劉 暉,李莉華,徐鼎黃
(西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院,陜西 西安 710055)
西北地區(qū)城市分布密度雖然較低,但區(qū)域中心城市的人口、建設(shè)規(guī)模,已經(jīng)達(dá)到大中城市的發(fā)展程度.隨著“一帶一路”國家戰(zhàn)略實(shí)施,其發(fā)展速度不斷加快.西部是國家生態(tài)安全的關(guān)鍵區(qū)域,城市生態(tài)化建設(shè)極具緊迫性,而健康優(yōu)美的城市環(huán)境,更是西北城市人居生活的切實(shí)需求.城市生態(tài)環(huán)境主要表現(xiàn)在城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè),國家城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃的規(guī)范,保障了城市綠地系統(tǒng)的面積指標(biāo)等基本功能需要,而圍繞地域特點(diǎn)的生態(tài)建設(shè),缺少理論方法和實(shí)踐導(dǎo)向,使得西北城市綠地建設(shè)趨于模仿、形象和美化的符號,生態(tài)功能被忽視,導(dǎo)致城市化與城市生態(tài)環(huán)境之間的矛盾非常突出,使得干旱半干旱地區(qū)生態(tài)城市建設(shè)缺少實(shí)質(zhì)性內(nèi)涵.協(xié)調(diào)地區(qū)城市化與城市生態(tài)環(huán)境的關(guān)系,推動干旱半干旱地區(qū)城市健康發(fā)展的研究正日益為國內(nèi)學(xué)者關(guān)注[1-2].
西部地區(qū)脆弱的自然環(huán)境條件,一般被認(rèn)為是城市生態(tài)化建設(shè)的桎梏.但地區(qū)大中城市的建設(shè)選址往往是區(qū)域環(huán)境中生態(tài)本底最好的地方,近水、溫潤、土壤肥沃、草木豐盛,確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn),城市環(huán)境生物多樣性也是區(qū)域中最豐富的地方.近年來,城市化建設(shè)的擴(kuò)張不斷侵?jǐn)_原有自然本底,破壞區(qū)域生態(tài)敏感地區(qū).以區(qū)域生態(tài)規(guī)劃為基礎(chǔ)背景,在城市建成環(huán)境中營造人工干預(yù)下的生態(tài)系統(tǒng),進(jìn)行生境條件恢復(fù)和創(chuàng)造的生態(tài)建設(shè)方式,是西北整體生態(tài)建設(shè)發(fā)展的關(guān)鍵,也是西北地域風(fēng)景園林建設(shè)理論與實(shí)踐的重要內(nèi)容.本研究需要理清西北自然環(huán)境特點(diǎn),以及城市化建設(shè)所處的生態(tài)本底條件,梳理城市綠地建設(shè)的主要問題,進(jìn)而尋找西北城市綠地生態(tài)建設(shè)的途徑.
(1)全年平均干濕區(qū)劃分
西北地區(qū)行政界域包括新疆、青海、甘肅、陜西和寧夏在內(nèi)的五個省和自治區(qū).根據(jù)年均降水量與年參考作物蒸散之比得出的濕潤指數(shù)[3],西北五省自治區(qū)涉及極干旱、干旱、半干旱和半濕潤4個干濕區(qū),其中大部分地區(qū)處于干旱和半干旱區(qū),溫潤指數(shù)介于 0.2~1.0之間,即參考作物蒸散量是降雨量的5倍到1倍(見圖1).
(2)季節(jié)性干濕區(qū)劃分
西北地區(qū)降水量時空變化較大,季節(jié)性的干濕變化特征更能夠直接影響城市綠地建設(shè).一般來說,四季的干與濕是由干濕頻率決定的,而每一季的干濕頻率則是由季內(nèi)各月的干濕頻率相加平均求得[4].一年中 3~5月、7~8月、9~10月、1~2月分別作為春夏秋冬四季(6月和11月份是春季到夏季、秋季到冬季之間的過渡月,不列入統(tǒng)計),根據(jù)干濕頻率的統(tǒng)計和計算,可以發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)不同季節(jié)中干濕區(qū)的變化較大(見圖2.)
