劉暉 許博文 陳宇

生態(tài)學者的大量研究成果表明：城市生物多樣性依賴于城市綠色空間的質量、規(guī)模和空間結構，其持有的生態(tài)系統(tǒng)服務功能對人類福祉具有重要價值。研究者對既有城市綠色空間生物多樣性進行分析評價，形成基本共識：城市生境能夠在區(qū)域和全球范圍內(nèi)支持地方特有的本地物種和其他瀕危物種[1-2]，尤其是植物和無脊椎動物[3-4]；植物群落是城市生物多樣性的基本保障[5-6]；城市綠色空間的各種尺度都具有生物多樣性價值[7]90；綠色空間的異質性、多樣性和連接度形成的空間格局，對城市生物多樣性具有重要意義[8-11]。

筆者基于風景園林實踐中相關生態(tài)學理論方法應用層面的系統(tǒng)梳理，結合課題組在西北半干旱區(qū)城市場地生境營造的理論與實驗性研究探索，論述生態(tài)學介入規(guī)劃與設計不同空間尺度的匹配關系及研究范式，提出城市生境及其植物群落設計的關鍵問題，探討指向設計實踐的風景園林生態(tài)學研究方法。

1 城市生境特征及其營造途徑

1.1 城市生境內(nèi)涵及特征

以城市生態(tài)學研究視角來解釋城市生境的概念，可理解為以下3個方面。

1）城市生境是指城市范圍內(nèi)維持生命機體生存與繁衍的環(huán)境條件[12]。它可以表現(xiàn)為城市的植被，或植物群落，或生態(tài)系統(tǒng)[13]。大量的城市生態(tài)系統(tǒng)研究從植被的角度切入分析城市生境的形成和特征，因為植物是生態(tài)系統(tǒng)中的主要生產(chǎn)者，也是人類可實施干預的對象。城市生境所表現(xiàn)的植被無論是自生的，還是人類種植的，都可描述為一種植物物種的組成方式及其生長演替所適應的環(huán)境條件。與自然界的生境特點一樣，相同的城市生境類型可具有相同的植被類型。

2）城市生境以城市綠色空間為載體[14]，呈分散、破碎和孤立的分布狀態(tài)，具有典型性強、重復性高的特征。研究表明，生境破碎度是評價自然環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標，但不適于對城市小型、分散綠地的生境質量進行評價。城市生境破碎而孤立，但并不代表其生物多樣性的喪失。城市原有生境的有效保護修復和規(guī)劃設計營建可帶來更為豐富的生物多樣性，直接或間接地服務于人類健康和幸福。

3）城市生境由獨立綠化場地及其空間網(wǎng)絡共同建構。這里既包含了城市建設用地中的綠地系統(tǒng)，也包含其他人工綠化形式，如屋頂綠化等。場地立地條件和綠化方式構成城市綠色空間體系的植被特征，影響著城市生物多樣性的自組織①方式和演替規(guī)律，進而影響城市生態(tài)系統(tǒng)質量。

1.2 城市小尺度生境及其網(wǎng)絡的生態(tài)價值

城市生態(tài)學研究認為城市提供的生態(tài)系統(tǒng)服務依賴于城市生境斑塊的空間排列，特別是斑塊的大小、連通性和異質性[7]92。同時，城市生境尺度依托于建成環(huán)境綠色空間的形態(tài)和結構，具有一定的空間單元層級性和系統(tǒng)性。盡管局部變量（如小型綠化場地）和較大規(guī)模變量（如城市或片區(qū)的綠色空間體系）如何影響城市生物多樣性仍是一個存在爭論的領域，并且城市生物多樣性會隨不同分類單元的規(guī)模依賴性而變化[7]93；但有證據(jù)表明，局部因素，尤其是斑塊的尺寸和質量，對于城市生物多樣性的保護至關重要[15]802,[16-17]。

