生态基础设施概念、理论与方法

　　摘要:生态基础设施(EcologicalInfrastructure,EI)是近年来在生态经济学、生物保护、生态城市等领域出现的一个新的概念。生态基础设施包括:维护生态系统服务、维护完整的生态网络、恢复自然过程与功能。结合中国实际情况对EI概念在国内的应用进行了展望。
　　关键词:生态基础设施;概念;展望
　　
　　一、生态基础设施的基本概念
　　生态基础设施(EcologicalInfrastructure,EI)是近年来在生态经济学、生物保护、生态城市等领域出现的一个新的概念。这一概念集中体现了在现有景观破碎化和生态系统服务功能受到损害的背景下,维护完整、连续的生态格局的重要意义。它强调生态系统服务功能在物质空间中的具体化,是实现可持续发展的可操作的景观战略。EI的概念在日益拓展,在生态系统管理与生态学、景观生态学、生态经济学、生物保护学、生态工程学等诸多学科都有涉及。基于跨学科领域的研究,生态基础设施思想具有丰富的内涵和意义。生态基础设施是城市的可持续发展所依赖的自然系统,是城市及其居民能持续地获得自然服务(naturesservices)的基础,这里所说的生态服务包括提供新鲜空气、食物、体育、游憩、安全庇护以及审美和教育等等。它包含一切能提供上述自然服务的城市绿地系统、林业及农业系统、自然保护地系统,并进一步可以扩展到以自然为背景的文化遗产网络[。生态基础设施属于基础设施,那么它必然具备一般基础设施的特征。此外,生态基础设施还有以下对人类生存意义重要的特征:(1)保障可持续发展的多功能性;(2)全民共享的公共性与同一性;(3)建设和使用的超前性与长期性;(4)服务的连续性和多层次、网络化系统性。从不同学科角度来讲,EI既是生物的自然栖息地系统,还是针对人类的城市栖息地系统,它都强调关键性的生态格局及资源、产品、服务等对整体系统和系统栖居者的正常运行和持久生存的基础性支持作用。而从人类的可持续发展角度,EI是一类为人类提供生态系统服务功能的基础设施,是为维护生态安全和健康的自然结构和基础框架。
　　二、生态基础设施概念内涵的诠释
　　由于生态基础设施(EI)的多学科交叉的特性,研究的出发点很多。本文仅从生态经济学、生物多样性保护与生物安全战略、生态化工程基础设施以及它的演化和发展对这一概念的内涵进行理解。
　　（一）生态系统服务
　　生态经济学领域对EI的研究主要试图强调生态系统服务在当前经济平衡体系中的价值,以及能够提供这些服务的生态系统和自然资本的可量化的价值。EI的概念出现在生态经济学研究中体现了对生存危机与可持续目标的认识的加深。首先应该明确生态系统服务的含义。目前比较统一的认识是:生态系统服务(EcosystemServices)是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[4]。Constanza等把这些服务归纳为17类,Daily将其归纳为15类。综合起来,主要包括生态系统的产品生产、生物多样性的产生和维持、气候气象的调和稳定、旱涝灾害的减缓、土壤的保持及其肥力的更新、空气和水的净化、废弃物的解毒与分解、物质循环的保持、农作物和自然植被的授粉及其种子的传播、病虫害爆发的控制、人类文化的发育与演化、人类感官心理和精神的益处等方面。生态系统服务是生态经济学研究的核心。而EI的概念在这里不仅指能够提供这些服务的生态系统和结构,还强调了其在当前生态环境背景下的稀缺性[5]。
　　(二)维护完整的生态网络
　　从生物多样性保护与生物安全战略的视角,生态基础设施的概念较早出现在Mander等人在生物多样性保护的研究中。他1988年在《作为地域生态基础设施的补偿性区域网络》(Networkofcompensativeareasasanecologicalinfrastructureof
