城市城市区域尺度的生物多样性保护规划途径研究

城市城市区域尺度的生物多样性保护规划途径研究

1城市—尺度与生物多样性保护层次的对应关系该标准对生物多样性的保护和规划的研究非常重要。尺度在本文中是指研究对象的时间和空间细化水平,表征为一定的时间间隔和空间大小,即时间尺度和空间尺度。生物多样性研究受到尺度效应的约束,各种尺度上的研究结论通常仅适用于特定尺度范围,随意跨尺度滥用理论将导致混乱和错误。因此,在生物多样性研究中,“应该以自然现象本身在内的时间和空间尺度去认识它,而不是把人为规定的时空尺度框架强加于自然界”。生态学研究在空间尺度上涉及小区(plotscale)、斑块(patchscale)、景观(landscape)、区域(regionscale)、大陆(continentscale)、全球尺度(globalscale)共6种尺度。但在景观规划设计实践中,主要涉及城市—区域尺度(urban-regionscale)、城市公园尺度(cityparkscale)及城市花园尺度(citygardenscale),如表01所示。从空间看,城市—区域尺度通常覆盖数平方公里至数千平方公里的特定地域范围,包括自然区域空间(如森林、河流等)和人工区域空间(如城镇、居民点等)。在城市—区域尺度的生物多样性保护规划研究中,从景观生态学角度区分两类区域是非常有意义的:一类是以城市为基质的区域空间,另一类是以自然为基质的区域空间。(图01)这两类区域在生物多样性保护规划方面所面临的问题和策略是有差别的:对于前者景观格局的构建起到了关键性作用,而后者以自然保护区的建立起关键性作用。因此,在城市—区域生物多样性保护规划研究中,存在着自然保护区途径和城乡景观格局优化途径的差异。生物多样性研究包含4大层次,即遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性,相应的生物多样性保护也分别在环环相扣的5个生物空间等级层次上进行,即(a)景观或生态系统综合体层次,(b)群落层次,(c)种群层次,(d)物种层次和(e)基因层次。生物多样性保护5个层次之间存在着上下因果链关系:低层次是高层次的构成基础,而高层次对低层次起支配调节作用。由于受到空间尺度效应和保护层次因果链的双重作用,景观规划设计实践所涉及的3大尺度与5层次生物多样性保护之间存在一定的对应关系,如表01所示。2生物多样性保护规划的重点首先,景观多样性保护是城市—区域尺度生物多样性保护的关键所在。从既往研究看,城市—区域尺度生物多样性保护面临的主要问题,是城市野蛮生长导致的生物栖息地破碎化、孤岛化以及城市生物类群同质化现象。在物种层次或其他较低层次应用的生物多样性保护方法,虽能暂缓物种多样性的降低,但不能从根本上解决问题。研究表明,城市—区域尺度的生物多样性保护重点层次是景观层次或生态系统综合体层次。换言之,对物种的生存环境(栖息地)的保护才是关键所在。因此,生物多样性在城市—区域尺度应主要依靠景观生态学途径,其主要思想是通过景观多样性保护来实现物种多样性的保护,对此学界已有共识。其次,景观多样性保护必须通过完善景观格局来达到。景观多样性包含景观要素、景观结构与景观功能3个方面的多样性,主要研究组成景观的斑块在数量、大小、形状,景观的类型、分别及其斑块间的连接度、连通性等结构和功能上的多样性。景观生态学研究表明:一定的景观格局会控制或影响景观(或区域)内部的生态过程,包括能量、物质、生物在景观中的运动,以及种群动态、生物多样性和其他生态系统过程。通过对景观格局中要素与结构的优化,能够增加栖息地(生境斑块)多样性、景观结构(生境空间结构)异质性以及景观功能(种群繁衍、物种迁徙、遗传变异等)的多样性。第三,寻找“最优景观格局”是城市—区域尺度生物多样性保护规划的核心任务。对于风景园林规划设计而言,其对象是以土地使用为主要内容和基础的地表空间系统,任何自然科学成果只有通过“空间化”——转换为空间性语言,才能被规划设计所应用。因此,城市—区域尺度生物多样性保护规划的重点,应该是探讨区域内生态系统以及景观保护的最有效、最优的空间化途径,即通过对区域内不同生态系统或景观单元空间关系(即“景观格局”)的控制,来实现生物多样性保护的目的。第四,城市—区域尺度生物多样性“最优景观格局”主要将体现在如下两方面。一是生境斑块多样性。