城市小尺度生境斑塊更加多樣和復雜[18]89，同時，由于城市生境的破碎化和不連續(xù)性，城市物種更多地依賴于城市小尺度環(huán)境的生境空間體系。在小尺度范圍內(nèi)，生境特征、植被結構、管理強度和土壤微環(huán)境等因素可能是決定物種分布的關鍵因素[19]。在許多國家，小尺度綠地是城市綠地與城市生境空間體系的重要組成部分，可提供相當可觀的城市生物多樣性效益。從局部尺度綠地空間的評估成果來看，小尺度綠地更能體現(xiàn)城市綠地空間架構的多樣性，具有改善小氣候的潛力，社會價值較高[20]。同時有研究表明，城市中的小尺度花園是城市生物多樣性保護的重要場所，其互相聯(lián)系所構成的綠色空間網(wǎng)絡能夠在城市多個空間尺度上對生物多樣性發(fā)揮保護作用[7]90。

1.3 城市“生境+植物群落”模式

“生境+群落”是自然生態(tài)系統(tǒng)的基本組成單位[21]，城市綠化場地及空間格局的“生境”與人工干預下的“植物群落”構成城市生態(tài)系統(tǒng)的基本生境單元。城市“生境+植物群落”模式中，綠化場地生境條件可以通過工程技術措施介入場地設計，綠化場地生境條件也稱植物立地條件，即植物及其生存的非生物環(huán)境因子，如氣候、土壤條件、水文等。植物群落可通過人工設計和建植形成。城市建成環(huán)境場地生境的類型化特征可使其被劃分為多種生境類型，而其異質性特征則為多樣化的植物群落建構提供條件。

植物群落是植物個體按照一定結構組成的一個完整的自組織系統(tǒng)[22]，其具有穩(wěn)定提高城市物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務功能的潛力。設計師能夠通過植物的種類、配置、組構和演替創(chuàng)造與生境具有互適性，并且兼具功能性、美觀度和低維護成本的植物群落景觀。由于城市生物多樣性的營造須通過健康的植物群落才能得以實現(xiàn)，因此需要不同種類、配置和組構方式的植物群落來支持。

1.4 城市生境及其植物群落設計研究框架

生態(tài)學科關注生物多樣性及其生境和群落，建筑類學科關注城市綠色空間系統(tǒng)中場地和植物景觀設計，二者共同指向城市生物多樣性及其帶來的城市生態(tài)系統(tǒng)服務功能（圖1）。場地生境條件評價與改善，以及生境的空間網(wǎng)絡建構，可以作為城市綠色空間設計營建與城市生物多樣性評價保護之間轉化的橋梁。課題組基于群落生態(tài)學與場地設計的相關性，提出“生境營造”的概念：基于城市綠化場地中光照和水文等因子主導下的生境類型多樣性和異質性評價，通過豎向和土壤的設計改善，優(yōu)化生境條件，人工建構適宜的植物群落，并連續(xù)2～3年進行群落演替評估和持續(xù)性干預，使植物群落達到一定穩(wěn)態(tài)和景觀效果的設計方法。

2 半干旱區(qū)城市場地生境構建實驗性研究

課題組多年來以西北半干旱地區(qū)城市場地生境及其地被植物群落景觀組構開展大量的調(diào)查、實踐與實驗性研究，探索城市場地生境及其植物群落景觀建構的設計方法，在城市場地生境類型劃分、地被植物群落組構模式、連續(xù)性設計等方面，取得一定的研究成果和經(jīng)驗教訓。

2.1 場地生境類型劃分

城市場地生境類型劃分及營造可通過光照、水文、地形、道路鋪裝和建構筑物的布局與優(yōu)化設計來控制。利用人工建造改善生境因子，營造各類植物群落生長演替的環(huán)境條件，形成展示自然內(nèi)在秩序的空間組織[23]?；谏骋蜃拥睦碚摲治龊蛯嶒灮氐挠^測研究，生境類型劃分依據(jù)主要為日照特點和土壤含水率兩方面的參數(shù)變化對植物群落演替的影響。在城市建成環(huán)境中建構筑物和喬木分布使得場地呈現(xiàn)出高度的光照異質性，而其下墊面特點和豎向關系使場地中的降水再分配，從而在場地形成明顯的干濕分區(qū)。日照特點可根據(jù)場地周邊建筑和喬木分布情況以及場地的緯度計算得出，場地干濕分區(qū)可通過對場地土壤含水率的長期監(jiān)測進行劃分。

