1

關于區域生態基礎設施實踐與理論

 

 

生態基礎設施（Ecological Infrastructure，簡稱EI），本質上講是城市所依賴的自然系統，是城市及其居民能持續地獲得自然服務的基礎（Natures Services），這些生態服務包括提供新鮮空氣、食物、體育、休閑娛樂、安全庇護以及審美和教育等等。它不僅包括習慣的城市綠地系統的概念，而且更廣泛地包含一切能提供上述自然服務的城市綠地系統、森林生態系統、農田系統及自然保護地系統。

 

 

1.1

早期規劃實踐和理論中體現出來的生態基礎設施建設思想

 

 

早在100多年前（1879～1895），Olmsted和Eliot就將公園、林蔭道與查爾斯河谷以及沼澤、荒地連系起來，規劃了至今成為波斯頓驕傲的“藍寶石項鏈”（Emerald Necklace）。在1883年，景觀設計師克里夫蘭得（Cleveland）為美國明尼蘇達的明尼阿波利斯做規劃，當時明尼阿波利斯還是一個小鎮，克里夫蘭得讓市長和決策者在郊區購買大面積的土地，用以建立一個公園系統。在土地還遠未被開發時，就非常廉價地買到了大塊土地。這一行動是為50～100年之后的城市所規劃的。如今100多年過去了，城市已經擴大了幾倍，但這些廉價購得的土地卻成為城市中寶貴的綠地系統。這樣一個綠地系統的形成，不光是要一個好的概念，同時需要城市決策者提前50～100年進行投資。在同時代，當堪薩斯（Kansas）和克里夫蘭（Cleveland）都還是小鎮時，就用便宜的地價在其郊外購置大量土地，結合區域的河流水系規劃建設并一直保護了一個綠地系統。這一當時尚在郊區的綠地系統而今已成為城市的一個有機部分了，成為居民身心再生的場所。

 

 

所以，如同城市的市政基礎設施一樣，城市的生態基礎設施需要有前瞻性，更需要突破城市規劃的既定邊界。唯其如此，則需要從戰略高度規劃城市發展所賴以持續的生態基礎設施。而中國快速的城市化進程為明智而又有良知的城市決策者提供了一個造福子孫的極好機遇。

 

 

1.2

綠道和遺產廊道與生態基礎設施

 

 

綠道（Greenway）是指不同寬度的綠色廊道構成的網絡。根據功能，主要可分為三類：生態綠道，休閑綠道和歷史遺產廊道。綠道主要指自然形成，或歷史本來存在，如河流、山谷構成的廊道，也包括完全人工的，如城市林蔭道，運河廊道當然也包括在內。

 

 

早在1960年代，Lewis的“環境走廊（Environmental Corridors）”概念對于類似思想的發展具有重要意義。他認識到水系在生物等資源上的特殊生態意義，將水系作為城市和區域綠色通道的基本框架。McHarg在此后不久提出了“設計遵從自然”的生態規劃思想，將區域和自然生態環境的關系推到了一個新的層次。

 

 

隨著對大尺度景觀的重視，綠道規劃逐步成為開放空間規劃的一個有效的、社會期望的方法。通過系統的線路選擇和連接，區域生物多樣性保護地和廊道成為區域的綜合性的綠道骨架，在景觀生態學等相關學科不斷發展的情況下，人們也漸漸認識到綠道對于物種的保護作用。許多科學家認為生境的破碎化，是對生物多樣性的最大威脅。島嶼生態學理論認為，加強生境島嶼之間的生物運動可以降低由于生境碎裂化帶來的物種滅絕的可能性，因此廊道連接各生境島嶼對野生生物保護具有重要的作用。生態學家提出建立景觀廊道線狀聯系，可以將孤立的生境斑塊連接起來，提供物種、群落和生態過程的連續性。

 

 

1995年，Bueno等進行了南佛羅里達地區區域生態綠道研究，從而重新建立了聯系不同區域的大尺度生態框架。由于區域的自然景觀已隨農業和城市化的擴張而日益破碎化，區域性綠道（Regional Greenway）的提出是為了在破碎化的景觀之間建立生態聯系通道。這樣一條區域生態廊道可以從自然和文化兩方面聯系原來破碎的景觀，從而使之成為巨大的資源。原本為農業和城市發展而興建的水利工程如運河、排水溝、水庫和防洪設施等，經過生態恢復和管理可以作為區域生態網絡提供生態服務，同時也可作為一種文化載體發揮其價值。

 

 