生境斑块的多样性包括斑块的类型、数量、大小、形状等方面,多样性的生境斑块有利于各种来源的生物定居和生存,不同区域类型的生境斑块可以支持不同物种的生存。二是生境空间结构多样性。生境空间结构多样性要兼顾不同生境类型的空间分布,以及同一类型生境间的连接度和连通性。在城市—区域空间格局上主要通过生态交错带的维护和生态网络的营造来实现生物多样性保护。包括:①生态交错带。由于边缘效应,不同尺度不同类型的生态交错带均显示出较高的生物多样性。城市及城市外围区生境异质性高,其生境斑块边缘的植物和动物种类异常丰富,如城市河岸带、湖岸带等湿地交错带往往形成物种富集区。在城市扩张过程中,河道固化阻隔了水体生物与周边环境的物质循环过程,消灭了自然的生态交错带,导致生物多样性降低。所以在城市—区域尺度上,不同生境之间的生态交错带的维护对支持生物多样性具有重要的意义;②生态网络。独立、分散的生境斑块像孤立的岛屿,彼此缺乏有机的联系,更谈不上保护区之间的物质循环、能量流通和信息传递。所以必须在各生境斑块之间设置生物廊道或踏脚石(stepping-stone),使之成为一个有机联系的整体和生物保护网络,从而更好地发挥生物多样性保护的功能。3“最优景观格局”的概念在以城市为基质的城市—区域中,如果一个符合景观多样性保护要求的区域镶嵌体格局可以完满的实现城市—区域尺度的生物多样性保护,那么这种格局则被认为是生物多样性保护的“最优景观格局”。以“最优景观格局”为参照,对现实景观格局进行调整优化的过程,被称之为“景观格局优化”。在以城市为基质的大区域生物多样性保护规划中,城乡景观格局优化途径目前存在如下3种规划模式。3.1景观安全格局2)“景观安全格局”模式俞孔坚基于克纳彭(Knaapen)等(1992)所提出的最小阻力表面(MCR)模型,并借助GIS的表面扩散技术,构建了一系列生态上安全的景观格局,称为“景观安全的表面模型”,被认为是针对景观生物多样性保护,对福尔曼景观格局优化思想的有效实现途径。该模式提出生态安全的景观格局应包含如下组分:①“源”,是现存乡土物种栖息地,是物种扩散的源点;②“缓冲区”,是环绕源周围地区,是相对的物种扩散低阻力区;③“源间连接”(廊道),相邻两源之间最易联系的低阻力通道;④“辐射道”,由源向外围景观辐射的低阻力通道;⑤“战略点”,对沟通相邻源之间联系有关键意义的“跳板”。(图03)俞孔坚将上述景观安全格局发展为区域生态安全格局,主要是针对区域生态环境问题,在干扰排除的基础上,保护和恢复生物多样性、维持生态系统结构和过程的完整性,实现对区域生态环境问题的有效控制和持续改善的区域性空间格局。3)“绿色基础设施”模式绿色基础设施(Greeninfrastructure)被定义为自然区域和其他开放空间相互连接的网络,简言之即一个相互联系的绿色空间网络。区域尺度的绿色基础设施包含广泛多样的、原生的、可恢复的自然生态系统和景观特征,具体有:湿地、林地、水域和野生生物栖息地等受保护的自然区域;国家和州立公园、自然禁猎区、野生动植物廊道和荒野地等受保护土地;森林、农田、大型农场等具有保护价值的生产性土地;以及公园、观景点和绿道等其他受保护的开放空间。区域绿色基础设施由于能够保护大量自然区域,将大量孤立破碎土地(生境)进行连接,从而能够保护和维持栖息地多样性,因此成为区域生物多样性保护的有效手段。区域绿色基础设施通常由一个连接生态系统和景观的网络模式构成,包括如下要素:①“中心控制点(Hubs)”,是野生动植物的主要栖息地,同时也是整个大系统中动植物、人类和生态过程的“源”和“汇”;②“连接通道(Links)”,是将系统整合的纽带;③“场地(Sites)”,与整体网络有联系的、或独立的小型野生动植物栖息地或供人类游憩的场地。(图04)虽然,保护自然系统和生物多样性是绿色基础设施的重要目标,但其还存在更为广泛的价值,如休闲健康(绿道)、生产价值(果园)和经济价值(农场)等。3.2优景观格局”规划策略上述模式与思想,其实质是在城市—区域范围内建立两个次区域,第一个次区域主要用于物种的栖息地,其主要职能是完成生物多样性的保护和维护;另一个次区域主要用于人类的各种开发活动,其主要职能是满足人的各种需求。“最优景观格局”规划应包括如下策略。策略1:参照景观安全格局模式及绿色基础设施模式等景观格局优化思想,建立覆盖整个城乡区域的绿色基础设施网络。策略2:划定区域绿色基础设施的刚性边界,作为城市永久绿线以及城市建设的控制边界,避免城市的无序增长与蔓延。