生态规划中的尺度效应研究

吕 发，李淑春，黄永梅 ，杨新兵

（1.河北木兰围场国有林场管理局，河北 围场 068450；2.河北农业大学林学院，河北 保定 071000）

生态规划中的尺度效应研究

吕 发1，李淑春1，黄永梅1，杨新兵2

（1.河北木兰围场国有林场管理局，河北 围场 068450；2.河北农业大学林学院，河北 保定 071000）

该文首先介绍了生态规划的定义和发展历程，分析了生态规划中的尺度效应，最后，提出了生态建设要在不同生态尺度的基础上进行合理规划和布置，才能促进区域社会-经济-生态环境复合系统的改善和功能强化。

生态规划；尺度；景观

目前，各种环境问题和环境与发展的关系问题正困扰着人类社会，其中最重要的是人口的剧增与地球生命维持系统之间的问题。与此紧密相关的另一问题就是人类对地球资源开发和不合理利用，导致资源的不断减少，以及生态破坏和环境污染的问题日趋严重[1]。最近几年，人们逐步认识到了问题的严重性，因此，通过生态规划来协调人与自然环境之间的关系方式正在日益受到人们的重视并获得迅速发展。

1 生态规划概述

1.1 生态规划定义

芒福德（L.Mumford）等对生态规划的定义为：“综合协调某一地区可能或潜在的自然流、经济流和社会流，以为该地区居民的最适生活奠定适宜的自然基础”；现代生态规划奠基人麦克哈格（I.McHarg）定义为：“生态规划是在没有任何有害的情况下，或多数无害条件下，对土地的某种可能用途，确定其最适宜的地区。符合此种标准的地区便认定为本身适宜于所考虑的土地利用。利用生态学理论而制定的符合生态学要求的土地利用规划”[1]。

中国著名生态学家王如松认为：“生态规划就是要通过生态辨识和系统规划，运用生态学原理、方法和系统科学手段去辨识、模拟、设计生态系统内部各种生态关系，探讨改善系统生态功能、促进人与环境持续协调发展的可行的调控政策。其本质是一种系统认识和重新安排人与环境关系的复合生态系统规划”；欧阳志云从区域发展角度指出，生态规划系指运用生态学原理及相关学科的知识，通过生态适宜性分析，寻求与自然协调、资源潜力相适应的资源开发方式与社会经济发展途径[1]。

生态学规划有广义和狭义之分，于志熙认为广

义的生态规划与区域规划、城市规划在内容和方法上应该是重合的，在考虑问题的角度上，着重贯彻生态学的科学原理，强调生态要素的综合平衡；狭义的生态规划又称环境规划，是区域规划的一部分，是指在编制国家或地区的发展规划时，不单纯考虑经济因素，而把地球地理因素、生态因素和社会因素等密切结合在一起考虑，使国家和地区的发展能顺应环境条件，不致使生态环境遭受重大破坏。而傅博在比较城市生态规划与环境规划后认为，狭义的生态规划并不等同于环境规划，应是与环境规划并列的子规划，二者具有相互依托、相互补充的关系[2]。

1.2 生态规划的发展

1.2.1 生态规划的萌芽时期 生态规划于19世纪末20 世纪初产生，以 George Marsh（1864）、John Powell（1879）和 P.Gedds（1915）等生态学家为代表的土地生态恢复、生态评价、生态勘测、综合规划等方面的理论与实践，规划工作者与其他社会科学家的规划实践和著作为代表，也正是他们的工作标志着基于土地利用规划的生态规划的产生[2]。

1.2.2 生态规划的形成与发展阶段 20世纪初，生态学自身已形成了一门独立的学科，同时，生态学的思想也与城市规划、社会学等其他应用性学科的思想相互渗透。生态规划在生态学的发展中渐趋繁荣起来。E.Howard（1898）在其著作《明日的田园城市》中描绘了理想的城市——应建设一种兼有城市和乡村的理想城市，称之为“Garden City（田园城市）”。Howard的思想对现代城市规划思想的形成起了重要作用，也为以后的生态规划理论和实践奠定了基础。20世纪20年代前后，以R.E.Park为代表的美国古典人类生态学派，应用生态学理论研究分析了城市结构与功能以及城市中人群的分布，从城市的景观、功能、开阔空间规划方面提出了城市发展的同心圆模式、扇形模式、多中心模式等观点，极大地促进了生态学思想的发展及其向社会学、城市与区域规划及其他应用学科的渗透[2]。20世纪40年代美国田纳西河流的综合规划与实践将生态规划推向高潮，人们也在生态规划的最优单元、城乡相互作用、自然资源的保护等方面做了大量的工作。这一时期生态学的思想在规划中广泛运用，但有关生态规划的文献著作中却很少使用生态学的学科语言，在此期间最显著贡献就是Warren Manning提出的地图叠合技术，为后来生态规划方法的飞速发展奠定了坚实的基础[1]。20世纪70年代以来，景观规划与景观生态学理论与实践得到了巨大的发展。进入80年代后，生态规划无论在方法论和技术上都有了突飞猛进的进展，使生态规划进入成熟期，主要表现在：在思维方式和方法论上，更强调规划的生态学基础、以可持续发展为目标，并同生态工程、生态管理共同筑成可持续发展建设的核心、建立了自然环境、社会与经济的新综合规划理念、计算机的介入，是生态规划从定性分析向定量模拟方向发展[2]。

