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    景观生态学作为可持续景观规划的框架

    关键词:风景园林;可持续;空间规划;蓝色/绿色基础设施;城市野生动物;栖息地连通性

    Key words:landscape architecture; sustainability; spatial planning; blue/green infrastructure; urban wildlife; habitat connectivity

    摘要:现今人类社会面临着广泛的挑战。这些挑战多数都与人类生存和土地利用对自然及自然资源所产生的影响有关。为确保人类以及与我们共享这个星球的其他生物的未来福祉,我们需要提高人类行动的可持续性。风景园林师、景观规划师以及景观生态学家所从事的专业都与土地利用的空间组织密切相关,因此他们之间的更多合作能够为此作出重要贡献。景观生态学是一门致力于揭示空间格局和生态过程之间联系的学科。风景园林师与规划师致力于为人类环境设计出最优的空间解决方案。通过建立在生态功能化之上的对人类长期福祉形成的共识,可持续性将这两者联系起来。然而,尽管这种联系明显存在,但目前,景观生态学的科学研究成果仍然很少应用在景观规划的实践中。以奥姆斯特德早期设计的美国波士顿翡翠公园网络系统为例,探讨景观规划设计中景观生态学可以发挥促进作用的各个方面。

    Abstract:Human societies face a wide range of challenges. Many of these are related to our use of land and the effects of our existence on nature and natural resources. To ensure future wellbeing for ourselves and the species with which we share this planet, we need to increase the sustainability of our actions. More cooperation between landscape architects, landscape planners and landscape ecologists may contribute to this. These professions are all concerned with the spatial organisation of land uses. Landscape ecology is a scientific discipline dedicated to uncovering the links between spatial pattern and ecological processes. Landscape architects and planners aim to design optimal spatial solutions for human environments. Sustainability links the two, through the recognition that long-term human welfare is dependent upon ecological functioning. Yet in spite of these obvious links, there is currently little use of the scientific findings of landscape ecology in real-world landscape planning. Using the early example of Olmsted's design of the Emerald Network park system of Boston, USA, we discuss various aspects of landscape design and planning where we feel landscape ecology can contribute.

