王晶懋 劉 暉 范李一璇 樊亞妮
1 西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院 西安 710055
2 西安建筑科技大學(xué)交叉創(chuàng)新研究院 西安 710055
隨著各大城市的快速發(fā)展,城市化進(jìn)程和建設(shè)速度不斷加快,城市范圍內(nèi)的原有自然本底遭到了不同程度的破壞,自然生態(tài)環(huán)境受到了巨大影響。人類(lèi)所處的物理環(huán)境大小是恒定的,但能夠適宜物種生存的面積即生境日益減少,甚至逐漸喪失,因此,在全球城市化進(jìn)程中迫切需要適合于城市綠地建設(shè)的生態(tài)設(shè)計(jì)方法。城市生態(tài)建設(shè)需要用多元化的設(shè)計(jì)語(yǔ)言,有針對(duì)性地提出設(shè)計(jì)方法:一方面,城市生態(tài)化建設(shè)的任務(wù)迫在眉睫;另一方面,目前國(guó)家對(duì)城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃的各項(xiàng)規(guī)范與要求,限定了城市綠地的面積和綠地率等基本指標(biāo),保障了居民對(duì)城市綠地的基礎(chǔ)功能需要,但僅僅靠“達(dá)標(biāo)”而完成的城市“填綠”工作無(wú)法使城市綠地發(fā)揮其應(yīng)有的生態(tài)效益,從而導(dǎo)致城市建設(shè)與城市生態(tài)環(huán)境之間的矛盾更加突出。因此,國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)始探索如何協(xié)調(diào)城市發(fā)展與城市生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系,“生境營(yíng)造”的理念及研究應(yīng)運(yùn)而生。
“生境營(yíng)造”主要指在群落生態(tài)系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上的城市場(chǎng)地設(shè)計(jì)過(guò)程,是通過(guò)設(shè)計(jì)營(yíng)建途徑來(lái)改善適宜生物群落自然演替生境條件的生態(tài)設(shè)計(jì)理論與方法[1]。由于城市建成環(huán)境中存在多樣的生境和生態(tài)系統(tǒng),在場(chǎng)地尺度設(shè)計(jì)時(shí)也需要考慮場(chǎng)地中豐富的生態(tài)系統(tǒng)。生境營(yíng)造主要包括場(chǎng)地原有生境分析及分區(qū)、建構(gòu)循環(huán)供水鏈、群落生態(tài)種植設(shè)計(jì)、生境條件改善等過(guò)程,其中植物群落設(shè)計(jì)作為生境營(yíng)造的重點(diǎn)環(huán)節(jié),對(duì)不同城市生境產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。植物群落是指在某一特定環(huán)境內(nèi),有規(guī)律的共同生活的各類(lèi)植物的組合[2],一般來(lái)說(shuō),植物群落具有較為穩(wěn)定的種類(lèi)組成和結(jié)構(gòu)。在生境營(yíng)造過(guò)程中,應(yīng)通過(guò)對(duì)場(chǎng)地所在城市鄉(xiāng)土植物、自然野生植物群落和種類(lèi)的搜集和調(diào)查等,選擇適宜場(chǎng)地生境的植物群落進(jìn)行人工組構(gòu)的設(shè)計(jì)[3]。
本文在閱讀國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,梳理了城市生境和植物群落設(shè)計(jì)的相關(guān)研究進(jìn)展,基于城市生境與植物群落之間的關(guān)系,對(duì)植物群落設(shè)計(jì)與城市生境多樣性的關(guān)系及其在城市生境營(yíng)造的應(yīng)用前景進(jìn)行分析,旨在解決當(dāng)前城市發(fā)展中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,為城市生態(tài)化建設(shè)和設(shè)計(jì)實(shí)踐提供參考。