(3)干濕區(qū)劃分下的典型城市選取
根據(jù)西北地區(qū)干濕氣候區(qū)化及季節(jié)性變化特征等綜合因素,研究選取西安、蘭州和烏魯木齊作為干旱、半干旱的典型干濕區(qū)代表城市,其季節(jié)性干濕特征表現(xiàn)為干季居多,占到三個城市四個季節(jié)的2/3,而其他1/3季節(jié)表現(xiàn)為濕季和干濕過渡季的特點(diǎn)(見表1).西安地區(qū)一年四季的干濕變化豐富,秋季表現(xiàn)為濕季,夏季為過渡季,春冬季為干季,具有一定的代表性特點(diǎn).
圖1 西北地區(qū)范圍與干濕氣候區(qū)劃Fig.1RegionofnorthwestChinaanddry-wetclimateZoning
圖2 我國四季干濕區(qū)域分布圖Fig.2 Dry-wet area distribution in four seasons of China
表1 西北3個典型城市的干濕特征Tab.1 Dry-wet characteristics of 3 representative cities Northwest
雖然降雨屬于干濕區(qū)劃分的主要依據(jù),但季節(jié)性降雨量的數(shù)據(jù)研究,也是城市建設(shè)中作為雨水利用和防澇、防止面源污染的重要依據(jù).
西北地區(qū)城市降雨多集中于春、夏、秋三季,且時空分布極度不均勻.西安城市的年降水量為537.5~1 028.4 mm,其中夏季降水最多,大約占年降水量的40%;其次為秋季,占年降水量的34%;春季約占年降水量的23%;冬季最少,只占3%.蘭州市年降水量約 327 mm,主要集中在春夏兩季,主要是6到9月.烏魯木齊市的降雨過程多發(fā)生在春季、夏季,年降雨量平均為231 mm.由此可見西北地區(qū)城市氣候環(huán)境大多具有季節(jié)性特征,表現(xiàn)為冬季干燥嚴(yán)寒,夏季高溫,全年降雨集中在夏季前后,瞬時降雨量大且集中(見圖3).
圖3 西北3個典型城市降雨量年變化與月變化特征Fig.3 Yearly and monthly rainfall features of 3 typical northwest cities in China
根據(jù)我國自然地理區(qū)域劃分,西北五省及自治區(qū)行政轄區(qū)橫跨三個自然地理區(qū)域界,包含五個自然地理地區(qū)界,涉及 11個自然區(qū)[5],也可以稱之為自然景觀類型(見表2).
西北多座城市具有悠久的城市建設(shè)歷史.城市選址,受中國傳統(tǒng)地景文化思想的影響,往往占據(jù)了區(qū)域內(nèi)生態(tài)本底條件良好的形勝之地.以下以西安、蘭州和烏魯木齊3座城市為例.
西安選址乃“八水繞長安”之地,有 3100多年建城歷史,戰(zhàn)國時期被稱為“山林川谷美、天材之利多”[6].城市北臨渭河和黃土高原,南靠秦嶺,地處風(fēng)積黃土堆積覆蓋和渭河沖積共同作用下形成的渭河平原,也稱關(guān)中盆地,平原海拔400~700 m.市域內(nèi)河網(wǎng)密集,徑流時空分布不均勻,豐水年與枯水年徑流量相差 4~7倍.西安市域的平原地區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,年日照時數(shù)1 646~2 115 h,主導(dǎo)風(fēng)向區(qū)為東北風(fēng).土壤類型復(fù)雜多樣,北部渭河平原多為黃褐土、褐土,南部的秦嶺山地多為黃棕壤、棕壤.多樣化土壤為豐富的植物種類生長提供條件.自然植被中野生植物資源豐富,秦嶺被稱為中國重要的種子植物“基因庫”之一.
