生境生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃*
——生態(tài)規(guī)劃的一種途徑

趙 珂 趙夢琳 王立清 ZHAO Ke, ZHAO Menglin, WANG Liqing

0 引 言

生態(tài)規(guī)劃，是基于生態(tài)學原理所制定的與自然和諧的土地利用規(guī)劃[1]。生態(tài)規(guī)劃的基礎是對生態(tài)功能、過程和結構的認知，生態(tài)規(guī)劃方法的改進依賴于生態(tài)認知理論的發(fā)展。

長期以來，城市規(guī)劃領域所倚重的生態(tài)規(guī)劃方法，主要是麥克哈格（Ian McHarg）的“千層餅”生態(tài)適宜性評價和福曼（R.T.T.Forman）和戈登（M.Gordron）的“廊道—斑塊—基質”景觀生態(tài)格局構建。這兩種方法，建立在對生態(tài)功能和結構的認知基礎上，強調功能和結構的統(tǒng)一，所建立的生態(tài)空間或局限于城市不可能發(fā)展的區(qū)域[2]，或以不確定的遷移廊道聯(lián)系景觀斑塊[3]，其最大的缺失在于缺乏對生態(tài)過程的深層理解與預測[4]。

針對上述問題，本文嘗試在梳理歐美生態(tài)規(guī)劃思想方法的演進中，解析不同歷史時期生態(tài)規(guī)劃方法所依據(jù)的生態(tài)認知理論基礎，在加強對生態(tài)過程的理解中，嘗試進一步夯實生態(tài)規(guī)劃方法的生態(tài)本體認知基礎，探索生態(tài)規(guī)劃的可能途徑。

1 萌芽：基于自然美學的自發(fā)生態(tài)規(guī)劃

提到生態(tài)規(guī)劃，美國弗雷德里克·勞·奧姆斯特德（Frederick L aw Olmsted）于19世紀80年代所制定的“綠寶石項鏈”波士頓綠地系統(tǒng)通常被認為是第一例[5]。但從“生態(tài)學”一詞的提出時間和普及時間來看，1866年，“生態(tài)學”由德國生物學家恩斯特·?？藸枺‥rnst Haeckel）提出[6-7]；1892年，美國環(huán)境化學家埃倫·斯沃洛·理查茲（Ellen Swallow Richards）女士可能是將生態(tài)學普及的第一人[8]。因此，波士頓綠地系統(tǒng)并不是現(xiàn)代意義上的生態(tài)規(guī)劃，只能算是一種自發(fā)的生態(tài)意識。

弗雷德里克·斯坦納（Frederick Steiner）認為，最早提出自發(fā)生態(tài)意識規(guī)劃的三個巨人是：喬治·珀金斯·馬什（George Perkins Marsh）、約翰·韋斯利·鮑威爾（John Wesley Powell）和帕特里克·蓋迪斯（Patrick Geddes）[9]。馬什在其著作《人和自然，或者被人類活動改變的自然地理》中，第一次呼吁結合自然而不是對抗自然進行人類活動的規(guī)劃[10]。鮑威爾在他的《美國干旱地區(qū)的土地報告》中，提出補救土地的干旱化，農戶或窮困的個體是不可能做到的，而需要考慮土地自身特點，進行廣泛和全面的規(guī)劃并立法[11]。蓋迪斯意識到人類活動與自然環(huán)境之間具有復雜全面的關系，他以“將自然引入城市”為目的，提出運用區(qū)域調查去理解人類活動與土壤、地貌、氣候、降雨等自然環(huán)境的關系[12]。

自發(fā)的生態(tài)意識，以“保護自然景觀美學并融入人類的休憩活動”為目標，展開了以“公園和開敞空間系統(tǒng)”為對象的生態(tài)規(guī)劃[13]。典型的案例主要分布在美國的中西部和東北部城市。其中，除奧姆斯特德的“綠寶石項鏈”波士頓綠地系統(tǒng)規(guī)劃外，還有1888年，賀拉斯·威廉·謝勒·克利夫蘭德（Horace William Shaler Cleveland）為明尼阿波利斯公園系統(tǒng)制定的“大圓（Grand Rounds）”規(guī)劃[14]；1893年，奧姆斯特德的學生查爾斯·埃里奧特（Charles Eliot）為波士頓制定的“大都市公園系統(tǒng)（Boston Metropolitan Park System）”；1920年代，延斯·詹森（Jens Jensen）為芝加哥制定的“西部公園系統(tǒng)（West Park System）”以及其中的一系列公園設計[15]。