城市化進(jìn)程促使城市原有的自然生境逐步喪失,本土物種逐漸減少,外來(lái)物種不斷增加[4]。大量研究只關(guān)注城市中綠地宏觀尺度的單一動(dòng)植物棲息地規(guī)劃設(shè)計(jì),而中微觀生境尺度的綠地生境營(yíng)造卻被忽視。規(guī)劃師們?cè)谶M(jìn)行城市規(guī)劃時(shí)常常從宏觀的空間結(jié)構(gòu)和用地功能出發(fā),造成規(guī)劃后的綠地往往以“填補(bǔ)縫隙”的方式來(lái)滿(mǎn)足城市綠地率的硬性要求,城市綠地巨大的潛在生態(tài)效益被忽略,形成缺乏生態(tài)意義的“虛假網(wǎng)絡(luò)”[5]。因此,只有通過(guò)多尺度、異質(zhì)性的生境營(yíng)造使不同的景觀格局產(chǎn)生生態(tài)聯(lián)系,才能為動(dòng)植物創(chuàng)造良好的棲息地,為城市生物多樣性的提高提供天然生態(tài)本底[6]。
城市建成環(huán)境的定義非常廣泛,涵蓋了人類(lèi)活動(dòng)、物理設(shè)計(jì)和自然環(huán)境相結(jié)合的整個(gè)城市環(huán)境[7]。城市建成環(huán)境與城市發(fā)展和活動(dòng)有著密切的關(guān)系,由建筑、道路、污染物、噪聲、車(chē)輛和人流構(gòu)成[8],其生態(tài)系統(tǒng)和生境受到較多的人為干擾[9]。城市建成環(huán)境中的生境營(yíng)造旨在城市建成區(qū),將群落生態(tài)系統(tǒng)與場(chǎng)地設(shè)計(jì)相結(jié)合,通過(guò)采用人工營(yíng)建的方式改善多樣化城市綠地空間下生物群落生存、演替的生境條件,從而達(dá)到提高場(chǎng)地的生物多樣性和穩(wěn)定性的目的[10]。
生境網(wǎng)絡(luò)的概念起源于20世紀(jì)80年代的歐洲,側(cè)重應(yīng)用于野生動(dòng)物棲息地保護(hù),通過(guò)生物多樣性保護(hù)與綠地系統(tǒng)規(guī)劃,利用廊道將破碎化斑塊構(gòu)建成聯(lián)通網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建自然、多樣、高效的生態(tài)景觀結(jié)構(gòu)體系[11]。綠道網(wǎng)絡(luò)、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和生境網(wǎng)絡(luò)之間存在承上啟下的關(guān)系(圖1),其中,“綠道網(wǎng)絡(luò)”多在北美運(yùn)用,“生態(tài)網(wǎng)絡(luò)”常在歐洲使用,二者內(nèi)涵基本相同,都是應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)理論從空間結(jié)構(gòu)上解決環(huán)境問(wèn)題的規(guī)劃范式[12]。城市生境網(wǎng)絡(luò)是以多元方式串聯(lián)形成滿(mǎn)足人們對(duì)美好生活需求的人性化綠色空間網(wǎng)絡(luò):從發(fā)展脈絡(luò)追溯,是由線性生境廊道演變到復(fù)雜的生境網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);從規(guī)劃空間尺度看,常用的3個(gè)尺度“區(qū)域—地方—場(chǎng)所”分別與“景觀—生態(tài)區(qū)—生態(tài)成分”相對(duì)應(yīng)[13]。
圖1 生境網(wǎng)絡(luò)格局發(fā)展框架
國(guó)內(nèi)有關(guān)生境網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在城市宏觀尺度以及場(chǎng)地微觀尺度。劉濱誼等[14]通過(guò)研究美國(guó)城市綠道建設(shè)歷程,提出我國(guó)需要構(gòu)建綠道網(wǎng)絡(luò)體系,加強(qiáng)綠道之間的聯(lián)系,建設(shè)多功能性綠道。賀坤等[15]在區(qū)域尺度下進(jìn)行余姚市綠地生境格局優(yōu)化,提出城市尺度下綠地生境網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建的方法和策略。