基于蚊患防控的亞熱帶地區(qū)城市公園生態(tài)整治設(shè)計

楊云峰,楊家琪

(南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院,江蘇 南京 210037)

蚊,屬雙翅目(Diptera)蚊科(Culicidae),是人類乙型腦炎、登革熱、瘧疾、絲蟲病等致命傳染病的重要傳播媒介。蚊媒疾病傳播能力強、發(fā)病率高,嚴重影響人類健康。據(jù)報道,全球半數(shù)以上人口長期生活在各類以蚊蟲為媒介的疾病威脅之下[1]。水體是蚊子產(chǎn)卵和幼蚊生長的必要場所,蚊子生長歷經(jīng)4個階段(卵、幼蟲、蛹和成蟲),前3個都必須在水中完成。

中國東南地區(qū)多處于亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū),夏季高溫多雨,這些地區(qū)的城市公園中水體、綠地面積占比高,綠地率可達63.4%～82.6%[2]。綠地中的植物為蚊子提供食物和棲息地。因此,為提高城市公園的游賞舒適度,公園設(shè)計時應(yīng)考慮趨避蚊患,減少人類活動范圍區(qū)域的蚊子數(shù)量,降低蚊子對游人休閑娛樂活動的影響。目前城市公園趨避蚊患主要采用生物防治法、對水體生態(tài)整治、種植驅(qū)蚊植物等,以消除蚊子孳生的環(huán)境。與化學(xué)法相比,生物防治法能夠最大限度減小對人體的不利影響[3-8]。當(dāng)下城市生態(tài)化轉(zhuǎn)型,需要在城市建設(shè)過程中融入生態(tài)整治的措施[4,8-10]。本研究以南京市玄武湖為例,監(jiān)測樣點處蚊子數(shù)量,分析蚊密度與綠地景觀因子等的相關(guān)性,厘清能夠抑制蚊子孳生的綠地類型,并提出城市公園蚊患防控的建議,為設(shè)計和改造城市公園時提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

實驗地點選在南京市玄武湖公園東部的園中園——情侶園(118°47′62″E,32°04′68.9″N),情侶園面積14.28 hm2,屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),年均氣溫為15.3 ℃[5]。植物種類豐富,常見的有廣玉蘭(Magnoliagrandiflora)、側(cè)柏(Platycladusorientalis)、圓柏(Juniperuschinensis)、香樟(Cinnamomumcamphora)、銀杏(Ginkgobiloba)、毛白楊(Populustomentosa)、旱柳(Salixmatsudana)、楓楊(Pterocaryastenoptera)、榆樹(Ulmuspumila)、懸鈴木(Platanusorientalis)、龍爪槐(Styphnolobiumjaponicum‘Pendula’)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、五角楓(Acertruncatum)、梧桐(Firmianasimplex)、桂花(Osmanthusfragrans)、紫薇(Lagerstroemiaindica)、海桐(Pittosporumtobira)、紅花檵木(Loropetalumchinensevar.rubrum)、紅葉石楠(Photinia×fraseri)、大葉黃楊(Buxusmegistophylla)、杜鵑(Rhododendronsimsii)、繡線菊(Spiraeasalicifolia)、玉蘭(Yulaniadenudata)、忍冬(Lonicerajaponica)、迎春(Jasminumnudiflorum)、紅瑞木(Cornusalba)、山茱萸(Cornusofficinalis)、木槿(Hibiscussyriacus)、石菖蒲(Acoruscalamus)、二月蘭(Orychophragmusviolaceus)、紫萼(Hostaventricosa)、玉簪(Hostaplantaginea)、薄荷(Menthacanadensis)、萱草(Hemerocallisfulva)、麥冬(Ophiopogonjaponicus)、石竹(Dianthuschinensis)、美女櫻(Glandularia×hybrida)、萬壽菊(Tageteserecta)、薔薇(Rosamultiflora)、矮牽牛(Petunia×hybrida)、石蒜(Lycorisradiata)、山麥冬(Liriopespicata)、佛甲草(Sedumlineare)、沿階草(Ophiopogonbodinieri)、鱧腸(Ecliptaprostrata)等[11-19],有一部分為驅(qū)蚊植物。園區(qū)內(nèi)水體形態(tài)多樣、開合有致,生物多樣性高,也是蚊子的典型棲息地,游人休閑活動時常受蚊蟲叮咬侵擾。

