城市場地生境營造與植物群落設計評述*

王晶懋 劉 暉 范李一璇 樊亞妮

1 西安建筑科技大學建筑學院 西安 710055

2 西安建筑科技大學交叉創新研究院 西安 710055

隨著各大城市的快速發展,城市化進程和建設速度不斷加快,城市范圍內的原有自然本底遭到了不同程度的破壞,自然生態環境受到了巨大影響。人類所處的物理環境大小是恒定的,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,在全球城市化進程中迫切需要適合于城市綠地建設的生態設計方法。城市生態建設需要用多元化的設計語言,有針對性地提出設計方法:一方面,城市生態化建設的任務迫在眉睫；另一方面,目前國家對城市綠地系統規劃的各項規范與要求,限定了城市綠地的面積和綠地率等基本指標,保障了居民對城市綠地的基礎功能需要,但僅僅靠“達標”而完成的城市“填綠”工作無法使城市綠地發揮其應有的生態效益,從而導致城市建設與城市生態環境之間的矛盾更加突出。因此,國內學者開始探索如何協調城市發展與城市生態環境之間的關系,“生境營造”的理念及研究應運而生。

“生境營造”主要指在群落生態系統分析基礎上的城市場地設計過程,是通過設計營建途徑來改善適宜生物群落自然演替生境條件的生態設計理論與方法[1]。由于城市建成環境中存在多樣的生境和生態系統,在場地尺度設計時也需要考慮場地中豐富的生態系統。生境營造主要包括場地原有生境分析及分區、建構循環供水鏈、群落生態種植設計、生境條件改善等過程,其中植物群落設計作為生境營造的重點環節,對不同城市生境產生深遠的影響。植物群落是指在某一特定環境內,有規律的共同生活的各類植物的組合[2],一般來說,植物群落具有較為穩定的種類組成和結構。在生境營造過程中,應通過對場地所在城市鄉土植物、自然野生植物群落和種類的搜集和調查等,選擇適宜場地生境的植物群落進行人工組構的設計[3]。

本文在閱讀國內外文獻的基礎上,梳理了城市生境和植物群落設計的相關研究進展,基于城市生境與植物群落之間的關系,對植物群落設計與城市生境多樣性的關系及其在城市生境營造的應用前景進行分析,旨在解決當前城市發展中的現實問題,為城市生態化建設和設計實踐提供參考。

1 城市生境的相關理論

1.1 城市生境營造的多維尺度

城市化進程促使城市原有的自然生境逐步喪失,本土物種逐漸減少,外來物種不斷增加[4]。大量研究只關注城市中綠地宏觀尺度的單一動植物棲息地規劃設計,而中微觀生境尺度的綠地生境營造卻被忽視。規劃師們在進行城市規劃時常常從宏觀的空間結構和用地功能出發,造成規劃后的綠地往往以“填補縫隙”的方式來滿足城市綠地率的硬性要求,城市綠地巨大的潛在生態效益被忽略,形成缺乏生態意義的“虛假網絡”[5]。因此,只有通過多尺度、異質性的生境營造使不同的景觀格局產生生態聯系,才能為動植物創造良好的棲息地,為城市生物多樣性的提高提供天然生態本底[6]。

1.2 城市建成環境中的生境營造

城市建成環境的定義非常廣泛,涵蓋了人類活動、物理設計和自然環境相結合的整個城市環境[7]。城市建成環境與城市發展和活動有著密切的關系,由建筑、道路、污染物、噪聲、車輛和人流構成[8],其生態系統和生境受到較多的人為干擾[9]。城市建成環境中的生境營造旨在城市建成區,將群落生態系統與場地設計相結合,通過采用人工營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,從而達到提高場地的生物多樣性和穩定性的目的[10]。

1.3 城市生境網絡構建的發展

生境網絡的概念起源于20世紀80年代的歐洲,側重應用于野生動物棲息地保護,通過生物多樣性保護與綠地系統規劃,利用廊道將破碎化斑塊構建成聯通網絡,構建自然、多樣、高效的生態景觀結構體系[11]。綠道網絡、生態網絡和生境網絡之間存在承上啟下的關系(圖1),其中,“綠道網絡”多在北美運用,“生態網絡”常在歐洲使用,二者內涵基本相同,都是應用景觀生態學理論從空間結構上解決環境問題的規劃范式[12]。城市生境網絡是以多元方式串聯形成滿足人們對美好生活需求的人性化綠色空間網絡:從發展脈絡追溯,是由線性生境廊道演變到復雜的生境網絡系統；從規劃空間尺度看,常用的3個尺度“區域—地方—場所”分別與“景觀—生態區—生態成分”相對應[13]。

