水土平衡的生境營造模式及其工程應(yīng)用

王志勇 李嘉寧 彭曉 洪敏 張凱

北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 第60卷 第1期 2024年1月

Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 60, No. 1 (Jan. 2024)

10.13209/j.0479-8023.2023.092

黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展聯(lián)合研究(第一期)(2022YRUC010101 和 2022YRUC010601)、國家自然科學(xué)基金(51678002)和安徽高校省級人文社會科學(xué)研究重大項目(SK2020ZD24)資助

2022–12–16;

2023–02–17

水土平衡的生境營造模式及其工程應(yīng)用

王志勇1,2李嘉寧3彭曉3洪敏4張凱1,?

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012; 2.北京大學(xué)景觀設(shè)計學(xué)研究院, 北京 100871; 3.北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院, 北京 100871; 4.安徽建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院, 合肥 230601; ?通信作者, E-mail: kevin76581@sina.com

對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的 23 種理水造田智慧進行梳理, 總結(jié)其處理水土關(guān)系的方法, 發(fā)現(xiàn)通過就地填挖土方, 將雨水徑流進行收集或分離, 在局部與土壤形成一種動態(tài)穩(wěn)定的互生互養(yǎng)關(guān)系, 是營造可種植生境的核心。在此基礎(chǔ)上, 提煉出“挖凹以集蓄塑造匯水區(qū)、堆凸以分流塑造分水嶺”的兩種生境營造模式。依據(jù)地形坡度與河水淹沒范圍之間的動態(tài)關(guān)系, 提出兩種生境營造模式在流域尺度的空間分布范式——多尺度分水嶺–匯水區(qū)的嵌套結(jié)構(gòu)。將兩種生境營造模式應(yīng)用于生態(tài)修復(fù)工程實踐, 證明其具有處理水土平衡關(guān)系、營造可種植生境的潛力, 可為當前我國的生態(tài)修復(fù)工程提供方法和技術(shù)參考。

設(shè)計生態(tài); 傳統(tǒng)生態(tài)智慧; 生境營造; 生態(tài)修復(fù); 基于自然的解決方案

如何在生態(tài)修復(fù)或再造工程中強化生態(tài)系統(tǒng)的效率是自然修復(fù)導(dǎo)向類策略的難點。模仿生態(tài)系統(tǒng)自然功能的生態(tài)工程[1–3], 通常是通過加強對工程運行的控制來提升效果[4–5]。例如, 人工濕地技術(shù)就是通過模擬生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)遷移過程, 并對基質(zhì)組成、水力條件、植物種類和微生物附著等進行控制來實現(xiàn)污染物的去除[6–7]。生態(tài)工程的不足之處在于目標單一, 運行成本高, 無法獲得較高的生物多樣性[8]。隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)概念的發(fā)展[9], 景觀設(shè)計或環(huán)境設(shè)計的方法被逐步引入生態(tài)修復(fù)工程中[10–11], 由此發(fā)展出一套以健全和提高綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為目標的設(shè)計生態(tài)方法論[12–13]。設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)指在某種意圖下人工設(shè)計的生態(tài)系統(tǒng)[14], 與之相對的是自然生態(tài)系統(tǒng)。設(shè)計實現(xiàn)的是一個初始狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng), 主要通過利用自然演替, 使其維持自我更新, 以便實現(xiàn)生態(tài)功能。與生態(tài)工程相比, 更強調(diào)自然的能動性、生物多樣性和綜合效益, 其長期效益具有不可預(yù)測性[8]。