1.2 監(jiān)測對象和試驗設(shè)備

實驗中選擇偏好吸食人血的6種蚊子,即嗜人按蚊(Anophelesanthropophagus)、大劣按蚊(Anophelesdirus)、埃及伊蚊(Aedesaegypti)、白紋伊蚊(Aedesalbopictus)、淡色庫蚊(Culexpipiens)、致倦庫蚊(Culexquinquefasciatus)[3],以及少部分偏好動物血但對人畜兼吸的種類,如中華按蚊(Anophelessinensis)、三帶喙庫蚊(Culextritaeniorhynchus)等作為監(jiān)測對象。

實驗儀器包括光催化滅蚊燈[型號為“功夫小帥”LTS-M02型(24W)]與蓄電池[型號為12V(12 AH)]。光催化滅蚊燈利用光催化產(chǎn)生的CO2誘使蚊子進入燈體周邊,再利用底部風(fēng)機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生渦流將蚊子吸附至中部金屬網(wǎng)上,使其風(fēng)干脫水而死。采用蓄電池為滅蚊燈供電,保證工作時長可達16 h,滅蚊燈作用范圍50～100 m2。

1.3 取樣點選擇和監(jiān)測方法

實驗選取游人活動頻率高的65個場地作為取樣點,其中陸地取樣點55個,濱水取樣點10個。陸地取樣點大多選擇在植被覆蓋率較高的場地,根據(jù)植被結(jié)構(gòu)分為密林、灌叢、草地3種綠地形式,每種綠地形式的取樣點數(shù)量盡可能接近,少量植被覆蓋率較低的取樣點位于道路、花壇、硬質(zhì)廣場、建筑附近;濱水取樣點選擇臨近水體、受水體影響較大、具有一定植被覆蓋率的場地,主要位于湖岸及人工水渠附近(圖1)。監(jiān)測方法如下:

1)將取樣點編為1—65號,其中1—55號為陸地取樣點,56—65號為濱水取樣點。65個取樣點按照鄰近原則每5個為1組,每個實驗日進行1組監(jiān)測實驗。

2)實驗當(dāng)日傍晚,將5個滅蚊燈布置取樣點上,連接蓄電池進行捕蚊。

3)以滅蚊燈為中心,半徑5 m的圓形區(qū)域為1個地塊,記錄每個地塊各景觀因子數(shù)值。對于陸地取樣點,記錄喬木、灌木及草本的覆蓋率、垂直高度0.2～1.8 m范圍植被覆蓋率、植被總覆蓋率、硬質(zhì)鋪裝率6個因子;對于濱水取樣點,除以上6個因子,還要記錄水體比例、是否為自然駁岸、水生植物覆蓋率、水生植物平均高度4個因子。

4)記錄實驗日氣候情況,包括風(fēng)速(級)、平均溫度(℃)、相對濕度(%)。

5)第2天上午回收儀器,對蚊子進行計數(shù)。

6)根據(jù)相關(guān)研究可知,氣溫和降雨量是影響蚊蟲發(fā)育繁殖的主要氣象因素[6]。氣溫在10～35 ℃時適合大多數(shù)蚊類的生長發(fā)育,當(dāng)溫度超過35 ℃時,會對蚊類的生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用。降雨會影響蚊蟲的孳生場所,改變環(huán)境從而影響蚊類種群分布。在滯水型場所降雨量增大會擴大孳生面積,但在流水型孳生場所水流變急會形成沖刷,從而降低蚊密度。由此,實驗選擇在日最高氣溫、最低氣溫均在10～35 ℃,并且無降雨的日期進行。監(jiān)測期為2021年8—9月,歷時13 d,完成13組共65個地塊的實驗。

