作者：邱璞，葛之刚，冯贵秀 (桂林学院，广西 桂林 541006)

摘  要 : 以桂林某村落为例，研究面向水体污染生态修复的园林景观植物布局策略。检测污染程度以及污染分 布的空间特征。配置合适的园林景观植物，在总面积、生态服务价值、景观植物适应度约束条件下，通过粒子群 算法求解布局模型的最优解。结果表明:5 个检测点水体污染生态修复系数达到了优秀等级; 10 个检测点水体 污染生态修复系数达到了良好等级; 3 个检测点水体污染生态修复系数达到了合格等级; 区域整体污染修复系 数在 0. 8 ～1. 0 之间，修复效果达到良好等级; 没有检测点处于合格以下( 不合格) ，证明了布局方案的合理性。

关键词 : 水体污染生态修复; 园林景观植物; 水体污染分析; 粒子群算法; 布局策略

中图分类号 : X171．4                                                      文献标志码 : A

Study on Layout Strategy of Landscape Plants for

Ecological Restoration of Water Pollution

Qiu Pu，Ge Zhigang，Feng Guixiu

( Guilin University，Guilin 541006，China)

Abstract : Taking a village in Guilin as an example，the landscape plant layout strategy for ecological restoration of water pollution was studied．The paper detected the degree of pollution and the spatial characteristics of pollution distribution by allocating appropriate  landscape plants，and solving the optimal solution of the layout model through particle swarm optimization algorithm under the constraints  of total area，ecological service value，and fitness of landscape plants．The results showed that the ecological restoration coefficient of wa- ter pollution in the five detection points reached the excellent level．The ecological restoration coefficient of water pollution in 10 detection points reached a good level．The ecological restoration coefficient of water pollution in three detection points reached the qualified level.   The overall pollution remediation coefficient of the region is between 0. 8 and 1. 0，and the remediation effect reaches a good level．No de- tection points are below qualified(unqualified) ，which proves the rationality of the layout plan.

Key words :ecological restoration of water pollution ; landscape plants ; water pollution analysis ; particle swarm optimization ; layout strategy

前言

      原始的倾倒、掩埋和焚烧的方式对当地的水体和土壤造成了严重的污染，因此，进行水体污染生态 修复势在必行^【1】。水体污染生态修复策略形式有很多，如通过物理手段进行修复、通过投放化学试剂 进行修复，但是容易对水环境造成二次破坏，而通过 植物的分解能力进行修复对生态环境修复较为友好^【2】 。植物类型多样，修复效果大不相同，为 了发挥植物的最大效用，同时节省修复成本，进行合理的植物布局具有重要的现实意义。

       关于植物布局问题，祝薇雅等人以天津市水西庄公园作为研究地区，首先对植物景观进行了解析并确定了影响布局的因子，然后设计景观参数，提取布局规则，最后构建了景观布局模型，设计了天津市水西庄公园内景观布局方案^【3】。 战明松等人以沈 阳市中心城区为研究地区，采集了该地区的POI数 据，然后识别生态空间廊道，以此为基础提出优化策略，实现景观布局网络优化^【4】。

       前人研究大多数是从布局美观性和成本出现进行景观植物布局规划的，未考虑水体污染生态修复 融合。为此，以桂林某村落为例，研究面向水体污染生态修复的园林景观植物布局策略。

1   面向水体污染生态修复的园林景观植物布局研究

1．1  研究区概况

     以桂林所管辖的一个村落为对象，研究园林景 观植物布局策略，以期在防治水污染的同时，也能保 护该地区景观环境，实现修复与美化兼得^【5】。该研究区示意图见图 1 。

       该研究区总面积约为27．8 万km2 ，属于亚热带季风气候，区域内年平均降雨量1887．6 毫米，因此地下水资源丰富。此外，该地区矿产资源较为丰富， 在周围存在一家金属冶炼企业。在水循环作用下，该地区水体应该受到了污染。

1．2    水体污染分析

       在布局前，了解该地区污染物质、污染程度以及污染分布的空间特征是必要的。下面针对这三点进行具体分析。

       污染物质测定，首先在图 1 研究区上选定检测点，数量为18，然后从18个检测点采集地下水体样 本，然后在其中加入HNO3调节pH值，最后将其装 入封口的塑料瓶当中，运回实验室进行检测^【6】。在实验中采用电感耦合等离子体质谱法( ICP－MS )对污染物进行检测，检测结果见表 1 。

       从表1中可以看出，各个检测点的 Pb 元素含量 是最高，其次是 Fe 元素，由此可知该研究区的主要 污染类型为 Pb 和 Fe 重金属污染。其余元素含量都比较稀少，几乎没有产生污染作用，可以忽略不计。

       根据上述污染物浓度检测结果，计算污染负荷指数，计算公式如下 :

       式(1) ～ 式(3) 中，xji  代表检测点j 处污染元素 i 的最高污染系数;gji 代表检测点j 处污染元素i 的污染 浓度，见表1; Gi 代表污染元素i 的评价标准;yj 代表第 j 个检测点的污染负荷指数; Y 代表区域整体污染负荷 指数^【7】。

