從空間結構和生態過程的關系角度看自然

莊優波/ZHUANG Youbo

從空間結構和生態過程的關系角度看自然

莊優波/ZHUANG Youbo

來自生態學領域的空間結構與生態過程的關系模型，是風景園林規劃設計處理生態問題的重要依據。為了在龐雜的實驗數據和實踐案例中對關系模型進行更加系統化的解讀和積累，嘗試將關系模型總結為3種類型：基本原理型、案例知識型、落地方法型，并分析了各自特點、典型案例和相互關系。

空間結構，生態過程，自然，關系模型

1 研究背景：用空間結構的語匯搭建兩個學科聯系的橋梁

以解決生態問題為己任、直面當前的生態危機，是風景園林學立足于學科之林、并脫穎而出的重要途徑。風景園林規劃設計是一門應用學科，要解決生態問題，在認識論方面，要學習借鑒生態學領域已有的研究成果。

對規劃設計領域來說，如何建立兩個學科的聯系，從而更好地借鑒生態學領域的研究成果呢？生態學有自己的一套語匯：主要是生態過程，如環境中水循環的蒸發、降雨、匯流過程，動植物的棲息、繁殖、遷徙過程，以及文化過程等。近幾年，隨著應用生態學和景觀生態學的發展，生態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。風景園林規劃設計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、布局和規模，地形、植被、水體的面積、形狀、剖面、相互關系等。巴特·約翰遜（Bart Johnson）認為，在這兩個學科中找到相同的語匯比較重要，同時提出，盡管兩個學科特征存在較多的差異性，但是兩者也能找到共同點，即空間語言[1]。比如，凱文·林奇在城市規劃設計中認為城市可以由節點、地標、路徑、分區、邊界等要素進行描述；而在景觀生態學里則提出通過斑塊、廊道、基質、邊緣等要素來描述景觀，兩者的語言相近，成為兩個學科潛在的交流平臺（圖1）。

規劃設計的一個重要目標在于，保護景觀中的自然生態過程和功能，或減少人類對自然生態過程和功能的負面影響。要實現這一目標，景觀規劃設計很難直接作用于生態過程，一般都是間接作用，借助兩個領域空間語言的相似性，通過調整空間布局、結構，從而調整生態結構，最后起到調整生態過程和功能的目的（圖2）。

那么，景觀規劃設計應該怎么調整空間布局、結構呢，調整哪些結構要素、在哪些空間位置調整、調整的規模多大？在此過程中，到生態學領域去尋找可供借鑒的空間結構與生態過程的關系模型，是景觀規劃設計處理生態問題的重要依據。基于實地觀察、實驗觀測，經典生態學有很多描述自然生態過程空間特征的案例，而且隨著1980年代景觀生態學的大發展，對景觀結構和生態過程關系的研究更加豐富，涉及不同時空尺度和生態類型。

2 解讀空間結構和生態過程的關系模型中遇到的難題

筆者參與了近10年的研究生生態學助教和教學工作，了解到風景園林學專業的研究生中，建筑學、城市規劃、環境藝術等背景的一部分學生的生態學知識是比較缺乏的。盡管生態學領域有很多空間結構和生態過程的關系模型可供借鑒，但是目前尚無專門介紹這些關系的教材，大量、龐雜的實驗數據、實踐案例信息分散在各個版本生態學教材的各個章節中。因此，這些學生熟悉生態學語匯、積累知識和方法的過程是比較漫長的，并有一定盲目性。如何將空間結構和生態過程的信息進行系統化，形成一個解讀學習的框架，在此基礎上逐步積累充實，從而在面對不同生態問題時能夠得心應手，是

教學和學習過程中一個很大的難題。

1 兩個學科潛在的共同語言（圖片來源：參考文獻[1]：318）

2 生態學領域和規劃設計領域關系示意圖

3 將空間結構與生態過程的關系模型分為3類

為了將空間結構和生態過程的信息更好地進行系統化，筆者通過分析生態學領域相關知識，以及以往景觀規劃設計實踐案例，嘗試將空間結構和生態過程的關系模型大致總結為3種類型：基本原理型關系模型，案例知識型關系模型，落地方法型關系模型。