2 形成：基于適應原理的生態(tài)適宜性規(guī)劃

2.1 生物生態(tài)學的適應原理：生態(tài)適宜性認知理論基礎

在生態(tài)學的概念被明確為“科學分析和研究有機物與環(huán)境之間相互作用關系”后，生態(tài)學開始滲入生物、地理、地球科學等領域，特別是生物生態(tài)學的發(fā)展促成了以麥克哈格為代表的，以生態(tài)適宜性評價為主體的近代生態(tài)規(guī)劃思想方法產生。

“感謝查爾斯·達爾文（Charles Darwin）和勞倫斯·亨德森（Lawrence Henderson），使我們有了理論”[16]，麥克哈格的這句話，表明了他的生態(tài)規(guī)劃思想來自于生物生態(tài)學所揭示的適應原理（creative fitting）。運用查爾斯·達爾文提出的“適者生存”的自然選擇原理和勞倫斯·亨德森提出的生物結構和活動完全依靠水、氧氣等外部環(huán)境[17]等適應原理，麥克哈格認為自然存在自己的設計規(guī)律，適宜環(huán)境曾經存在、現(xiàn)在依舊存在的各類生命體都具有可想象的形態(tài)[18]，生態(tài)規(guī)劃就是為生命體設計出適宜其生存的空間形態(tài)，即生態(tài)適宜性規(guī)劃。

2.2 分區(qū)管控：生態(tài)適宜性規(guī)劃

正是由于生態(tài)適宜性規(guī)劃建立的理論基礎是生物生態(tài)學的適應原理，它強調生物進化過程與周邊環(huán)境的適應關系，其生態(tài)適宜空間主要是指適應生物生存的城市周邊環(huán)境區(qū)域（如洪泛區(qū)、濕地、陡坡、水源地和農業(yè)區(qū)等生物生存的環(huán)境區(qū)域），并通過分區(qū)管控的區(qū)劃（zoning）方式，將其作為城市不可能發(fā)展區(qū)域加以保護[19-20]（圖1）。“千層餅”疊加分析自然和文化資源信息的方法，是生態(tài)適宜性規(guī)劃的關鍵。在規(guī)劃領域，這種方法最早于1913年在馬薩諸塞州的比爾里卡（Billerica）城鎮(zhèn)規(guī)劃中，被瓦倫·曼寧（Warren Manning）加以運用[21]。1950年，杰奎琳·提里特（Jacqueline Tyrwhitt）在她《城鄉(xiāng)規(guī)劃教材》一書中，第一次詳細地介紹了該方法[22]。麥克哈格認為該方法促進了規(guī)劃的科學性，并加以大量運用和推廣，特別是GIS的出現(xiàn)，更使該方法成為近代生態(tài)規(guī)劃方法的主流。

圖1 麥克哈格生態(tài)適宜性規(guī)劃方法Fig.1 Lan MCHarg’s Map-overlay ecological applicability zoning planning

但這種方法缺失在于：一、簡單的大面積分區(qū)管控，將生態(tài)空間和城市空間截然分開、保護與利用截然分開（生態(tài)空間內單純強調保護，城市空間內則單純強調利用），實質上是將自然與人截然隔離，抹殺了人和自然的互動（人作為高級生物，必然要與參與到自然生態(tài)過程中）；二、實際運用中，以“生態(tài)保護為目的”的生態(tài)適宜性評價和“以驅動經濟為目的”的建設適宜性評價往往同時進行，而這兩者的適宜性標準通常相悖，如平坦地區(qū)是最適宜建設的區(qū)域，也是最適宜農業(yè)生產的區(qū)域，但在經濟利益的驅動下，生態(tài)適宜性往往讓位于建設適宜性；三、生態(tài)適宜性規(guī)劃，依靠定性的專家打分法所確定生態(tài)適宜權重，未真正理解生態(tài)功能、過程與空間結構之間的關系，區(qū)劃結果不能完整反映生態(tài)的功能和過程。

