從空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程的關(guān)系角度看自然

莊優(yōu)波/ZHUANG Youbo

從空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程的關(guān)系角度看自然

莊優(yōu)波/ZHUANG Youbo

來自生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的空間結(jié)構(gòu)與生態(tài)過程的關(guān)系模型，是風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)處理生態(tài)問題的重要依據(jù)。為了在龐雜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)踐案例中對(duì)關(guān)系模型進(jìn)行更加系統(tǒng)化的解讀和積累，嘗試將關(guān)系模型總結(jié)為3種類型：基本原理型、案例知識(shí)型、落地方法型，并分析了各自特點(diǎn)、典型案例和相互關(guān)系。

空間結(jié)構(gòu)，生態(tài)過程，自然，關(guān)系模型

1 研究背景：用空間結(jié)構(gòu)的語匯搭建兩個(gè)學(xué)科聯(lián)系的橋梁

以解決生態(tài)問題為己任、直面當(dāng)前的生態(tài)危機(jī)，是風(fēng)景園林學(xué)立足于學(xué)科之林、并脫穎而出的重要途徑。風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)是一門應(yīng)用學(xué)科，要解決生態(tài)問題，在認(rèn)識(shí)論方面，要學(xué)習(xí)借鑒生態(tài)學(xué)領(lǐng)域已有的研究成果。

對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域來說，如何建立兩個(gè)學(xué)科的聯(lián)系，從而更好地借鑒生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究成果呢？生態(tài)學(xué)有自己的一套語匯：主要是生態(tài)過程，如環(huán)境中水循環(huán)的蒸發(fā)、降雨、匯流過程，動(dòng)植物的棲息、繁殖、遷徙過程，以及文化過程等。近幾年，隨著應(yīng)用生態(tài)學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展，生態(tài)過程的空間因素受到越來越多的重視，如棲息地的面積、遷徙的路線等。風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)也有自己的一套語匯，主要是空間語言，包括土地利用的類型、布局和規(guī)模，地形、植被、水體的面積、形狀、剖面、相互關(guān)系等。巴特·約翰遜（Bart Johnson）認(rèn)為，在這兩個(gè)學(xué)科中找到相同的語匯比較重要，同時(shí)提出，盡管兩個(gè)學(xué)科特征存在較多的差異性，但是兩者也能找到共同點(diǎn)，即空間語言[1]。比如，凱文·林奇在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中認(rèn)為城市可以由節(jié)點(diǎn)、地標(biāo)、路徑、分區(qū)、邊界等要素進(jìn)行描述；而在景觀生態(tài)學(xué)里則提出通過斑塊、廊道、基質(zhì)、邊緣等要素來描述景觀，兩者的語言相近，成為兩個(gè)學(xué)科潛在的交流平臺(tái)（圖1）。

規(guī)劃設(shè)計(jì)的一個(gè)重要目標(biāo)在于，保護(hù)景觀中的自然生態(tài)過程和功能，或減少人類對(duì)自然生態(tài)過程和功能的負(fù)面影響。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)很難直接作用于生態(tài)過程，一般都是間接作用，借助兩個(gè)領(lǐng)域空間語言的相似性，通過調(diào)整空間布局、結(jié)構(gòu)，從而調(diào)整生態(tài)結(jié)構(gòu)，最后起到調(diào)整生態(tài)過程和功能的目的（圖2）。

那么，景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)該怎么調(diào)整空間布局、結(jié)構(gòu)呢，調(diào)整哪些結(jié)構(gòu)要素、在哪些空間位置調(diào)整、調(diào)整的規(guī)模多大？在此過程中，到生態(tài)學(xué)領(lǐng)域去尋找可供借鑒的空間結(jié)構(gòu)與生態(tài)過程的關(guān)系模型，是景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)處理生態(tài)問題的重要依據(jù)?；趯?shí)地觀察、實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，經(jīng)典生態(tài)學(xué)有很多描述自然生態(tài)過程空間特征的案例，而且隨著1980年代景觀生態(tài)學(xué)的大發(fā)展，對(duì)景觀結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程關(guān)系的研究更加豐富，涉及不同時(shí)空尺度和生態(tài)類型。

