尊重自然力啟示下的城市自生群落改良設計實驗

李倉拴 劉暉 程愛云 李夢珂

風景園林師在營造人類宜居生存環(huán)境的同時，還肩負著修復由于過度開發(fā)導致的生態(tài)系統(tǒng)損傷的責任。植物群落是開放而復雜的系統(tǒng)，模擬自然的“人工植物群落”往往難以形成穩(wěn)定協(xié)調(diào)的“自組織”，而不斷除草維持系統(tǒng)平衡又引發(fā)新的問題。面對此類設計實踐中的抗解性問題，象偉寧教授認為生態(tài)智慧或許是解決這一難題的新的領(lǐng)域知識，并呼吁探索可操作性的指導生態(tài)智慧實踐的理論框架和實踐方法[1-2]。

中國傳統(tǒng)自然哲學對人與自然的辯證關(guān)系有深刻的認識：“人法地,地法天,天法道,道法自然”[3]，將人看做是自然的一部分，認為尊重自然和尊重人是一致而非二元對立的：“天地與我并生, 而萬物與我為一”[4]，因此，在改造自然的實踐中將尊重自然看做首要的前提，《易·乾卦·文言》中指出：“夫大人者與天地合其德,與日月合其明,與四時合其序。[4]”自然力是自然演化發(fā)展的內(nèi)在動力，克思主義自然力論指出：“隨著地球演化和進化而形成各種不同生態(tài)系統(tǒng)的自然力，并在上百萬年和超億年的歷史長河中，逐步形成具有自我調(diào)節(jié)能力的結(jié)構(gòu)平衡及其動態(tài)功能平衡的穩(wěn)態(tài)”[5]。今天的生態(tài)設計可以深入挖掘“尊重自然力”的內(nèi)涵，用傳統(tǒng)智慧探索風景園林學科的實踐問題。實驗是探索解決設計學科非理性問題的有效途徑[6]，研究梳理群落設計中尊重自然力的科學內(nèi)涵，提出尊重自然力啟示下的城市自生群落改良設計途徑，并通過場地實驗進行實證研究。

1 提出問題：尊重自然力之矛盾

1.1 城市植物群落設計與管理中抑制自然力所付出的代價

城市植物群落的設計始于尊重公眾的審美。每個人都有屬于自己對植物群落的記憶，而設計師應該關(guān)注和激發(fā)大眾對于植物群落的共同記憶[7]。但尊重城市公眾對于群落干凈、整潔的美學要求，往往意味著對其生態(tài)功能的削弱。由于缺乏自然化植物群落構(gòu)建的理論和技術(shù)規(guī)程，人工植物群落生態(tài)功能較差[8]，難以形成穩(wěn)定的種間關(guān)系。因此，在自然力作用下，人工植物群落會發(fā)生種間競爭和演替，實施不久會出現(xiàn)雜草化傾向[9]（圖1）。

為了保持景觀盡可能與構(gòu)想的形式一致，維持人工植物群落相對穩(wěn)定的“外貌”和暫時平衡的種間關(guān)系，大量的機械、肥料、除草劑、農(nóng)藥和人力的使用大大增加了管理維護成本[10]。化肥、農(nóng)藥和除草劑的使用又帶來土壤和水污染等環(huán)境問題[11]。

1.2 尊重自然力的城市自生植物群落引發(fā)的問題

城市自生植被（spontaneous urban vegetation）是城市生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)物。如果順應場地的自然力，空氣、土壤中的種子庫伴隨自然降雨而萌發(fā)，煥發(fā)新的活力，它們可以有效利用城市中剩余的土壤水分和營養(yǎng)物質(zhì)、陽光和空氣等生境資源，逐漸發(fā)育成具有一定生態(tài)服務功能的自生群落。