普遍認為, 將生態(tài)學(xué)與工程設(shè)計相結(jié)合是能夠同時提高工程效率與生態(tài)效益的方法[15–16]。Gala-towitsch[17]認為需要一個綜合的方法, 同時關(guān)注物種、功能和服務(wù)。Lundholm[18]指出需要生態(tài)學(xué)家和設(shè)計師的合作來決定如何利用工程及生態(tài)特性。在這一過程中, 傳統(tǒng)地方知識成為尋找突破口的一條途徑。Gültek?n[19]將本土或地方知識視為生態(tài)化設(shè)計的起點。傳統(tǒng)地方知識如何與現(xiàn)代科學(xué)知識融合受到大量關(guān)注[20]。Syafwina[21]提出在減災(zāi)方面發(fā)現(xiàn)有效地方知識的 6 個步驟。Rai 等[22]指出傳統(tǒng)地方知識中蘊含大量不被記錄的關(guān)于人與自然、非自然之間相互作用的數(shù)據(jù), 在可持續(xù)發(fā)展與減災(zāi)之間維持著平衡, 并提出整合科學(xué)知識與地方知識的策略。俞孔堅提出按照傳統(tǒng)生態(tài)智慧工程化的思路, 從農(nóng)耕生態(tài)智慧和工程技術(shù)中尋找靈感, 結(jié)合現(xiàn)代工程技術(shù), 形成標準化技術(shù)模塊的增強設(shè)計途 徑[23–24], 并提出在地形改造的基礎(chǔ)上, 耦合人工濕地提高水質(zhì)凈化效率, 同時實現(xiàn)綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的方法[25]。袁興中等認為當前國土空間的生態(tài)修復(fù)必須將傳統(tǒng)生態(tài)智慧與現(xiàn)代生態(tài)科學(xué)及生態(tài)工程技術(shù)有機地結(jié)合[26], 并將陂塘和基塘濕地用于三峽庫區(qū)消落帶[27–29]。

從傳統(tǒng)生態(tài)智慧[30]中尋找生境改造知識是一條有效的途徑, 但目前主要是單類模式的整體模仿使用, 對各類模式之間在生態(tài)格局與過程改造層面的異同仍缺少系統(tǒng)的橫向研究, 工程實踐中各類模式之間的交叉組合使用不足。另外, 盡管將農(nóng)耕經(jīng)驗與現(xiàn)代工程技術(shù)或生態(tài)工程技術(shù)相結(jié)合已成為共識, 但如何結(jié)合仍未形成具體的技術(shù)路徑。特別是對于在何種要素、何種程度上加以工程控制, 還是依靠自然的能動性, 沒有確切的認知。人工干預(yù)的程度對設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)的功能影響顯著[31]。根據(jù)設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)的一般方法框架[32], 水和土等生境要素的物理化學(xué)過程適合提高工程控制強度, 生物層面則應(yīng)以自然能動性為主。生境設(shè)計是本研究關(guān)注的問題, 最核心的部分是對水土關(guān)系的處理。水土平衡是植物生長的基礎(chǔ), 如何設(shè)計出可供種植的水土關(guān)系是營造生境的關(guān)鍵。流域是對地表水循環(huán)過程和空間分布結(jié)構(gòu)的表達, 具有空間尺度特性, 同時其結(jié)構(gòu)具有分形特征, 可以在多尺度上為生態(tài)修復(fù)工程的布局提供統(tǒng)一標識。因此, 本文在梳理我國傳統(tǒng)理水造田智慧中水土關(guān)系的基礎(chǔ)上, 提出適應(yīng)現(xiàn)代生態(tài)修復(fù)工程實踐的水土平衡的生境營造模式, 及其在流域中的空間布局范式, 為工程實踐提供參考。

1 傳統(tǒng)理水造田智慧中的水土關(guān)系處理方法

過往長期的農(nóng)業(yè)實踐中, 我國先民發(fā)展出眾多適應(yīng)本土氣候及下墊面條件的水土改造方法。盡管這些方法最初都是為農(nóng)業(yè)開墾服務(wù), 但是在水土關(guān)系處理方面展示出的經(jīng)驗和智慧, 對當前生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程實踐具備較大的借鑒價值。這些方法被Lyle[33]稱為生態(tài)智慧, 即將人的欲望建立在生態(tài)過程基礎(chǔ)之上的經(jīng)驗和知識, 包含理論與實踐兩個范疇。例如, 將易于發(fā)生水土流失的坡地改造為保水保土的可種植平地(梯田、水平階、水平溝、帶子田和魚鱗坑); 在水土侵蝕強烈的溝道中攔蓄泥沙, 使其沉積為可種植的平整地塊(淤地壩和谷坊); 我國西北極端干旱區(qū)用于收集地下潛水的坎兒井; 在河流溝谷, 用于集蓄上游來水的陂塘和湖蕩; 在低洼易澇處, 通過挖深墊淺形成的用于種養(yǎng)的基塘和圩田; 在積水地段, 通過水中造地形成的用于排澇治堿的可種植的垛田和臺田; 在河口三角洲和海岸灘涂處筑堤促淤, 開墾形成的沙田和涂田; 在水面放置浮架, 堆積泥土形成的隨水而動的葑田、架田和浮田; 溪流中攔蓄河水的壩、堰和堨等(表 1)。