蘭州市位于黃土高原西部,黃河上游,2 200多年的建設(shè)歷史.海拔1 500~2 000 m,地貌以黃土覆蓋的丘陵和盆地為主,日照豐富,晝夜溫差大,年日照時數(shù)約2 600 h.城市選址主要位于河谷川臺盆地,狹長的盆地形態(tài)形成特殊的盆地氣候.城市地下水資源匱乏,但緊臨黃河,湟水河、大通河穿過城市,入流量達(dá)337億m3.河谷階地廣布灌淤土,土壤肥沃.自然植被中次生林覆蓋 5%,相比之下草地資源豐富,天然草場類型多樣[7].
烏魯木齊市位于中國西北、新疆中部、亞歐大陸腹地,地處北天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣.始建于三國時期,距今約1 800年.市區(qū)三面環(huán)山,北部平原開闊.海拔 580~920 m,自然坡度12‰~15‰.烏魯木齊是世界上離海洋最遠(yuǎn)的城市,屬中溫帶大陸性干旱氣候.烏魯木齊的水源以冰川融水、地表徑流和地下徑流等不同形態(tài)存在,降水是水資源的補(bǔ)給來源,降水的變化直接影響水資源的變化.2012年,水資源總量為9.969億m3,其中地表水資源量9.198億m3.烏魯木齊地表水水質(zhì)較好,河流均系內(nèi)陸河,水位季節(jié)變化大,散失于綠洲或平原水庫中.這里自然環(huán)境比較復(fù)雜,有著豐富的野生植物資源.野生食用植物有 40余種,野生油料植物有50余種;野生飼用植物約有29科140多屬240余種,野生蜜源植物約有100多種;農(nóng)作物野生近緣種植物約有 60多種;野生藥用植物資源約有390余種,野生工業(yè)用植物約有100余種.
從這三個城市的水文、土壤和局地氣候等自然條件情況可以說明,這三座城市處于區(qū)域環(huán)境中生態(tài)條件較好的地段,而良好的生態(tài)基質(zhì)本底是生態(tài)恢復(fù)的基本條件,是通過人工干預(yù)營建恢復(fù)城市生境的方法良好的潛力與背景.
表2 西北自然景觀類型與大中城市分布Tab.2 The northwest natural landscape types and distribution of large and medium-scale cities
近 20年來,西北地區(qū)大中城市的城市化發(fā)展迅猛,由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對周邊中小城市要高,城市基礎(chǔ)設(shè)施包括園林綠化建設(shè)投入量大,注重生態(tài)城市的形象,同時對周邊地區(qū)具有較強(qiáng)的引領(lǐng)和示范作用.城市化建設(shè)初期的快速發(fā)展,以及受發(fā)達(dá)地區(qū)的建設(shè)模式影響,西北城市綠地建設(shè)往往缺少地域性特征.
西北脆弱生態(tài)環(huán)境條件對城市化建設(shè)發(fā)展帶來壓力和約束,同時人類的聚居活動和建設(shè)也帶來在城市的局部地段改善生境條件的可能性[8].西北干旱區(qū)水資源缺乏,季節(jié)性變化較大,生態(tài)基質(zhì)本底條件在區(qū)域中具有優(yōu)勢.
以上述三個典型西北大城市為代表,城市建設(shè)綠地率達(dá)到 30%以上,烏魯木齊 2014年達(dá)到35.4%.然而,通過調(diào)查研究,西北城市綠地規(guī)劃和建設(shè)存在以下三個方面的問題.
