城郊景观异质性和城市生态建设

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　由于现代城市特别是特大城市包括了其周围的郊区,将市区与郊区进行整体规划是城市生态建设的主要内容。根据景观生态学原理和方法,合理地对城郊景观空间结构进行规划,使廊道、斑块及基质等景观要素的数量及其空间分布合理,使市区内、郊区内及市郊之间的信息流、物质流与能量流循环畅通。既要使城郊景观符合生态学原理,又具有一定的美学价值。将自然组分引入城市的规划与建设中,使城市景观具多样性。这是国内外城市生态建设的目标。例如,针对北京的生态环境建设,有关专家提出了“21世纪北京绿色生态建设”的要求:“保护好原生性生态系统,大力促进次生生态系统的恢复、重建;让更多的次生林向原生的落叶阔叶林变化;将保护区、风景区及森林公园按世界保护联盟分类,分类系统纳入统一领导的保护网络,按照生态系统理论,北京应建立3个绿色生态圈。即山地水源涵养生态圈,防风固沙—农林果生产带生态圈,城市调气防污美化生态圈”。显然,北京的生态建设规划目标要依赖于景观生态学的原理来实施、完成。依据景观异质性的原理,建立良好有序发展的城郊景观格局,提高多样性维持异质性,促进城市可持续发展是景观生态学理论与城市建设结合的有意义的实践。本文就此问题做初步探讨。

1　异质性及其尺度性
　　城市是被人类改造较为彻底的景观。现代城市市区及其近郊区在日益扩大的城市化进程中,已经连为一个整体。具有合理的景观结构及能流顺畅的城市景观是人类的追求目标。高度异质性的景观是城郊良好发展的基础。

　　日本学者丸山孙郎从生物共生控制论角度提出了异质共生理论。该理论认为,增加异质性、负熵和信息的负反馈,可以解释生物发展过程中的自组织原理。在自然界中生存最久的并不是最强壮的生物,而是最能与其他生物共生并与环境协同进化的生物,异质性是景观的一个根本属性,或者说景观的本质是异质的,异质是绝对的,而同质是相对的。景观异质性首先来源于系统和系统要素的原生差异,如时间差(进化度),空间差(进化位与生态位)、质量差、数量差、形状结构差、功能差、信息差等,统称系统差。其次,异质性也来源于现实运动的不平衡与外来干扰,特别是人类错误生态行为的干扰,干扰主要来源于三个方面:自然干扰,人类活动及植被的内源演替或种群的动态变化。一个景观生态系统的结构、功能、性质和地位主要取决于它的异质性。就景观生态而言,异质性应从以下几方面认识:①时空两种异质性。通常所谓异质性系指空间异质性,即空间分布不均匀性。事实上,时间各区段和单元彼此也是异质的。因此,有两种异质性:空间异质性和时间异质性。②多维空间异质性。通常所谓空间异质性系指二维平面异质性。另外还有垂直空间异质性及二者组成的三维立体空间异质性。③时空耦合异质性。现代科学同时空耦合表示物质的时空统一运动,也可以用时空耦合异质性来表示时空两种异质性统一的四维运动。④边缘效应异质性。空间异质性往往带有边缘效应性质。空间异质性是目前城郊景观异质性研究中的内容。在景观的层次上,空间异质性有三个组分:空间组成(即生态系统类型、数量及面积比例);空间型(即各生态系统的空间分布、斑块大小、景观对比度以及景观连接度);空间相关(即各生态系统的空间关联程度、空间梯度和趋势度等)。

　　尺度性就是尺度效应,空间尺度通常是指观察或研究的物体或过程的空间分辨度。从生态学角度来看,空间尺度指所研究的面积大小。尺度越大,表示研究面积越大,异质性与尺度是相关的,如一景观单元在小尺度上是异质的,而在大尺度上则变成均质的,正确选择尺度是科学地研究某一景观,得出准确、客观结论的保证。由于航空、航天、遥感手段的进步,研究尺度增大,但并非任意增大,一般将景观生态的研究范围界定在几公里到几百公里的中尺度区域。

2　城郊景观异质性
　　从现代城市的发展趋势来看,城市的卫星城、郊区的规划与市区是统一的。异质性是景观的根本属性,城郊景观也是异质的。将传统的城市景观研究尺度增大,就将郊区包含于内,形成了所谓的城郊景观,即表现出城市、郊区各自特点及互相交融所产生的共性的、具有一定尺度的生态系统综合体。城郊景观在城市化过程中,受到了以人为影响为主的干扰。城郊景观从空间格局来看,包括市区和近郊农村的部分。它们均为异质单元构成的镶嵌体。在城郊景观中可以将斑块、廊道和基质等景观要素划分出来。城市中的街区、建筑物、道路、城郊间的道路、防护林网、农田、运河等都是人工作用形成的,郊区或城区中的河流及部分林地等有些是自然原因形成的。这些不同的景观要素以一定的组合方式,构成一个异质性的城郊景观。人工系统和自然系统是构成城郊景观的两类生态系统,其中人工系统是主要的。

