS建立場(chǎng)地山體與周邊住宅群的計(jì)算模型，采用年均風(fēng)速3.7 m/s，設(shè)定春夏盛行風(fēng)向ESE、秋冬盛行風(fēng)向N，分別進(jìn)行模擬對(duì)比后發(fā)現(xiàn)模擬數(shù)值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本相符(圖2)。

圖2 春夏、秋冬盛行風(fēng)向下Ⅱ級(jí)、V級(jí)、Ⅶ級(jí)平臺(tái)人行高度處的風(fēng)速分布圖

水平方向上，板式高層住宅樓和道路形成過(guò)風(fēng)廊道，北風(fēng)經(jīng)過(guò)群樓產(chǎn)生“狹管效應(yīng)”，風(fēng)速增大。垂直方向上，風(fēng)通過(guò)“爬坡效應(yīng)”和“渦流效應(yīng)”對(duì)場(chǎng)地產(chǎn)生不同程度的影響。模擬得出Ⅰ~Ⅶ級(jí)平臺(tái)承受的風(fēng)速比重依次為100%，90.0%， 81.4%， 64.36%， 48.6%， 38.6%，28.5%，風(fēng)速隨高度降低而減弱。春夏季，Ⅰ級(jí)平臺(tái)風(fēng)速為6.85 m/s，對(duì)場(chǎng)地植被及居民活動(dòng)干擾不大；而秋冬季Ⅰ級(jí)平臺(tái)風(fēng)速至少達(dá)到7.31 m/s，將降低居民活動(dòng)的意愿，植物也容易長(zhǎng)期受風(fēng)致機(jī)械刺激，較高的風(fēng)速還將使?jié)穸冉档?，給植被生長(zhǎng)帶來(lái)威脅[12]。結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與風(fēng)環(huán)境模擬得出2處典型風(fēng)害區(qū)域:秋冬季Ⅰ級(jí)平臺(tái)北面、西北面的迎風(fēng)面；秋冬季Ⅱ~Ⅶ級(jí)平臺(tái)面對(duì)群樓通風(fēng)廊道的迎風(fēng)面。所以，項(xiàng)目需要重點(diǎn)解決秋冬季N風(fēng)對(duì)場(chǎng)地的不利影響。

2 規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)主題、目標(biāo)與布局

彩虹山丘園區(qū)的規(guī)劃主題來(lái)源于“彩虹”，寄托了人們對(duì)彩虹般絢麗多彩的生活的向往，有著美好寓意。結(jié)合場(chǎng)地資源稟賦，重點(diǎn)針對(duì)園區(qū)進(jìn)行風(fēng)環(huán)境景觀適應(yīng)性設(shè)計(jì)，完成森林生態(tài)修復(fù)。在恢復(fù)園區(qū)綠色基調(diào)的基礎(chǔ)上，采用抗逆性佳的觀花、觀果、觀葉植物，打造色彩斑斕、花開(kāi)不斷的森林四季景觀。

園區(qū)森林生態(tài)修復(fù)將遵循“最大限度恢復(fù)森林生態(tài)景觀”的理念，將不良風(fēng)場(chǎng)區(qū)域疊加在園區(qū)上，充分考慮地形及周邊居民的需求，將Ⅰ級(jí)平臺(tái)規(guī)劃為多功能觀光游憩區(qū)，Ⅱ~Ⅶ級(jí)平臺(tái)為小型休閑活動(dòng)空間。

2.2 生態(tài)修復(fù)策略

植物配置是改善風(fēng)環(huán)境的一種靈活有效的方式。植物隨著季節(jié)更替發(fā)生周期性變化、發(fā)揮不同作用、具有引導(dǎo)氣流的功能，不同密度的植物群落還能通過(guò)改變氣流方向?qū)︼L(fēng)力進(jìn)行調(diào)整[13]。

Ⅰ級(jí)平臺(tái)作為面積和風(fēng)速最大的區(qū)域，需針對(duì)冬季N風(fēng)帶來(lái)的不利風(fēng)場(chǎng)，從水平和垂直方向通過(guò)硬質(zhì)與軟質(zhì)景觀要素相結(jié)合的方式對(duì)風(fēng)進(jìn)行遮擋、引導(dǎo)、擠壓，并利用溫差產(chǎn)生局部風(fēng)等方式削減不利風(fēng)場(chǎng)，控制風(fēng)速和風(fēng)的質(zhì)量，優(yōu)化場(chǎng)地屬性。