課題組以場地日照特點、土壤含水率為劃分依據(jù)對場地生境類型進行初步劃分。通過實驗觀測，驗證并界定影響日照因子的參數(shù)，借助AutoCAD計算機設計軟件平臺，采用C++編程設計工具箱，模擬日照因子影響下的生境分區(qū)[24]。并通過對實驗場地設定監(jiān)測點對其土壤含水率進行監(jiān)測，按照土壤含水率的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以25%的土壤含水率為分界線，將場地劃分為濕地和旱地兩大類[25]。將場地中不同的日照因子和土壤含水率因子進行疊加，可得到陽生旱地、陽生濕地、建筑東照半陽生旱地、建筑東照半陽生濕地、建筑西照半陽生旱地、建筑西照半陽生濕地、植物半陽生旱地、植物半陽生濕地、建筑陰生旱地、建筑陰生濕地、植物陰生旱地和植物陰生濕地12種典型的城市生境類型[26]。

2.2 地被植物群落組構設計

地被植物群落是城市生態(tài)系統(tǒng)中的重要成分，在營造城市生物多樣性方面具有不可替代性。根據(jù)西北半干旱區(qū)生境原型特征調(diào)查，結合實驗研究的可行性，課題組選取地被植物群落組構作為研究對象。

參照場地設計及人體工程學尺度，選取1 m×1 m為基礎樣方。1 m×1 m的樣方即可包含一個完整的地被植物群落生態(tài)系統(tǒng)[27]，相比大體量的喬灌木，這使地被植物群落在破碎化城市綠地中應用更加靈活多樣。草地作為西北地區(qū)重要的自然植被類型[28]，包括灌叢草甸、山地草原、禾草草原、蒿類草原、荒漠草原、林下草地等多種類型[29]，這為城市植物群落設計提供了原型；草地群落的外觀與內(nèi)在的群落結構和種間關系可作為人工植物群落設計的依據(jù)。根據(jù)國內(nèi)外在植物群落設計方面的研究發(fā)現(xiàn)，植物群落建植過程基本劃分為4個步驟：場地準備、植物群落建植、群落演替及管理維護，其中人力與自然力的參與方式不同，植物群落設計可總結為8種模式[18]91。課題組選擇“人工地被植物群落組構（空白場地—人工設計—自然演替—人工管理）”和“自生地被植物群落組構（自生群落—人工改良—自然演替—人工管理）”兩種進行實驗性研究（圖2、3）。群落生態(tài)功能的發(fā)揮依賴于其結構[30]。完善而穩(wěn)定的結構設計有利于群落充分使用場地生境資源，減少空白生態(tài)位（open niche），從而增加群落的抗雜草入侵性（穩(wěn)定性）和生態(tài)效益。

人工地被植物群落組構以群落生態(tài)學中的“層片”理論為依據(jù)，設計上采用“結構層+季節(jié)主題層+地面覆蓋層”3層垂直結構。文獻研究表明，西北地區(qū)自然草地物種豐富度指數(shù)為2.7～6.0[31]，課題組通過調(diào)查獲取西北地區(qū)典型城市不同生境半自然植物群落物種豐富度，其中陽生旱地生境為3～7，陽生濕地生境為2～6，陰生旱地生境為2～5，陰生濕地生境為3～8，均與西北地區(qū)自然草地物種豐富度相吻合，因此人工地被植物群落1 m×1 m樣方物種數(shù)可確定為3～8種。每個樣方群落實驗中選擇1個建群種作為結構層植物，搭配2～3種季節(jié)主題層植物。同時，由于地面覆蓋層具有土壤保濕的重要功能，是人工地被植物群落組構的關鍵，因此在組構實驗中采取礫石和松鱗替代地面覆蓋層植物。人工地被植物群落組構是一種以景觀效果為主、生態(tài)功能為輔的地被植物群落設計模式，適宜于校園綠地、居住區(qū)綠地以及城市開放空間等以景觀效果要求為主、生態(tài)功能訴求為輔的場地。

自生地被植物群落組構采用“限制設計層+美學特征改良層+生態(tài)功能改良層”的分層改良設計方式，以植物群落設計美學原理和種間競爭原理為依據(jù)，向演替中的城市自生植物群落中引入栽培植物，并按照分層的方式對群落進行改良。自生地被植物群落組構能夠在有效利用城市自生植物群落生態(tài)功能的同時兼顧其美學特征，并有潛力成為一種新的植物群落景觀設計模式[32]。這種模式在城市河道生態(tài)修復、簡單式大面積屋頂綠化、濕地公園植物景觀設計等方面具有較好的應用前景。