3.1 基本原理型關系模型

基本原理型關系模型的特點在于：定性描述的空間結構——籠統描述的生態過程。這一類模型旨在揭示空間結構和生態過程之間具有普遍意義的基本規則。往往由經驗豐富的生態學家對不同生態系統生態過程在大量觀察、實踐的基礎上，經過歸納、概括而得出，具有普遍適用性；但是，由于其不針對特定的生態系統和生態過程，包含的生態案例知識少，與實際地段的符合程度較低，在應用中需要根據個人經驗和實際情況將其具體化。

這一類模型最典型的體現為：被稱為“美國景觀生態學之父”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），包括幾個大型的自然植被斑塊，作為物種生存和水源涵養所必需的自然棲息環境，有足夠寬和一定數目的廊道，用以保護水系和滿足物種空間運動的需要，在建成區里有一些小的自然斑塊和廊道，用以保證景觀的異質性[2]。他認為，這一優先格局在生態功能上具有不可替代性，是所有景觀規劃的一個基礎格局。

在這種關系模型的指導下，很多規劃設計在實際地段中模擬了類似的空間結構，以實現對應的生態過程和生態功能。例如，福爾曼自己主持的波士頓康科德（Concord）鎮的開放空間規劃[3]、西班牙巴塞羅那區域規劃[4]等。

另外，理查德·福爾曼在《景觀和土地利用規劃中的景觀生態學原理》中總結了4大類55個原理，說明斑塊、邊緣、廊道、鑲嵌體等空間結構與生態過程、功能的關系，并用簡明的圖示形式表達，也是這一關系模型的典型體現[5]。很多規劃設計在實際地段中模擬了其中的空間結構，以實現對應的生態過程和生態功能。例如，斑塊原理5：斑塊面積越大，呈現多樣的生境類型的可能性就越高，物種多樣性也就越高。AECOM在波特蘭市的住區規劃設計項目[6]，在生態方面遵循了這一關系模型，獲得了ASLA2011年規劃設計獎。

3 最佳景觀格局模式（圖片來源：參考文獻[3]: 452）

3.2 案例知識型關系模型

案例知識型關系模型的特點在于：定性/定量描述的空間結構——特定的生態過程。往往由生態學家對某一特定生態系統、生態過程在大量觀察、實踐的基礎上，經過歸納、概括而得出。由于對特定生態過程和空間結構的描述往往結合了具體案例，因此生態學信息最為豐富；在實際地段應用的落地性也比較強。學習過程中收集到這一類關系模型的量通常非常大，可以對其進一步細分，例如依據生態系統類型（山地-平原-濕地等）、生態過程類型（水文-大氣-植物-動物-人文等）、空間結構尺度（區域-景觀-生態系統-群落-物種等）、空間結構類型（斑塊-廊道-鑲嵌體等）。

在定性描述的關系模型方面，伊恩·麥克哈格的《設計結合自然》里面的第一個案例[7]可以作為典型代表，即關于沙丘生態系統的空間結構和生態過程的描述（圖4）。作者詳細闡述了沙丘的幾個重要組成部分，以及各個部分所發揮的生態功能，并重點提出幾大重要的空間結構和生態過程關系：沙丘的連續性與海潮入侵的關系，如果沙丘在結構上存在斷裂點、薄弱點，海潮入侵就會在那里發生；地下水位高度與濱草生長的關系，如果地下水位下降，沙丘北坡發揮固沙功能的濱草就會缺水死亡，導致沙丘不穩。麥克哈格認為，這些認識早已為生態學家所掌握，而規劃設計者和管理者卻沒有及時應用。他認為，保護這些特定的空間結構和生態過程的關系應成為海灘用地布局和設施規劃的前提條件，并將其應用在具體的地段即新澤西海灘。國內也可以找到很多定性描述的案例。例如，梯田生態系統中梯田濕地景觀“森林-村莊-梯田-河流”的垂直空間結構和水的涵養-使用-污染-凈化-匯集的水循環過程之間的關系[8]。又例如，2009年第46屆IFLA學生競賽獲獎作品“化冢為家——阻止沙漠蔓延的綠色基礎設施”[9]，運用“沙山筑井”這一沙漠奇特現象所反映的空間結構-生態過程關系模型。