    内容:1  引言
    1.1  什么是景观生态学
    景观生态学是一门较新的科学学科。虽然这个词最早在20世纪30年代末期由德国地理学家Carl Troll提出[1],但直到20世纪80年代,伴随着1982年国际景观生态学会的建立(IALE,www.iale.org)和Forman与Godron所著的《景观生态学》一书的出版(1986年),其才得到广泛认可。与生态学的其他分支相比,景观生态学的突出特点在于基于应用的视角,并更加关注人类和人类活动对自然世界的结构与功能所产生的影响。当然,它们包括景观的变化以及这些变化产生的影响,无论这些变化是由诸如规划设计等的人为因素引起的,还是由诸如生态演替等的自然因素引起的。
    景观生态学是生态学中以空间为导向的一个分支,景观被看作是不同土地类型所构成的综合体,它包括以“基质”为背景的“斑块”和线性空间要素(廊道)[2]。景观当中究竟什么能够被确切地标示为斑块、线性空间和基质,这取决于生物类型、研究目的以及空间尺度的变化[3]。对景观要素、景观构成以及空间组织的关注是风景园林和规划专业人士的共同关注和兴趣。
    1.2  景观生态与规划的联系
    景观生态学旨在确定现实世界中的问题,并找到解决方案,因此被认为是一门应用科学[4-6]。从景观生态学家的视角来看,景观生态学的科学研究成果需要通过风景园林师和景观规划师应用到实践中。这些领域当中的“共同点”在于对空间格局的关注以及对景观要素空间组织的重要性的认识。
    在景观生态学中,人们相信几乎所有尺度景观的要素与构成都对与我们共存的大多数物种的长期生存产生影响。在景观规划中,景观的空间要素与构成影响着人类作用下的景观功能的发挥效能,空间规划旨在“尽可能高效率与高效能地配置不同土地利用的功能与行为”[7]。因此,景观生态学和景观规划学之间的联系源于认识到生态功能对人类至关重要的作用。因此,可持续的景观规划,必须在配置土地利用时将生态功能考虑在其中。
    1.3  什么是可持续性
    可持续发展的概念随着联合国世界委员会环境与发展相关工作的开展和题为《我们共同的未来》[8]的报告而得到广泛认同。简言之,可持续发展是指既满足当代人的需求和愿望,又不损害后代人满足其需求的发展能力[8]。正如White所说,自该定义形成以来已经产生了超过100种的相关定义[9]。
    尽管在解释上存在细微差别,但对可持续发展的愿望已经达成广泛的共识[10-11]。大家也一致认为,可持续发展包括社会、环境和经济3个主要组成部分。在企业界这3个方面更明确地被认为是“人类、地球和利润”[12]。从长远来看,可持续发展的这3个方面是彼此依赖的。
    景观规划师的核心任务之一就是平衡广泛利益相关者的利益,以维护长远的社会整体利益。这就需要更好地理解不同景观规划方案所具有的社会、环境和经济影响。谈到生态学,相关研究表明一些科学发现在应用到实际管理或解决问题时存在不足[13]。这不仅包括缺乏从景观生态学到景观规划应用成果的整体性,也包括缺乏规划实施的有效性[14-16]。因此,景观生态学理论在景观规划实际应用中并没有得到很好的检验,因而也很难有机会进一步学习与提升。
    对此,为进一步加强景观生态学和景观规划之间的联系,人们已经提出各种各样的解决方案。Botequilha和Ahern[17]提出在可持续景观规划中使用景观指数。Termorshuizen和Opdam[18]建议用“景观服务”来作为景观生态学和可持续景观规划之间的桥梁。Nassauer 和Opdam[19]提出在景观范式中融合内涵式设计。McAlpine等[20]认为突出以解决问题为导向的途径可以有效增强在可持续景观规划中景观生态学的作用。此外,我们相信,景观生态学家和景观规划师与设计师之间有必要更好地进行对话。这不仅包括景观生态学家更好地理解和认识规划实践的过程和机理,也包括与风景园林师和规划师更广泛地交流景观生态学的研究结果。这种知识转移可以通过共同努力来找到切实可行的规划方案,理想情况下,还可以通过监测、评估和出版研究成果来实现。
    2  景观生态学可以为景观规划做些什么
    在讨论生态与设计之间的联系时,有一个广为熟知的案例,它早在现代术语和概念被定义之前就已经存在了。被誉为“风景园林之父”的奥姆斯特德,在19世纪末期创建了波士顿“翡翠项链”公园系统。他设计了一个由沿河绿色廊道连接绿地空间(斑块)构成的系统(图1)。这个天才的举动不仅是基于对美学和人类需求的理解,更是基于在景观尺度结构上对于蓝色/绿色基础设施功能实现的重要作用。奥姆斯特德进一步尝试在单一公园系统设计中考虑多种景观功能的设计。其中,“翡翠项链”中的后湾沼泽湿地(The Back Bay Fens)的公园部分,在奥姆斯特德时期是一个潮汐沼泽和一条受到废水污染并面临着洪水威胁的溪流。这不仅极度缺乏吸引力,更存在一些健康问题(www.emeraldnecklace.org)。奥姆斯特德认识到,恢复沼泽地的生态功能有利于改善公共卫生,并且能把这片区域从一个问题地区转化为一个游憩资源区。在为“翡翠项链”工作的将近20年间(1878—1896年),奥姆斯特德以一系列绿地空间和开放空间的形式设计了很多主动或被动游憩休闲场所。回顾起来,奥姆斯特德的设计是景观生态学在实践应用中的典型案例。
    2.1  斑块:镶嵌在项链上的“宝石”
    “翡翠项链”体现了后来在景观生态学框架内得到明确发展的很多概念。最核心的显然是翡翠宝石本身:斑块。对于任何给定的物种,栖息地斑块是为满足诸如觅食、栖息或配偶等基本需求提供合适条件的区域。某些情况下,单个斑块可能满足所有需求,而在其他情况下,物种可能在一天当中的不同时候(如喂养或休息)或一年中的不同季节(如繁殖或越冬)在斑块之间迁徙。
    一般而言,景观中的一些斑块可能非常明显,比如一个池塘;而另一些斑块可能更难被人们划定。比如对观察者而言,一块草地可能看起来是均质的,但对于某些特定的植物物种来说,可能会因为对土壤类型或湿度条件的特定需求而被限制在草地中的特定斑块中。同样的,蝴蝶幼虫可能会因为觅食而被限制在某种宿主植物上。
    在城市环境中,斑块的概念经常被简单地与城市肌理中明显的“绿色”斑块联系到一起。这些可能包括许多不同类型的绿色区域,比如公园、花园、草坪,居住区附属绿地,商业附属绿地,工业附属绿地,以及学校、养老院等机构周边和墓地墓园内部的绿地。近期还可能将绿墙或屋顶花园等纳入“宝石”的范畴中。所有这些斑块可能结合成为一个显著的区域,并且集合起来为大量物种提供栖息地[21]。并且重要的是,这些斑块会具有不同的特性,因而能够支撑不同的物种,并具有不同的生态价值。例如,一块经过修整的草坪与“翡翠项链”中的一块便宜的长有本土花卉的草地相比,就相当于一块生态沙漠。因而,管理中的微小差异可以对“翡翠项链”的生态功能和价值产生较大影响[22]。
    2.2  确保连通性:连接“宝石”