1.2.3 现代生态规划阶段 近20多年来，欧美等国围绕城市的发展，对不同空间尺度生态规划的理论进行了较多的探讨[3]。前苏联生态学家亚尼茨基曾将城市生态规划设计与实施分成时空层次、社会功能层次、文化历史层次。F.Vester和A.V.Hesler在对德国法兰克福进行城市生态规划中，从生物控制论的原理出发，提出了生态灵敏度分析模型，将系统科学思想、生态学理论和城市规划融为一体，用来解释、评价和规划城市复杂的系统关系。概括西方国家生态规划学科发展的历程，可总结为：注重物质规划阶段、注重经济规划阶段、注重环境规划阶段、注重社会规划阶段、注重生态规划阶段和注重文化规划阶段[2]。

1.3 中国生态规划研究现状

生态规划在中国起步很晚，但发展却异常迅速。在中国的生态规划实施中，借鉴了现代生态学的最新研究成果与模式，并与区域、城市、农村发展、生态环境问题以及持续发展的主题相结合，无论是理论与方法，还是规划实践均已形成自己的特色。如马世俊、王如松提出了自然-经济-社会复合生态系统理论[4]；王如松建立了辨识-模拟-调控的生态规划方法，以及在数学方法引入生态规划方面做了成功的探索[5]；顾朝林就当前中国城市规划的发展，提出了“宏观层次拓展和微观层次深化”的新趋势。

中国的生态规划还有很多问题有待解决。目前，中国的生态规划方案多以行政区划边界，因此在空间上体现出不同生态学的尺度原则，主要表现在生态乡、生态镇、生态产业园区、生态县、生态市、生态省等行政尺度的规划，并以优先发展经济为主，未能达到地理区域的生态与经济协同发展，其根本原因主要表现在规划未能充分考虑地理与生态的空间辨识关系。同时，在自然保护区、高新技术产业园区等独立的生态规划方面，也未能从整个区域的发展上综合考虑，建设具有很好尺度定位的规划模式。目前，中国旅游规划从宏观、中观和微观尺度上都缺乏对旅游规划科学理论模式的研究。源于可持续发展思想的可持续旅游发展理论为旅游规划的研究指明了方向。周军将可持续旅游发展理论与旅游规划理论有机结合，提出了“可持续旅游规划”的新思路[6]。可持续旅游规划是以实现可持续旅游发展为目标，应用旅游承载力分析、环境影响评价、公众参与等可持续旅游理论方法对旅游目的地系统进行的结构优化和要素安排[2]。

生态规划的目的是引导规划对象合理布局，以优化空间结构，为人类创造与自然和谐、高度文明的人居环境，实现区域和系统的可持续发展。由于原有的规划模式存在明显的不足，中国很多生态规划存在相互仿照现象，未从根本上全面了解规划对象，可操作性不强。而且在当今世界生态规划的研究尚处于探索阶段，理论与技术尚不完善，因此目前生态规划仍面临严峻的挑战。