城市自生植物群落逐漸受到國內(nèi)外學者的關(guān)注，大量的研究表明，城市自生植被在恢復本土植物多樣性、重建動物棲息地、調(diào)節(jié)與指示本地氣候、降低污染、改善水質(zhì)等生態(tài)系統(tǒng)服務方面具有重要的意義與潛力[10,12-13]，也有研究探索了將自然力作用下的群落演替過程引入城市植物群落設計與管理[14]。

但城市公共空間中的自生植物群落在公眾的認知里經(jīng)常被視為“雜草”，代表了一種無序、混亂、蕭條、無趣的視覺感受[9-10]（圖2）。公眾對城市自生群落缺乏認知，因而接受度普遍較低，大多數(shù)城市居民不習慣這種新的群落模式出現(xiàn)在城市公共空間[15]。

1 人工植物群落在疏于管理后出現(xiàn)雜草化傾向（2015年8月20日，攝于蘭州大學校園）Weeding tendency of artificial plant communities after poor management (photo taken at Lanzhou University campus, 8/20/2015)

1.3 研究問題的提出

在植物群落設計實踐中，尊重自然力的城市自生群落和抑制自然力的人工植物群落各有其缺陷，正如邁克爾·哈夫所指出的:“未經(jīng)任何照料順應自然力而產(chǎn)生的城市自生植物群落與持續(xù)不斷維持的人工植物群落象征著人們關(guān)于自然的感知的一種根本價值觀沖突：在一個為維護一定秩序和控制力的持久而代價高昂的斗爭過程中，渴望培育一方而壓制另一方。雖然自然過程的核心作用在景觀規(guī)劃和設計中被逐步認可，但它們實質(zhì)上在城市環(huán)境中至今仍然被忽視”[10]。

基于這一根本性的矛盾與價值沖突，本研究試圖回答以下問題：1）如何協(xié)調(diào)抑制自然力所付出的代價與順應自然力帶來的問題之間的矛盾？2）是否存在一種可行的群落設計方法，既能減少城市植物群落設計與管理中抑制“自然力”所付出的代價，又能避免城市植物群落設計順應“自然力”所引發(fā)的問題？

2 尊重自然力對城市植物群落生態(tài)設計的啟示

2.1 尊重自愈力，利用場地自生群落

自愈力又稱恢復力，是指生境、群落或者物種個體在外力干擾消除后，從退化狀態(tài)恢復到原有狀態(tài)的能力[16]。植被在遭到火燒、開墾破壞以后能夠啟動自我修復的程序，最終恢復到其被破壞以前的群落結(jié)構(gòu)。對于城市場地來說，裸地上的次生演替就是植物群落的自愈過程，是生態(tài)系統(tǒng)的自我修復。城市自生植物群落正是場地自愈力的產(chǎn)物。

2 常被公眾視為“雜草”的城市自生植物群落（2015年6月10日，攝于西安建筑科技大學校園）Spontaneous urban communities had been considered as“weed” by the public (photo taken at Xi’an University of Architecture and Technology, 6/10/2015)

按照尊重自然力的啟示，城市群落設計可以以尊重場地的自愈力作為前提，設計應盡可能尊重、激發(fā)場地的自愈力，利用場地自生群落。中國學者的研究驗證了這一啟示，以“自然之力恢復自然”的生態(tài)修復策略在多地進行了生態(tài)修復實踐，取得了顯著的成效[17-18]。在草地科學領(lǐng)域，通過利用場地自生群落進行牧草的改良，顯著提高了草地的生產(chǎn)力[19-20]。

2.2 尊重過程，將演替過程引入群落設計

演替是指特定地點上物種組成或植物結(jié)構(gòu)隨時間的變化，是自然力作用下的群落過程[21]。從生態(tài)學的角度來看，演替是群落適應氣候、土壤等環(huán)境條件變化的重要手段，可以提高群落對環(huán)境的適應能力。演替使得群落的物種多樣性和鄉(xiāng)土植物的比例增加，從而提高群落對本土動物的食物和棲息地的供應，有利于構(gòu)建初級食物鏈[22]。演替過程可以讓群落的生物量逐漸積累，結(jié)構(gòu)逐漸完善，增強群落對小氣候的調(diào)節(jié)能力[23]。從視覺美學的角度來看，演替使得群落景觀更富有變化和吸引力。