王晶懋等[16]以校園綠地作為城市街區(qū)單元生境網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模式的研究對(duì)象,基于生境營(yíng)造的理論,對(duì)校園綠地生境網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成要素進(jìn)行梳理和總結(jié),并最終提煉出校園中生境網(wǎng)絡(luò)的理想布局模式。國(guó)外有關(guān)綠地生境網(wǎng)絡(luò)的研究較為豐富,但是目前大多研究仍停留在城市尺度的宏觀層面。美國(guó)城市規(guī)劃學(xué)專(zhuān)家Edward[17]運(yùn)用景觀格局指數(shù)對(duì)生境網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析,總結(jié)了生境網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建存在的問(wèn)題,并給出解決方法及建議。美國(guó)學(xué)者Steiner[18]指出生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要有多學(xué)科理論和完善的政策、法律體系共同支撐。美國(guó)學(xué)者Kristen等[19]通過(guò)對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)遷徙的觀察得出構(gòu)建鳥(niǎo)類(lèi)生態(tài)廊道的適宜寬度,提出了廊道內(nèi)的人居模式與廊道外圍的綠地類(lèi)型。英國(guó)學(xué)者Nor等[20]通過(guò)整合綠地網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和斑塊功能,揭示了兩種鳥(niǎo)類(lèi)(歐亞樹(shù)雀和白眉黃臀鵯)在斑塊間潛在的遷徙廊道和最佳路徑,這對(duì)于保護(hù)生物多樣性及優(yōu)化城市綠地生境網(wǎng)絡(luò)具有重要的推動(dòng)作用。
城市生境多樣性及連通性是城市生物多樣性的必要條件[21],人工干預(yù)下的城市生態(tài)過(guò)程可以構(gòu)建城市中的生境網(wǎng)絡(luò)(圖2),為部分種群提供區(qū)域—場(chǎng)地范圍內(nèi)的半自然生境斑塊,形成有利于不同生物種群之間流通與聯(lián)絡(luò)的廊道。生境斑塊與生境廊道皆包含了不同生境類(lèi)型劃分和植物群落設(shè)計(jì),因此在提高城市生物多樣性水平的同時(shí),也維持著城市生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)平衡與循環(huán)。生境網(wǎng)絡(luò)在保障不同生境間物種交流和能量交換、降低生境破碎化影響、支持物種長(zhǎng)期生存等方面具有重要意義。
圖2 城市生境網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建途徑
生態(tài)學(xué)可以揭示場(chǎng)地內(nèi)生物與環(huán)境之間的關(guān)系,風(fēng)景園林能夠協(xié)調(diào)場(chǎng)地尺度下人與自然的關(guān)系,從這個(gè)角度來(lái)看,生態(tài)學(xué)與風(fēng)景園林的研究對(duì)象都涉及到場(chǎng)地。將生態(tài)學(xué)理論引入風(fēng)景園林學(xué)科,其目的是賦予人與自然關(guān)系的生態(tài)內(nèi)涵。
生境營(yíng)造是通過(guò)人工營(yíng)建適宜植物群落生長(zhǎng)的場(chǎng)地生境條件來(lái)改善生物群落生存、演替的生境條件的生態(tài)設(shè)計(jì)理論與方法[22]。面對(duì)城市建成環(huán)境多樣化異質(zhì)性的生境條件,劉暉等[1]在城市建成環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)證研究,通過(guò)用生態(tài)學(xué)方法對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行生境分區(qū),劃分出生境類(lèi)型。基于生態(tài)設(shè)計(jì)理論與方法,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、生態(tài)本底評(píng)價(jià)、植物群落設(shè)計(jì)模式提取、計(jì)算機(jī)模擬等解決場(chǎng)地生態(tài)問(wèn)題[23]。