2 解讀空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程的關(guān)系模型中遇到的難題

筆者參與了近10年的研究生生態(tài)學(xué)助教和教學(xué)工作，了解到風(fēng)景園林學(xué)專業(yè)的研究生中，建筑學(xué)、城市規(guī)劃、環(huán)境藝術(shù)等背景的一部分學(xué)生的生態(tài)學(xué)知識(shí)是比較缺乏的。盡管生態(tài)學(xué)領(lǐng)域有很多空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程的關(guān)系模型可供借鑒，但是目前尚無專門介紹這些關(guān)系的教材，大量、龐雜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)踐案例信息分散在各個(gè)版本生態(tài)學(xué)教材的各個(gè)章節(jié)中。因此，這些學(xué)生熟悉生態(tài)學(xué)語匯、積累知識(shí)和方法的過程是比較漫長的，并有一定盲目性。如何將空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程的信息進(jìn)行系統(tǒng)化，形成一個(gè)解讀學(xué)習(xí)的框架，在此基礎(chǔ)上逐步積累充實(shí)，從而在面對(duì)不同生態(tài)問題時(shí)能夠得心應(yīng)手，是

教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中一個(gè)很大的難題。

1 兩個(gè)學(xué)科潛在的共同語言（圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]：318）

2 生態(tài)學(xué)領(lǐng)域和規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域關(guān)系示意圖

3 將空間結(jié)構(gòu)與生態(tài)過程的關(guān)系模型分為3類

為了將空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程的信息更好地進(jìn)行系統(tǒng)化，筆者通過分析生態(tài)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)，以及以往景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)踐案例，嘗試將空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程的關(guān)系模型大致總結(jié)為3種類型：基本原理型關(guān)系模型，案例知識(shí)型關(guān)系模型，落地方法型關(guān)系模型。

3.1 基本原理型關(guān)系模型

基本原理型關(guān)系模型的特點(diǎn)在于：定性描述的空間結(jié)構(gòu)——籠統(tǒng)描述的生態(tài)過程。這一類模型旨在揭示空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程之間具有普遍意義的基本規(guī)則。往往由經(jīng)驗(yàn)豐富的生態(tài)學(xué)家對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)過程在大量觀察、實(shí)踐的基礎(chǔ)上，經(jīng)過歸納、概括而得出，具有普遍適用性；但是，由于其不針對(duì)特定的生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)過程，包含的生態(tài)案例知識(shí)少，與實(shí)際地段的符合程度較低，在應(yīng)用中需要根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況將其具體化。

這一類模型最典型的體現(xiàn)為：被稱為“美國景觀生態(tài)學(xué)之父”的理查德·福爾曼（Richard Forman）在《土地鑲嵌》（land mosaics）提出的最佳景觀格局模式（圖3），包括幾個(gè)大型的自然植被斑塊，作為物種生存和水源涵養(yǎng)所必需的自然棲息環(huán)境，有足夠?qū)捄鸵欢〝?shù)目的廊道，用以保護(hù)水系和滿足物種空間運(yùn)動(dòng)的需要，在建成區(qū)里有一些小的自然斑塊和廊道，用以保證景觀的異質(zhì)性[2]。他認(rèn)為，這一優(yōu)先格局在生態(tài)功能上具有不可替代性，是所有景觀規(guī)劃的一個(gè)基礎(chǔ)格局。

在這種關(guān)系模型的指導(dǎo)下，很多規(guī)劃設(shè)計(jì)在實(shí)際地段中模擬了類似的空間結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的生態(tài)過程和生態(tài)功能。例如，福爾曼自己主持的波士頓康科德（Concord）鎮(zhèn)的開放空間規(guī)劃[3]、西班牙巴塞羅那區(qū)域規(guī)劃[4]等。

另外，理查德·福爾曼在《景觀和土地利用規(guī)劃中的景觀生態(tài)學(xué)原理》中總結(jié)了4大類55個(gè)原理，說明斑塊、邊緣、廊道、鑲嵌體等空間結(jié)構(gòu)與生態(tài)過程、功能的關(guān)系，并用簡(jiǎn)明的圖示形式表達(dá)，也是這一關(guān)系模型的典型體現(xiàn)[5]。很多規(guī)劃設(shè)計(jì)在實(shí)際地段中模擬了其中的空間結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的生態(tài)過程和生態(tài)功能。例如，斑塊原理5：斑塊面積越大，呈現(xiàn)多樣的生境類型的可能性就越高，物種多樣性也就越高。AECOM在波特蘭市的住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目[6]，在生態(tài)方面遵循了這一關(guān)系模型，獲得了ASLA2011年規(guī)劃設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。