　　城郊景观的异质性首先表现为二维平面的空间异质性。街道、公园、水面、建筑物、公路、林地、农田等性质各异,城区的公园、绿地多为人工栽植而成,绿地由于植物种类和分布面积的差异,形成了不同形状和具有不同功能的斑块。道路、通讯网遍布各个街区和建筑物之间,增加了市区景观的破碎度。市郊之间四通八达的公路、铁路、电线等使城郊景观能流、物流、信息流顺畅,景观异质性增加。

　　城市中的各种人工建筑包括道路等覆盖地表,与裸露的旷地、绿地或农田等下垫面的热力、水文状况差异极大。从市中心向外辐射,人口密度由大到小,车流、污染物、悬浮物等减少,干扰减弱。因而可划分出不同的景观功能区。如商住区、文化区、工业区等。至郊区亦可划分出乡镇企业区、农副业基地区等。不同功能效应的差异是城郊景观异质性的体现。就城郊景观的任一要素,内部亦存在异质性,如公园内的水面、草坪、林木、花卉、硬化地面、游乐设施等这些不同功能的地块组合构成了公园。行道树、非机动车道、机动车道等构成道路廊道,较宽的主干道内有树篱、草坪等构成的隔离带。它们构成了执行物流、能流及信息流功能的廊道。郊区防护林带既对农田有防护作用,又对市区有绿化、美化作用。城郊景观异质性在垂直方向也表现出空间异质性,如市区内空气构成随高度变化有变化,近地面空气中尘埃、悬浮物浓度较大,高空中较少。另外,市区内建筑物高度参差不齐,垂直方向特征并不一致。

　　空间异质性也导致时间异质性,属时空耦合异质性。景观要素的空间分布不均匀即为异质性。时间异质性用动态变化来表述,异质性的表现形式为空间格局。景观要素类型越多,异质性越大。异质性的测量指标很多,城郊景观异质性的测度亦可用下列指标:多样性指数、优势度、均匀度、最小距离指数、联接度等。其中,多样性指数和均匀度指数应用于城市景观异质性研究中最多。

3　城郊景观异质性在城市建设中的意义
　　城郊景观的异质性导致城郊景观的复杂性与多样性,利于其稳定发展。城市景观包括中心市区,卫星城镇,以非农业活动如工业、服务业等为特征。人口、物质信息、生产、生活、娱乐、市政、交通和污染等集中在以人造事物为主的城镇范围内,属于极大地改变了自然景观生态特点的文化景观。农村景观包括农田、种植园、人工林地、农场、牧场、鱼塘,以农业活动为特征,是人类在自然结构的基础上建立起来的自然与人为结构相结合的景观。城郊景观是城市景观和农村景观的结合与统一。