圖1 玄武湖情侶園取樣點分布(方格網(wǎng)為50 m×50 m, 底圖為Google Earth航拍圖,攝于2021年2月)Fig. 1 Distribution of sample points in Xuanwu Lake Qinglü Garden (the grid is 50 m× 50 m, with Google Earth as the base map, taken on February, 2021)

1.4 景觀因子與蚊密度間關(guān)系的分析方法

根據(jù)相關(guān)研究[6-7]可知:①垂直空間上植物高度不同對蚊子孳生的影響不同,0.2～1.8 m是與游人關(guān)系最密切的空間高度;②喬木、灌木、草本是最常見的劃分植物空間分布的依據(jù);③硬質(zhì)鋪裝率大,相應(yīng)的植物蓋度就會減小,也會影響蚊類的孳生情況;④水生植物的種植情況和是否為自然駁岸也對蚊類的孳生情況有很大的影響?；诖?選取影響蚊類孳生的10個景觀因子(表1),包括6個陸地景觀因子和4個水域景觀因子。

使用Excel 2019整理實驗數(shù)據(jù),以SPSS 20對場地的景觀因子與蚊密度進行Pearson相關(guān)性分析,先整體分析后分組比較。

整體分析是對所有景觀因子進行相關(guān)性分析,觀察各景觀因子與蚊密度是否有相關(guān)性。對每個取樣點進行現(xiàn)場監(jiān)測,詳細記錄每個取樣點的景觀因子數(shù)值,對數(shù)據(jù)進行Pearson分析:當(dāng)相關(guān)系數(shù)的絕對值為0.1～0.3時,認為變量間存在弱相關(guān);當(dāng)相關(guān)系數(shù)的絕對值大于0.3時,認為變量間存在強相關(guān)。

分組比較是對同一天的數(shù)據(jù)進行比較。由于同一天的氣候因素(包括溫度、濕度、風(fēng)速等)相同,僅需研究不同取樣點的蚊子受到綠地類型、植物的種植模式、植物種類、開敞性、采光性影響的情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 城市公園景觀因子與蚊密度相關(guān)性分析

2.1.1 陸地取樣點景觀因子對蚊密度的影響

55個陸地取樣點的景觀因子數(shù)據(jù)及蚊密度(mosquito density,記為D蚊,只/m2)統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 城市公園陸地取樣點景觀因子數(shù)據(jù)

由陸地取樣點景觀因子與蚊密度的Pearson相關(guān)性分析可知,喬木覆蓋率、灌木覆蓋率、草本覆蓋率、垂直高度0.2～1.8 m范圍植被覆蓋率、植被總覆蓋率、硬質(zhì)鋪裝率等6個因子與蚊子數(shù)量的相關(guān)系數(shù)(R)分別為0.333、0.023、0.147、0.340、0.084、-0.055,說明陸地景觀的喬木、灌木、草本覆蓋率、植物密度、植被蓋度與蚊密度呈正相關(guān),其中,喬木覆蓋率和垂直高度0.2～1.8 m范圍植被覆蓋率與蚊密度顯著正相關(guān),硬質(zhì)鋪裝率與蚊密度負相關(guān)。