3 最佳景觀格局模式（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]: 452）

3.2 案例知識(shí)型關(guān)系模型

案例知識(shí)型關(guān)系模型的特點(diǎn)在于：定性/定量描述的空間結(jié)構(gòu)——特定的生態(tài)過程。往往由生態(tài)學(xué)家對(duì)某一特定生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)過程在大量觀察、實(shí)踐的基礎(chǔ)上，經(jīng)過歸納、概括而得出。由于對(duì)特定生態(tài)過程和空間結(jié)構(gòu)的描述往往結(jié)合了具體案例，因此生態(tài)學(xué)信息最為豐富；在實(shí)際地段應(yīng)用的落地性也比較強(qiáng)。學(xué)習(xí)過程中收集到這一類關(guān)系模型的量通常非常大，可以對(duì)其進(jìn)一步細(xì)分，例如依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)類型（山地-平原-濕地等）、生態(tài)過程類型（水文-大氣-植物-動(dòng)物-人文等）、空間結(jié)構(gòu)尺度（區(qū)域-景觀-生態(tài)系統(tǒng)-群落-物種等）、空間結(jié)構(gòu)類型（斑塊-廊道-鑲嵌體等）。

在定性描述的關(guān)系模型方面，伊恩·麥克哈格的《設(shè)計(jì)結(jié)合自然》里面的第一個(gè)案例[7]可以作為典型代表，即關(guān)于沙丘生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程的描述（圖4）。作者詳細(xì)闡述了沙丘的幾個(gè)重要組成部分，以及各個(gè)部分所發(fā)揮的生態(tài)功能，并重點(diǎn)提出幾大重要的空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程關(guān)系：沙丘的連續(xù)性與海潮入侵的關(guān)系，如果沙丘在結(jié)構(gòu)上存在斷裂點(diǎn)、薄弱點(diǎn)，海潮入侵就會(huì)在那里發(fā)生；地下水位高度與濱草生長的關(guān)系，如果地下水位下降，沙丘北坡發(fā)揮固沙功能的濱草就會(huì)缺水死亡，導(dǎo)致沙丘不穩(wěn)。麥克哈格認(rèn)為，這些認(rèn)識(shí)早已為生態(tài)學(xué)家所掌握，而規(guī)劃設(shè)計(jì)者和管理者卻沒有及時(shí)應(yīng)用。他認(rèn)為，保護(hù)這些特定的空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程的關(guān)系應(yīng)成為海灘用地布局和設(shè)施規(guī)劃的前提條件，并將其應(yīng)用在具體的地段即新澤西海灘。國內(nèi)也可以找到很多定性描述的案例。例如，梯田生態(tài)系統(tǒng)中梯田濕地景觀“森林-村莊-梯田-河流”的垂直空間結(jié)構(gòu)和水的涵養(yǎng)-使用-污染-凈化-匯集的水循環(huán)過程之間的關(guān)系[8]。又例如，2009年第46屆IFLA學(xué)生競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品“化冢為家——阻止沙漠蔓延的綠色基礎(chǔ)設(shè)施”[9]，運(yùn)用“沙山筑井”這一沙漠奇特現(xiàn)象所反映的空間結(jié)構(gòu)-生態(tài)過程關(guān)系模型。

在定量描述的關(guān)系模型方面，肖篤寧等[10]基于前人研究成果，對(duì)我國5種特定地域農(nóng)業(yè)景觀中的空間-生態(tài)過程關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)，包括濕地基塘體系、沙地田-草-林體系、平原區(qū)農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)絡(luò)體系、南方丘陵區(qū)多水塘體系、黃土高原農(nóng)-林-草立體鑲嵌體系等。每一景觀中的重要生態(tài)關(guān)系均可以量化，例如，平原區(qū)農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)絡(luò)體系，林帶占耕地的6%，防護(hù)效果比較理想，近地表風(fēng)速可降低30%～50%，相對(duì)濕度提高15%～25%。另一典型案例為，俞孔堅(jiān)等[11]收集了國外多名學(xué)者關(guān)于廊道寬度與各種生態(tài)功能的關(guān)系的研究，包括不同學(xué)者提出的生物保護(hù)廊道的適宜寬度，以及不同學(xué)者提出的保護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)的適宜廊道寬度，并總結(jié)為簡(jiǎn)化的量化數(shù)據(jù)。

