生境生態系統規劃*
——生態規劃的一種途徑

趙 珂 趙夢琳 王立清 ZHAO Ke, ZHAO Menglin, WANG Liqing

0 引 言

生態規劃，是基于生態學原理所制定的與自然和諧的土地利用規劃[1]。生態規劃的基礎是對生態功能、過程和結構的認知，生態規劃方法的改進依賴于生態認知理論的發展。

長期以來，城市規劃領域所倚重的生態規劃方法，主要是麥克哈格（Ian McHarg）的“千層餅”生態適宜性評價和福曼（R.T.T.Forman）和戈登（M.Gordron）的“廊道—斑塊—基質”景觀生態格局構建。這兩種方法，建立在對生態功能和結構的認知基礎上，強調功能和結構的統一，所建立的生態空間或局限于城市不可能發展的區域[2]，或以不確定的遷移廊道聯系景觀斑塊[3]，其最大的缺失在于缺乏對生態過程的深層理解與預測[4]。

針對上述問題，本文嘗試在梳理歐美生態規劃思想方法的演進中，解析不同歷史時期生態規劃方法所依據的生態認知理論基礎，在加強對生態過程的理解中，嘗試進一步夯實生態規劃方法的生態本體認知基礎，探索生態規劃的可能途徑。

1 萌芽：基于自然美學的自發生態規劃

提到生態規劃，美國弗雷德里克·勞·奧姆斯特德（Frederick L aw Olmsted）于19世紀80年代所制定的“綠寶石項鏈”波士頓綠地系統通常被認為是第一例[5]。但從“生態學”一詞的提出時間和普及時間來看，1866年，“生態學”由德國生物學家恩斯特·海克爾（Ernst Haeckel）提出[6-7]；1892年，美國環境化學家埃倫·斯沃洛·理查茲（Ellen Swallow Richards）女士可能是將生態學普及的第一人[8]。因此，波士頓綠地系統并不是現代意義上的生態規劃，只能算是一種自發的生態意識。

弗雷德里克·斯坦納（Frederick Steiner）認為，最早提出自發生態意識規劃的三個巨人是：喬治·珀金斯·馬什（George Perkins Marsh）、約翰·韋斯利·鮑威爾（John Wesley Powell）和帕特里克·蓋迪斯（Patrick Geddes）[9]。馬什在其著作《人和自然，或者被人類活動改變的自然地理》中，第一次呼吁結合自然而不是對抗自然進行人類活動的規劃[10]。鮑威爾在他的《美國干旱地區的土地報告》中，提出補救土地的干旱化，農戶或窮困的個體是不可能做到的，而需要考慮土地自身特點，進行廣泛和全面的規劃并立法[11]。蓋迪斯意識到人類活動與自然環境之間具有復雜全面的關系，他以“將自然引入城市”為目的，提出運用區域調查去理解人類活動與土壤、地貌、氣候、降雨等自然環境的關系[12]。

自發的生態意識，以“保護自然景觀美學并融入人類的休憩活動”為目標，展開了以“公園和開敞空間系統”為對象的生態規劃[13]。典型的案例主要分布在美國的中西部和東北部城市。其中，除奧姆斯特德的“綠寶石項鏈”波士頓綠地系統規劃外，還有1888年，賀拉斯·威廉·謝勒·克利夫蘭德（Horace William Shaler Cleveland）為明尼阿波利斯公園系統制定的“大圓（Grand Rounds）”規劃[14]；1893年，奧姆斯特德的學生查爾斯·埃里奧特（Charles Eliot）為波士頓制定的“大都市公園系統（Boston Metropolitan Park System）”；1920年代，延斯·詹森（Jens Jensen）為芝加哥制定的“西部公園系統（West Park System）”以及其中的一系列公園設計[15]。

2 形成：基于適應原理的生態適宜性規劃

2.1 生物生態學的適應原理：生態適宜性認知理論基礎

在生態學的概念被明確為“科學分析和研究有機物與環境之間相互作用關系”后，生態學開始滲入生物、地理、地球科學等領域，特別是生物生態學的發展促成了以麥克哈格為代表的，以生態適宜性評價為主體的近代生態規劃思想方法產生。