上述為利用水資源、防洪排澇和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而發(fā)展的理水造田智慧在處理水土關(guān)系和營造可種養(yǎng)生境方面有諸多共同之處, 其核心是實現(xiàn)從“非水即土、非土即水”的剛性水土關(guān)系[57]向水土互生互養(yǎng)關(guān)系的轉(zhuǎn)變, 從而將單一的水、土資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒﹦又参锷L繁衍的生境條件。這些改造方法為當前灰色基礎(chǔ)設(shè)施造成的大面積水土分離導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)受損的修復(fù)提供了借鑒, 其共同的處理方式可提煉為, 通過填方挖方形成小尺度的匯水區(qū)或分水嶺, 將雨水徑流進行收集或分離, 在局部與土壤形成一種動態(tài)穩(wěn)定的關(guān)系, 以供種養(yǎng)。

表1 傳統(tǒng)理水造田智慧中處理水土關(guān)系的方法及特征

2 水土平衡的生境營造模式

灰色鋼筋混凝土設(shè)施的過度使用帶來的水土分離, 是造成生境無法承載生命的關(guān)鍵原因之一?！八緹o形, 因器成之”, 調(diào)節(jié)水土關(guān)系的根本在于對承載水體的下墊面的改造。即通過填挖土方、集分雨水徑流及其攜帶物質(zhì), 改變局部的水土相互作用關(guān)系, 使水養(yǎng)土, 土涵水, 才能營造可種養(yǎng)的生境。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)理水造田智慧中, 對重力勢能驅(qū)動的水沙過程的適應(yīng)和利用是平衡水土資源的核心, 一方面是受制于人力和機械設(shè)備的不足, 另一方面也是一種基于自然(nature-based)的生境營造策略。在處理雨水徑流運動過程時, 基于自然可等同于基于重力。因此, 可將基于自然的水沙過程調(diào)節(jié)理解為對雨水徑流泥沙在下墊面上重力過程的調(diào)節(jié)和利用, 通過對水沙規(guī)模和蓄排時間的控制來動態(tài)地調(diào)節(jié)對水土資源的利用。在土方層面的操作方法則可以總結(jié)為挖凹以集蓄, 堆凸以分流; 在水文過程層面上, 則可視為將地形地貌改造為各種尺度的匯水區(qū)和分水嶺, 并鑲嵌組合。

(a) 改造前的生境, (b) 應(yīng)用集蓄模式改造后的生境

(a) 改造前的生境, (b) 應(yīng)用分流模式改造后的生境

圖3 兩類生境營造模式在流域空間中的布局范式

2.1 挖凹以集蓄, 塑造匯水區(qū)

通過下挖, 或在溝道低洼處做堰, 形成局部低于上游地勢的匯水區(qū)(圖 1)。利用重力勢能的作用, 使周圍高處的水流及其夾帶的泥沙等物質(zhì)匯入凹地內(nèi), 形成局部水土關(guān)系平衡穩(wěn)定的可種養(yǎng)的區(qū)域。依據(jù)集水量及其周期性規(guī)律, 適用于種植旱生或水生植物。若可長時間蓄滯一定深度的水體時, 可用于配置完整的水生動植物食物鏈。此類措施主要是在匯水區(qū)內(nèi)實現(xiàn)種養(yǎng), 用于構(gòu)造匯水區(qū)的圍擋部分規(guī)模較小, 一般不作為生境使用。

2.2 堆凸以分流, 塑造分水嶺

在過水量較大的陸面或在大面積水域中堆起丘或島, 與周邊陸地共同組成分水嶺體系(圖 2)。在陸地坡面匯流區(qū)域, 將水流分離成不同流向和流量的部分, 用來調(diào)節(jié)流向或分割大面積積水區(qū)。水域中出露的陸地, 供種植并引導(dǎo)水流, 調(diào)節(jié)洪澇。分水嶺部分是主要的植物種植區(qū)域, 可與周圍水域形成生態(tài)循環(huán)結(jié)構(gòu)。

