城郊景观异质性和城市生态建设

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。

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。