“感謝查爾斯·達爾文（Charles Darwin）和勞倫斯·亨德森（Lawrence Henderson），使我們有了理論”[16]，麥克哈格的這句話，表明了他的生態規劃思想來自于生物生態學所揭示的適應原理（creative fitting）。運用查爾斯·達爾文提出的“適者生存”的自然選擇原理和勞倫斯·亨德森提出的生物結構和活動完全依靠水、氧氣等外部環境[17]等適應原理，麥克哈格認為自然存在自己的設計規律，適宜環境曾經存在、現在依舊存在的各類生命體都具有可想象的形態[18]，生態規劃就是為生命體設計出適宜其生存的空間形態，即生態適宜性規劃。

2.2 分區管控：生態適宜性規劃

正是由于生態適宜性規劃建立的理論基礎是生物生態學的適應原理，它強調生物進化過程與周邊環境的適應關系，其生態適宜空間主要是指適應生物生存的城市周邊環境區域（如洪泛區、濕地、陡坡、水源地和農業區等生物生存的環境區域），并通過分區管控的區劃（zoning）方式，將其作為城市不可能發展區域加以保護[19-20]（圖1）。“千層餅”疊加分析自然和文化資源信息的方法，是生態適宜性規劃的關鍵。在規劃領域，這種方法最早于1913年在馬薩諸塞州的比爾里卡（Billerica）城鎮規劃中，被瓦倫·曼寧（Warren Manning）加以運用[21]。1950年，杰奎琳·提里特（Jacqueline Tyrwhitt）在她《城鄉規劃教材》一書中，第一次詳細地介紹了該方法[22]。麥克哈格認為該方法促進了規劃的科學性，并加以大量運用和推廣，特別是GIS的出現，更使該方法成為近代生態規劃方法的主流。

圖1 麥克哈格生態適宜性規劃方法Fig.1 Lan MCHarg’s Map-overlay ecological applicability zoning planning

但這種方法缺失在于：一、簡單的大面積分區管控，將生態空間和城市空間截然分開、保護與利用截然分開（生態空間內單純強調保護，城市空間內則單純強調利用），實質上是將自然與人截然隔離，抹殺了人和自然的互動（人作為高級生物，必然要與參與到自然生態過程中）；二、實際運用中，以“生態保護為目的”的生態適宜性評價和“以驅動經濟為目的”的建設適宜性評價往往同時進行，而這兩者的適宜性標準通常相悖，如平坦地區是最適宜建設的區域，也是最適宜農業生產的區域，但在經濟利益的驅動下，生態適宜性往往讓位于建設適宜性；三、生態適宜性規劃，依靠定性的專家打分法所確定生態適宜權重，未真正理解生態功能、過程與空間結構之間的關系，區劃結果不能完整反映生態的功能和過程。

相比于麥克哈格，他的學生安妮·惠斯頓·斯本（Anne Whiston Spirn）女士在將生態方法運用于城市規劃的過程中，開始嘗試驗證自然過程如何植入城市環境，自然過程和城市建成環境如何相互作用[23]，促進了生態規劃對生態過程的關心。約翰·蒂爾曼·萊爾（John Tillman Lyle）也嘗試通過綜合各學科對自然生態過程的理解，以更新的方式維護自然生態空間[24]。

3 發展：基于景觀的“功能與結構”和諧的生態規劃

在明晰“生態適宜性規劃出的空間區劃未建立在對生態功能、過程理解的基石上”這一問題后，1939年，德國地理植物學家卡爾·特羅爾（Carl Troll）提出的景觀生態學[25]，將生態規劃引向了“生態功能與生態空間結構”和諧的方向。

3.1 景觀及景觀生態學：生態功能、結構認知理論基礎

景觀生態學中，“景觀”的概念已不再是自然美學中的風景、景色，而是由現代地植物學和自然地理學的偉大先驅亞力山大·洪保德（Alexander Von Humboldt）于19世紀初提出的具有空間意義的“自然地域綜合體”[26]。作為自然地域綜合體的景觀，從此成為生態功能和生態空間結構的集合體，景觀生態學開始在景觀層面關注空間結構對有機體豐富度的影響，關注景觀整體的行為和功能[27]。景觀生態學研究的目的是：揭示不同空間尺度下，過程如何影響形態的生態現象，探究這種生態現象擴展的規律[28]。景觀生態學研究的領域是：景觀要素的分布模式，物質、生物和能量在景觀要素單元之間的流動，景觀形態的動態性等[2]。