2.3 在流域中的空間布局

兩類模式的適用環(huán)境既取決于局部的地形特征, 又受制于水體的淹沒情況。由于河谷是產(chǎn)–匯–流過程的集中發(fā)生地, 其橫斷面又是雨水從源頭至河道運動過程的切面, 因此將河谷橫斷面作為布置兩類生境營造模式的基本空間單元。一般典型的河谷主要由谷坡(河流階地)與谷底(河漫灘、河床)組成, 這正是地形坡度與河水淹沒范圍動態(tài)關(guān)系在地貌形態(tài)上的體現(xiàn)。本文借鑒此分類方法, 提出兩類生境營造方法在流域中的空間布局范式。

在谷坡產(chǎn)流區(qū), 采用集蓄模式形成小型匯水區(qū), 收集雨水和地表徑流, 攔蓄泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)。在河床區(qū)河道水面線以下, 采用分流模式, 通過分水嶺的塑造來梳理徑流。在周期性淹沒與出露的河漫灘地帶, 集蓄與分流模式相組合, 綜合調(diào)節(jié)雨水徑流。在單一的集蓄模式或分流模式中, 集蓄或分流功能占主導(dǎo)地位。集分結(jié)合模式則強調(diào)集蓄與分流部分緊密相連, 組成一個類似基塘式的整體新結(jié)構(gòu), 其集蓄和分流功能共同實現(xiàn)集分功能, 兩項功能強度相當。由于流域本身在空間結(jié)構(gòu)上就具有尺度特性和分形特征, 因此, 生境營造模式的空間布局是一種多尺度分水嶺–匯水區(qū)的嵌套結(jié)構(gòu), 其在流域空間及沿河道橫斷面布局范式分別見圖 3 和 4。實際工程應(yīng)用過程中, 河谷的具體分區(qū)界限可通過水位監(jiān)測數(shù)據(jù)或河道水面線推算得到。

3 生境營造模式在生態(tài)修復(fù)工程中的應(yīng)用

3.1 集蓄模式工程應(yīng)用

六盤水明湖濕地公園[58]: 沿水城河河谷橫斷面, 借鑒梯田、陂塘的地形改造方法, 將原先河谷坡面改造為分級蓄滯雨水徑流的臺地和水塘(圖5(a)和(b)), 為鄉(xiāng)土水生植物種植和水生動物繁育提供了生境基礎(chǔ)。

邯鄲園博園清渠如許濕地: 通過就地填挖方, 將高差為 10m, 坡度 15°～52°不等的城市建筑垃圾堆放場地土坡改造為臺田與水塘鑲嵌的梯級蓄水設(shè)施(圖 5(c)和(d)), 為濕地中凈化植物的種植提供了立地條件。

3.2 分流模式工程應(yīng)用

三亞東岸濕地公園[59]: 采用基塘、垛田改造方法, 將原先洪澇頻繁、水體污染嚴重、濕地功能退化的城市內(nèi)河河床改造為可以分散滯澇洪水、改善局部水動力條件和供水生植物種植的水陸鑲嵌的河流廊道(圖 6(a)和(b)), 形成高度異質(zhì)的水陸生境, 為白鷺提供了棲息地。

圖4 兩類生境營造模式沿河谷橫斷面的布局范式

(a) 明湖濕地建成前, (b) 明湖濕地建成后, (c) 清渠如許建成前, (d) 清渠如許建成后; 照片來自土人設(shè)計(Turenscape)

(a) 東岸濕地建成前, (b) 東岸濕地建成后, (c) 魚尾洲公園建成前, (d) 魚尾洲公園建成后; 照片來自土人設(shè)計(Turenscape)

南昌魚尾洲公園: 借鑒垛田改造方法, 通過就地填挖方, 將城市內(nèi)湖下游低洼內(nèi)澇荒地改造為分離滯水、改善局部水動力條件的小島深潭交錯分布的水陸生境(圖 6(c)和(d)), 增加了水陸界面面積和水生植物的可種植面積, 使單一均質(zhì)水域生境轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨犬愘|(zhì)的候鳥棲息地。