在Ⅰ級(jí)平臺(tái)北面利用硬質(zhì)景觀構(gòu)筑物景觀長(zhǎng)廊阻擋勁風(fēng)、形成弱風(fēng)區(qū)，這既方便居民休閑游憩，又能使新栽植物更快扎根。平臺(tái)西北面則宜采用稀疏結(jié)構(gòu)的觀賞性植物組團(tuán)群落對(duì)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行改善，稀疏結(jié)構(gòu)透風(fēng)系數(shù)為0.3~0.5，其有效防風(fēng)距離最遠(yuǎn)，可達(dá)25H(H為林帶高度)。稀疏結(jié)構(gòu)林帶使風(fēng)速被迅速削減形成弱風(fēng)區(qū)(其有效防風(fēng)距離為3~5H)，從而為居民營(yíng)造出一個(gè)風(fēng)力較小的活動(dòng)空間(圖3)[14]。該平臺(tái)速生與慢生樹(shù)種的數(shù)量比例為2∶3。首先通過(guò)先鋒樹(shù)種如黃槿(Hibiscus tiliaceus)、尖葉杜英(Elaeocarpus apiculatus)、大腹木棉(Ceiba speciosa)等快速恢復(fù)園區(qū)的綠色基調(diào)；再通過(guò)海南紅豆(Ormosia pinnata)、秋楓(Bischofia javanica)等慢生樹(shù)種構(gòu)建園區(qū)基本的植物群落，為后續(xù)的自然演替奠定基礎(chǔ)。常綠、落葉樹(shù)種的數(shù)量比例為4∶1。落葉開(kāi)花樹(shù)種如木棉(Bombax ceiba)、大腹木棉、黃花風(fēng)鈴木(Handroanthus chrysanthus)等花葉不同期、冬季落葉的特性既能提升景觀效果，又能實(shí)現(xiàn)冬季樹(shù)形過(guò)風(fēng)，還可為居民提供秋冬季林下日光浴場(chǎng)所。

圖3 Ⅰ級(jí)平臺(tái)風(fēng)環(huán)境景觀適應(yīng)性生態(tài)修復(fù)策略

Ⅱ~Ⅶ級(jí)平臺(tái)承受風(fēng)速相對(duì)較小，為平衡有限的空間及居民活動(dòng)的需求，規(guī)劃營(yíng)造小型休閑活動(dòng)空間。首先，垂直方向上建造種植池、景墻等硬質(zhì)景觀要素對(duì)風(fēng)進(jìn)行引導(dǎo)、削弱。然后采用透風(fēng)結(jié)構(gòu)的綠籬與栽植攀援植物相結(jié)合的方法削減風(fēng)力，透風(fēng)系數(shù)大于0.5，平臺(tái)外側(cè)等距列植喬木鐵冬青(Ilex rotunda)、福木(Garcinia spicata)削減風(fēng)力，其矮小的樹(shù)形恰好形成與人行高度相匹配的弱風(fēng)區(qū)，且慢生的特性能保證活動(dòng)空間的穩(wěn)定性。每級(jí)平臺(tái)內(nèi)外側(cè)栽植攀援植物，通過(guò)上攀下垂的方式使山體陡坡復(fù)綠，柔化空間，其葉片還可以提高坡面粗糙度，進(jìn)一步削減風(fēng)力(圖4)。

圖4 Ⅱ~Ⅶ級(jí)平臺(tái)風(fēng)環(huán)境景觀適應(yīng)性生態(tài)修復(fù)策略

2.3 樹(shù)種選擇

樹(shù)種選擇堅(jiān)持適地適樹(shù)原則，優(yōu)選抗風(fēng)能力強(qiáng)、景觀效果好的樹(shù)種，并綜合考慮其管養(yǎng)難度、林蔭效果、恢復(fù)能力。在不利風(fēng)場(chǎng)區(qū)域，利用樹(shù)種總體抗風(fēng)、樹(shù)形過(guò)風(fēng)性良好、根系深廣、直根系、枝條柔韌等特性達(dá)到抗風(fēng)效果[15]；再擇優(yōu)選用耐土壤貧瘠、耐干旱樹(shù)種，以應(yīng)對(duì)土壤養(yǎng)分不足和秋冬季降雨少濕度低的現(xiàn)實(shí)情況。

Ⅰ級(jí)平臺(tái)主要栽植觀花或常綠樹(shù)形優(yōu)美的抗風(fēng)樹(shù)種如木棉、大腹木棉等，實(shí)現(xiàn)園區(qū)四季花開(kāi)爛漫的景象。同時(shí)，搭配選擇根系發(fā)達(dá)如黃槿、假蘋(píng)婆(Sterculia lanceolata)等樹(shù)種，利用其濃密的樹(shù)冠削減風(fēng)力。Ⅱ~Ⅶ級(jí)平臺(tái)主要栽植抗逆性強(qiáng)的常綠抗風(fēng)樹(shù)種及攀援植物。常綠抗風(fēng)樹(shù)種鐵冬青、福木有根系發(fā)達(dá)、總體抗風(fēng)的特性，能較好地生長(zhǎng)在回填土深1m以上的種植池內(nèi)，但施工過(guò)程應(yīng)使用埋地樹(shù)木支撐裝置等措施提高苗木存活率。平臺(tái)兩側(cè)栽植爬山虎(Parthenocissus tricuspidata)、薜荔(Ficus pumila)等使山體復(fù)綠，搭配栽植炮仗花(Pyrostegia venusta)、使君子(Quisqualis indica)等開(kāi)花攀援植物，花期幾乎覆蓋全年，既豐富坡面色彩，又呼應(yīng)設(shè)計(jì)主題“彩虹”。彩虹山丘園區(qū)選用的抗風(fēng)樹(shù)種及其特性詳見(jiàn)表2。