(1) 城市綠化受自然條件影響較大,照搬東部城市建設(shè)模式,缺少地域特征.由于自然氣候條件的影響,西北地區(qū)植物景觀的“蕭條景象”季節(jié)持續(xù)時間長,植物成景時間長.而照搬和模仿東部和南方城市綠化建設(shè)模式,追求“三季有花、四季常綠”和整齊、速生的植物景觀效果,造成建設(shè)和管護(hù)費(fèi)用高,地域特色缺失;為了快速成景,大樹移植成風(fēng),但成活率平均只有55%,也破壞了更為廣泛區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境;“干凈整齊”帶來綠化樹種越來越單一.以西安為例,20世紀(jì)60年代建國初期,公園設(shè)計及街道綠化樹種300余種,目前減少到少于100種,城市綠地常見與種植設(shè)計常用種類減到了70多種,且本土種類減少,多樣性降低.
(2) 城市綠化用地內(nèi)生境條件較差.季節(jié)性干旱帶來場地的水文和土壤條件不利于植物的健康成長.例如,河道堤壩阻隔后的濱河綠帶、鹽堿地土壤改良、城市中水再利用、節(jié)約型灌溉技術(shù)、季節(jié)性雨洪管理等方面,缺少適宜的營建和管理途徑,植物群落的自然生長勢呈弱化傾向,維護(hù)成本高昂,與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件不符.
(3) 西北地區(qū)公眾對生態(tài)環(huán)境需求更為強(qiáng)烈.越是缺少,越是珍惜.隨著城市化發(fā)展和生活方式的改變,人們戶外活動的質(zhì)量需求不斷提高,對城市綠色環(huán)境的“美化”和生態(tài)效能改善的認(rèn)識逐步提高,迫切需要具有良好生態(tài)環(huán)境的場所.
目前,國內(nèi)外在城市生態(tài)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計理論以及探索西北地區(qū)城市綠地空間生態(tài)設(shè)計方法的已有研究成果主要在以下幾個方面.
(1) 城市宏觀層面的生態(tài)規(guī)劃的研究.以景觀生態(tài)學(xué)為理論基礎(chǔ),建立城鄉(xiāng)一體的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施為先導(dǎo),進(jìn)行城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃和建設(shè),并在認(rèn)識上強(qiáng)調(diào)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施和城市綠地系統(tǒng)不完全重合.明確了城市綠地及開敞空間規(guī)劃自成體系,與城市建設(shè)實(shí)體構(gòu)成共軛關(guān)系,成為城市化過程中改變發(fā)展條件、引導(dǎo)需求的重要手段[9].
(2) 城市中觀到微觀尺度生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計的研究.自20世紀(jì)90年代來以來,開始探討生態(tài)園林設(shè)計的方法.一方面是群落生態(tài)設(shè)計的理論方法與實(shí)踐研究,涉及到“生境與最適宜的生物物種”、“個體生態(tài)量與群落生態(tài)效應(yīng)”及“群落食物鏈設(shè)計”等設(shè)計理念[7].另一方面,研究植物群落與場地的空間設(shè)計相關(guān)聯(lián)的“棲息地設(shè)計”,以劃分自然環(huán)境中場地生境類型的方法,再針對各生境類型,提出人為的保障性和防護(hù)性設(shè)施設(shè)計和技術(shù)措施的應(yīng)用研究.而在場地空間規(guī)劃設(shè)計影響群落生境條件與種植設(shè)計之間,缺少對相關(guān)聯(lián)的科學(xué)與工程原理和設(shè)計方法的研究.
(3) 目前對生境與城市生態(tài)環(huán)境關(guān)系的已有研究,角度注重城市化建設(shè)帶來的生境干擾,以及對已有生境環(huán)境的評價和保護(hù)策略方面的研究,但認(rèn)識到城市人工生境營造的作用[10-12].在生態(tài)修復(fù)設(shè)計研究方面,更多是針對自然環(huán)境中的特殊物種保護(hù)、棕地修復(fù)的研究.而能否、如何在城市內(nèi)部人工生境建設(shè)的設(shè)計方法,需要注重相關(guān)研究成果的運(yùn)用與工程技術(shù)實(shí)踐相結(jié)合的方法探討.另外,生態(tài)環(huán)境是不斷演替變化的過程,隨時間和影響因子的變化而不斷動態(tài)變化的過程.生物群落(包含動植物及微生物群落)的棲息演替,具有內(nèi)在整體性和時間上的生長連續(xù)性,因而,設(shè)計亦是連續(xù)性過程[13].