圖1 生境網絡格局發展框架

國內有關生境網絡的研究主要集中在城市宏觀尺度以及場地微觀尺度。劉濱誼等[14]通過研究美國城市綠道建設歷程,提出我國需要構建綠道網絡體系,加強綠道之間的聯系,建設多功能性綠道。賀坤等[15]在區域尺度下進行余姚市綠地生境格局優化,提出城市尺度下綠地生境網絡系統構建的方法和策略。王晶懋等[16]以校園綠地作為城市街區單元生境網絡構建模式的研究對象,基于生境營造的理論,對校園綠地生境網絡的構成要素進行梳理和總結,并最終提煉出校園中生境網絡的理想布局模式。國外有關綠地生境網絡的研究較為豐富,但是目前大多研究仍停留在城市尺度的宏觀層面。美國城市規劃學專家Edward[17]運用景觀格局指數對生境網絡進行評價與分析,總結了生境網絡構建存在的問題,并給出解決方法及建議。美國學者Steiner[18]指出生態網絡規劃需要有多學科理論和完善的政策、法律體系共同支撐。美國學者Kristen等[19]通過對鳥類遷徙的觀察得出構建鳥類生態廊道的適宜寬度,提出了廊道內的人居模式與廊道外圍的綠地類型。英國學者Nor等[20]通過整合綠地網絡結構和斑塊功能,揭示了兩種鳥類(歐亞樹雀和白眉黃臀鵯)在斑塊間潛在的遷徙廊道和最佳路徑,這對于保護生物多樣性及優化城市綠地生境網絡具有重要的推動作用。

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],人工干預下的城市生態過程可以構建城市中的生境網絡(圖2),為部分種群提供區域—場地范圍內的半自然生境斑塊,形成有利于不同生物種群之間流通與聯絡的廊道。生境斑塊與生境廊道皆包含了不同生境類型劃分和植物群落設計,因此在提高城市生物多樣性水平的同時,也維持著城市生態系統的物質平衡與循環。生境網絡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、支持物種長期生存等方面具有重要意義。

圖2 城市生境網絡構建途徑

2 風景園林學指引下的城市場地生境營造

2.1 將生態學引入城市場地生境營造

生態學可以揭示場地內生物與環境之間的關系,風景園林能夠協調場地尺度下人與自然的關系,從這個角度來看,生態學與風景園林的研究對象都涉及到場地。將生態學理論引入風景園林學科,其目的是賦予人與自然關系的生態內涵。

生境營造是通過人工營建適宜植物群落生長的場地生境條件來改善生物群落生存、演替的生境條件的生態設計理論與方法[22]。面對城市建成環境多樣化異質性的生境條件,劉暉等[1]在城市建成環境中進行了實證研究,通過用生態學方法對場地進行生境分區,劃分出生境類型。基于生態設計理論與方法,通過現場觀測、生態本底評價、植物群落設計模式提取、計算機模擬等解決場地生態問題[23]。

2.2 城市生境尺度與類型劃分

研究表明,城市破碎化小尺度生境使城市物種結構更加豐富化,荷蘭通過自然保護區與生態廊道將破碎化的斑塊生境進行整合,將大量小生境納入國家生境網絡規劃中[24]。美國學者Walker[25]發現,在群落水平上,鄉村生境比城市生境中的植物種類更為豐富,但在整個區域內,城市物種數量明顯大于鄉村。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、人工硬質界面生境和人工廢棄—自然演替生境,為在城市規劃建設中保護生境和提升生物多樣性提供參考。

在不同的時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,生物多樣性保護在生境營建中具有兩種途徑:以物種為中心和以生態系統為中心。以物種為中心更側重于對瀕危物種本身的保護,以生態系統為中心則注重對自然棲息地和景觀生態系統的整體保護,從而實現生物多樣性保護的目標[27-28]。在中觀尺度上,建筑物布局、道路交通、土地利用、綠地分布對生物多樣性起著決定性作用,但諸多實踐項目在中觀尺度生境網絡規劃中忽略了對棲息地的保護,從而使生境營造出現破碎化、零散化。在小尺度生境范圍內,風景園林要素中的地形條件、水文分布、植被結構等是決定物種分布的關鍵因子。因此,要結合風景園林要素選擇合理的生境因子,并以此為依據劃分生境類型,有針對性地探索影響生物多樣性的關鍵因子。

3 基于城市生境營造的植物群落設計研究與啟示

3.1 城市建成環境中的植物群落設計

當前城市建成環境中的植物群落設計日益凸顯出一些問題,主要表現為植物群落不穩定、對場地生境適應性差、物種多樣性減退及較高的養護成本等。具體為:1)植物生長狀況較差。部分植物群落對場地土壤的適生性較差,出現成片枯萎死亡,生長狀況沒有達到預期。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,其他大部分時間干旱,這對植物的適旱耐積水能力要求較高。3)后期養護成本較高。目前多采用傳統的園藝種植方式,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,一旦失去持續養護,便會出現生長狀況差、存活率低等現象[29],因此,此種植方式會高度依賴資源消耗,且對環境的改善作用微不足道。