　　territories)一文中用此概念表示栖息地网络(habi-tatnetwork)的设计,强调核心区、廊道等组分对生物保护的作用。而几乎同时,SelmandVan在《生态基础设施:设计栖息地网络的概念框架》(Eco-logicalinfrastructure:aconceptualframeworkfordesigninghabitatnetworks)一文中也进行了类似的研究。随后,荷兰农业、自然管理和渔业部于1990年颁布的自然政策规划(NaturePolicyPlan)中在全国尺度上较早提出了EI的概念。这些都是从生物和环境资源的保护与利用角度提出的。关于EI或生态网络的构成,Jongman认为生态网络包括了核心区、廊道、缓冲区以及必要的自然恢复区,并且提出城市生态网络建设的三个特点:前瞻性、作为自然政策制定的基础、作为国土和区域规划的一部分。Hubert提出生态网络和EI建设即保护自然资源,包括水、空气、土壤以及保护生物多样性。Bohemen以荷兰生态主干基础设施(DutchEcologicalMainInfrastructure)为例,提出EI由自然核心区、自然发展区、廊道和连接、缓
　　冲带等四部分组成。可以看出,从生物保护研究出发,EI主要指景观中有助于或能够引导生物在不同生境中运动的综合特征,如景观镶嵌体中的廊道等线性景观要素,核心栖息地的空间分布、连续性、内部结构的变化以及与周边生境的差异等,并强调形成连续的整体生态网络的重要性。因而在生物保护研究中,EI与生态网络、生境网络等概念是基本同义的[5]。
　　(三)恢复自然过程与功能
　　EI的另一种理解是“生态化的工程基础设施”。在人类的生存环境中,各种基础设施对社会、经济的运行和发展都起到了极为重要的作用。一般狭义的基础设施只包括人工物质基础设施。而有研究把人类的各种基础设施划分为人工物质基础设施(Man-madephysical)、自然基础设施(Natural)和社会基础设施(Social)三类。人类的各种基础设施是与不同时代的社会发展需求紧密联系的。进入到二十一世纪,城市蔓延、全球化、可持续发展成为了时代的主题或需求,因此绿色(生态)基础设施应当成为解决目前问题并且保障未来发展的关键。对于当前工程化基础设施日益交织成网,对自然系统和生态过程带来多方面影响的现实,许多研究者试图寻找能够平衡和补偿这些工程基础设施带来的生态破坏和退化的途径。基础设施生态学(InfrastructuralEcology)作为在基础设施工程规划、设计和实施阶段改善和协调多种生态功能的框架,基本内容包括尊重生态格局与过程的连续性,采取生态工程技术来降低工程建设所带来的栖息地破碎等影响。而强调改善和强化周边的生态基础设施,如加强景观连续性等被认为是重要的补偿措施。目前此方面主要集中在用生态化手段来改造或替代道路工程、不透水地面、废物处理系统以及洪涝灾害治理等问题。如建立用于水体净化和污水处理的试验性人工湿地,绿色屋面(GreenRoofs)不同层次的暴雨洪涝治理、邻里步行系统、等生态基础设施研究等等。最具有代表性的是荷兰政府1997年强调实施可持续的水管理策略,其重要内容是“还河流以空间”。以默兹河为例,具体包括疏浚河道、挖低与扩大漫滩(结合自然)、退堤,以及拆除现有挡水堰等,其实质是一个大型自然恢复工程,称为生态基础设施,旨在建立全国性的广阔而相连的自然区网络。这些研究试图在硬质的人工化环境中恢复各种自然生态功能和过程,从而发挥对人类有益的各种服务职能,并尽可能减少人工基础设施对自然过程和服务的破坏。
　　以上的尝试都表明人们开始重视通过生态化改造和维护自然过程来恢复生态服务功能,因为主要针对各种工程化基础设施,如交通运输、给排水、防灾、环保等,所以将之也称为“生态”基础设施或者“绿色”基础设施(“绿色”即强调生态化)。