2.1.2 濱水取樣點景觀因子對蚊密度的影響

10個濱水取樣點的景觀因子數(shù)據(jù)及蚊密度統(tǒng)計結(jié)果見表3。景觀因子“是否為自然駁岸”選項中,將“自然駁岸”賦值100%,其余賦值0。由濱水取樣點景觀因子與蚊密度Pearson相關(guān)性分析結(jié)果可知,10個取樣點的喬木覆蓋率(C喬木)、灌木覆蓋率(C灌木)、草本覆蓋率(C草本)、垂直高度0.2～1.8 m范圍植被覆蓋率(Ch)、植被總覆蓋率(C總)、水體比例(C水體)、是否自然駁岸(NR)、水生植物覆蓋率(C水生植物)、水生植物平均高度(H水生植物)與蚊密度(D蚊)正相關(guān),其中垂直高度0.2～1.8 m植被覆蓋率(Ch)和水體比例(C水體)與蚊密度(D蚊)顯著正相關(guān),硬質(zhì)鋪率(C鋪裝)與蚊密度(D蚊)負相關(guān)。

表3 城市公園濱水取樣點景觀因子數(shù)據(jù)

2.1.3 氣象因子對蚊子數(shù)量的影響

風(fēng)速、溫度、相對濕度均影響蚊子孳生。研究區(qū)氣象因子與蚊子數(shù)量的相關(guān)性見表4?？芍?平均溫度、相對濕度與蚊子數(shù)量平均值正相關(guān),其中相對濕度與蚊子數(shù)量平均數(shù)顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)為0.863,風(fēng)速與蚊子平均數(shù)量顯著負相關(guān)(P<0.05),相關(guān)系數(shù)為-0.631。

表4 實驗日取樣點氣象數(shù)據(jù)與蚊數(shù)量

2.2 城市公園景觀因子對場地蚊密度的影響分析

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知,喬木覆蓋率、垂直高度0.2～1.8 m范圍植被覆蓋率、水體比例、相對濕度平均溫度與蚊密度顯著正相關(guān),硬質(zhì)鋪裝率和風(fēng)速與蚊密度顯著負相關(guān)。灌木覆蓋率、草本覆蓋率、植被總覆蓋率、水體比例、是否為自然駁岸、水生植物覆蓋率、水生植物平均高度和溫度對蚊密度的影響程度較小。

1)垂直高度0.2～1.8 m范圍植物密度。調(diào)查發(fā)現(xiàn),本研究中11、28、33、36、51號取樣點蚊密度較高(圖2a—2e)。高度0.2～1.8 m空間范圍是游人活動的主要區(qū)域,在此垂直高度范圍內(nèi)茂密的植物莖葉為蚊子孳生提供良好的環(huán)境和營養(yǎng)條件,同時密植的植物區(qū)域蒸騰作用強、空氣濕度高,也有利于蚊子的孳生。

2)喬木覆蓋率。光線對蚊子孳生有較大影響,例如大劣按蚊多孳生在密陰下、無直接陽光照射的溪床積水、石穴積水等,直接暴露于陽光下可防止其孳生[6]。喬木的種植為蚊子提供了適合的孳生環(huán)境[7]。相較于灌木和草地,喬木對于提高周邊空氣相對濕度的效用更為明顯。喬木中,闊葉樹遮陰、增濕效果強于針葉樹。另外在樹冠高度相同的條件下,闊葉樹比針葉樹更不利于空氣的流動。

3)硬質(zhì)鋪裝率。由實驗以及文獻[8]可知,硬質(zhì)鋪裝率越高蚊子孳生越少。但是取樣點6、16、34號(圖2f—2h)大部分為硬質(zhì),蚊子卻較多。分析發(fā)現(xiàn)這幾個取樣點人流量較大,人體排放的CO2會吸引蚊子,另外這幾個場地的喬木覆蓋率都很高,為蚊子孳生提供了有利的環(huán)境。

4)水體比例。水體是蚊類繁衍的重要環(huán)境,蚊子生長的4個時期有3個階段都需要在水中完成。但因為本實驗所涉及的水體均源自玄武湖,而玄武湖水質(zhì)清澈、水面廣闊、無明顯污染,蚊子相對較少,所以實驗結(jié)果并未顯示出較強的相關(guān)性。相比自然駁岸,人工駁岸的蚊子較少。水生植物覆蓋率較低、植株較矮地段,蚊子孳生也相對減少,如取樣點64、56、61號(圖2i—2k)。