值得一提的還有建立在遺產保護區域化和綠道概念基礎上的遺產廊道概念，它針對包含獨特文化資源的線形景觀提出，包括運河、鐵路線都屬于記載人類早期運動路線的遺產廊道。遺產廊道的目標是包括遺產保護、休閑、教育、生態功能在內的多贏戰略。在遺產廊道的綠地系統規劃中應注意連續性、多樣性和關鍵區等。

 

 

經過長期發展，綠道由最初的單一目標（美化、休閑）規劃已經發展成為包括棲息地的保護、歷史文物的保護、教育、解釋等在內的多目標規劃。綠道規劃的核心思想與生態基礎設施實際上已經極為類似。

 

 

1.3

生態足跡、生態服務和生態基礎設施

 

 

生態足跡是由Mathis Wackernagel和William E.Rees提出的。生態足跡是無限期地用以維持一定人口和物質水平所需要的土地（水面）面積。在一定的人口或經濟條件下，生態足跡能夠用有一定生產力的土地面積來評價資源消耗和廢物降解的程度。它拓寬了人們對城市與區域關系的認識，指明城市必須依托于更大范圍的區域而持續。

 

 

Costanza等學者提出了生態系統服務（ecosystem service）的概念。生態系統服務功能是指生態系統與生態過程所形成與維持的人類賴以生存的自然環境條件與功能。生態系統為人類提供了食物、醫藥及其他工農業生產的原料，更重要的是支撐與維持了地球的生命支持系統，維持生命的地球化學循環與水文循環，維持物種與遺傳多樣性，凈化環境，維持大氣化學的平衡與穩定，提供啟智的機會等。區域和城市生態系統的生存與發展取決于其生命支持系統的活力，這個系統的活力取決于其關鍵性結構，也就是生態基礎設施的承載能力及生態服務功能的強弱。

 

 

1.4

景觀安全格局和中國城市生態基礎設施建設戰略

 

 

在有限的土地資源條件下，高效是實現可持續發展的關鍵。關于如何高效地進行生態基礎設施規劃與建設，俞孔堅提出景觀生態安全格局（Security Patterns）的理論與方法。該理論把景觀過程（包括城市的擴張，物種的空間運動，水和風的流動，災害過程的擴散等）作為通過克服空間阻力來實現景觀控制和覆蓋的過程。要有效地實現控制和覆蓋，必須占領具有戰略意義的關鍵性的空間位置和聯系。這種戰略位置和聯系所形成的格局就是景觀生態安全格局，它們對維護和控制生態過程具有異常重要的意義。根據景觀過程之動態和趨勢，判別和設計生態安全格局。景觀生態安全格局理論在區域EI建設中的意義在于它為在有限的國土面積上，以最經濟和高效的景觀格局，維護生態過程的健康與安全，控制災害性過程，為實現人居環境的可持續性提供了可能，而不同安全水平的存在更滿足了建設前瞻性和高效的生態基礎設施的要求。在此基礎上，提出中國城市的生態基礎設施建設的主要戰略，包括維護和強化整體山水格局的連續性、保護和建立多樣化的鄉土生境系統、維護和恢復河道和海岸的自然形態、保護和恢復濕地系統、將城郊防護林體系與城市綠地系統相結合、建立非機動車綠色通道、建立綠色文化遺產廊道、開放專用綠地，完善城市綠地系統、溶解公園成為城市的綠色基質、保護和利用高產農田作為城市的有機組成部分、建立鄉土植物苗圃等。

 

 

2

國土安全與中國東部生態基礎設施戰略

 

 

2.1

大運河是中國東部區域生態基礎設施建設的關鍵

 

 

中國的城鎮化進程正呈燎原之勢，在未來近十多年時間內，中國的城市化水平將從目前的36％達到65％。快速城市化給中國大地帶來了前所未有的生態壓力。人口負重與土地資源的貧乏，使中國的城鎮化進程危機四伏，區域可持續發展問題突出，已經引起學術界和政府的空前重視。中國東部城市化水平遠高于西部是中國城市化的特點之一。城市化速度過快使得自然條件限制和歷史遺留問題造成的危機更為明朗化，生態環境問題層出不窮，嚴重威脅著中國東部區域的可持續發展前景。總的來說，東部地區面臨的問題主要體現在：

 

 

（1）人口密度高，城鎮密集，資源需求與資源承載力矛盾突出；

 

 

（2）水資源污染和浪費嚴重。污染問題不僅存在于城鎮地區，新興的農村工業化過程使得局部農村區域的污染甚至超過了城市。

 

 