3.3 落地方法型關(guān)系模型

前述兩類關(guān)系模型的空間結(jié)構(gòu)，如何落到規(guī)劃設(shè)計(jì)的實(shí)際地段中？與關(guān)注原理基礎(chǔ)和案例知識(shí)相比，這一環(huán)節(jié)的重要性往往被忽略。有些關(guān)系模型的空間結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，落地方法單一，借助已經(jīng)掌握的土地利用、土壤植被覆蓋、動(dòng)物棲息地范圍、坡度坡向等圖就能滿足要求；有些空間結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，生態(tài)過程受到多種空間結(jié)構(gòu)特征的共同影響，需要通過人為的方法把實(shí)際地段中的多種影響因素綜合起來。

這一關(guān)系模型的典型體現(xiàn)為：將適宜性分析的方法應(yīng)用在大熊貓棲息地的案例[12]，大熊貓棲息過程受到多種空間結(jié)構(gòu)特征的影響，包括食物來源（冷箭竹和拐棍竹優(yōu)先，其他竹類次之）、海拔（2000m～3000m最佳，此外上下1000m次之）、地形坡度（20°以下最佳，20°～30°次之）等，通過因子權(quán)重評(píng)價(jià)的方法，得到綜合的空間結(jié)構(gòu)特征與大熊貓棲息地之間的關(guān)系。從而為在實(shí)際地段確定保護(hù)區(qū)的功能分區(qū)、核心區(qū)的邊界劃分等提供了重要依據(jù)。

表1：3種空間結(jié)構(gòu)與生態(tài)過程關(guān)系模型的特征一覽表

這一關(guān)系模型的另一個(gè)典型體現(xiàn)為：將阻力模型的方法運(yùn)用到丹霞山雉類運(yùn)動(dòng)的案例[13]。影響雉類運(yùn)動(dòng)的空間結(jié)構(gòu)特征之一為不同的土地利用類型，包括農(nóng)田、草地、灌叢、針葉林、混交林、季雨林殘存斑塊等；另外一個(gè)空間特征為源的位置和相互距離；運(yùn)用最小累積阻力模型的計(jì)算方法綜合上述兩個(gè)方面空間特征來確定雉類的潛在運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

除了適宜性分析、阻力面模型外，公式化定量方法還有很多種，計(jì)算機(jī)模型也可以納入此類。例如，卡爾·斯坦尼茨在《變化景觀的多解規(guī)劃》[14]、以及地理-設(shè)計(jì)（Geo-design）理論中的解釋模型、影響模型等可以通過計(jì)算機(jī)軟件將生態(tài)過程反映在實(shí)際地段中。

4 結(jié)論和討論

4.1 3種關(guān)系模型的關(guān)系

4 沙丘生態(tài)結(jié)構(gòu)與過程（圖片來源：參考文獻(xiàn)[7]: 16-17）

3種模型的主要特征各不相同（表1）。來源不同，適用范圍也不同。從基本原理型、案例知識(shí)型到落地方法型，反映了從認(rèn)識(shí)論到方法論不斷深入的過程；在研究對(duì)象上從非特定生態(tài)系統(tǒng)、特定類型的生態(tài)系統(tǒng)，以及規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)際地段，反映了從理論到實(shí)踐的過程。解讀一個(gè)規(guī)劃設(shè)計(jì)案例時(shí)，我們也許會(huì)發(fā)現(xiàn)3種模型都存在，都極為重要；也許發(fā)現(xiàn)僅有一種關(guān)系模型得到了重視和重點(diǎn)闡述，其他關(guān)系模型相對(duì)被忽略。以這3種關(guān)系模型作為框架，對(duì)不同規(guī)劃設(shè)計(jì)案例進(jìn)行生態(tài)學(xué)解讀，為生態(tài)學(xué)知識(shí)和方法的積累提供了思路。