在定量描述的關系模型方面，肖篤寧等[10]基于前人研究成果，對我國5種特定地域農業景觀中的空間-生態過程關系進行了總結，包括濕地基塘體系、沙地田-草-林體系、平原區農田防護林網絡體系、南方丘陵區多水塘體系、黃土高原農-林-草立體鑲嵌體系等。每一景觀中的重要生態關系均可以量化，例如，平原區農田防護林網絡體系，林帶占耕地的6%，防護效果比較理想，近地表風速可降低30%～50%，相對濕度提高15%～25%。另一典型案例為，俞孔堅等[11]收集了國外多名學者關于廊道寬度與各種生態功能的關系的研究，包括不同學者提出的生物保護廊道的適宜寬度，以及不同學者提出的保護河流生態系統的適宜廊道寬度，并總結為簡化的量化數據。

3.3 落地方法型關系模型

前述兩類關系模型的空間結構，如何落到規劃設計的實際地段中？與關注原理基礎和案例知識相比，這一環節的重要性往往被忽略。有些關系模型的空間結構比較簡單，落地方法單一，借助已經掌握的土地利用、土壤植被覆蓋、動物棲息地范圍、坡度坡向等圖就能滿足要求；有些空間結構比較復雜，生態過程受到多種空間結構特征的共同影響，需要通過人為的方法把實際地段中的多種影響因素綜合起來。

這一關系模型的典型體現為：將適宜性分析的方法應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構特征的影響，包括食物來源（冷箭竹和拐棍竹優先，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，通過因子權重評價的方法，得到綜合的空間結構特征與大熊貓棲息地之間的關系。從而為在實際地段確定保護區的功能分區、核心區的邊界劃分等提供了重要依據。

表1：3種空間結構與生態過程關系模型的特征一覽表

這一關系模型的另一個典型體現為：將阻力模型的方法運用到丹霞山雉類運動的案例[13]。影響雉類運動的空間結構特征之一為不同的土地利用類型，包括農田、草地、灌叢、針葉林、混交林、季雨林殘存斑塊等；另外一個空間特征為源的位置和相互距離；運用最小累積阻力模型的計算方法綜合上述兩個方面空間特征來確定雉類的潛在運動趨勢。

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，計算機模型也可以納入此類。例如，卡爾·斯坦尼茨在《變化景觀的多解規劃》[14]、以及地理-設計（Geo-design）理論中的解釋模型、影響模型等可以通過計算機軟件將生態過程反映在實際地段中。

4 結論和討論

4.1 3種關系模型的關系

4 沙丘生態結構與過程（圖片來源：參考文獻[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、案例知識型到落地方法型，反映了從認識論到方法論不斷深入的過程；在研究對象上從非特定生態系統、特定類型的生態系統，以及規劃設計實際地段，反映了從理論到實踐的過程。解讀一個規劃設計案例時，我們也許會發現3種模型都存在，都極為重要；也許發現僅有一種關系模型得到了重視和重點闡述，其他關系模型相對被忽略。以這3種關系模型作為框架，對不同規劃設計案例進行生態學解讀，為生態學知識和方法的積累提供了思路。

4.2 關系模型的解讀強調對生態過程的關注

在關系模型的解讀中，應強調對生態過程的關注，否則，規劃設計者也許慢慢忘記了關系模型的來源，忘記了生態過程，機械照搬空間模式，就難以解決實際問題。一些規劃在沒有對地段生態過程特點分析掌握的基礎上，機械地設置生態廊道，而不管廊道是為了何種生態過程。這些都是我們要盡量避免的。

4.3 關系模型的解讀強調對實際地段空間結構和生態過程的掌握

在生態學應用上有一些誤區，好像掌握了一些生態學知識和方法，對具體地段不甚了解也能對其進行規劃設計。例如，經常看到學生套用生態安全格局方法中的雉類運動趨勢，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鍵生態過程。通過對3種關系模型落地性的分析可知，盡管關系模型可以作為思路框架提供參考，但是如何落地，還是要依賴于規劃設計者自身對實際地段的空間結構和生態過程的充分了解。

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

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

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[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. 設計結合自然[M]. 天津：天津大學出版社， 2008: 12-23.

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[14] [美]卡爾·斯坦尼茨. 變化景觀的多解規劃[M]. 北京：中國建筑工業出版社，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

國家自然科學基金（51278266）

清華大學建筑學院

2014-01-01