研究表明,城市破碎化小尺度生境使城市物種結(jié)構(gòu)更加豐富化,荷蘭通過(guò)自然保護(hù)區(qū)與生態(tài)廊道將破碎化的斑塊生境進(jìn)行整合,將大量小生境納入國(guó)家生境網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中[24]。美國(guó)學(xué)者Walker[25]發(fā)現(xiàn),在群落水平上,鄉(xiāng)村生境比城市生境中的植物種類(lèi)更為豐富,但在整個(gè)區(qū)域內(nèi),城市物種數(shù)量明顯大于鄉(xiāng)村。干靚[26]從人與自然全域疊合的視角提出“多重生境”的概念,將生境劃分為近自然農(nóng)林與水域生境、半自然公園綠地生境、半人工休閑綠化生境、人工硬質(zhì)界面生境和人工廢棄—自然演替生境,為在城市規(guī)劃建設(shè)中保護(hù)生境和提升生物多樣性提供參考。
在不同的時(shí)間尺度和空間尺度上,生境中物種的相似度水平和基因多樣性也存在著一定的差異。在宏觀尺度上,生物多樣性保護(hù)在生境營(yíng)建中具有兩種途徑:以物種為中心和以生態(tài)系統(tǒng)為中心。以物種為中心更側(cè)重于對(duì)瀕危物種本身的保護(hù),以生態(tài)系統(tǒng)為中心則注重對(duì)自然棲息地和景觀生態(tài)系統(tǒng)的整體保護(hù),從而實(shí)現(xiàn)生物多樣性保護(hù)的目標(biāo)[27-28]。在中觀尺度上,建筑物布局、道路交通、土地利用、綠地分布對(duì)生物多樣性起著決定性作用,但諸多實(shí)踐項(xiàng)目在中觀尺度生境網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中忽略了對(duì)棲息地的保護(hù),從而使生境營(yíng)造出現(xiàn)破碎化、零散化。在小尺度生境范圍內(nèi),風(fēng)景園林要素中的地形條件、水文分布、植被結(jié)構(gòu)等是決定物種分布的關(guān)鍵因子。因此,要結(jié)合風(fēng)景園林要素選擇合理的生境因子,并以此為依據(jù)劃分生境類(lèi)型,有針對(duì)性地探索影響生物多樣性的關(guān)鍵因子。
當(dāng)前城市建成環(huán)境中的植物群落設(shè)計(jì)日益凸顯出一些問(wèn)題,主要表現(xiàn)為植物群落不穩(wěn)定、對(duì)場(chǎng)地生境適應(yīng)性差、物種多樣性減退及較高的養(yǎng)護(hù)成本等。具體為:1)植物生長(zhǎng)狀況較差。部分植物群落對(duì)場(chǎng)地土壤的適生性較差,出現(xiàn)成片枯萎死亡,生長(zhǎng)狀況沒(méi)有達(dá)到預(yù)期。2)植物的適旱與耐積水性較差。暴雨后種植池能夠蓄積雨水,其他大部分時(shí)間干旱,這對(duì)植物的適旱耐積水能力要求較高。3)后期養(yǎng)護(hù)成本較高。目前多采用傳統(tǒng)的園藝種植方式,雖然植物群落可快速成景,但這種觀賞性種植需要定期灌溉、施肥、除草、更新和置換,一旦失去持續(xù)養(yǎng)護(hù),便會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)狀況差、存活率低等現(xiàn)象[29],因此,此種植方式會(huì)高度依賴(lài)資源消耗,且對(duì)環(huán)境的改善作用微不足道。