演替能夠建立一個生物學意義上“穩(wěn)定”的生態(tài)系統(tǒng)[10]，諸多學者探索了將“演替過程”引入植物群落設計。法國學者吉爾·克萊芒（Gilles Clément）倡導將自然演替過程引入植物群落設計，提出動態(tài)花園和星球花園的植物群落景觀營造理念，并進行大量的設計實踐[24]。英國謝菲爾德大學的詹姆斯·希契莫夫教授（James Hitchmough）和奈杰爾·鄧內(nèi)特教授（Nigel Dunnett）以自然草甸和草原為原型，將生態(tài)學原理引入地被植物群落設計，通過種子混播和種苗建植的方式創(chuàng)造具有一定穩(wěn)定性的、低成本維護的“野花草地”（wildflower meadow/flowering meadow），顯著提高了群落的可持續(xù)性和生態(tài)系統(tǒng)服務功能[9,25]。

2.3 尊重自然力，管理中減少除草

為何城市植物群落自生演替總是伴隨著難以控制的雜草？若從系統(tǒng)論的角度剖析城市自生群落問題，則雜草失控是城市自然力演替的必然結(jié)果，種間關(guān)系失調(diào)才是“病因”。城市生態(tài)系統(tǒng)是人類干預自然生態(tài)系統(tǒng)后重建的人工生態(tài)系統(tǒng)，按照生態(tài)學家Grime的CSR植物生存策略理論，一般的群落生態(tài)系統(tǒng)中，競爭型植物（C型）、耐脅迫型植物（S型）、雜草型植物（R型）相生相克，形成穩(wěn)定的種間關(guān)系[26]。但在城市化過程中，適應低脅迫和低干擾的穩(wěn)定環(huán)境的C型植物和適應高脅迫和低干擾的惡劣生境的S型植物大量消失，導致城市中幸存的植物大多數(shù)都是適應低脅迫和強干擾生境的R型植物[27]。

因此，除草只能暫時緩解雜草失控的“癥狀”，并不能從根本上解決難題，而且會引發(fā)新的抗解性問題。解決問題需著眼于恢復群落生態(tài)系統(tǒng)，只有重新引入城市化過程中消失的C型和S型植物或相似生存策略的物種，恢復健康的群落生態(tài)系統(tǒng)，重構(gòu)健康的種間關(guān)系平衡和自然演替過程，才能有效控制城市雜草型植物的種群數(shù)量，實現(xiàn)除草的目的。渥太華的國家首都委員會指導的一項研究通過減少割草機的使用，在夏季停止對草坪的除草，將植物多樣性和野生生物棲息地設置為管理目標，在很短的時間內(nèi)吸引豐富鳥類[10]。芝加哥的盧瑞花園（Lurie Garden）將演替引入人工群落的管理中，保留部分場地自生植物，允許自然對人工群落進行再設計，尊重自然力的同時減少了除草帶來的維護成本。

2.4 突破矛盾的出路：尊重自然而改良自然

尊重自然力意味著尊重和自用場地自生群落，允許演替并將群落動態(tài)過程引入群落設計，在管理中減少除草，保證群落順應自然力演替；尊重公眾對于城市群落景觀的美學需求，則意味著群落的景觀效果符合美學原則。為了同時尊重自然和公眾的審美需求，本文提出基于自然演替的群落改良設計途徑，在群落設計過程中讓自然力做功以解決群落的生態(tài)服務功能，人力做功以提升群落的美學價值。