4.2 關(guān)系模型的解讀強(qiáng)調(diào)對(duì)生態(tài)過程的關(guān)注

在關(guān)系模型的解讀中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)對(duì)生態(tài)過程的關(guān)注，否則，規(guī)劃設(shè)計(jì)者也許慢慢忘記了關(guān)系模型的來源，忘記了生態(tài)過程，機(jī)械照搬空間模式，就難以解決實(shí)際問題。一些規(guī)劃在沒有對(duì)地段生態(tài)過程特點(diǎn)分析掌握的基礎(chǔ)上，機(jī)械地設(shè)置生態(tài)廊道，而不管廊道是為了何種生態(tài)過程。這些都是我們要盡量避免的。

4.3 關(guān)系模型的解讀強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)際地段空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程的掌握

在生態(tài)學(xué)應(yīng)用上有一些誤區(qū)，好像掌握了一些生態(tài)學(xué)知識(shí)和方法，對(duì)具體地段不甚了解也能對(duì)其進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。例如，經(jīng)?？吹綄W(xué)生套用生態(tài)安全格局方法中的雉類運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，分析他自己地段的阻力面，但是他并不確定雉類是否是其所在地段的關(guān)鍵生態(tài)過程。通過對(duì)3種關(guān)系模型落地性的分析可知，盡管關(guān)系模型可以作為思路框架提供參考，但是如何落地，還是要依賴于規(guī)劃設(shè)計(jì)者自身對(duì)實(shí)際地段的空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程的充分了解。

[1] Johnson, Bart R., Kristina Hill. Ecology and Design: Frameworks for Learning[M]. Washington, DC: Island Press, 2002: 314-318.

[2] 傅伯杰，等. 景觀生態(tài)學(xué)原理及應(yīng)用[M]. 第二版.北京：科學(xué)出版社，2011: 189-190.

[3] Richard T.T. Forman. Land Mosaics: The Ecology of Landscapes and Regions[M]. Cambridge/New York: Cambridge University Press, 1995: 461-469.

[4] Richard T.T. Forman. Urban Regions: ecology and planning beyond the city[M]. Cambridge: 2008.

[5] Dramstad, W.E., Olson, J.D., R.T. Forman. Landscape Ecology Principles in Landscape Architecture and Land-Use Planning[M]. Washington: Island Press, 1996.

[6] AECOM. Integrating Habitats: "Growing Together" [OL]. ASLA. [2013-12-20]. http://www.asla. org/2011awards/406.html.

[7] 伊恩·麥克哈格. 設(shè)計(jì)結(jié)合自然[M]. 天津：天津大學(xué)出版社， 2008: 12-23.

[8] 角媛梅，程國棟，肖篤寧. 哈尼梯田文化景觀及其保護(hù)研究[J]. 地理研究. 2002(11): 733-741.

[9] 王川，崔慶偉，許曉青，莊永文. 化冢為家——阻止沙漠蔓延的綠色基礎(chǔ)設(shè)施[J]. 中國園林，2009(12): 40-42.

[10] 肖篤寧等. 景觀生態(tài)學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2003：170-175.

[11] 朱強(qiáng)，俞孔堅(jiān)，李迪華. 景觀規(guī)劃中的生態(tài)廊道寬度[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2005(9): 2406-2412.

[12] 陳利頂，劉雪華，傅伯杰. 臥龍自然保護(hù)區(qū)大熊貓生境破碎化研究[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，1999(5): 291-297.

[13] 俞孔堅(jiān). 生物保護(hù)的景觀生態(tài)安全格局[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，1999(1): 8-15.

[14] [美]卡爾·斯坦尼茨. 變化景觀的多解規(guī)劃[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

The Relationship Between Spatial Structure and Ecological Process

"Spatial structure" and "ecological process" models from the field of ecology are important to the field of landscape planning and design when dealing with ecological issues. From complex experimental data and practice cases, three types of relationship models are can be extracted: the Fundamentals type, Case Knowledge type and Location Method type. This article reviews characteristics, case studies and relationship models for each type.

spatial structure, ecological process, nature, relationship models

國家自然科學(xué)基金（51278266）

清華大學(xué)建筑學(xué)院

2014-01-01