3.3 在流域中的綜合應(yīng)用

武漢五里界麓山郡居住小區(qū)[60]: 通過就地平衡土方, 將原先高程為 25～26m 的低洼地改造為 21～ 34m 的水域廊道及墊高住宅區(qū)。同時, 在上游坡地布置植草溝等雨水收集設(shè)施; 水岸彈性淹沒區(qū)采用溝道、堰壩和水塘組合分級蓄排洪水; 河道常水位區(qū)域布置樹島, 增加水生植物種植面積, 形成水陸鑲嵌的生境(圖 7)。將易受洪澇的平坦低洼荒地改造為可系統(tǒng)調(diào)節(jié)雨洪過程、適宜生物棲息的多樣生境。

4 討論

4.1 對理水造田智慧的提煉

本文對我國農(nóng)耕時代中的理水造田智慧進行梳理, 并提煉出處理水土關(guān)系的生境營造模式, 為當前生態(tài)修復(fù)工程實踐提供生境營造方法。人類學(xué)家楊庭碩[61]認為, 了解我們祖先與生態(tài)系統(tǒng)打交道所積累的經(jīng)驗教訓(xùn), 才可能進行環(huán)境和空間設(shè)計。俞孔堅[62]認為造田、理水、施肥、間作和輪作等農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)經(jīng)驗積累的智慧是生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)與再造的創(chuàng)造源泉, 并根據(jù)梯田、陂塘和基塘三類農(nóng)耕技術(shù), 提出應(yīng)用于水生態(tài)修復(fù)的三大景觀模塊[25]。在此基礎(chǔ)上, 王志勇等[32]詳細闡述了梯田、陂塘、基塘和垛田四類設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)模式中對水、土要素的設(shè)計方法。袁興中等[26]指出生態(tài)智慧正經(jīng)歷著從自然智慧、傳統(tǒng)生態(tài)智慧到新生態(tài)智慧的演變進程, 為國土生態(tài)修復(fù)提供了巧妙的啟示。孫晉芳等[63]吸收圩田和基塘適應(yīng)水位變化的特點, 并加以改造, 用于云夢澤生態(tài)修復(fù)。這些研究均對傳統(tǒng)生態(tài)智慧持認可態(tài)度, 并證明了其對當前生態(tài)修復(fù)理論發(fā)展與工程實踐的價值。

(a) 麓山郡建成前, (b) 麓山郡建成后, (c) 雨水收集設(shè)施, (d) 集蓄模式應(yīng)用, (e) 分流模式應(yīng)用; 照片來自土人設(shè)計(Turenscape)

我國長期的農(nóng)業(yè)實踐積累了大量處理水土關(guān)系、改造生境的經(jīng)驗, 盡管不同層面的傳統(tǒng)智慧有其環(huán)境適應(yīng)性, 但通過提取適用的部分, 因地制宜地與現(xiàn)代生態(tài)科學(xué)理論技術(shù)相結(jié)合, 是減少實踐試錯成本、提高修復(fù)效率的有效方法。本研究僅針對部分典型理水造田智慧中對水、土要素的處理進行總結(jié)提煉, 溫度和光照等也是生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵生境要素, 如何綜合提煉包含多重關(guān)鍵要素的生態(tài)智慧, 形成標準生境設(shè)計模式, 需要進一步關(guān)注。