(4) 需要面對西北地區(qū)自然條件與生態(tài)特點(diǎn),探索適應(yīng)的城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)理論與方法,尤其是城市綠地空間場地尺度的生態(tài)設(shè)計,以及連續(xù)性設(shè)計與營建過程的方法.這是西北地區(qū)城市實(shí)施生態(tài)環(huán)境建設(shè)的根本途徑.
(1) 我國氣候環(huán)境的特點(diǎn),決定了多樣的自然生境條件及其生物群落的典型特征,今天快速城市化建設(shè)是對原有土地生態(tài)系統(tǒng)的侵?jǐn)_,依托城市綠地空間格局的各類生境場地營建,以及控制維護(hù)動植物群落的持續(xù)性設(shè)計,形成人工干預(yù)下新的生態(tài)過程,是城市生態(tài)建設(shè)的關(guān)鍵措施.
(2) 西北地區(qū)的城鄉(xiāng)人居環(huán)境建設(shè)發(fā)展,除了社會經(jīng)濟(jì)水平和歷史文化的特殊背景外,自然環(huán)境條件帶來的生存壓力,是探討各種尺度下土地空間規(guī)劃建設(shè)的重要前提.快速城市化進(jìn)程,是交織著復(fù)雜性與矛盾性的生態(tài)安全建設(shè)過程,是艱難地在生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)惡化間走鋼絲繩的過程,是在自然生態(tài)退化與人類需求增長的矛盾兩難境地中抉擇的過程[14-16].城市人居生態(tài)環(huán)境建設(shè),不僅需要區(qū)域景觀生態(tài)安全格局的規(guī)劃體系,還需要模擬、設(shè)計和調(diào)控系統(tǒng)內(nèi)部的生態(tài)關(guān)系,提出改善、優(yōu)化對策,進(jìn)而通過改善和優(yōu)化的設(shè)計思路和方法,營建過程和持續(xù)的改善,加強(qiáng)城市綠地的生態(tài)服務(wù)功能[3].探索應(yīng)對現(xiàn)階段城市化建設(shè)中人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展所需要的學(xué)科理論基礎(chǔ).
(3) 西北地區(qū)城市,在區(qū)域景觀生態(tài)格局的背景下,尤為迫切需要探索城市化建設(shè)中綠地空間所涉及的場地尺度的生態(tài)設(shè)計方法.城市綠地生境營造,是在設(shè)計過程和方法中尋找場地空間設(shè)計與群落種植和建造之間相互關(guān)系,以及創(chuàng)造、優(yōu)化的可能途徑.在場地環(huán)境條件下,設(shè)計如何為生物群落棲息創(chuàng)造適生生境條件,控制其演替發(fā)展成為關(guān)鍵性思路.通過對場地生境條件的模擬、分析、預(yù)判,場地布局組織和植物群落式種植,以及連續(xù)性設(shè)計適應(yīng)群落形態(tài)的演變過程.這是提出綠地空間生態(tài)設(shè)計理論與生境營造方法的背景,仍需要大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及持續(xù)的實(shí)踐研究.
(1) “生境營造”主要指群落生態(tài)系統(tǒng)與場地設(shè)計相結(jié)合,通過設(shè)計營建途徑來改善適宜生物群落自然演替生境條件的生態(tài)設(shè)計理論與方法.目的是用適生生物群落棲息地構(gòu)成多樣化城市綠地空間,形成西北地區(qū)城市新的生態(tài)過程,提高城市人居生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[17-18].