2 生态规划中的尺度分析

2.1 生态学中尺度分析

尺度是自然科学和社会科学中都存在的一个概念，它在不同的学科中有着不同的含义。生态学中，尺度是作为生物利用固有的对外界的认知与环境相互作用的量度。从种类来说，尺度包括现象尺度、观测尺度、分析或模拟尺度[7]。Delcourt提出了宏观生态学研究的4个尺度域：微观尺度域、中观尺度域、宏观尺度域和超级尺度域[8]。大多数生态现象均与尺度相关，尺度在生态学空间中有着重要作用。尤其在景观生态学中，尺度是辨别生物过程与格局过程的时空量度。尺度可分为空间尺度和时间尺度，在城市景观规划中，空间尺度是指研究区域的面积大小和最小信息单元的空间分辨率，而时间尺度是研究对象动态变化的时间间隔。崔宝山在对湿地生态系统健康研究时，提出了目前湿地研究领域的新概念、新问题，从时空尺度的基本概念和特征出发，探讨湿地生态系统健康的各种表述和确定指标。较详细地阐述了湿地生态系统健康的时间尺度特征、空间尺度特征以及时空尺度的统一性和差异性，特别强调了尺度在研究湿地生态系统健康中的重要性[9]。尺度问题及相关因子对城市生态环境和可持续发展有重要影响，但目前对此定量研究不足，同时缺乏相应的规划管理措施。王晓东等从生态学的角度探讨城市中生态绿地以及城市边缘地区的相关尺度问题，从可持续发展等方面界定量化指标，提出规划管理措施，并建议将尺度概念和相关因子引入城市景观规划[10]。把握景观尺度将是城市空间环境创造和可持续人居环境营造的主题。只有深入地了解生态景观特征，保持人与自然的和谐，才有可能更好地把握景观尺度[11]。

尺度是生态学中的核心问题，时间和空间尺度包含于任何生态中，尺度在生态学研究中越来越显现出其重要性，原因是在解决地球环境问题时，要求在大尺度上理解格局和过程，以前主要基于小尺度，目前尺度研究还存在很多问题。在生态规划中，许多影响生态系统功能的相关度及相应的空间差异并不能比较精确地反映在规划过程中，对于尺度的界定往往依赖于经验，这就造成生态系统内部各个要素之间不能相互协调，从而削弱了复合系统功能的运作。大量研究证明，关于生态问题的结论在很大程度上取决于研究所采纳的尺度。景观生态学中用小尺度表示较小的研究面积，或者较短的时间间隔，大尺度则用于较大的研究面积和较长的时间间隔；小尺度具有高的分辨率，而大尺度则反之[2]。

不同尺度空间下的自然环境背景不同，生态因子性质、生态系统整体性特征不同，其生态功能区规划方法和生态建设途径也就显著不同[12]。赵海霞等对皇甫川流域利用区域尺度、流域尺度和中小地形尺度景观分异下的土壤性状进行了分析。在此基础上，对研究区优化生态-生产范式的空间配置问题进行了探讨。结果表明：大尺度上该研究区土壤养分含量低、发育程度差；中小地形尺度下，坡向、坡度和坡位及土地利用与土壤性状的关系为：阴坡和阳坡的土壤有机质含量存在显著差异，且土壤养分还随着坡的向阳程度的减弱而增加。中小地形尺度下，样带剖面上土地利用变化对土壤性状的影响较大：乔木林土壤养分积累高、团粒结构好，灌木林由于放牧和沙化的影响，土壤养分最低，砂粒含量最高而粘粒含量最低。不同尺度景观分异下的土壤性状研究是优化生态-生产范式的构建的重要理论基础[13]。

2.2 生态规划中尺度分析

人们常从各个不同尺度来描述自然系统，同样人们在不同尺度下的行为活动对区域的影响也是不同的。尤其是对某个区域、城市、景观进行生态规划时，更应该注重尺度的把握。John Lyle根据多年来景观规划设计的实践，提出了整合后的一系列尺度，分别是：整个地球、亚大陆、区域、规划单元、工程、场地和建筑体的尺度等级间没有明确的界线加以划分，但是它们之间需要一定的联络通道来联系。通常，上一级尺度为下一级尺度的目标制定指明方向，而下一级尺度为上一级尺度的实现提供操作依据，即联络通道[14]。

随着景观生态学的发展，结合景观规划的概念，对森林景观进行景观生态规划，可以协调森林在生态、社会、经济方面的功能。同时森林景观生态规划使得森林经营和资源管理活动不再局限于某一尺度上的决策，而是在景观、区域尺度上的进行综合分析[15]。