景觀生態學的核心理論來自于麥克阿瑟（MacArthur）和威爾森（Wilson）的島嶼生物地理理論（the theory of island biogeography），研究的關鍵問題是“景觀破碎”。不同于歐洲景觀生態學將“景觀水平劃分為景觀斑塊，探究景觀斑塊之間水平生態過程和結構”，美國景觀生態學，則聚焦于生物鄰里，將生物鄰里作為不同于周邊生態系統的和諧單元，致力于景觀空間結構和生物鄰里功能之間關系的研究[29]。其中，塔菲（Taaffe）、高瑟爾（Gauthier）和摩亞達（Moryada）等人關于景觀遷移的研究[30-31]，使景觀通道（path）成為改善景觀破碎化的重要途徑。

3.2 鑲嵌斑塊模式：景觀生態學對生態功能和結構的認知

基于景觀斑塊的景觀通道研究，促成了現代意義上的生態規劃（景觀生態規劃）。景觀生態規劃認為棲息、遷移、擴散是景觀的三大生態功能，由此表現出的景觀結構模式為：基質中的鑲嵌斑塊和連通廊道，又名鑲嵌斑塊模式（patch mosaic model）。鑲嵌斑塊模式的概念具有三大特點：一、簡潔、符合人的直覺；二、易于處理離散數據，應用定量化的設計；三、已在被嚴重自然或人為擾動（如火災、建成區的擾動）的景觀恢復應用中積累了豐富的案例[32]。所以，1981年，福曼和戈登首次提出鑲嵌斑塊模式后，即在全球范圍內成為引領“以消除景觀破碎化為目的”的現代生態規劃的生態認知基礎[33]。

3.3 拓撲地理：景觀生態規劃方法

景觀生態規劃，主要運用拓撲地理學的方法，在景觀尺度，研究景觀斑塊的點對關系及連通方式的空間結構[32]。福曼和戈登在其著作《景觀生態學》中描述的數學上著名的“七橋問題”，就是景觀生態規劃借鑒拓撲地理學方法的最好闡述。運用拓撲地理學，景觀生態規劃主要通過定量評估景觀格局指數，以確定景觀空間格局。景觀格局指數，是指能夠高度濃縮景觀格局幾何信息，反映其結構組成和空間分布特征的定量指標，包括斑塊類型、斑塊形狀、斑塊破碎度、廊道連通等[34]。

基于拓撲地理學的景觀生態規劃方法步驟通常包括五大步驟[19]：一、區域關鍵種確定，根據當地動物名錄，評估出可指示地方生物多樣性的關鍵物種；二、棲息地評估，基于土地覆蓋調查數據，評價篩選出適宜關鍵種棲息的斑塊；三、連通度分析，利用重力模型為主要方法，按照“每兩個棲息地間相互作用力的大小與它們的重力值之積成正比，與距離的平方成反比”的原理選取可能的生態廊道；四、拓撲網絡生成，根據拓撲圖論，考慮連接的實際效益（使用者或是建造者的成本高低），對可能的生態廊道生成六種不同取向的拓撲網絡模型，如圖2C中所示，網絡A是基于區域內不可逾越的障礙，將可能聯系的節點都連接起來而形成的高連接度的網絡；網絡B和C是基本保羅里維爾網絡和旅行商問題所形成；網絡D是將區域中主要的節點相連所形成的網絡；網絡E基于最小范圍樹，在網絡D的基礎上形成的等級網絡；網絡F是一個更為復雜的多環狀網絡，在平衡使用者和建設者成本，以接近對使用者成本最小的目的；五、綜合評估、確定景觀格局，利用景觀格局指數對可能的網絡進行分析比選，確定最終的景觀格局與連接方式（圖2）。