在城市建成環(huán)境中,植物群落設(shè)計(jì)是調(diào)和人為審美秩序和自然內(nèi)在秩序的重要途徑。植物群落設(shè)計(jì)需要聚焦在最短時(shí)間內(nèi)使群落趨向相對(duì)穩(wěn)定的自組織狀態(tài),從而更好適應(yīng)外部環(huán)境變化和人為干擾[30]。生境的選擇和優(yōu)化可以介入場(chǎng)地設(shè)計(jì)程序之中,采用擬自然設(shè)計(jì)和最小限度干預(yù)的方式[31],塑造多樣化、動(dòng)態(tài)化的城市植物群落景觀[32]?;谏碃I(yíng)造理念,通過(guò)優(yōu)化植被布局與改善場(chǎng)地生境條件進(jìn)行植物群落設(shè)計(jì),將會(huì)促進(jìn)植物在城市建成環(huán)境中的合理應(yīng)用,進(jìn)而提升植物群落的生態(tài)服務(wù)功能。
城市生境多樣性與城市綠地系統(tǒng)中所容納生物資源的豐富程度有一定聯(lián)系,城市生境多樣性的保護(hù)可以通過(guò)綠地建設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。研究城市綠地中植物群落的物種豐富度現(xiàn)狀及其影響規(guī)律,科學(xué)構(gòu)建植物群落是實(shí)現(xiàn)保護(hù)和建設(shè)城市生境多樣性的重要途徑。美國(guó)城市生態(tài)學(xué)專(zhuān)家Richard[33]認(rèn)為在城市中可以通過(guò)優(yōu)化綠地布局,建立一個(gè)有效運(yùn)行的“整合型城市綠地系統(tǒng)”。城市生境多樣性代表了城市環(huán)境內(nèi)生境類(lèi)型的豐富程度,生境類(lèi)型豐富度越高則生境多樣性水平越高。通過(guò)控制生態(tài)因子營(yíng)造出相應(yīng)的場(chǎng)地微環(huán)境,在滿(mǎn)足植物群落正常生長(zhǎng)需求的同時(shí),也豐富了場(chǎng)地生境類(lèi)型,這能夠在一定程度上改善城市生境多樣性。與此同時(shí),在進(jìn)行城市建成環(huán)境場(chǎng)地生境營(yíng)造過(guò)程中,可通過(guò)適宜性植物群落設(shè)計(jì)來(lái)改善場(chǎng)地的生境狀況。合理的植物群落結(jié)構(gòu)能發(fā)揮更好的降溫增濕效應(yīng),有效調(diào)節(jié)場(chǎng)地微氣候條件;不同植物種類(lèi)在場(chǎng)地內(nèi)不同生態(tài)位的合理分布,能夠搭建資源利用互補(bǔ)的種間關(guān)系[34],在維持群落穩(wěn)定的同時(shí),也在一定程度上提高了場(chǎng)地生物多樣性水平。
不同生境類(lèi)型所對(duì)應(yīng)的適生植物群落結(jié)構(gòu)也不同,這就需要與之相匹配的植物群落設(shè)計(jì)方法?;谥参锖屯寥?、地形、日照、溫度、降水量等場(chǎng)地生境因子之間的關(guān)系,采用近自然的人工種植方式,營(yíng)造出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能突出、養(yǎng)護(hù)成本低、景觀價(jià)值高的復(fù)層植物群落,這樣既避免了植被結(jié)構(gòu)及功能單一,又構(gòu)建出多物種和諧共生的立體植物群落[35],從而優(yōu)化生境多樣性和自然度水平,增加植物群落的物種多樣性及景觀的觀賞性[36]。在設(shè)計(jì)實(shí)踐方面,劉暉等[30]以“人工地被植物群落組構(gòu)”和“自生地被植物群落組構(gòu)”為研究對(duì)象,將場(chǎng)地生境營(yíng)造模式應(yīng)用到城市建成環(huán)境中,在校園綠地中營(yíng)造了以1 m2作為植物群落組構(gòu)及設(shè)計(jì)的基本生境單元,這種小尺度綠地空間為植物群落的多樣性設(shè)計(jì)和建成環(huán)境中的破碎化綠地建設(shè)開(kāi)辟了新的途徑。
關(guān)于植物群落生態(tài)設(shè)計(jì)方法研究與實(shí)踐,涉及到“生境與最適物種”“個(gè)體生態(tài)量與群落生態(tài)效應(yīng)”“群落食物鏈結(jié)構(gòu)優(yōu)化”等方面[37],這些研究大多體現(xiàn)在種植設(shè)計(jì)的方法層面,并將植物群落的外表形態(tài)和結(jié)構(gòu)作為研究主體。另外,景觀設(shè)計(jì)師也提出了一些關(guān)于植物群落設(shè)計(jì)的方法,但大多只注重植物景觀的視覺(jué)美觀效果,忽視了植物群落的生態(tài)功能和價(jià)值[38]。