在場地準備階段，讓空白的場地發(fā)揮自愈力，產(chǎn)生城市自生群落；在群落設計與建植階段，先引入栽培植物對自生群落進行美學功能的改良，再讓改良后的半自然群落順應自然力演替形成穩(wěn)定的群落；在管理維護階段，通過人力選擇性除去對群落景觀干擾較大的藤本植物，延續(xù)自然力以形成動態(tài)的群落景觀。在改良設計的過程中，先后進行“自愈力演替—人工改良—自然力演替—人工管理維護”，人力和自然力交互介入、協(xié)同作用于群落設計過程，實現(xiàn)人與自然的合作（圖3）。

3 基于尊重自然力的城市自生群落改良設計實驗

根據(jù)改良設計的實施途徑，將實證實驗分為自愈力演替實驗和自生群落的改良設計實驗。自愈力演替實驗的目的在于準備實驗所需要的城市自生群落，并檢驗城市場地植物群落的自愈能力。自生群落的改良設計實驗的目的在于驗證改良設計的可行性。

3.1 尊重場地自愈力的自生演替實驗及其結(jié)論

實驗場地位于西安建筑科技大學南門花園，面積為31m2。地被植物群落完整的、系統(tǒng)的植物群落功能單位尺度為1m×1m，實驗以此作為基本實驗單元，共有31個基本實驗樣方。場地東側(cè)有3m高的建筑物，西南角有一株冠幅約10m的雪松。通過計算機軟件模擬分析，場地的生境條件為陽生旱地生境，將實驗區(qū)域劃分為1m×1m的網(wǎng)格，選擇在晴朗少云的夏至日前后，記錄一天中每個網(wǎng)格積累的日照時數(shù)，結(jié)果表明，實驗區(qū)域內(nèi)日照時數(shù)最少為0.5h，最多為7.5h[28]。同時在場地附近相似的生境條件下選擇6m2的區(qū)域作為對照組，對照組完全自然演替，不介入任何人工干預。

3 群落改良設計的過程、自然力與人力分工、實施程序及實證實驗的途徑The process of community improvement design, the division of between natural force and manpower, the implementation procedure and the way of empirical experiment

實驗場地經(jīng)過翻新、除雜、平整后，于2015年5月至2016年3月進行連續(xù)10個月的自然演替實驗，完全順應場地自愈力，土壤和空氣中的種子庫在場地完成了發(fā)芽、定居和競爭的自然過程。實驗對群落不進行人工干預，同時放棄除草并接納雜草作為植物景觀的一部分。實驗實施后，每月中旬進行一次實驗觀測，記錄自生植物的種類、數(shù)量、高度、蓋度及平面分布。

在2016年4月對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。實驗結(jié)果顯示，共有蛇莓（Duchesnea indica）、白車軸草（Trifolium repens）、阿拉伯婆婆納（Veronica persica）等43種自生植物進入場地，共計22科39屬①（圖4）。物種組成以鄉(xiāng)土植物為主，占總數(shù)的83.7%，外來植物占16.3%，所有物種均來源于場地周圍的城市綠地。

自然演替至7個月后，場地整體植物覆蓋度達到30%，演替至10個月后，一年生植物幼苗發(fā)芽，群落發(fā)育至盛期，覆蓋度達到85%以上（圖5）。

場地自生演替實驗說明，城市群落生態(tài)系統(tǒng)具有一定的自愈力，在受到人工干預后能夠自我修復。但其物種組成主要是種子易于傳播的R型植物，以菊科（9種）、豆科（5種）和禾本科（3種）最多，約占自生植物總數(shù)的74.4%。

3.2 尊重自然力的群落改良設計實驗及其結(jié)論

經(jīng)過一年的連續(xù)性觀測，對自生群落現(xiàn)狀進行分析與評估。分析場地的次生演替過程與趨勢，并對植物群落在美學方面的問題進行評估，篩選出公眾接納程度較低的物種作為改良實驗中限制的對象。