策略3:在区域绿色基础设施覆盖范围内,应保留尽可能大的、多类型的自然植被斑块,保护现存乡土物种栖息地,建立联系这些斑块的大尺度生态廊道,并保证廊道的宽度和连通性。策略4:在区域绿色基础设施覆盖范围外的城市建设区,应保留或建设一些小的自然斑块作为公园、休闲和开放空间系统。策略5:结合城市绿地系统建立各种尺度的绿道体系,用于联系绿色基础设施与城市建设区域,联系城市空间与乡村空间。4“自然遗迹”的界定在以自然为基质的城市—区域保护生物多样性的多种途径中,最为普遍的方式是建立自然保护区。自然保护区通常选择在“有代表性的自然生态系统、珍稀濒危野生动植物物种的天然集中分布区、有特殊意义的自然遗迹等”所在的陆地、陆地水体或海域。通过保护区的边界划定,在区域尺度上将人类活动区域与自然保护区实行分离,可最大限度地避免人类对自然的干扰与破坏,从而将生物多样性保护的任务交给自然保护区本身。自1872年世界上第一个自然保护区建立已有140多年的历史,保护区研究从最初以物种为中心的传统保护途径(目标物种途径),已转变为以生态系统为中心的景观保护途径(景观途径),其背后蕴藏的思想是:为了长期保持一个物种,不仅要考虑目标物种的本身及其种群,还要考虑它所在的生态系统以及有关过程;不仅要重视保护区,更要重视保护区的背景基质。4.1带模式的研究内容自然保护区的规划呈现出2种典型空间模式。第一种是“保护区圈层模式”,该模式是依据1971年联合国“人和生物圈计划”的生物圈保护区思想而提出的,圈层模式认为:一个科学合理的自然保护区应由3个功能区域组成,分别为核心区、缓冲区、实验区(图05左)。核心区内的生物群落与生态系统受到绝对保护,禁止一切与保护无关的人类活动;缓冲区围绕核心区达到在生物、生态及景观上的一致性,可开展有限度的人类活动;实验区用于保存与核心区及缓冲区的一致性,允许进行一定的科研、游憩乃至经济活动。“保护区圈层模式”在实践中被大量采用,但同时也暴露出一些问题。学者指出保育规划通常只是简单地划定生态保护区的范围,很少规划设计可以促进生境之间物种迁徙和交流的生态廊道,其结果很难阻止种群减少和生物多样性降低的趋势,因而将自然保护区规划仅集中在单个保护区是不可取的。针对圈层保护模式的缺陷,里德·诺斯(ReedF.Noss)和拉里·哈里斯(LarryD.Harris,1986)提出了在区域的自然保护区网设计的节点—网络—模块—走廊(Node-network-modules-corridors)模式,也称为“保护区网模式”(图05右)。这一模式在汲取圈层模式优点的基础上,着重于破碎生境的重新链接,认为通过生境走廊可将保护区之间或与其他隔离生境相连,最终将不同地方的保护区构成保护区网。4.2保护区生物多样性原则自然保护区的发展之初一直为缺乏科学理论的指导所困扰。随着理论与实践的深入,岛屿生物地理学、种群生态学(复合种群理论)、种群遗传学及景观生态学为自然保护区实践提供了明确的理论指导。其中,以岛屿生物地理学尤为明确。由于自然保护区类似于岛屿,其周围被人类创造的各种栖息地包围,保护区内的物种受到不同程度隔离。里德·诺斯与艾伦·库伯理德(ReedF.Noss&AllenY.Cooperrider)等人(1975)根据岛屿生物地理学的物种—面积关系和平衡理论,提出保护最大物种多样性的自然保护区设计原则,整理见表02。这6大设计原则能够为如何合理设计保护区的空间格局提供明确的指导。5间类型—小结本研究从探索空间尺度与生物多样性保护层次的关系入手,得到如下主要观点:一是城市—区域尺度生物多样性保护规划的主要特征是必须通过保护景观多样性来实现物种多样性的保护,寻找有效保护的“最优景观格局”是区域生物多样性保护规划的核心任务;二是针对城市基质的区域空间类型,提出了城乡景观格局优化途径,包括3大模式及5大格局优化策略;三是针对自然基质的区域空间类型,提出了生物多样性保护规划的自然保护区途径,该途径包含2大模式以及6大保护区设计原则。总体上,景观生态学在城市—区域尺度的生物多样性保护方面具有基础地位,景观生态学基本原理对于城市—区域尺度的生物多样性保护规划具有明确的指导意义。1)“集聚间有离析”模式理查德·福尔曼(RichardT.T.Forman)在1995年提出“集聚间有离析”(aggregate-with-outliers)(也称为“集中与分散相结合”)的景观生态规划格局(图02),