這兩個問題的本質就是對生態基礎設施缺乏保護，同時現有生態基礎設施也缺乏效率和前瞻性。京杭大運河是中國東部溝通南北的重要水系，其本身在長期參與和影響河域的生態演化進程的情況下，已經成為中國東部區域生態基礎設施的重要組成部分。同時其流域所面臨的快速城市化影響下的景觀生態問題在東部地區也有著廣泛的代表性。因此，以京杭大運河為骨架建立區域生態基礎設施，對中國東部區域國土的生態安全和可持續發展具有關鍵意義。

 

 

2.2

以南水北調工程為契機，建設中國東部區域生態基礎設施

 

 

中國的京杭大運河已有兩千多年的歷史，完全通航也有七百多年歷史。在長期的歷史發展中，運河對區域景觀和城市的發展形成了深刻的影響。例如在揚州城市水系的形成中，京杭大運河就是最重要的主導因素。而在蘇、杭城市環境形成和發展中，大運河也起了非常重要的作用。

 

 

京杭大運河跨京、津、冀、魯、皖、蘇、浙七個省市，穿越兩個中國最富活力的經濟帶（沿海經濟帶和長江經濟帶）和經濟圈（長江三角洲經濟圈和環渤海灣經濟圈），在中國“開”字形區域發展戰略格局中占據著十分重要的地位。近年以來，隨著快速的城市化和南水北調東線工程的規劃建設，運河廊道區域正面臨著一系列威脅和挑戰，區域可持續發展問題日益突出。在此新的歷史條件下，維護景觀和區域尺度上生態過程的健康與安全，使運河生態網絡成為高效的、能夠持續地提供多種生態服務（包括輸水、物種棲息、遺產保護、休閑和防洪等）的區域生態基礎設施，已迫在眉睫。為了緩解中國南北水資源分配不均所帶來的發展困境，國家已經制定了南水北調戰略的多套方案。然而，國際上的大型調水工程大多毀譽參半，對生態環境的影響是其主要負面意見所在。如俄羅斯北水南調等工程一方面滿足了有關地區工農業用水，緩解了里海水位下降，但也影響了調出地區的水量、水溫、積水、含鹽量等，帶來巨大的環境負面效應；而巴基斯坦的調水工程直接造成輸水管兩岸數百米寬的地帶沼澤化，使耕地銳減。

 

 

在我國人口、資源與環境問題越來越嚴峻的情況下，南水北調不應僅僅成為一項單純的調水工程，而應成為工程所在區域可持續發展戰略的有機組成部分。南水北調各線路的生態環境影響正在成為一個學術研究熱點。

 

 

正是在上述背景下，特別是在南水北調工程契機下，本論文提出在區域尺度上建立以京杭大運河為骨干的生態基礎設施，并提出應盡快對此進行長期的科學研究和監測。

 

 

3

京杭大運河的區域生態戰略意義

 

 

3.1

作為對區域生態結構有著廣泛影響的半自然生態系統

 

 

以大運河為走廊、運河支流為廊道、以與運河毗鄰的湖泊和濕地及城鎮為斑塊，以周邊農田為基質形成區域尺度上的景觀生態系統，簡稱大運河景觀生態系統，是一個獨特的、有著廣泛影響的半自然生態系統。運河廊道長期橫跨南北多種不同類型的自然、半自然、人工生態系統，通過長期的能量、物質、信息的流動和循環，河域本身形成了復雜、影響廣泛的生態系統，形成了自身的生態調節能力。現在，其整體結構和功能雖然在人工、自然等多種外來因素的干擾下部分已處在癱瘓狀態，但臺兒莊以南部分仍然發揮著包括航運在內的多種作用。其整體在系統的生態修復之后仍然有可能恢復其區域生態功能。

 

 

3.2

作為運河區域城EI的重要組成部分

 

 

運河廊道是運河區域多個城市環境形成的主要因素或主要因素之一，灌溉是運河歷史上除去運輸以外的最大功能。歷代修運河，“貢賦通漕”之外，兼利灌溉都是另一個重要理由。其未斷流的部分，至今仍是區域農業安全的重要基礎。運河不但是中國東部區域城市和鄉村重要的自然條件，而且發揮著重要的生態服務功能，是河域城市和鄉村EI的重要組成部分。

 

 

3.3

豐富的濕地生態系統存留

 

 

濕地是人類及眾多動植物的重要生存環境之一，它具有極為豐富的生物多樣性和多項生態服務功能，被譽為“自然之腎”。運河河道大多依據天然河道修筑，雖然這些天然河流在航運功能要求下大多渠化，但經過長期的生態變遷以后，仍然存留了大量的沼澤、泥地。歷代為蓄瀉洪水，同時也沿河修建了大量的人工池塘或修建、利用湖泊作為蓄瀉之用，這些湖泊、池塘或存或廢，都發揮著重要的濕地生態系統功能。