　　维持景观异质性是促进城市建设和发展的关键。对城市景观来讲,首先要保护城市景观中环境敏感区,这类地区往往极易受人类活动影响。环境敏感区通常包括生态敏感区、文化敏感区、资源生产敏感区以及天然灾害敏感区等。其次,对现有的景观结构要进行完善。如城区改造,住宅小区建设,主要交通干线的营造等。这些是发挥城市功能的基础,只有保证景观结构的合理与完美,才能实现景观功能的高效发挥。城市建设中,一般是建筑物斑块和道路廊道占优,而绿地斑块和行道树廊道较少,比例严重失衡,为改善城市景观结构,应该增加绿色廊道及绿地斑块,并合理地布设于街区之中。城市的绿地建设,不仅要求数量多,而且要分布均匀,大小斑块配置合理。从景观生态学角度,大型植被斑块具有多种重要的生态功能,对景观有益。小的植被斑块可作为物种迁徙的中转地,保护与规划分散的稀有种类或小生境有利于提高景观的异质性。所以,大小斑块应当互相平衡存在,不能互相取代。在城市景观生态规划时,应坚持多样性原则:补充自然成分,协调景观结构;增加绿化物种;廊道、斑块形式多样。这样可维持城市景观的多样性。对郊区的防护林带、农地、林地也合理布设,使天然与人工的绿色生态系统发挥作用,以多元化、多样性为追求目标。如北京的城市建设,除了对现有的城区结构进行部分改造外,从景观的角度出发,以提高异质性为目标。据专家建议,从郊县至市区应建立三个绿化生态圈,以形成稳定、具有保护性的网络。第一圈是山地水源涵养生态圈,主要是山区,面积占全市62%。包括四个带:低山果林带,中山水源涵养林带,上中山草甸带,山间盆谷水库。该圈的经营措施是天然林保护,小流域综合治理,建立自然保护区,建设森林公园,发展生态旅游。第二圈是防风固沙—农林果生产带生态圈。主要指郊区的平原地区,约占全市面积的32%,包括三个带:防风林带,沙地果林带,基本农田带。经营措施是,生态农业、节水农业、复合农业。第三圈是城市调气防污美化生态圈,即城市隔离地区,总面积约240万ｈｍ2。经营措施是:城市隔离片林建设,大型绿地和公园建设。根据上述要求,北京城市建设也应该依据景观异质性原理进行总体规划。《北京市总体规划》确定的市区“分散集团式”的城市布局,规划在市区中心大团和十个边缘集团之间,用绿化隔离,规划的绿化隔离地区总面积为240万ｈｍ2,至2003年要完成100万ｈｍ2的绿地面积,在近郊建成100个绿色产业园和体育公园,逐步实现以植树造林为主的绿化。针对目前存在的城市总体规划与单体规划之间缺少一个城市设计环节的问题,应对全市的工厂、学校、机关单位、商业区、开发区,特别是住宅区,进行全面的绿化规划,发展立体绿化是解决中心区缺绿少树的比较实际的办法,应在城区推广。在绿地城市景观的设计与建设中减少或放弃过去那种单纯追求整齐,精心修饰的以视觉美为主的精致景观设计方法,而代之以具整体美的有机景观设计法。如广场应尽量减少水泥铺设,尽可能扩大绿化面积,改节日摆盆花为花卉入地。开发区绿化要根据绿化设计与水平确定物业资产估价,分期开发。值得注意的是,在城市建设中,草坪建设要适度。草坪除了有吸碳呼氧,蓄水保水,防止地表径流等生态功能外,还有特殊的美学效果、景观效果。与国际大都市接轨,大面积的草坪是必不可少的,但据景观异质性的原理要求,乔本、灌木的生态功能是其他植物材料不可替代的,以草坪代替树木是不可取的。从整体角度考虑,一个现代化城市,其城区与郊区的美化、绿化是相互融合的。在前述的三个绿色生态圈内,要积极发展城市林业,“森林进城,园林下乡”是发展方向。首都城市林业的主要功能是环境功能,风景游憩功能和经济生产功能。林业要为城市功能服务。在充分发挥环境功能的前提下,要建设和改进重点区域的风景游憩林,丰富树种组成,提高生物多样性和景观多样性,提高风景林的美景度和观赏功能。在市区特别要做好夏季增花,冬季增绿,总体提高植被覆盖的工作。总之,城郊景观异质性的维持对城市建设意义很大,在城市建设中,应用异质性原理应注意以下几点:①城市建设必须与生态规划结合;②城市建设改造时要保护和补充绿色景观要素;③城郊景观格局布设合理,增加绿色生态系统;④城市美化、绿化与郊区防护相结合,物种多样,搭配合理。对于北京的城市建设来说,城市林业在城市规划中具有明显的作用,主要有三条措施:一是在规划的城区与郊区之间建设一道隔离林带,把城区发展控制在隔离林带以内,保证了北京城市分散集团式布局的形成。二是在主要干线公路两侧营造宽幅林带,形成绿色廊道,既利于异质性的增加和维持,又具有防护和美化功能。近几年来,在总长500ｋｍ的干线公路两侧共植树500多万株,不仅美化环境起到了防护作用,而且还规范了总体布局,防止滥垦乱建,维护了城市景观规划的完整性。三是在郊区各县区建设环城片林,要求“先见林,后见城”。既限制了郊县的盲目发展,又维持了城郊景观的统一性和协调性。城市林业规模要求具有点、线、面结合布局的森林网络,绿色覆盖率大,多从景观考虑布局,要生产、观赏、旅游相结合。而城区绿化多偏重具体微观环境,重美化,较精致,室内外个体绿色面积有限,多重植物配置和人工造景,注重观赏性。

　　从景观研究的尺度上看,城郊林业是一统一整体,包括市区、郊区的林业体系。一般分为三个层次:①城区绿化、美化、香化、园林化。乔灌草结合,见缝插绿,构成城区绿化体系。②近郊林果带(片林)。包括近郊果园、近郊公园、防护林等。具有生产、休憩功能,辅助、调节城区的环境。③远郊森林带(片)。包括风景林、森林公园、各种防护林带及其他森林类型具有较完备的森林体系,较全的森林功能,可供森林旅游、疗养、度假、野营、探险等。城郊林业分层不一定明显,因地理位置、交通、经济条件等不同,有时呈现出环带浑然一体的体系,有时则各层相间,层内又分层的景观。因此,应用景观异质性原理指导城市建设和城市生态环境建设是十分有意义的。