相比于麥克哈格，他的學生安妮·惠斯頓·斯本（Anne Whiston Spirn）女士在將生態(tài)方法運用于城市規(guī)劃的過程中，開始嘗試驗證自然過程如何植入城市環(huán)境，自然過程和城市建成環(huán)境如何相互作用[23]，促進了生態(tài)規(guī)劃對生態(tài)過程的關心。約翰·蒂爾曼·萊爾（John Tillman Lyle）也嘗試通過綜合各學科對自然生態(tài)過程的理解，以更新的方式維護自然生態(tài)空間[24]。

3 發(fā)展：基于景觀的“功能與結構”和諧的生態(tài)規(guī)劃

在明晰“生態(tài)適宜性規(guī)劃出的空間區(qū)劃未建立在對生態(tài)功能、過程理解的基石上”這一問題后，1939年，德國地理植物學家卡爾·特羅爾（Carl Troll）提出的景觀生態(tài)學[25]，將生態(tài)規(guī)劃引向了“生態(tài)功能與生態(tài)空間結構”和諧的方向。

3.1 景觀及景觀生態(tài)學：生態(tài)功能、結構認知理論基礎

景觀生態(tài)學中，“景觀”的概念已不再是自然美學中的風景、景色，而是由現(xiàn)代地植物學和自然地理學的偉大先驅亞力山大·洪保德（Alexander Von Humboldt）于19世紀初提出的具有空間意義的“自然地域綜合體”[26]。作為自然地域綜合體的景觀，從此成為生態(tài)功能和生態(tài)空間結構的集合體，景觀生態(tài)學開始在景觀層面關注空間結構對有機體豐富度的影響，關注景觀整體的行為和功能[27]。景觀生態(tài)學研究的目的是：揭示不同空間尺度下，過程如何影響形態(tài)的生態(tài)現(xiàn)象，探究這種生態(tài)現(xiàn)象擴展的規(guī)律[28]。景觀生態(tài)學研究的領域是：景觀要素的分布模式，物質、生物和能量在景觀要素單元之間的流動，景觀形態(tài)的動態(tài)性等[2]。

景觀生態(tài)學的核心理論來自于麥克阿瑟（MacArthur）和威爾森（Wilson）的島嶼生物地理理論（the theory of island biogeography），研究的關鍵問題是“景觀破碎”。不同于歐洲景觀生態(tài)學將“景觀水平劃分為景觀斑塊，探究景觀斑塊之間水平生態(tài)過程和結構”，美國景觀生態(tài)學，則聚焦于生物鄰里，將生物鄰里作為不同于周邊生態(tài)系統(tǒng)的和諧單元，致力于景觀空間結構和生物鄰里功能之間關系的研究[29]。其中，塔菲（Taaffe）、高瑟爾（Gauthier）和摩亞達（Moryada）等人關于景觀遷移的研究[30-31]，使景觀通道（path）成為改善景觀破碎化的重要途徑。

3.2 鑲嵌斑塊模式：景觀生態(tài)學對生態(tài)功能和結構的認知

基于景觀斑塊的景觀通道研究，促成了現(xiàn)代意義上的生態(tài)規(guī)劃（景觀生態(tài)規(guī)劃）。景觀生態(tài)規(guī)劃認為棲息、遷移、擴散是景觀的三大生態(tài)功能，由此表現(xiàn)出的景觀結構模式為：基質中的鑲嵌斑塊和連通廊道，又名鑲嵌斑塊模式（patch mosaic model）。鑲嵌斑塊模式的概念具有三大特點：一、簡潔、符合人的直覺；二、易于處理離散數(shù)據(jù)，應用定量化的設計；三、已在被嚴重自然或人為擾動（如火災、建成區(qū)的擾動）的景觀恢復應用中積累了豐富的案例[32]。所以，1981年，福曼和戈登首次提出鑲嵌斑塊模式后，即在全球范圍內成為引領“以消除景觀破碎化為目的”的現(xiàn)代生態(tài)規(guī)劃的生態(tài)認知基礎[33]。