 

 

3.4

極為重要的遺產廊道

 

 

遺產廊道是美國在遺產保護區域化和綠道概念發展成熟基礎上提出來的概念。由于京杭大運河所包含的豐富的文化資源在中國歷史上的特殊地位，它實際上就是一條極為重要的遺產廊道。

 

 

所以，從區域景觀生態角度出發，在南水北調重大工程，遺產保護及區域城市化與區域可持續發展背景下，建立大運河區域生態基礎設施，有著重要的戰略意義。

 

 

4

建立大運河EI的問題背景

 

 

4.1

快速城市化背景下的問題

 

 

景觀生態學認為區域由多個景觀所構成，而每一景觀都是由基質、廊道、斑塊組成的異質空間鑲嵌體。運河流經的中國東部區域是城市化進程最快的地區之一。從景觀生態學的角度看，快速城市化進程對于運河區域可持續發展問題的影響主要體現為區域景觀生態問題。主要概括如下：

 

 

（1）快速城市化進程帶來的基質數量和質量的變化。京杭大運河區域的基質主要是農田，包括黃淮海平原主產小麥的耕地和長江三角洲主產稻米的耕地。城市化所蠶蝕的土地大多為城市周圍地勢平坦、交通方便、水源充足、土壤肥沃的農田，直接影響了基質的數量和質量，對運河區域的景觀生態造成破壞性影響。

 

 

（2）對運河及其支流廊道的功能和結構的影響。河流廊道是廊道的重要形式，是聯接城鄉并為其提供生態系統服務的關鍵通道。在區域景觀生態格局中起著重要作用。快速城市化進程對運河廊道結構和功能的影響是多方面的：

 

 

（a）出于美化或治理目的的建設性破壞。城市美化在西方曾有過慘痛的教訓，在今天的中國仍然陰魂不散，對中國大地的生態安全構成嚴重威脅。人們出于美化或治理目的對運河加以整治，但往往只把河道作為對象，進行大規模的人工化整飭，堤岸的自然形態因此消失，其后果是對鄉土生境的破壞，造成物種地方性與多樣性的喪失，破壞生態效應的發揮。

 

 

（b）污染嚴重。污染嚴重是東部地區可持續發展面臨的最主要問題之一。水源型缺水已經造成水鄉無水喝的尷尬局面。運河區域的水污染的主要問題來自于沿河城鎮不斷增加的排污，這正是快速城市化的后果。污染破壞了水質，直接導致運河廊道生態功能的喪失和癱瘓。同時威脅到運河區域生態網絡的健康性與完整性。

 

 

（c）毀林開墾，水土流失加大。毀林開墾是城市化侵占農田的后果。水土流失則是困擾中國河流的三大問題之一。水土流失對河流廊道的功能和結構都造成重要影響。

 

 

此外還有快速城市化帶來的建筑開挖、表土擾動、硬質界面增大，航運通行、灌溉、供水等壓力過大等，這些都影響到運河廊道的生態功能和結構。

 

 

（3）快速、無序的城市化導致區域景觀格局急劇變化。運河區域的城市化多是在沿河城鎮出于本身發展或各省區出于本地區發展、而不是整個區域的宏觀背景所制定的政策主導下進行的。加之很多規劃編制仍在傳統的規劃方法下進行，很少或根本沒有考慮生態問題。城鎮斑塊不斷擴張，農田、林地、濕地等自然斑塊不斷縮減，直至破碎化。區域景觀格局的安全存在嚴重問題。

 

 

（4）快速城市化嚴重威脅遺產廊道的保護。城市的迅速擴張正在破壞運河的歷史環境。一方面運河區域的各個歷史文化遺產受到威脅，另一方面，運河遺產廊道作為一個人類與自然結合的工程遺產整體上受到嚴重威脅，在現有的文物保護單位、歷史文化保護區、歷史文化名城保護架構下沒有得到適宜的保護，其真實性（authenticity）和完體性（integrity）都受到損害。

 

 