在2016年4月份完成了改良實驗方案設計與實施，方案的設計分為群落的美學功能與生態(tài)功能改良。美學功能改良通過增加與自生群落外貌協(xié)調(diào)且美觀度較高的鄉(xiāng)土植物和園藝植物如假龍頭花（Physostegia virginiana）、毛 蕊 花（Verbascum thapsus）、寬 葉 薹 草（Carex siderosticta）、黃花月見草（Oenothera glazioviana）、澇峪薹草（Carex giraldiana）等來實現(xiàn)，同時按照光照限制、相似生態(tài)位限制及土壤資源限制等途徑來限制美觀度較低的城市雜草型植物如苦苣菜（Sonchus oleraceus）、刺兒菜（Cirsium setosum）、側(cè)蒿（Artemisia deversa）等。生態(tài)功能改良主要按照群落生態(tài)學原理，通過增加多年生植物來加快植物群落的演替速度而達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，同時依據(jù)西北城市自然植物群落的結(jié)構(gòu)，種植不同層片的植物來完善自生群落的結(jié)構(gòu)，并提高場地的物種豐富度[29]（表2）。同時，引入蜜源植物如八寶景天（Sedum spectabile）、費菜（Sedum aizoon）、蔥蓮（Zephyranthes candida）、鳶尾（Iris tectorum）等。改良植物選擇C型和S型植物，限制并與場地的R型植物形成新的種間關(guān)系平衡（表2）。

實驗的管理包括澆水和清理。澆水只在實驗實施后1個月內(nèi)進行，此后讓群落適應本地的自然降雨。每月定期清理木本植物的幼苗、纏繞藤本和干枯的枝葉。管理中不使用化肥、農(nóng)藥和除草劑。

2016年4月—2017年12月，對改良后的植物群落進行連續(xù)性觀測。觀測的內(nèi)容主要為群落的物種組成、結(jié)構(gòu)變化、種間競爭及公眾的審美評價，記錄物種種類、高度、數(shù)量、蓋度、美觀度等數(shù)據(jù)。

4 場地自生演替中出現(xiàn)的部分植物（攝于2015年5月—2016年4月）Some spontaneous plants during succession in site (photographed on 5/2015 to 4/2016)

5群落自生演替后的10個月（攝于2016年4月10日）10 months after spontaneous plants community(photographed on 4/10/2016)

表1 改良植物及其CSR策略Tab.1 Improved plants and their CSR Strategies

6 改良植物毛蕊花在自生植物群落中建立優(yōu)勢（攝于2017年5月24日）Improved plant mullein establishes superiority in spontaneous communities（photographed on 5/24/2017)

7 改良植物黃花月見草與刺兒菜、苦苣菜、一年蓬等自生植物共生（攝于2017年6月8日）Improved plantOenothera glazioviana symbiotic with spontaneous plants such as Cirsium setosum,Sonchus oleraceus, andErigeron annuus (photographed on 6/8/2017)

8 實驗對照組植物群落演替現(xiàn)狀（攝于2016年5月24日）Status of plant community succession in experimental control group (photographed on 5/24/2016)

9 實驗組改良后2個月的植物群落景觀（攝于2016年5月26日）Plant community landscape in the experimental group after 2 months of improvement(photographed on 5/26/2016)

10 場地內(nèi)的黃花蒿與雛鳥（攝于2016年6月8日）Artemisia annua and nestling within the site (photographed on 6/8/2016)

11 場地內(nèi)的鼠尾草與柑橘鳳蝶（攝于2017年5月23日）Salvia japonica andPapilio xuthus within the site (photographed on 5/23/2017)

12 場地內(nèi)的白車軸草與蜜蜂（攝于2016年7月9日）Trifolium repens and Bee within the site (photographed on 7/9/2016)

13 場地內(nèi)的一年蓬與點玄灰蝶（攝于2017年6月9日）Erigeron annuus andTongeia filicaudis within the site (photographed on 6/9/2016)