3.3 拓撲地理：景觀生態(tài)規(guī)劃方法

景觀生態(tài)規(guī)劃，主要運用拓撲地理學的方法，在景觀尺度，研究景觀斑塊的點對關系及連通方式的空間結構[32]。福曼和戈登在其著作《景觀生態(tài)學》中描述的數(shù)學上著名的“七橋問題”，就是景觀生態(tài)規(guī)劃借鑒拓撲地理學方法的最好闡述。運用拓撲地理學，景觀生態(tài)規(guī)劃主要通過定量評估景觀格局指數(shù)，以確定景觀空間格局。景觀格局指數(shù)，是指能夠高度濃縮景觀格局幾何信息，反映其結構組成和空間分布特征的定量指標，包括斑塊類型、斑塊形狀、斑塊破碎度、廊道連通等[34]。

基于拓撲地理學的景觀生態(tài)規(guī)劃方法步驟通常包括五大步驟[19]：一、區(qū)域關鍵種確定，根據(jù)當?shù)貏游锩?，評估出可指示地方生物多樣性的關鍵物種；二、棲息地評估，基于土地覆蓋調查數(shù)據(jù)，評價篩選出適宜關鍵種棲息的斑塊；三、連通度分析，利用重力模型為主要方法，按照“每兩個棲息地間相互作用力的大小與它們的重力值之積成正比，與距離的平方成反比”的原理選取可能的生態(tài)廊道；四、拓撲網絡生成，根據(jù)拓撲圖論，考慮連接的實際效益（使用者或是建造者的成本高低），對可能的生態(tài)廊道生成六種不同取向的拓撲網絡模型，如圖2C中所示，網絡A是基于區(qū)域內不可逾越的障礙，將可能聯(lián)系的節(jié)點都連接起來而形成的高連接度的網絡；網絡B和C是基本保羅里維爾網絡和旅行商問題所形成；網絡D是將區(qū)域中主要的節(jié)點相連所形成的網絡；網絡E基于最小范圍樹，在網絡D的基礎上形成的等級網絡；網絡F是一個更為復雜的多環(huán)狀網絡，在平衡使用者和建設者成本，以接近對使用者成本最小的目的；五、綜合評估、確定景觀格局，利用景觀格局指數(shù)對可能的網絡進行分析比選，確定最終的景觀格局與連接方式（圖2）。

景觀生態(tài)規(guī)劃，試圖建立起“棲息、遷移、擴散”三大功能與“斑塊—廊道—基質”景觀空間結構和諧的生態(tài)空間，也意識到“遷移”和“擴散”是生物繁衍、生存最重要的水平生態(tài)過程，但它忽略了棲息地內部生態(tài)系統(tǒng)的組成及垂直生態(tài)過程，導致其通過拓撲地理學所選取的生態(tài)廊道出現(xiàn)：是否是生物所需要的遷移廊道？生物如果需要阻隔天敵和環(huán)境侵襲的廊道，通過拓撲地理學能否獲得？這些問題[19]。

總之，景觀生態(tài)規(guī)劃缺乏對棲息地內部生態(tài)系統(tǒng)的組成及垂直生態(tài)過程的理解，單憑拓撲地理關系，所建立的生態(tài)空間格局還具有不確定性的缺陷。

圖2 基于拓撲地理學的景觀生態(tài)規(guī)劃Fig.2 landscape ecological planning based on topology geography

4 轉變：基于生境的“功能、過程與結構”三合一的生境系統(tǒng)生態(tài)規(guī)劃

針對生態(tài)適宜性規(guī)劃僅對城市不可能發(fā)展區(qū)域進行生態(tài)區(qū)劃控制，忽略自然生態(tài)系統(tǒng)自身生態(tài)結構的問題，也為了完善景觀生態(tài)規(guī)劃對垂直生態(tài)過程的理解，當代生態(tài)規(guī)劃思想方法的主要轉變?yōu)椋阂?、概念方面，將“自然地域綜合體”的景觀空間概念擴展為生境（biotope）空間概念，強調生境空間內生物多樣性所維持的生態(tài)穩(wěn)定性；二、認知方面，運用生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學，在景觀生態(tài)學對“功能與結構”的生態(tài)認知基礎上，完善對生境單元內部垂直生態(tài)過程和生境單元之間水平生態(tài)過程的認知；三、方法方面，從區(qū)域性的生態(tài)區(qū)劃轉變?yōu)轫g性生態(tài)結構控制。