       根据计算出来的污染负荷指数，确定污染程度。基于上述结果，该研究区污染空间分布特征见图 2。

       从图2中可以看出，越靠近西北地区，该村落的水体污染越严重，然后以此为起点逐级递减。这是因为在西北地区存在一家金属冶炼企业，对该地区的水体造成了重金属污染。

1．3    园林景观植物布局方案

      基于上述研究区水体污染特征，本章节进行园林景观植物布局研究。 园林景观植物布局是一个集景观植物选取、配置以及空间布置为一体的过程，目的是将选择好的植物的水体污染合理分配到对应的污染等级空间上，这样不仅能够达到生态修复的目的，还能节省修复成本，实现个性化布局。 园林景观植物布局方案规划过程如下 :

       步骤 1:输入研究区污染空间分布特征 ;

       步骤 2:确定每个污染等级占据的研究区面积。

       步骤 3: 确定某村落研究区内地理环境条件。 这一步的目的是为景观植物的选择和配置提供参考 数据。每种景观植物对温度、土壤、水质等要求都是不同的，因此存活和生长情况也不相同，为了保证修复效果，了解当地地理环境条件是进行植物合理配置的前提和基础。

       步骤 4:选择合适的园林景观植物并对这些植物的修复能力进行测定。修复能力通过植物重金属元素的富集系数来评估。计算公式如式(4) :

       式(4)中，Ck代表第k种景观植物的富集系数 ; ck代表第k种景观植物体内重金属含量 ; dk代表测试样本中重金属含量。

       富集系数 Ck  越高，代表园林景观植物的修复能力越强。

       步骤 5:建立园林景观植物布局模型，该模型可以通过下述公式描述出来。

       式(5)～式(6)中，S代表布局合理性;R代表景观植物密度指数;w代表植物的富集系数;P代表资源变动值;H代表植物类型;J代表规划布局区总面积;Q1代表景观植物的温度适宜度;Q2代表景观植物的位置适应度;Q3代表景观植物的角度适应度。

       步骤 6:定义布局空间约束条件。具体如下 :

       (1) 总面积约束 :

       式(7)中，EH代表植物类型H所占据的面积;N代表植物类型数量 ;

       (2) 生态服务价值约束 :

       式(8)中，Lmin、Lmax代表植物类型H的最低、最高生态服务价值;wH代表植物类型H的富集系数。

       (3) 景观植物适应度约束 :

       式(9)中，v1、v2、v3分别代表Q1、Q2、Q3对应权重。

       步骤 7:利用粒子群算法进行求解布局方案。

       最终得出的面向水体污染生态修复的园林景观植物布局方案见表 2 。

(注 : 为方便统计植物布局量，以植物频度指标进行描 述，含义是指某种植物个体数目占一个样方中植物个体总数 的百分比。)

2   水体污染修复效果分析

     参照表2园林景观植物布局方案，在图1所示研究区内进行种植，以三个月为期限，再次检测水体污染情况，结果见表3 。

      对照表3和表1水体污染物浓度有了明显的降低，说明布局方案起到了作用。为进一步确定修复方案的修复效果，按照下述公式计算修复系数。

       式(10) ～ 式(11) 中，uj代表第j 个检测点的水体污染生态修复系数; U代表区域整体水体污染生态修复系数 ; y^._j 代表修复后的第j个检测点的污染负荷指数 ; Y ^· 代表修复后的区域整体污染负荷指数。

       修复效果见图 3 。

(注 : 修复系数划分等级如下 : 大于 1 为优秀;0. 8 ～1 之间 为良好 ;0. 6 ～0. 8 为合格 ; 小于 0. 6 为不合格。)

       从图 3 中可以看出，5个检测点水体污染生态修复系数达到了优秀等级; 10 个检测点水体污染生 态修复系数达到了良好等级 ; 3 个检测点水体污染生态修复系数达到了合格等级 ; 区域整体污染修复效果达到良好等级 ; 没有检测点处于合格以下( 不合格) ，证明了布局方案的合理性，对于水体污染具有良好的修复效果。

3   结束语

       生产、生活中产生的垃圾量越来越多，若是不进行有效的处理，会对水环境产生各种污染。植物具有较强的分解和降解能力，因此对于一个污染地区来说，通过合理配置和布局植物不仅能够有效治理污染物，修复地区生态，还能美化地区环境。在此背景下，进行面向水体污染生态修复的园林景观植物布局策略研究－以某村落为例。检测该地区污染物质，在分析该地区水体污染空间分布特征的基础上， 通过建立园林景观植物布局规划模型，构建约束条件，利用粒子群算法计算得出优化布局方案。最后通过修复检测，证明布局方案的有效性，可以使得研究区的水体污染得到修复，修复系数在 0. 8 以上，均为良好等级以上，说明布局方案对于水体污染具有良好的修复效果。

参考文献 :

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［2］李修清．植物景观设计在城市风景园林建设中的应用 研究［J］．现代城市研究，2022(4) : 131 －132.

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［4］战明松，朱京海．基于 POI 数据的特大城市生态空间 廊道识别与空间布局优化研究——— 以沈阳市中心城区为例 ［J］．中国园林，2021，37(10) : 112 －117.

［5］雷燕平．我国城市园林景观规划设计［J］．环境工程，2021，39(1) :234.

［6］刘艺，于洋，金彪，等．持久、迁移性有机污染物的水污 染现状、分析检测方法和去 除技术［J］．地球化学，2021，50(3) :305－316.

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