2.3 街區(qū)尺度城市生境空間格局構建

街區(qū)生境單元是城市生境網(wǎng)絡的重要組成部分，具有典型性、類型化、重復性和可實施性等特點。城市生態(tài)學家指出，整個城市可以看作是一個生態(tài)系統(tǒng)，而城市中的一部分亦然。街區(qū)單元作為構成城市規(guī)劃建設的基本單元，具有可規(guī)劃實施價值。中國現(xiàn)代城市規(guī)劃街區(qū)單元一般由城市道路劃分和圍合，不同用地性質按照規(guī)范設計，空間形態(tài)具有相似性和重復性。同時，典型街區(qū)的尺度（100～500 m）與景觀生態(tài)學研究中最小景觀鑲嵌的尺度（1 km×1 km）范圍相吻合。研究表明，街區(qū)中規(guī)劃綠道、公園和廣場的生態(tài)設計規(guī)模最大范圍約為2 000 m，最佳范圍約為300 m[33-35]。

相比于自然和鄉(xiāng)村景觀，城市街區(qū)景觀鑲嵌體包含的要素較為復雜，其生境主要依托于街區(qū)單元綠色空間體系，與建構筑物和道路鋪裝等人工覆蓋物構成空間圖底關系（圖4）。同時由于規(guī)劃建設單元中的街區(qū)綠地和道路綠地的空間特征趨同，使得城市街區(qū)景觀鑲嵌體具有典型性特征，成為城市生境網(wǎng)絡建構的有效途徑。

街區(qū)單元因用地性質和規(guī)劃建設方式不同而具有不同的空間特征。1）通過城市街區(qū)空間格局、規(guī)劃控制指標及生境條件的理論研究和案例調(diào)研，課題組初步篩選出建筑外環(huán)境空間、公園綠地及廣場空間和濱河及道路帶狀空間3類街區(qū)生境單元。根據(jù)街區(qū)用地性質和建設模式形成的綠色空間結構特性，城市街區(qū)生境單元包含居住建筑小區(qū)、大學校園、辦公商業(yè)街區(qū)、公園綠地、廣場或開放綠地、道路和濱河帶7種空間格局單元類型。2）針對街區(qū)單元中生境綠地率指標、生境綠地空間分布、水文空間過程、城市小氣候分布特征及土壤類型分布特征的影響因子，運用GIS等軟件分析和計算機模擬，建立數(shù)據(jù)庫，提出典型城市街區(qū)生境單元模型（圖5），進而對街區(qū)生境單元中的生境構成要素與場地設計影響因子進行分析，提煉出街區(qū)內(nèi)不同綠地生境斑塊的典型構成要素。3）運用Mapping分析法對街區(qū)生境單元的空間特征，如尺度、規(guī)模、形狀和空間位置等要素進行相關指數(shù)分析，揭示生物多樣性提高與典型空間要素的相關關系。

3 結論與思考

城市生物多樣性的研究存在于多個學科和實踐領域中，針對中國城市綠化建設特點及需求，城市生境及其植物群落設計可作為風景園林學科介入城市生物多樣性研究的切入點，該領域研究的核心問題在于：

1）生態(tài)學與風景園林學之間研究范式的轉化，需要將生態(tài)學研究變量及變量關系轉化為設計變量及變量關系，即設計要素和要素之間的關系。

在實踐應用中需將生態(tài)系統(tǒng)的空間性表達出來，因此基于設計的生態(tài)學知識原理轉化研究顯得尤為重要。學科交叉時研究范式必須進行橋梁式的轉換，尋找“橋梁”是該領域研究的關鍵。課題組提出的城市建成環(huán)境的生境營造研究方法將生態(tài)學研究變量及變量關系轉化為設計變量及變量關系，旨在人工營建適宜生物群落自然演替的場地生境條件及城市基本生境單元，通過適生群落棲息地所構成的多樣化城市綠地空間形成人工干預下安全的城市化生態(tài)過程[36]。