河道治理的尺度是一个十分重要的问题，在条件许可时，规划研究阶段以及规划阶段和设计阶段中应尽量采用较大的尺度。这样做，是为了满足“系统时空有限”的本质要求，保证河流生态系统作为一个系统来研究时的正确性和精度[16]。通过分析水文过程与生态过程的耦合特征，论证了流域尺度是编制河流生态修复规划的适宜尺度。讨论了景观空间异质性与物种多样性的相关关系，提出在流域和河流廊道两种尺度上改善景观格局配置的方法。特别指出了在河流廊道尺度下提高景观空间异质性的两个要点，一是增强地貌学意义上的空间异质性，二是改善生态水文学和生态水力学意义上的水文、水力学条件[17]。吕晓芳以北京东北边缘温榆河沿河道两侧的生态廊道规划区为研究对象分别从区域尺度、土地利用类型尺度及斑块尺度，剖析土地利用变化的多尺度空间分异特征及变化轨迹，结果表明：区域尺度上表现为近期林地面积增加显著，水域面积缩减了近一半；河道附近水域多转为林地。但不同土地利用类型集中程度指数下降趋势有各自的距离效应，林地和城市建设用地与其他地类的变化趋势相比有显著差异;各土地利用轨迹在各缓冲带上出现频率的内部差异不大，持续性土地利用轨迹的平均斑块面积沿缓冲带有较明显规律。为大都市周边重要生态廊道规划区的土地利用格局优化及制定科学的城市规划和相关保护措施提供理论依据[18]。

在城市生态规划中规划师们在配置城市基础设施时很好的利用了尺度经济原理，并积累了丰富的经验。但是在城市景观规划过程中，他们却很少会从生态角度把尺度原则和其他一些空间相关的变化因子考虑在内，也就无法从生态保护的角度考虑诸如分配生态开放空间、提高生态有效尺度等问题。所以对城市生态绿地的尺度界定应该建立在可持续性基础上，综合考虑其生态功能和社会效益；对城市边缘地区，应当首先努力鉴别并保护那些相对受干扰较小的生态单元，进而在生态功能分区和生态功能联系的基础上界定其尺度规模[10]。何萍等强调城区与城市整体和周边区域关系的协调，是一条重要的规划原则。要在大尺度上与城市总体规划和绿地系统规划协调一致，同时要在本辖区的尺度上考虑对大尺度规划中的空白区进行补充完善，在小尺度上形成本辖区的完整自然生态体系。要处理好与周边辖区的生态关联，形成互惠互利的关系[19]。孙强等总结了首尔都市区生态环境统一规划以及点-线-面结合绿色空间规划设计方面的经验，并从“首都圈”、北京市域、城区范围3个尺度提出了北京绿色空间构建的设想：重视都市区尺度的绿色空间构建、重视绿色空间构建中的生态途径、营造点-线-面结合的生态城市景观[20]。俞孔坚等以浙江省台州市为例，系统地介绍了城市物质空间的“反规划”途径，通过建立保障土地生命系统完整性和地域特色的生态基础设施（EI），在宏观、中观和微观三个尺度上来定义城市空间发展格局和形态[21]。刘英通过从宏观尺度上分析武汉市东南部廊道系统格局，计算出三种类型廊道的长度和宽度，量化廊道的生态效应，说明武汉市东南部有充足的生态资源[22]。

随着我国城市化进程的加快，城市水景的建设也越来越引起人们的高度重视。如何在规划过程中有效贯彻生态设计的原则，在我国还是一个崭新的课题。城市生态公园不是一个孤立的、封闭的系统，而是一个开放的系统。城市生态公园生态功能的发挥，不仅取决于公园自身尺度上的合理规划设计，还取决于城市尺度上公园与城市景观系统的相互作用[23]。杜鸿等提出的水景生态设计框架的建构紧密结合目前中国的城市建设常用3个尺度：区域规划尺度、详细规划尺度和详细设计尺度增强了自身的可行性，综述了水景生态设计的概念，并尝试归纳出一套相对可行的城市水景生态设计框架[24]。

3 总结

生态规划过程中，应该根据规划对象在不同尺度上会发生的变化来决定采取何种尺度，但是变化的程度取决于人们所描述的尺度。当然，在面临现实生态规划问题时，并不可能完全自由地选择描述尺度。在生态规划的具体要求下，针对不同规划对象的空间尺度和时间尺度，通过系统分析确定合理的分析方法，在生态功能分区与生态经济区划的基础上，合理进行重点建设项目的空间布局，使规划的最终目的达到复合系统不同等级层次间的调控与和谐关系。

总之，生态规划应该以可持续发展为理论基础，运用生态系统整体优化的观点，遵循生态学和经济学的规律，通过研究区域内复合生态系统的结构与功能以及生态过程及其相互作用的关系，进行系统分析提出保护和合理利用自然资源，恢复和保持良好的生态环境的规划对策，以促进对区域社会、经济和生态环境复合系统进行改善和功能强化。

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