    使得“翡翠项链”具有突出景观生态学设计特征的是这些“宝石”——绿色斑块,它们是由河流水道和与之连接的滨水带组成的蓝色/绿色廊道连接到一起的。如今,蓝色/绿色基础设施由于其提供的多种服务功能而成为一个备受研究者和风景园林师、规划师广泛关注的概念[23]。从景观生态学的角度来看,线性景观结构在为动物和植物(如花粉或种子)在斑块之间的流动提供通道的时候可以发挥廊道功能。流动对于大多数物种在其生命周期中的某些阶段是非常重要的。栖息地斑块的连通性已经获得了大量研究的关注,不仅基于特定物种或种群及其保护的视角,也与诸如为应对气候变化而迁徙到新区域等的大规模变化相关[24-27]。
    线性要素提高栖息地斑块连通性的程度取决于所涉及的物种。有些物种会沿着一条狭窄的走廊移动,甚至可以跨越非栖息地的间隙。而另一些物种则需要一条很宽的、受到外界干扰最小的廊道。如果某条廊道的目的是为了确保特定物种的流动,那这种流动就是设计成功与否的标准。当涉及生存环境的差距、宽度、廊道的曲率和廊道内栖息地的多样性时,不同物种也许具有不同的耐受性。为某一类特定的物种创造最佳生存廊道将需要了解该物种的更多信息。通常情况下,目标将是为更多物种提供生存廊道,在这种情况下为比较敏感的物种设计的廊道也要确保能够被其他物种利用。例如,野生动物立交桥的设计宗旨是使驼鹿(Alces alces)穿越主要道路,但该桥通常也会被包括狐狸、獾和狍在内的其他物种利用[28-29]。
    在栖息地连通性的诸多因素中,要牢记更广泛景观的重要性。廊道连接什么?物种的个体从哪来,又到哪去?Forman[30]曾经提供了关于空间规划和景观元素组织的若干建议。他专注于自己提出的若干个“必要的格局”,主要包括一些大型斑块、主要的植被覆盖的溪流或河流廊道以及基质内部具有连通性和异质性的“碎片化的自然斑块”。这种思维方式长期以来已被设计和规划行业所熟悉。依据Ndubisi的观点,奥姆斯特德将景观视为生命体,他的一些设计作品综合反映出人与自然环境区域双向持续的相互作用。我们相信,景观生态学应当在这样的相互作用中作出相应的贡献。
    2.3  破碎化
    一些线性元素如河流、道路和铁路等[31]往往充当屏障的作用,而不是廊道。虽然这些元素本身具有高度连接性,但是它们能够有效地使其周围的景观破碎化。例如,一条新的道路可将之前连接的栖息地划分成许多小碎片(图2),栖息地便因此丧失了很多功能[32]。栖息地破碎化是公认的威胁全球生物多样性的主要原因之一[33]。
    虽然有些场地的碎片化是难以避免的,但是景观生态研究表明,设计可有效地减少破碎化造成的负面影响。例如,地上跨越式或地下通道可以帮助野生动物穿越主要道路[28]。重要的是,连接性既取决于栖息地的结构连续性,同时也取决于动物个体跨越非栖息地的能力或意愿。某些土地覆被类型,对于一些物种来说,可能几乎不可能生存其中或者跨越;但是对于其他一些物种来说则会在这种土地覆被中茁壮成长。因此,任何类型的土地类型对于不同的物种或种群都需要考虑不同的阻力或不同的渗透性。一个设计好的蓝色/绿色基础设施能够为许多物种在城市环境和非栖息地的基质景观中的移动和生存提供可能性。
    由于运动增加了空间的弹性,因此连通性常常被认为是一件好事。如果一个物种应当从一个斑块中消失,那么连接性将使物种重新定居下来。然而,在某些情况下,高连通性可能是一个缺点,例如,攻击性入侵物种的快速扩张,如喜马拉雅凤仙花(Impatiens glandulifera)或大豕草(Heracleum mantegazzianum)可沿着水道迅速蔓延。因此,进行蓝色/绿色基础设施的规划需要考虑景观物种之间的利害关系。
    2.4  边缘
    由于边缘与破碎化之间的紧密关系,景观生态研究已经对边缘开展了大量研究。一般来说,破碎化产生了大量边缘空间。在制图上边缘表现为一条狭窄的线性空间,但是在现实的生态环境中边缘常常是相互影响的一条作用带,是光线条件、温度、湿度、风速等因素或多或少渐变的区域。这些非生物的边缘效应会对物种的形成与聚集产生影响。从边缘到栖息地内部的这种边缘效应能够被关注的程度取决于栖息地类型、边缘的特征和物种的差异。我们可以通过研究甲虫类物种从边界向森林近1km的分布规律来说明这些效应的巨大性[34]。
    边缘效应对于景观规划来说十分重要。其中最重要的方面是当斑块破碎化后,边缘效应是如何影响那些剩余的适宜栖息地的。对那些排斥边缘环境的物种,有效的残余斑块要比从地图上看起来应有的范围小得多。另一些物种则沿边缘茁壮成长,并且会因为边缘的变化而受益。然而,由于自然栖息地大面积、持续的破碎化,边缘物种一般不会是特定保护计划中的物种。
    在景观设计的过程中,边缘的位置及其设计方式是十分重要的。边缘可能是曲线形式也可能是直线形式,边缘形态将对边缘两侧栖息地造成影响,甚至是穿过森林的狭窄的开放型廊道,例如附带的一条小路,都将形成边缘和边缘效应(图3)。
    2.5  被遗忘的/被忽视的宝石
    除了城市区域中规划的和精心设计的绿色斑块,如公园或纪念性场所,没有被认识到但潜在价值突出的构成就是残余的植被斑块或在长期持续的开发或城市转型工程中野生动物临时的栖息地斑块。最近一项英国棕地研究在此类区域发现了大量罕见的昆虫类物种[35],并且得出结论:这些管理中容易被忽略的区域对当地生物多样性非常重要。其他看起来单个意义不大但构成整体蓝色/绿色基础设施体系的小斑块主要包括绿墙、绿色屋顶、街道设施和雨水花园等。私家花园和都市农业斑块等一些不包含在公共管理体系中的其他斑块,也应当考虑成为潜在翡翠项链中的宝石。因此,我们认为,总体来看斑块数量和多样性总数以及斑块间的连接性是规划和设计过程中的关键部分。这个结果将在之后的决策过程中予以应用。
    景观生态学的研究表明,将宝石连接为整体的翡翠项链将会增加我们周边环境的生态多样性,在面积更大和连接度更高的斑块中具有更多的物种。并且在不同环境下蓝色/绿色基础设施的功能仍需要进一步的研究。景观生态学规划和设计中的理念和科研成果的应用将会提供有用的实践反馈。在现实情况下的理论和原理的测试将形成更加细微的指南,并在新的应用中进一步得到测试和验证。我们同意Ndubisi提出的关于“关注交互生态系统作用下对空间变化的理解,在此基础上景观生态学提供了关于建立可持续景观途径的理念交换的一种模板”[36]的优化思想。我们认为可持续发展是理想的状态,并且针对可持续发展要求所有的规划都应当进行相应评估。
    2.6  景观指标——衡量和比较
    随着与景观功能相关的科学知识的增加,人们也越发专注于工具的开发,特别是在景观格局和景观衡量指标方面表现出了相当大的努力和兴趣[37-39]。这些衡量指标背后的努力使得景观空间组织进行了标准化和定量化的工作,因此,在景观之间或者不同时期段,对某一特定景观进行可靠的、清晰的比较。这些衡量指标同样可以为建立空间格局和物种形成提供良好基础。
    如今,大量已经存在的衡量措施可以在景观量化方面提供帮助。一些措施已经存在有效方法,如Fragstats TM[37]方法。并且很多方法都适用于评估不同景观之间或同一景观不同规划前后的相同性和差异性。然而,这些方法应当慎用。理解什么是实际需要衡量的并且建立研究目标和指数应用之间正确的关系是十分重要的。