景觀生態規劃，試圖建立起“棲息、遷移、擴散”三大功能與“斑塊—廊道—基質”景觀空間結構和諧的生態空間，也意識到“遷移”和“擴散”是生物繁衍、生存最重要的水平生態過程，但它忽略了棲息地內部生態系統的組成及垂直生態過程，導致其通過拓撲地理學所選取的生態廊道出現：是否是生物所需要的遷移廊道？生物如果需要阻隔天敵和環境侵襲的廊道，通過拓撲地理學能否獲得？這些問題[19]。

總之，景觀生態規劃缺乏對棲息地內部生態系統的組成及垂直生態過程的理解，單憑拓撲地理關系，所建立的生態空間格局還具有不確定性的缺陷。

圖2 基于拓撲地理學的景觀生態規劃Fig.2 landscape ecological planning based on topology geography

4 轉變：基于生境的“功能、過程與結構”三合一的生境系統生態規劃

針對生態適宜性規劃僅對城市不可能發展區域進行生態區劃控制，忽略自然生態系統自身生態結構的問題，也為了完善景觀生態規劃對垂直生態過程的理解，當代生態規劃思想方法的主要轉變為：一、概念方面，將“自然地域綜合體”的景觀空間概念擴展為生境（biotope）空間概念，強調生境空間內生物多樣性所維持的生態穩定性；二、認知方面，運用生態系統生態學，在景觀生態學對“功能與結構”的生態認知基礎上，完善對生境單元內部垂直生態過程和生境單元之間水平生態過程的認知；三、方法方面，從區域性的生態區劃轉變為韌性生態結構控制。

4.1 生境的概念：生態功能、過程、結構認知理論基礎

生境的英文是biotope，來源于希臘語bios（生命）和topos（地方、地點）的組合，是特定的生物群落（動物群落和植物群落）與其和諧共生的空間所組成的自然生態系統。

生境的概念最早由德國生物學家恩斯特·海克爾在提出生態學概念的同時提出，這時生境概念與生物進化理論關系密切，在規劃領域并未受到關注。20世紀50年代，在英國植物學家阿瑟·喬治·坦斯利爵士（Arthur George Tansley）于1935年提出的生態系統概念[35]基礎上,美國生物學家奧德姆兄弟（Eugene Pleasants Odum and Howard Thomas Odum）正式創立生態系統生態學[36-37]，其研究所聚焦的“生境”，是種群生態學“鄰里”概念和景觀生態學“斑塊”概念的結合，是一個“生物群落”鄰里。生境一旦與生態系統聯系起來，就被賦予了作為生態系統基本空間單元的意義。從此，生境進入了規劃的視野。特別是20世紀70年代以來，隨著生境越來越被認知為與人類生活緊密相關的自然生態系統單元，以德國為首的歐洲國家將生境作為保護、更新、重構城市自然生態系統的關鍵[38]。

4.2 與人相關的棲息、移動、網絡：生境系統“功能、過程、結構”認知

運用生態系統生態學，對生境系統“功能、過程、結構”的認知為：一、生境不會考慮如生物圈之類的大尺度現象（脫離人的日常生活，只能遙遠敬仰），而更多是在與人的日常活動密切相關的生態系統的小尺度內（如鄰里公園、后花園等），保護生物群落多樣性，讓自然做工，維持生境生態系統的穩定性，并使人能夠參與生境產生和持續管理的活動中；二、生物群落垂直生態過程存在于生境單元內，如河流岸邊生境，在水、小島、水草、帶果實灌木、喬木等空間環境條件中，相應的垂直生態過程為：鳥類在灌木叢中覓食果實—產生糞便—滋養微生物—肥沃水草—為水中魚類提供食物—魚類作為水鳥的食物—小島作為水鳥棲息地、喬木作為鳥類棲息地。這樣的垂直生態過程中，動植物各得其所，在保持多樣性中，維持了生境內部環境的穩定性；三、生物群落水平生態過程是指物種在生境單元之間的移動（movement），這種移動包括局部運動（local movements）、擴散（dispersal）和遷徙（migration）[39]，正是生物為生存和繁衍所進行的移動，使得生物“由此及彼”的進化成為可能；四、生境系統結構是網絡狀的。生境不是孤立的單元，而必須在相互聯系以及與外部環境的聯系中，獲得生物多樣性，從而獲得持續的自然運行和存在。當前城市周邊物種消逝的主要原因就是物種的運動空間消失，生境單元孤立，面積越來越小[40]。