（5）快速城市化和經濟的迅速發展帶來居民休閑需求。在經濟和城市化快速發展的背景下，城鄉居民的身心再生要求是區域發展面臨的重要挑戰之一。早在1860年中期，Olmosted就把公園、河谷、荒地、沼澤連接起來，規劃成令波士頓人感到驕傲的“藍寶石項鏈”。1883年，Cleveland為Minneapolis做規劃時，就主張購買大片土地作為公園綠地系統作為未來居民休閑場所。經過長期發展，證明這一主張十分英明。京航大運河區域有著豐富的自然、文化資源和風景審美資源，如何整合這些豐富資源，滿足城鄉居民的身心再生要求并具有一定前瞻性，也是運河區域可持續發展的一個重要課題。

 

 

4.2

南水北調工程帶來的區域生態問題

 

 

南水北調工程的規劃建設又使得運河河道被以新的方式、賦予了新的功能——輸水功能。運河廊道的景觀屬性也因此面臨新的改變。其結構和功能都將重新調整，從而對區域生態產生重大影響。

 

 

（1）南水北調是繼京杭大運河開鑿以來又一次對以運河為骨架和主體形成的、包括支流和湖泊、池塘、沼澤等濕地在內的運河區域生態網絡施加的人工干擾。南水北調作為大規模的跨流域調水工程，將是人工因素對區域生態系統的又一次大規模干擾過程。這一干擾在景觀和區域尺度上的模擬和研究，對于區域可持續發展來說，無疑有著極為重要的理論價值。

 

 

（2）南水北調將在區域尺度上改變運河區域生態網絡的功能和結構。調水改變河道的功能，進而影響到整個網絡。水作為核心生態因子又影響和改變整個區域生態格局和過程。其影響的過程可歸納為：

 

 

調水→改變原來的水文情勢→自然環境變化→社會經濟變化。

 

 

這些都將對區域可持續發展造成重大影響。

 

 

（3）南水北調是對大運河區域生態系統的巨大挑戰，更是重要機遇。大規模調水形成的人工干擾，有機會使得已經成為生態基礎設施的部分變得更加高效和具有前瞻性，并同時有機會對斷流和生態功能癱瘓區域進行系統的生態系統修復，保護運河遺產廊道，從而實現區域可持續發展。

 

 

5

建立大運河區域生態基礎設施的技術途徑

 

 

基于以上討論，提出制定以大運河景觀生態系統為骨架的區域生態基礎設施建設對策，并提出具體實施戰略與實施導則。導則分別在兩個層次上進行：

 

 

第一個層次是區域景觀格局的構建（configuration），包括對景觀元素的空間位置、形狀、尺度和連續性等進行戰略性規劃；

 

 

第二個層次是景觀元素的設計導則，包括如運河道整理斷面及護岸設計導則、湖泊及濕地邊界處理導則，城市邊緣與水系邊界設計導則，林帶及斑塊構成導則，文化遺產廊道設計導則。

 

 

參照Steinitz的景觀設計框架，建立大運河區域生態基礎設施的技術途徑可分為六個步驟（表1）：

 

 

表1

實施大運河EI計劃所要研究的內容、技術路線和預期的結果

 

 

Tab.1

Research contents，technical approaches and prospective results in the project of establishing the Great Canal regional ecological infrastructure

 

 

 

 

（1）景觀呈述：通過采集大量數據（借助遙感和GIS技術），歸類整理，并用圖、表和文字的方式進行表達大運河區域景觀生態狀況。

 

 

（2）過程分析：對上述成果根據研究的需要重點分析，并形成新的信息來源。

 

 

（3）評價：基于判斷矩陣的綜合比價和評判。

 

 

（4）改變方案：在上述研究基礎上預測在一定干擾下的景觀生態狀況，使用預測模型（Projection Models）和干預模型（Intervention Models）。

 

 

（5）影響評價：在上述干擾和預測模型基礎上，進行影響評價。

 

 

（6）決策：在上述步驟基礎上，用決策模型（Decision Model）來進行決策。

 

 

6

結論

 

 

以京杭大運河為骨架和主體形成的包括支流和湖泊、池塘、沼澤等濕地在內的運河區域生態網絡長期參與和影響河域的生態演化進程，已經成為河域REI的重要組成部分，具有重要的景觀生態學及區域生態戰略意義。

 

 

但在經濟高速增長、快速城市化和南水北調工程建設背景下，這一生態網絡面臨著巨大的挑戰和廣闊的機遇。在這樣巨大的機遇和挑戰面前，建立大運河區域生態基礎設施，對中國東部廣大地區獲得健康的生態服務、對中國東部城市帶的可持續發展、對遺產廊道本身的保護和滿足未來居民的休閑和教育需求，都具有非常重要的戰略意義。這一區域生態基礎設施的建立，需要借助一整套科學而系統的方法，多學科合作，當然還要借助國家政策和行政手段。