    3  连接科学与应用
    3.1  团队中包括景观生态学家
    Franklin[40]认为,可持续性是一个没有人知道该如何实现,且被用作探索性过程来解释可持续规划和设计的一个目标;在其中我们边做边学,观察和记录行动不断变化的条件和后果。这很好地关联到了适宜性管理的理念[41],并被命名为“边做边学”。在我们的角度看来,景观生态学、景观设计和规划的整合对实现更加可持续的土地利用是一个机会,而这将需要超越传统科学的边界的合作,这一点是毫无疑问的需求趋势。然而,我们相信这也将是令人兴奋的和有意义的。
    虽然景观生态的科学性为不断提高规划决策的可持续提供了巨大的潜力,但其在现实世界的复杂性往往意味着这种潜力在实践中是不现实的。我们认为,景观生态学家和景观规划师之间更好地沟通对于提高规划解决方案的生态可持续性十分重要。每一个规划都具有唯一性并且对环境具有很强的依赖性,需要大量环境数据的解读。根据我们的经验,人们往往集中关注项目环境问题中的水、能源、废物回收利用和生态毒理学等方面的内容,却很少关注影响生物多样性的景观空间效应方面的问题。有时生态学家在项目开始阶段作为项目的顾问参与,但是在项目继续发展阶段却没有参与其中。物种调查没有获得如何建立优先分级的任何建议,并且生态学家更倾向于占领道德制高点,而不会对任何导致栖息地丧失的建议负责。相反的,比较大的公司和机构往往有跨学科的团队并鼓励其参与整个规划过程,但是结果依旧是强调人与利益,而不是我们的地球。规划师可以要求项目业主考虑景观尺度的生态效应,或至少在项目无法完成生态效应分析时清晰地记录其原因,通过以上2个途径来改变这种境况。现今着眼于将气候响应和生命周期与可持续性相结合的研究持续增强,我们希望对景观生态学的意识也将会不断增强。
    3.2  可持续性需要景观尺度分析
    一方面,景观生态学强调大区域的空间结构以及其内部一些狭窄的廊道为某些物种保持功能上的连接性所扮演的角色。另一方面,风景园林师却常常从事场地空间更为有限的项目设计。虽然设计中有望进一步考虑到工程附近的区域,但是在工程实践中常常因为没有资金支持或不被接受而无法进一步开展更广阔范围的景观生态分析。这是一个极其严峻的挑战。景观中任何因规划形成的变化都必须基于更大范围内的景观效应分析。景观应该适应(或阻碍)风、水、能源和物种的流动。评估潜在的水的流动就需要考虑整个流域。类似的,要评估某种物种定居或重新定居的潜在趋势就需要考虑特定规划项目边界范围以外的栖息地格局和连通性。当然,并非所有的物种都能够适应所有的环境,也不是所有的斑块都有必要连接在一起。然而遗憾的是,没有一个规划方案能够适合所有的情况。对于所有新项目来说,景观、物种与景观环境都是不同的。
    那么,如何作出最好的决定?理想情况下,生态学家和规划师应共同努力来探讨各种选择并寻求解决方案。通过共同工作可以分析生态和规划方面存在的不足,通过共同工作可以一起与项目业主和官方分析讨论境况改善的具体内容。通过共同工作可以积极探讨成功与失败的经验,从而为下一个项目的改善提供理论与知识基础。