圖2 城市公園典型取樣點Fig. 2 Typical sampling points of urban park

5)氣象因素。實驗結(jié)果顯示風(fēng)速、平均溫度和相對濕度與蚊密度有顯著的相關(guān)性。由第11個實驗日51—55號取樣點的數(shù)據(jù)可見,實驗日的平均溫度和相對濕度最高、風(fēng)速最低,該日的蚊密度明顯高于其他實驗日。因此在進行公園生態(tài)整治時,應(yīng)優(yōu)化小氣候環(huán)境達到提高風(fēng)速、降低溫度、降低濕度的效果。

亞熱帶氣候特點為夏季高溫多雨,冬季溫和少雨。蚊類的生長繁殖主要集中在夏季,而亞熱帶氣候不利于抑制蚊類孳生。從景觀角度來講,植被種植對改善氣候有較大影響。有研究表明,種植植物會使局部地區(qū)的溫度降低3～5 ℃,相對濕度增加3%～12%[9]。在對公園進行整治設(shè)計時應(yīng)多考慮植物種植對小氣候的影響。例如對城市進行生態(tài)保育區(qū)的建設(shè),營造大片的生態(tài)綠地以降低周邊地區(qū)溫度。在城市人群聚集地,應(yīng)控制植物種植的密度,減少植物密度對降低風(fēng)速和增加濕度的效果,以達到減少蚊類孳生的效果。

6)植物種類。取樣點42(圖2l)的垂直高度0.2～1.8 m植被覆蓋率很高,但蚊密度相對較低。由現(xiàn)場實地調(diào)研發(fā)現(xiàn),此處種植有薄荷、香樟等驅(qū)蚊植物。根據(jù)文獻[11]可知,驅(qū)蚊植物對蚊類的趨避效果顯著,多用做景觀驅(qū)蚊使用。

3 城市公園減少蚊患的生態(tài)整治設(shè)計

3.1 減少蚊患的公園綠地布局

實驗結(jié)果表明,游人活動區(qū)的水綠比例對蚊密度的影響較大,在規(guī)劃設(shè)計階段要充分考慮水域附近的功能安排。城市公園的設(shè)計應(yīng)充分考慮游人的使用體驗,以減少蚊患為導(dǎo)向,綜合考慮公園景觀布局?？蓪⑽米用芏容^大的水體、綠地區(qū)域設(shè)為生態(tài)保育區(qū),盡量不設(shè)置游人活動場地,周邊半徑1 km范圍內(nèi)設(shè)置緩沖區(qū),控制建筑用地的建設(shè)[20]。蚊子孳生情況與100～400 m2的小型水體數(shù)量關(guān)系呈正相關(guān),水體分布設(shè)計應(yīng)“大而集中”,避免“小而分散”[21]。

3.2 減少蚊患的植物選擇及配置

3.2.1 植物選擇

綠地種植設(shè)計盡量選擇具有驅(qū)蚊功效的植物。研究顯示一些驅(qū)蚊植物不僅具備驅(qū)蚊功效,同時還具備殺菌保健的效果[22],例如薰衣草和薄荷的揮發(fā)物能夠刺激人的呼吸中樞,促進人的呼吸活動[23]。亞熱帶城市公園地區(qū)常用的驅(qū)蚊植物包括側(cè)柏[11]、香樟[12]、雞爪槭(Acerpalmatum)[13]、苦楝(Meliaazedarach)[14]等喬木,迷迭香(Rosmarinusofficinalis)[15]等灌木,醉魚草(Buddlejalindleyana)[12]、孔雀草(Tagetespatula)[11]、薄荷[16-17]、番茄(Lycopersiconesculentum)[12]、香葉天竺葵(Pelargoniumgraveolens)[18]、蒙古蒿(Artemisiamongolica)[19]、萬壽菊[8]、艾蒿(Artemisiaargyi)[18]等草本。