4.2 對水土關(guān)系的處理以改變生境條件

對水土關(guān)系的處理是本文提出的生境營造模式的核心, 即通過地形的改變實現(xiàn)對水土的再分配, 為植物生長演替創(chuàng)造立地條件。白中科等[64]認為, 重塑穩(wěn)定的地貌和重構(gòu)水、肥、氣、熱協(xié)調(diào)的土壤, 是生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)性工程和生物多樣性重組的前提。賈致榮等[65]通過調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)巖石裂隙截留土壤和大氣降水的作用為植物種子的駐留萌發(fā)構(gòu)建了生長環(huán)境。俞孔堅等[66–67]將水泥硬化的河岸改造為截留水土的梯田臺地, 使得多種具備水質(zhì)凈化功能的植物得以生長。Schwindt等[68]綜述了填充沉積物、堆置礫石和河岸開洞等 10 種能增強棲息地特征的河床結(jié)構(gòu)改變技術(shù), 表明水文地形參數(shù)的改變是河流生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵設(shè)計標準。孫晉芳等[63]將三峽庫區(qū)坡度<15°的消落帶緩平區(qū)改造為形狀不一、大小深淺不等的基塘鑲嵌體, 緩沖了庫區(qū)蓄排水帶來的水深變動幅度, 為耐深水淹沒植物生長創(chuàng)造了立地條件。上述研究均表明對水土過程處理的重要性。同時, 在河流修復(fù)中, Brierley 等[69–70]指出, 當涉及沉積物和水流變化時, 地貌結(jié)構(gòu)指示著水力單元和棲息地的多樣性以及修復(fù)潛力, 本研究通過兩種模式的鑲嵌來提高區(qū)域生境異質(zhì)性的理論基礎(chǔ)與其具有相似性。

在當前生態(tài)修復(fù)實踐中, 除將受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到歷史上的某個狀態(tài)外, 更多情況下只能基于現(xiàn)狀條件, 開啟一個新的生態(tài)系統(tǒng)[71–72]。新生境的營造是創(chuàng)造新棲息地, 開啟新生態(tài)系統(tǒng)生長演替的首要節(jié)點[73]。本研究定性地提出兩種生境營造模式及其在流域中的空間布局范式, 對兩種模式的關(guān)鍵參數(shù)和空間布局范式進行定量化是未來研究需要突破的重點。

5 結(jié)論

本文對過往服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的理水造田智慧中水土關(guān)系的處理方法進行提煉總結(jié), 指出核心在于將局部“非水即土、非土即水”的剛性水土關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)樗粱ドヰB(yǎng)關(guān)系, 從而將單一的水、土資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒﹦又参锷L繁衍的生境條件。在此基礎(chǔ)上, 本文從土方操作和水文過程兩個方面提出“挖凹以集蓄塑造匯水區(qū)、堆凸以分流塑造分水嶺”兩種指向水土平衡的生境營造模式, 并依據(jù)地形坡度與河水淹沒范圍之間的動態(tài)變化關(guān)系, 提出兩類生境營造模式在流域中的空間布局范式, 以便快速地、大規(guī)模地應(yīng)用于流域生態(tài)修復(fù)。同時, 將兩種生境營造模式及其空間布局范式應(yīng)用于生態(tài)修復(fù)工程實踐中, 表明了兩種模式在營造植物立地條件和新生境方面的有效作用。本研究著重以定性的方式, 從理水造田智慧的水土關(guān)系處理方面進行提煉, 其他類型傳統(tǒng)生態(tài)智慧中的生態(tài)修復(fù)策略以及兩種模式關(guān)鍵參數(shù)的定量化需進一步關(guān)注。

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Habitat Creation Modes Based on Balance between Water and Soil and Its Application in Ecological Restoration Engineering

WANG Zhiyong1,2, LI Jianing3, PENG Xiao3, HONG Min4, ZHANG Kai1,?

1. Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012; 2. The Graduate School of Landscape Architecture, Peking University, Beijing 100871; 3. College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871; 4. School of Architecture & Urban Planning, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601; ? Corresponding author, E-mail: kevin76581@sina.com

Methods for regulating the relationship between water and soil were summed up in 23 traditional waterscape and farmland design wisdom. Creating a reciprocal and mutually reinforcing relationship between water and soil in local area is the core of creating habitats through collection and diversion of water by cutting and filling earthwork. Moreover, two habitat creation modes, named collection mode and diversion mode, were put forward. Collection mode means building water catchment by cutting earthwork in land slope. Diversion mode means building dividing ridge by filling earthwork in inundation area. At the same time, spatial distribution pattern of two modes in river basin scale was proposed based on dynamic spatial relationship between slope and runoff inundation area. It presented a multiscale mosaic structure among diverse dividing ridges and water catchments. Potential in regulating the balance between water and soil and creating habitats being suitable for planting were shown clearly by the applications in ecological engineering practices. It could provide method and technology reference for ecological engineering practices in China.

designed ecology; traditional ecological wisdom; habitat creation; ecological restoration; nature-based solutions