(2) 西北地區(qū)城市綠地的生境營造,是在地區(qū)日照、降雨、溫度等自然條件基礎(chǔ)上,依賴地形、人工水系、建筑、道路鋪地及基礎(chǔ)設(shè)施等在場地的空間布局與組織,營建優(yōu)于自然生境條件的過程,生境營造受城市中不同類型綠地空間的生境條件的影響.依據(jù)建筑環(huán)境中場地生境條件形成的主次關(guān)系,以及綠地在設(shè)計和建設(shè)中可以人為干預(yù)和控制的生物生境因子,劃分場地生境條件.以“主導(dǎo)影響因子”——日照條件,確定陽生與陰生2種場地生境大類,與場地設(shè)計中“次要影響因子”——水文條件結(jié)合,形成陽生濕地、陽生旱地、陰生濕地、陰生旱地4種基本的場地生境類型.作為改善、優(yōu)化、恢復(fù)的背景生境,為種植和自生植物提供基本條件,為創(chuàng)造多樣的群落生境條件的依據(jù),作為模擬城市綠地人工植物群落的演替起始.由“人工干預(yù)、自然形成”城市空間中的物種群落棲息場所,并與城市綠地空間中人的活動需求相協(xié)調(diào).
(1) 依據(jù)日照條件進(jìn)行生境分區(qū).利用西北半干濕地區(qū)日照條件,在場地尺度改善局部蒸發(fā)量與溫濕度條件;利用建筑陰影、植物陰影,創(chuàng)造局部的陰濕環(huán)境,營造保水節(jié)水型生境條件.
(2) 建構(gòu)季節(jié)性水鏈.應(yīng)對西北半干濕地區(qū)季節(jié)性降雨量、降雨頻率的變化與營造差異,營造調(diào)蓄雨洪,削峰錯峰,快排快滲;從分利用各類旱季人工水源及雨水回用,改善場地的土壤水文條件.
(3) 滲透與匯集.應(yīng)對雨季的快速滲透,包括土壤介質(zhì)、鋪裝面層設(shè)計、構(gòu)造工藝布局形態(tài)及設(shè)計等要素;應(yīng)對旱季匯集雨水與土壤儲蓄雨水.
(4) 群落生態(tài)種植設(shè)計結(jié)合鄉(xiāng)土植物引種實(shí)驗(yàn).借助已有對城市鄉(xiāng)土園林植物、自然野生植物群落和種類的調(diào)查和引種實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐的研究成果,形成生境適應(yīng)群落,實(shí)驗(yàn)引種耐澇耐旱的低維護(hù)鄉(xiāng)土植物群落,應(yīng)對一季有雨三季干旱的氣候特點(diǎn).
(5) 創(chuàng)造群落演替與生物棲息條件.通過植物群落營造鳥類、昆蟲棲息地,創(chuàng)造、修復(fù)、完善生物鏈與營養(yǎng)結(jié)構(gòu),人工干預(yù)方式促進(jìn)生境條件多樣化與植物群落自生演替.
人工干預(yù)下完整持續(xù)的城市化生態(tài)過程,是西北地區(qū)國土生態(tài)安全的重要保障,是營造良好城市生活環(huán)境的現(xiàn)實(shí)需要.城市綠地生境營造途徑,是基于場地尺度下的生態(tài)設(shè)計方法,以優(yōu)化創(chuàng)造場地生境條件,營造多種生境條件,進(jìn)行群落種植設(shè)計,以及對建植與演替過程進(jìn)行連續(xù)性設(shè)計.生境營造的途徑同時滿足城市生活對游憩與審美需求的整體目標(biāo).生境營造也是“海綿城市”建設(shè)應(yīng)對西北地區(qū)本土問題的解決途徑.場地的生境營造,形成城市環(huán)境中規(guī)劃設(shè)計與建造的最小尺度的生境斑塊與點(diǎn).而當(dāng)“點(diǎn)”與“斑塊”數(shù)量、形態(tài)及相互關(guān)系形成合理的分布格局,即能夠形成城市內(nèi)部乃至周邊區(qū)域的格局,城市的生態(tài)系統(tǒng)更加健康和安全.進(jìn)而對西北城市生態(tài)建設(shè),以及“一帶一路”的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用.
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