　　(四)土地利用、开放空间及绿地系统规划
　　土地利用和开放空间对策在国外的发展因地理、文化和体制的不同而有所差异,但在欧美等发展相对完善和活跃的地区,目前出现了用EI思想来指导土地利用和开放空间规划,甚至影响整个区域发展与保护的探索。自十九世纪以来,为解决城市环境问题,公园绿地一直作为一种重要的城市基础设施。包括绿带(Greenbelt)、绿心(GreenHeart)、公园道(Park-way)、公园系统(ParkSystem),以及田园城市(GardenCity)等概念都强调了“绿化环境对城市文化极为重要的意义”,尤其是Olmsted的波士顿“蓝宝石项链”(EmeraldNecklace)”等实践更体现了可贵的前瞻性规划思想。随着概念的发展,有人采用绿地基础设施(GreenInfrastructure,GI)表示连续的绿地空间网络与生命支持系统,实际上与生态基础设施的概念趋于一致国内也一直将园林绿化作为城市基础设施中的生态环境保护子系统,但目前从指导思想与实际操作手段和效果看还存在着诸多问题。
　　三、生态基础设施的实践意义
　　(一)生态基础设施的规划内容
　　人类的各种基础设施对实现可持续发展无疑都具有重要的影响,但是如果抛开基于人性扩张欲望的膨胀式发展模式,而从一种良性和稳定的发展角度来看,当前的各种基础设施对人类所起的作用各不相同。有人认为社会、经济、基础设施和自然系统几部分是一种平行关系,它们相互交织、相互联系、相辅相成,相生相克。可持续金字塔表明了一个可持续的生态系统是如何通过向人类系统和人工环境提供生存的自然资源而成为我们社会的基础。这座金字塔中包括了建设资本(灰色基础设施)、人类与社会资本(可认为是社会基础设施)、自然资本和可持续的生态系统(可认为是生态基础设施,包括物质要素及各类生态过程和功能)。它们形成自上至下依次增大的支撑结构,这样才能构成一个稳固的人类生存环境的支持体系,也是一种人与自然和谐的可持续生存环境。城市复合生态系统理论也强调,在城市复合生态系统中,自然子系统是基础,经济子系统是命脉,社会子系统是主导。图1可持续金字塔
　　生态系统服务功能为人类提供了生存保障,它们的强弱取决于生态系统中的生态资本存量,而生态资本存量的多少反映了一个国家可持续发展能力的大小。生态系统服务被认为是EI的核心特征,这一认识的目的不仅在于强调能够提供这些服务的生态系统和结构,更强调其在当前生态环境背景下的稀缺性。即自然资本已不再充足丰富,唾手可得,在许多地方,尤其是城市地区,自然组分成为残遗斑块和廊道甚至已经消失殆尽。而与此相反,大量人工基础设施和建筑日益成为大地景观的主体。就全球来讲,森林、淡水等资源无疑已经成为了整个人类可持续生存的战略性要素。
　　就我国而言言,还面临着如何利用外部资源以及如何维护自身生态资本存量的问题。生态资源现状对我国未来经济发展的影响,生态系统对维持我国社会经济体系的保障能力等问题亟待研究。这些不可再生的资源将是制约我们生存和发展的新的瓶颈。这种状况迫使我们必须要转变观念。
　　(二)生态基础设施强调的规划方法
　　EI概念对规划方法产生了多方面的影响。美国学者Honachefsky认为城市的无序蔓延和对生态环境的破坏是因为将土地的潜在经济价值置于生态过程之前所致,强调应将EI的价值和服务功能与土地利用决策相结合,因此提出了EI优先的思想(PuttheEcologicalInfrastructurefirst):在城市总体规划当中,将生态基础设施置于先行考虑的地位,在此基础上制定土地利用和开发规划,对环境状况进行长期的科学监测,建立适合当地的“生态指标”(EcologicalIndicator),从而对自然资源的健康予以评估和监控,并将各个方面的利益主体和人员纳入土地利用决策当中来,尤其对何种环境应该受到保护予以协商。