結(jié)果分析表明，改良設計使得植物群落的美觀度和公眾接受度均得到了顯著的提高。至2017年5月份，場地中一年生自生植物總計23種，相比2016年5月份，消失的雜草種類占73.9%，數(shù)量減少的雜草種類占95.7%。這說明，引入C型和S型植物能夠明顯抑制R型植物的種群數(shù)量。同時，改良植物能在群落中定居（定居率64.7%），逐漸在群落中建立優(yōu)勢（圖6），并與自生植物形成新的種間關(guān)系平衡（圖7）。雜草物種的減少和開花栽培植物的引入使得公眾對改良后的群落接受度增加。在2016年，對照組（自生群落）年均公眾接受度僅為34%（圖8），實驗組（改良群落）年均公眾接受度57%（圖9），平均提高24%。多數(shù)公眾認為改良群落相比一般人工植物群落更富自然野趣，部分接受調(diào)查的公眾認為鄉(xiāng)土植物喚醒了他們的童年記憶。

改良增加了群落結(jié)構(gòu)的完整性，提升了自生群落生態(tài)服務功能。改良1年后，相比對照組，實驗組（10.6）平均物種豐富度有顯著的增加，約為對照組（4.2）的2.5倍，這說明通過改良設計可以提高群落的物種豐富度。豐富的植物種類和較高的鄉(xiāng)土植物比例為鳥類、點玄灰蝶（Tongeia filicaudis）、柑橘鳳蝶（Papilio xuthus）和蜜蜂等物種提供食物和棲息地（圖10～13）。基于自然演替的群落改良設計模式可以作為生物多樣性的載體，成為城市微小綠地生物多樣性設計框架的一部分[30]。

由于借用場地自然力做功，節(jié)省了建植過程購買苗木的成本，人工群落苗木成本平均197.75元/m2，改良群落平均成本82.66元/m2，每平方米可節(jié)約成本115.09元，僅為人工群落的41.8%。管理中無需澆水，除草僅需除去纏繞藤本和木本植物的幼苗，節(jié)省了管理維護成本，避免化肥、農(nóng)藥和除草劑的使用防止了土壤的污染。

4 結(jié)語

將東方實踐范式與現(xiàn)代群落生態(tài)學原理相結(jié)合是探索生態(tài)智慧的一種嘗試。借鑒中國傳統(tǒng)自然哲學中“尊重自然”的實踐智慧，利用實證研究方法探索了基于自然演替的群落改良設計途徑，應對植物群落設計這一非理性問題。在改良設計的理論框架中，場地自愈力初步恢復了城市群落生態(tài)系統(tǒng)，人力引入系統(tǒng)中缺失的物種，再由系統(tǒng)完成種間競爭、完善群落結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了人與自然的“合作”。實驗研究表明，群落改良設計讓自然力參與植物群落設計，既能減少城市人工植物群落設計與管理中抑制“自然力”所付出的管理維護成本過高的代價，又能避免城市植物群落設計順應“自然力”的自生群落所引發(fā)的問題。連續(xù)性維護中順應自然演替過程，讓系統(tǒng)持續(xù)發(fā)育和自我優(yōu)化，實現(xiàn)可持續(xù)性設計的目的。場地物理生境與生物生境的復雜性、群落演替的動態(tài)性與長周期性使得群落設計研究具有一定的挑戰(zhàn)性，如何結(jié)合生態(tài)智慧與群落生態(tài)學原理探索出因地制宜的群落設計實踐方法，需要更加系統(tǒng)的實驗性研究。

注釋：

①因版面有限，本文未列出研究所記錄到的43種場地自生植物及其特性，如有需要，請聯(lián)系作者。

②圖1～3、6～7、9～13由李倉拴攝；圖4由李倉拴攝，李夢珂繪；圖5、8由馮敬攝。

③表1內(nèi)容來自于李倉拴整理。