4.1 生境的概念：生態(tài)功能、過程、結構認知理論基礎

生境的英文是biotope，來源于希臘語bios（生命）和topos（地方、地點）的組合，是特定的生物群落（動物群落和植物群落）與其和諧共生的空間所組成的自然生態(tài)系統(tǒng)。

生境的概念最早由德國生物學家恩斯特·?？藸栐谔岢錾鷳B(tài)學概念的同時提出，這時生境概念與生物進化理論關系密切，在規(guī)劃領域并未受到關注。20世紀50年代，在英國植物學家阿瑟·喬治·坦斯利爵士（Arthur George Tansley）于1935年提出的生態(tài)系統(tǒng)概念[35]基礎上,美國生物學家奧德姆兄弟（Eugene Pleasants Odum and Howard Thomas Odum）正式創(chuàng)立生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學[36-37]，其研究所聚焦的“生境”，是種群生態(tài)學“鄰里”概念和景觀生態(tài)學“斑塊”概念的結合，是一個“生物群落”鄰里。生境一旦與生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)系起來，就被賦予了作為生態(tài)系統(tǒng)基本空間單元的意義。從此，生境進入了規(guī)劃的視野。特別是20世紀70年代以來，隨著生境越來越被認知為與人類生活緊密相關的自然生態(tài)系統(tǒng)單元，以德國為首的歐洲國家將生境作為保護、更新、重構城市自然生態(tài)系統(tǒng)的關鍵[38]。

4.2 與人相關的棲息、移動、網絡：生境系統(tǒng)“功能、過程、結構”認知

運用生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學，對生境系統(tǒng)“功能、過程、結構”的認知為：一、生境不會考慮如生物圈之類的大尺度現(xiàn)象（脫離人的日常生活，只能遙遠敬仰），而更多是在與人的日常活動密切相關的生態(tài)系統(tǒng)的小尺度內（如鄰里公園、后花園等），保護生物群落多樣性，讓自然做工，維持生境生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并使人能夠參與生境產生和持續(xù)管理的活動中；二、生物群落垂直生態(tài)過程存在于生境單元內，如河流岸邊生境，在水、小島、水草、帶果實灌木、喬木等空間環(huán)境條件中，相應的垂直生態(tài)過程為：鳥類在灌木叢中覓食果實—產生糞便—滋養(yǎng)微生物—肥沃水草—為水中魚類提供食物—魚類作為水鳥的食物—小島作為水鳥棲息地、喬木作為鳥類棲息地。這樣的垂直生態(tài)過程中，動植物各得其所，在保持多樣性中，維持了生境內部環(huán)境的穩(wěn)定性；三、生物群落水平生態(tài)過程是指物種在生境單元之間的移動（movement），這種移動包括局部運動（local movements）、擴散（dispersal）和遷徙（migration）[39]，正是生物為生存和繁衍所進行的移動，使得生物“由此及彼”的進化成為可能；四、生境系統(tǒng)結構是網絡狀的。生境不是孤立的單元，而必須在相互聯(lián)系以及與外部環(huán)境的聯(lián)系中，獲得生物多樣性，從而獲得持續(xù)的自然運行和存在。當前城市周邊物種消逝的主要原因就是物種的運動空間消失，生境單元孤立，面積越來越小[40]。

4.3 從“分區(qū)管控”到“結構控制”：當代生態(tài)規(guī)劃方法的轉變

基于對生境概念、生境系統(tǒng)“功能、過程、結構”的認知，保護生境最有效的策略是：規(guī)劃出生境系統(tǒng)的結構框架，而不是一兩個動物出入的生境點，更不是簡單的生態(tài)區(qū)劃。擯棄生態(tài)適宜性規(guī)劃所采用的“分區(qū)管控”區(qū)劃方法，轉向生境系統(tǒng)結構的建構與控制，這是當代生態(tài)規(guī)劃方法最大的轉變。