表2 彩虹山丘園區(qū)選用的主要抗風(fēng)樹(shù)種及其特性

3 森林生態(tài)修復(fù)預(yù)期效果

本次森林生態(tài)修復(fù)選擇了適合園區(qū)立地條件的20余種南亞熱帶鄉(xiāng)土闊葉樹(shù)種，通過(guò)其抗風(fēng)、抗鹽堿、抗貧瘠特性，合理搭配慢生、速生樹(shù)種，初步構(gòu)建園區(qū)的植物群落生態(tài)系統(tǒng)，使山體陡坡的植被覆蓋率顯著提高，發(fā)揮降低風(fēng)速、減少風(fēng)蝕的作用。通過(guò)營(yíng)造植物生境及利用帶狀園區(qū)較好的邊緣效應(yīng)促進(jìn)群落自然演替；利用食源性樹(shù)種吸引動(dòng)物，從而逐步提高生物多樣性。修復(fù)后的森林隨著不斷的自然演替，將進(jìn)一步發(fā)揮調(diào)節(jié)小氣候、凈化空氣、降塵減噪、減緩地表徑流、改良土壤等作用，園區(qū)生態(tài)質(zhì)量將得到提升[16－17]。

項(xiàng)目的實(shí)施將提高園區(qū)樹(shù)種多樣性，通過(guò)常綠與落葉、觀花與觀葉樹(shù)種結(jié)合運(yùn)用，恢復(fù)園區(qū)綠色基調(diào)，有效弱化山體陡坡帶來(lái)的視覺(jué)壓抑感；利用植物花色、葉色的季相變化營(yíng)造色彩豐富的四季森林景觀，突出設(shè)計(jì)主題“彩虹”。對(duì)喬灌草進(jìn)行立體搭配，形成優(yōu)美舒適、多樹(shù)種、多層次、多效益的城市森林生態(tài)景觀，成為社區(qū)的一道綠色屏障。

通過(guò)對(duì)風(fēng)環(huán)境因子的趨利避害，科學(xué)構(gòu)建植物群落與完善基礎(chǔ)設(shè)施，園區(qū)將成為“人－自然－城市”和諧共生的綠色基礎(chǔ)設(shè)施，滿(mǎn)足居民觀光賞景、休閑游憩、娛樂(lè)健身、自然教育等需求，進(jìn)而提升社會(huì)大眾生態(tài)保護(hù)意識(shí)[18]。

4 結(jié)語(yǔ)

生態(tài)修復(fù)是一項(xiàng)復(fù)雜、長(zhǎng)期的工程[19]。目前，在大灣區(qū)沿海區(qū)域，針對(duì)不利風(fēng)場(chǎng)下的城市公園森林生態(tài)修復(fù)案例并不多。利用CFD軟件確認(rèn)不利風(fēng)場(chǎng)，制定修復(fù)方案并進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)是一種科學(xué)可行的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法。為評(píng)價(jià)本次森林生態(tài)修復(fù)的成效，未來(lái)還需對(duì)園區(qū)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè):一是監(jiān)測(cè)建設(shè)前后園區(qū)的風(fēng)環(huán)境因子及其他微氣候因子，評(píng)價(jià)植物群落對(duì)風(fēng)環(huán)境及微氣候改善的有效性，深入探究植物群落高寬比、冠線(xiàn)高低變化等群落形態(tài)對(duì)風(fēng)環(huán)境及微氣候的影響[20]。二是監(jiān)測(cè)各個(gè)樹(shù)種在園區(qū)風(fēng)環(huán)境中的長(zhǎng)勢(shì)、地上地下生物量及適應(yīng)性表現(xiàn)等因子，綜合評(píng)價(jià)樹(shù)種的抗風(fēng)性及景觀性。此外，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步探究經(jīng)受風(fēng)致機(jī)械刺激的植物，可能傾向于分配更多能量給根系提升錨定力，并通過(guò)縮短莖、葉柄或葉片呈現(xiàn)植物矮化現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理[21]。結(jié)合評(píng)估結(jié)果，繼續(xù)加深對(duì)風(fēng)環(huán)境景觀適應(yīng)性的理論研究，適時(shí)補(bǔ)充相應(yīng)的管護(hù)和提升措施，促進(jìn)園區(qū)最終形成良性的、可自然演替的近自然林。

未來(lái)，森林生態(tài)修復(fù)還應(yīng)積極納入小氣候動(dòng)態(tài)信息技術(shù)協(xié)助規(guī)劃設(shè)計(jì)[22]。結(jié)合Arcgis等信息技術(shù)疊加耦合不同層次的空間環(huán)境特征，推動(dòng)多學(xué)科合作制定方案，進(jìn)一步提升大灣區(qū)沿海區(qū)域森林生態(tài)修復(fù)技術(shù)[23－24]。