3.2.2 植物配置模式

在公園人群聚集的場地,為了減少植物對蚊類孳生的影響,應(yīng)降低植物密度。利用植物對局部小氣候調(diào)節(jié)的影響,喬木優(yōu)先選擇冠幅較小、分枝點較高的高大喬木。錐形樹有利于風(fēng)的流通,可以提高整體風(fēng)速,因此可適當(dāng)提高針葉樹比重而非闊葉樹[24]。灌木和草本植物的種植不應(yīng)過密,在游人活動空間盡量選擇硬質(zhì)鋪裝和大喬木的搭配,可以降低環(huán)境濕度,減少蚊類孳生情況?？梢栽O(shè)置樹陣廣場,既遮陰又降低了蚊密度。嚴格控制道路兩旁0.2～1.8 m垂直高度范圍內(nèi)的植物種植,盡量減少灌木和小喬木的種植。

3.3 減少蚊患的水環(huán)境營造

3.3.1 自然水體

根據(jù)實驗結(jié)果可知,水域比例對蚊密度影響較大,是否為自然駁岸以及水生植物高度與蚊密度具有相關(guān)性。自然水體內(nèi)含有利于蚊類孳生的營養(yǎng)物質(zhì),水質(zhì)越差的水體這種情況越嚴重。首先,在自然水體附近應(yīng)減少游人活動區(qū)域,降低蚊類對游人的滋擾。其次,應(yīng)對公園水環(huán)境進行有效治理,凈化水質(zhì),避免水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致水生植物大量繁殖[25];對于具有蚊患的場地進行平整土地、排水、填平塞堵、疏導(dǎo)河溝等措施,消滅蚊類孳生場地,有效降低蚊密度。最后,盡量設(shè)置硬質(zhì)駁岸;控制水生植物種植面積和密度,適當(dāng)種植能對蚊子起到明顯抑制作用的植物,如輪藻目(charales)類植物[26]等。

3.3.2 人工水體

人工水體多為面積較小的水體,應(yīng)全部使用硬質(zhì)鋪裝。為了防止水質(zhì)變差,可以使用動態(tài)循環(huán)水,利用地形優(yōu)勢形成疊水、噴泉等水體景觀,提高水體流速以及水體含氧量,避免蚊子繁殖產(chǎn)卵?？墒褂煤祰姀V場代替長期存水的水池,減少蚊類孳生場地。

3.4 其他措施

3.4.1 基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計

除了對自然景觀環(huán)境的整治設(shè)計,還可以運用消滅蚊類活動場所的方法來進行蚊蟲治理。地下環(huán)境也是公共衛(wèi)生管理的隱患,地下廢水的蚊患問題不容小覷。城市雨水井由于構(gòu)造以及材料原因經(jīng)常存在垃圾堵塞以及排水不暢的現(xiàn)象[27]。公園建造雨水井時可采用透水混凝土等透水材料來代替水泥,不僅能夠減少雨水井的積水情況,還能夠做到雨水資源的再利用。除了地下環(huán)境治理,對園路附近易于積水的設(shè)施進行改造,可增加封閉型垃圾桶以減少垃圾桶內(nèi)外的污水囤積[28]。

3.4.2 滅蚊設(shè)施布置

根據(jù)實驗方法中滅蚊燈的原理可知,蚊子具有趨光性并且對CO2敏感[29],公園蚊患問題大多在夜間表現(xiàn)得更為明顯。根據(jù)這一原理可以在公園設(shè)置較多的滅蚊燈設(shè)施,如可使用太陽能滅蚊燈以節(jié)約電能[30]。此外可以考慮將滅蚊燈與公園景觀結(jié)合起來,除了照明光,還可以運用形象光、氣氛光,在滅蚊的同時形成豐富多彩的休閑環(huán)境[31]。