2）“生境+植物群落”景觀建構的實驗性研究方法是理論與實踐之間的轉化的途徑。

風景園林是注重實踐的學科，其根本的使命在于實踐。實驗性研究是設計研究中“設計即是研究”的一種類型。針對生態(tài)問題，國際設計界近年出現(xiàn)了幾個新的詞匯“試驗設計學”“設計生態(tài)學”等。這些說法的核心就是設計項目是生態(tài)理論嘗試的過程與途徑，空間設計可以作為理論科研的小型“試驗場”[37]13。這樣的研究成果必須要在實踐中獲得，而實驗性研究就是一種成本更低的研究途徑。實驗性研究可模擬、可重復、可控制，也可接受實驗的失敗?！霸囼炘O計”強調(diào)小尺度而非大規(guī)模的設計、強調(diào)以理論為依據(jù)而非僅假設的設計、強調(diào)風險可控避免不計后果的設計。國外有學者也將此稱作即使失敗也很安全（safe to fail）的設計[37]13。以實驗設計為基礎的空間建構與未來設計是風景園林專業(yè)的強項與核心，也是能夠和其他學科對接的焦點[38]。

課題組近5年實驗實踐研究發(fā)現(xiàn)，大量非傳統(tǒng)園藝植物和野生植物具有良好的適應性和視覺景觀效果，但市場苗源相對匱乏，對其引種育苗，并進一步進行群落組構實驗和推廣工作亟待開展。與此同時，如何基于社會—生態(tài)系統(tǒng)視角探索公眾對于城市生物多樣性感知方式和視覺審美偏好及其在不同地域文化和社會經(jīng)濟群體間的差異將是下一步研究的重點。

3）建立城市建設與城市生態(tài)系統(tǒng)之間的空間匹配關系。

城市生態(tài)環(huán)境建設是風景園林學科的重要命題，適宜該尺度的生態(tài)學知識轉化研究和生態(tài)設計研究應該被重視。景觀生態(tài)學提供了城市綠地生態(tài)學所需要的多尺度空間的理論和工具，但針對城市綠色空間生物多樣性保護，仍需要繼續(xù)研究物種生活史以及物種對當?shù)睾途坝^因素的反應[15]802。不同的種群在不同空間尺度上感知并響應景觀結構，這取決于種群物種的移動能力、生活史特征、生命階段和物種季節(jié)等諸多因素[7]93,[39]。但是，城市規(guī)劃建設與生態(tài)過程尺度層級不匹配在城市生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在。對于一些分類群（例如土壤生物），其部分種群可在小尺度花園中生存和活動，然而許多提供重要生態(tài)系統(tǒng)服務（例如授粉和種子傳播）的大型或移動分類群在比單個花園（即花園群和相鄰的城市綠地）更廣泛的范圍內(nèi)活動。為適當考慮多數(shù)分類群的規(guī)模依賴性，很可能需要在多個空間尺度上進行研究和管理[7]93。

城市生態(tài)系統(tǒng)各層次尺度中，街區(qū)單元中的綠化場地因具有生境多樣、分布廣、重復性高的特點而具有普遍性價值。街區(qū)單元作為城市生境單元，只有街區(qū)內(nèi)破碎化綠化用地的植物群落多樣性豐富且綠地之間生態(tài)學意義上具有有效連通性，才能發(fā)揮更大的生態(tài)效益?；谧钚〕杀韭窂椒?，以障礙影響指數(shù)、景觀連接度指數(shù)或景觀結構指數(shù)等為主要影響因子進行計算分析，可建立城市街區(qū)生境單元網(wǎng)絡建設的優(yōu)化指標。

筆者通過建構風景園林學科在城市生境及其植物群落設計領域的基礎理論和研究框架，探索指向風景園林規(guī)劃設計的城市生物多樣性營建方法，旨在解決中國城市綠化設計方式單一、綠色空間和生境資源浪費的現(xiàn)實問題，進而為城市生境營造和修復提供契機，使城市綠色空間在提高城市生物多樣性的同時，提供更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)服務功能，為人類健康和福祉做出持續(xù)貢獻。

注釋(Note)：

① 自組織（self-organizing）的概念來源于“生態(tài)系統(tǒng)的自組織”，即生態(tài)系統(tǒng)這一開放系統(tǒng)，通過與外界進行物質及能量交換，自發(fā)調(diào)整生物與環(huán)境及生物與生物的關系，建立起相互聯(lián)系、相互依賴并能完成特定功能的有序結構，且擁有不斷向前發(fā)展和進化的自然過程和行為。

圖片來源(Sources of Figures)：

圖3-1由李倉拴拍攝，其他圖片均由作者繪制或拍攝。