4.3 從“分區管控”到“結構控制”：當代生態規劃方法的轉變

基于對生境概念、生境系統“功能、過程、結構”的認知，保護生境最有效的策略是：規劃出生境系統的結構框架，而不是一兩個動物出入的生境點，更不是簡單的生態區劃。擯棄生態適宜性規劃所采用的“分區管控”區劃方法，轉向生境系統結構的建構與控制，這是當代生態規劃方法最大的轉變。

可以說，當代生態規劃，實質是生境系統生態規劃。這種結構是保障自然生境系統生物群落多樣性、讓自然自我做工、維持城市生態穩定性的關鍵。這種結構，在整體上，是剛性的，即以整體結構的剛性支撐生態安全；在結構體上，是韌性的（resilience），它能在受到人工干擾后回彈和自恢復（safe-fail）[41]。

德國作為生境概念的發源地，通過保護生境，并考慮區域歷史和景觀，以維持城鄉規劃一致性方面進行了積極探索。1976年的聯邦自然保護法（The Federal Nature Protection Law)，明確了保護生境在保護自然中的關鍵作用和地位。在該法律要求下，許多聯邦州被要求將生境系統規劃作為城市規劃的一部分。德國生境保護的核心是：如果城市生活被自然環境所圍繞，城市生活就在保護自然中得到提升[42]。

有關生態結構的“關鍵種”（keystone species）和有關功能的“功能團”（functional group）是生態系統生態學探究生態系統的出發點[43]。在生境系統中，功能團對應為生境單元，而生境單元中的動物關鍵種則是理解生態過程、決定是否需要連通廊道的關鍵。

由此，生境系統生態規劃的方法主要包括四大步驟。第一步，生境單元分類辨識。非生物環境鑄造了生境，所以，非生物環境是劃分生境單元的依據；而植被會因非生物環境不同而表現為明顯的差異，通常也被作為區分陸地生境單元的標志。生境單元辨識，即是根據當地的地形、土壤、水系等非生物環境及植被情況，進行分類（圖3）[44]。第二步，關鍵種尋找。景觀生態規劃，是在區域層面，根據當地動物名錄，分析景觀斑塊的相似性，尋找區域內的關鍵種（圖4）。而生境系統生態規劃，則是分析每個生境單元內的非生物環境和植被情況，通過推斷生物群落的垂直生態過程，反找出適宜該生境單元生態環境的動物關鍵種。第三步，連通空間尋找，通過模擬動物關鍵種運動環境，如水系模擬、濕地模擬、植被更新模擬等，找出適宜動物關鍵種局部運動、擴散和遷徙的三大運動空間（圖5）。第四步，廊道構建，以動物關鍵種的水平運動過程規律，決定是否需要用廊道或踏腳石的連通方式）（圖6）。

5 結 語

生境不會考慮如生物圈之類的大尺度現象（脫離人的日常生活，只能遙遠敬仰），而更多是在與人的日常活動密切相關的生態系統的小尺度內（如鄰里公園、后花園等），保護生物群落多樣性，讓自然做工，維持生境生態系統的穩定性，并使人能夠參與生境產生和持續管理的活動中。

圖3 生境單元分類辨識Fig.3 biotope classi fi cation

圖4 各類生境單元內垂直生態過程解釋Fig.4 the vertical process in biotopes

圖5 生境單元間水平生態過程Fig.5 the horizontal process between biotopes

圖6 構建廊道Fig.6 buid the corridor

遵循微生境垂直生態過程、宏觀生境水平過程的生境生態系統規劃，在對微生境體和宏觀生境網絡進行仿自然設計中，建立出的由微生境體和宏觀生境網絡所構成的空間結構，能有效地保護或恢復動物群落所依存的自然地貌和植物群落，從而保障生物群落的自然做工能力，以維持城鄉生態系統的穩定性。同時，這種生境生態系統結構，不僅以整體的剛性結構，支撐城市生態安全，優化城市布局形態；更以結構體上的韌性，帶動生態資源化、資產化，增強城市經濟活力，促進和諧社區建設。

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圖1-6：作者繪制