可以說，當代生態(tài)規(guī)劃，實質是生境系統(tǒng)生態(tài)規(guī)劃。這種結構是保障自然生境系統(tǒng)生物群落多樣性、讓自然自我做工、維持城市生態(tài)穩(wěn)定性的關鍵。這種結構，在整體上，是剛性的，即以整體結構的剛性支撐生態(tài)安全；在結構體上，是韌性的（resilience），它能在受到人工干擾后回彈和自恢復（safe-fail）[41]。

德國作為生境概念的發(fā)源地，通過保護生境，并考慮區(qū)域歷史和景觀，以維持城鄉(xiāng)規(guī)劃一致性方面進行了積極探索。1976年的聯(lián)邦自然保護法（The Federal Nature Protection Law)，明確了保護生境在保護自然中的關鍵作用和地位。在該法律要求下，許多聯(lián)邦州被要求將生境系統(tǒng)規(guī)劃作為城市規(guī)劃的一部分。德國生境保護的核心是：如果城市生活被自然環(huán)境所圍繞，城市生活就在保護自然中得到提升[42]。

有關生態(tài)結構的“關鍵種”（keystone species）和有關功能的“功能團”（functional group）是生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學探究生態(tài)系統(tǒng)的出發(fā)點[43]。在生境系統(tǒng)中，功能團對應為生境單元，而生境單元中的動物關鍵種則是理解生態(tài)過程、決定是否需要連通廊道的關鍵。

由此，生境系統(tǒng)生態(tài)規(guī)劃的方法主要包括四大步驟。第一步，生境單元分類辨識。非生物環(huán)境鑄造了生境，所以，非生物環(huán)境是劃分生境單元的依據(jù)；而植被會因非生物環(huán)境不同而表現(xiàn)為明顯的差異，通常也被作為區(qū)分陸地生境單元的標志。生境單元辨識，即是根據(jù)當?shù)氐牡匦巍⑼寥?、水系等非生物環(huán)境及植被情況，進行分類（圖3）[44]。第二步，關鍵種尋找。景觀生態(tài)規(guī)劃，是在區(qū)域層面，根據(jù)當?shù)貏游锩?，分析景觀斑塊的相似性，尋找區(qū)域內的關鍵種（圖4）。而生境系統(tǒng)生態(tài)規(guī)劃，則是分析每個生境單元內的非生物環(huán)境和植被情況，通過推斷生物群落的垂直生態(tài)過程，反找出適宜該生境單元生態(tài)環(huán)境的動物關鍵種。第三步，連通空間尋找，通過模擬動物關鍵種運動環(huán)境，如水系模擬、濕地模擬、植被更新模擬等，找出適宜動物關鍵種局部運動、擴散和遷徙的三大運動空間（圖5）。第四步，廊道構建，以動物關鍵種的水平運動過程規(guī)律，決定是否需要用廊道或踏腳石的連通方式）（圖6）。

5 結 語

生境不會考慮如生物圈之類的大尺度現(xiàn)象（脫離人的日常生活，只能遙遠敬仰），而更多是在與人的日?；顒用芮邢嚓P的生態(tài)系統(tǒng)的小尺度內（如鄰里公園、后花園等），保護生物群落多樣性，讓自然做工，維持生境生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并使人能夠參與生境產生和持續(xù)管理的活動中。

圖3 生境單元分類辨識Fig.3 biotope classi fi cation

圖4 各類生境單元內垂直生態(tài)過程解釋Fig.4 the vertical process in biotopes

圖5 生境單元間水平生態(tài)過程Fig.5 the horizontal process between biotopes

圖6 構建廊道Fig.6 buid the corridor

遵循微生境垂直生態(tài)過程、宏觀生境水平過程的生境生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃，在對微生境體和宏觀生境網絡進行仿自然設計中，建立出的由微生境體和宏觀生境網絡所構成的空間結構，能有效地保護或恢復動物群落所依存的自然地貌和植物群落，從而保障生物群落的自然做工能力，以維持城鄉(xiāng)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時，這種生境生態(tài)系統(tǒng)結構，不僅以整體的剛性結構，支撐城市生態(tài)安全，優(yōu)化城市布局形態(tài)；更以結構體上的韌性，帶動生態(tài)資源化、資產化，增強城市經濟活力，促進和諧社區(qū)建設。

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圖1-6：作者繪制