    4  结论
    奥姆斯特德设计翡翠项链是在景观生态学和地理信息系统发展起来之前。自19世纪奥姆斯特德时期,以景观生态学的名义发展起了一个完整的科学调查研究领域。尤其是在麦克哈格的研究工作之后[42],发展起了一系列识别和量化景观适宜性和功能研究的方法与技术。然而,一个多世纪以来,翡翠项链依然是景观生态实践的最佳范例。奥姆斯特德认为公园是“文明自我保护的本能”。此后,一系列科学证据支持了这种保护本能,证明了蓝色/绿色基础设施对于生态、社会和经济可持续发展的所有方面的重要性。奥姆斯特德应用的相对整体化和定性化的方法被证明是成功的。
    奥姆斯特德的成功表明可以应用某些一般性原理。我们知道景观要素的类型及其突出的特点(尺寸,形状,构成,连接性以及与相邻斑块的距离,等)都影响其在风景园林中的功能发挥。曲线型的斑块将会为边缘适生物种提供栖息地,而对于不适宜在边缘生存的物种来说,那些圆形的斑块将更适宜他们生存。物理结构中的连通结构,如项链,将会影响物种在景观中移动的能力,障碍物的存在可能会阻碍这种运动,廊道可以减缓碎片化效应。在诸如景观生态学科学研究成果的基础上,此类信息有助于提高新设计和新规划方法的生态可持续性,尤其是生态知识可能会激发对未来景观具有重要影响力的规划设计行业的创造力,因此需要依据我们所面临的诸多环境问题来确定新的解决方案和途径。
    随着对景观功能化的理解深入和知识积累,尤其是空间格局和景观功能之间联系的建立,一些应用设计原理的案例应运而生[43-45]。我们的信念是,如果设计者、规划师与景观生态学家一起应用和验证这些原理,从现实状况和问题中寻求新的发现,他们的共同努力就能够对可持续发展科学和景观规划的可持续性作出显著贡献。

    致谢:本文在挪威研究理事会项目“可持续城市土地利用和规划”(220561)的联合资助下完成。


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    (编辑/李旻 王一兰)