而對(duì)于城市生態(tài)學(xué)發(fā)展非常重要的生境研究,往往集中于特定類(lèi)型的城市區(qū)域,在植物群落設(shè)計(jì)方法和與其相關(guān)的生境營(yíng)造研究還沒(méi)有形成成熟的體系。因此,迫切需要融合多學(xué)科知識(shí)開(kāi)展場(chǎng)地綜合設(shè)計(jì),結(jié)合設(shè)計(jì)結(jié)果實(shí)施、設(shè)計(jì)方案原則、學(xué)術(shù)研究語(yǔ)境,在轉(zhuǎn)換思維模式的基礎(chǔ)上,構(gòu)建可實(shí)證的生境營(yíng)造實(shí)驗(yàn)性研究與設(shè)計(jì)語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換框架(圖3)。生境營(yíng)造將生態(tài)學(xué)理論轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)語(yǔ)言,通過(guò)設(shè)計(jì)語(yǔ)言的表達(dá)將生態(tài)學(xué)理論應(yīng)用于實(shí)踐,建立可以指導(dǎo)實(shí)踐的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論的生態(tài)設(shè)計(jì)語(yǔ)言體系[39]。
圖3 生境營(yíng)造實(shí)驗(yàn)性研究與設(shè)計(jì)語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換框架
自然植物群落的外觀與內(nèi)在的群落結(jié)構(gòu)和種間關(guān)系,可為城市植物群落設(shè)計(jì)提供原型[40],并作為人工植物群落設(shè)計(jì)的依據(jù)。以生境營(yíng)造理論為指導(dǎo)進(jìn)行植物種植設(shè)計(jì),可有效改善城市生物多樣性,并可為無(wú)脊椎動(dòng)物及昆蟲(chóng)提供棲息環(huán)境;具有固碳及應(yīng)對(duì)氣候變化等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能;能夠節(jié)約場(chǎng)地管理維護(hù)成本;是連接自然、促進(jìn)公眾認(rèn)知和自然教育的重要途徑。隨著景觀設(shè)計(jì)師對(duì)城市生境理解的加深,在進(jìn)行植物種植設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)更加注重植物的生境適應(yīng)性。近幾十年來(lái),動(dòng)態(tài)的、可持續(xù)的、強(qiáng)調(diào)生態(tài)功能的自然主義植物群落營(yíng)建在歐洲和北美的城市景觀中漸成趨勢(shì),但在特定的城市綠色空間內(nèi)扭轉(zhuǎn)生物多樣性喪失或增加生物多樣性的指導(dǎo)方針仍然欠缺[41]。
城市生境和棲息地是城市生態(tài)與生物多樣性的重要基礎(chǔ),研究適合城市生境類(lèi)型劃分與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的方法,并逐漸形成城市生境多樣性完整的研究體系,是將來(lái)城市生境營(yíng)造研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。在城市建成環(huán)境下,需要綜合考慮場(chǎng)地生境條件的模擬、分析、預(yù)測(cè)與植物群落連續(xù)性設(shè)計(jì)的必然聯(lián)系,為提出綠地空間生態(tài)設(shè)計(jì)理論與生境營(yíng)造方法創(chuàng)造條件。未來(lái)研究仍需要基于自然生境要素提取影響城市生境的因子,并開(kāi)展關(guān)于城市場(chǎng)地生境營(yíng)造與植物群落設(shè)計(jì)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)實(shí)踐,為城市生物多樣性保護(hù)提供理論與實(shí)踐依據(jù),從而維護(hù)城市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。