在城市建成環境中,植物群落設計是調和人為審美秩序和自然內在秩序的重要途徑。植物群落設計需要聚焦在最短時間內使群落趨向相對穩定的自組織狀態,從而更好適應外部環境變化和人為干擾[30]。生境的選擇和優化可以介入場地設計程序之中,采用擬自然設計和最小限度干預的方式[31],塑造多樣化、動態化的城市植物群落景觀[32]。基于生境營造理念,通過優化植被布局與改善場地生境條件進行植物群落設計,將會促進植物在城市建成環境中的合理應用,進而提升植物群落的生態服務功能。

3.2 城市生境多樣性與植物群落設計的聯系

城市生境多樣性與城市綠地系統中所容納生物資源的豐富程度有一定聯系,城市生境多樣性的保護可以通過綠地建設來實現。研究城市綠地中植物群落的物種豐富度現狀及其影響規律,科學構建植物群落是實現保護和建設城市生境多樣性的重要途徑。美國城市生態學專家Richard[33]認為在城市中可以通過優化綠地布局,建立一個有效運行的“整合型城市綠地系統”。城市生境多樣性代表了城市環境內生境類型的豐富程度,生境類型豐富度越高則生境多樣性水平越高。通過控制生態因子營造出相應的場地微環境,在滿足植物群落正常生長需求的同時,也豐富了場地生境類型,這能夠在一定程度上改善城市生境多樣性。與此同時,在進行城市建成環境場地生境營造過程中,可通過適宜性植物群落設計來改善場地的生境狀況。合理的植物群落結構能發揮更好的降溫增濕效應,有效調節場地微氣候條件；不同植物種類在場地內不同生態位的合理分布,能夠搭建資源利用互補的種間關系[34],在維持群落穩定的同時,也在一定程度上提高了場地生物多樣性水平。

不同生境類型所對應的適生植物群落結構也不同,這就需要與之相匹配的植物群落設計方法。基于植物和土壤、地形、日照、溫度、降水量等場地生境因子之間的關系,采用近自然的人工種植方式,營造出結構穩定、功能突出、養護成本低、景觀價值高的復層植物群落,這樣既避免了植被結構及功能單一,又構建出多物種和諧共生的立體植物群落[35],從而優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]。在設計實踐方面,劉暉等[30]以“人工地被植物群落組構”和“自生地被植物群落組構”為研究對象,將場地生境營造模式應用到城市建成環境中,在校園綠地中營造了以1 m2作為植物群落組構及設計的基本生境單元,這種小尺度綠地空間為植物群落的多樣性設計和建成環境中的破碎化綠地建設開辟了新的途徑。

關于植物群落生態設計方法研究與實踐,涉及到“生境與最適物種”“個體生態量與群落生態效應”“群落食物鏈結構優化”等方面[37],這些研究大多體現在種植設計的方法層面,并將植物群落的外表形態和結構作為研究主體。另外,景觀設計師也提出了一些關于植物群落設計的方法,但大多只注重植物景觀的視覺美觀效果,忽視了植物群落的生態功能和價值[38]。而對于城市生態學發展非常重要的生境研究,往往集中于特定類型的城市區域,在植物群落設計方法和與其相關的生境營造研究還沒有形成成熟的體系。因此,迫切需要融合多學科知識開展場地綜合設計,結合設計結果實施、設計方案原則、學術研究語境,在轉換思維模式的基礎上,構建可實證的生境營造實驗性研究與設計語言的轉換框架(圖3)。生境營造將生態學理論轉化為設計語言,通過設計語言的表達將生態學理論應用于實踐,建立可以指導實踐的生態學基礎理論的生態設計語言體系[39]。

圖3 生境營造實驗性研究與設計語言的轉換框架

3.3 人工植物群落設計在城市生境營造中的應用前景

自然植物群落的外觀與內在的群落結構和種間關系,可為城市植物群落設計提供原型[40],并作為人工植物群落設計的依據。以生境營造理論為指導進行植物種植設計,可有效改善城市生物多樣性,并可為無脊椎動物及昆蟲提供棲息環境；具有固碳及應對氣候變化等生態系統服務功能；能夠節約場地管理維護成本；是連接自然、促進公眾認知和自然教育的重要途徑。隨著景觀設計師對城市生境理解的加深,在進行植物種植設計時應更加注重植物的生境適應性。近幾十年來,動態的、可持續的、強調生態功能的自然主義植物群落營建在歐洲和北美的城市景觀中漸成趨勢,但在特定的城市綠色空間內扭轉生物多樣性喪失或增加生物多樣性的指導方針仍然欠缺[41]。

4 結語

城市生境和棲息地是城市生態與生物多樣性的重要基礎,研究適合城市生境類型劃分與網絡構建的方法,并逐漸形成城市生境多樣性完整的研究體系,是將來城市生境營造研究的重點內容之一。在城市建成環境下,需要綜合考慮場地生境條件的模擬、分析、預測與植物群落連續性設計的必然聯系,為提出綠地空間生態設計理論與生境營造方法創造條件。未來研究仍需要基于自然生境要素提取影響城市生境的因子,并開展關于城市場地生境營造與植物群落設計的科學實驗及設計實踐,為城市生物多樣性保護提供理論與實踐依據,從而維護城市生態系統的可持續發展。