而在近年来备受关注的“巧妙的增长保护”(aframeworkforsmartconservationandsmartgrowth)思想也强调了这一点。建立在保护土地和自然景观资源的基础上,近年来从单纯强调保护第一的方针开始走向利用生态基础设施来引导城市的开发,从而实现“生态基础设施为导向的巧妙的增长”的途径。这种途径积极意义体现在强调不是将土地保护与发展孤立或对立起来,而是充分考虑土地开发、城市增长以及市政基础设施规划的需求。还有学者认为,“巧妙的增长”的理念提供了构筑21世纪的城市规划法规的基础。新的认识是“土地是一种无法再生的自然资源,土地利用和环境质量有密切关系,因而必须保护土地”。这种新认识在新一轮的规划法规中有所体现。
　　俞孔坚等曾针对中国的快速城市化问题和中国国土生态安全,通过“反规划”途径建立城市生态基础设施。强调与城市规模和建设用地功能相比,生态基础设施永远为城市所必须,需要恒常不变,因此需要逆向思维的城市规划方法论,即应在
　　城市和区域规划中首先规划和完善非建设用地,设计城市生态基础设施,形成高效地维护城市居民生态服务质量、维护土地生态过程安全的景观格局。
　　(三)生态基础设施的实践意义
　　将生态系统放在一个十分重要的位置对于规划领域具有巨大的意义。如同其他基础设施一样,如果没有前瞻性的规划,城市将无法运转,人类将无法生存。且随着人类生存空间的膨胀,这种威胁将越来越大。如果只是被动的追随城市的扩张,只是后续的“添绿”,则无法起到积极的生态平衡作用。从规划方法来讲,从单纯被动性的绿带规划和只从休闲游憩出发的公园设计是不够的。生态系统服务功能需要综合生物、水文、气候等学科知识,通过空间规划手段建立生态安全格局。而从空间形态来讲,根据区域与城市的内在生态过程需要来判别最为关键的生态格局,构建连续、完整的绿色网络是生态基础设施思想的核心。
　　因此,尽管EI概念理论方法的研究是一个新的领域,即便在欧洲和北美洲,这一概念仍然和其他思想发生着频繁的交叉,也不断出现与之关联的新思想、新理念。但可以看出,这种思想是经过了西方数百年工业化和城市化发展后,对于人地
　　关系的客观发展态势和规划的主观意识走向的深入思考。虽然我国的人情、地情以及文化背景与之不同,但却正在面临着更为严峻的人地关系危机的现实。该理论为我们提供了一个理解土地的生态过程和生态安全,基于生态伦理与价值观层面来重新认识生态系统服务功能价值的平台。
　　四、中国生态基础设施应用展望
　　就我国而言,EI理念对于重新审视国土与区域规划、土地利用规划、城市总体规划和绿地系统规划提供了借鉴。主要体现在以下几方面:
　　(1)规划方法
　　与其它基础设施一样,前瞻性是EI规划的关键所在。
　　(2)规划内容与EI的格局
　　就国内规划方法体系来讲,由于比例、指标和分类等的局限,理应承担维护区域与城市生态安全的绿地系统的内容和功能远远未能达到应有的生态系统服务功能水平。因此,跳出这一桎梏来鉴别并保护城市化地区发挥生态系统服务
　　功能的EI系统十分重要。正如EI(GI)被认为是“所有具有渗水性地表及能够支持植物生长的土壤的场地”,城市中许多种土地利用都有着重要的生态服务功能,对构成EI(GI)有积极的意义。如公园、水系、墓地、教堂和学校、开放空间、农田、社区花园、公共设施走廊、铁路线、采石场、闲置地以及有待于鉴别和修复的废弃地,另外城市中的小块绿地、行道树、私家庭院等也同样十分重要。
　　(3)规划的尺度与用地比例
　　EI格局具有层次性,可以跨越尺度。如场地尺度的EI可以与更大尺度的网络相连,区域尺度与某一地段的EI可以衔接。EI思想吸取了生态网络和绿色廊道等概念所强调的连续性和完整性的特性,对联系破碎生境斑块、保持连续的休闲网络和增加可达性,建立连续的文化遗产保护体系有积极意义。同时,在既定的尺度和格局的基础上,保持多大比例的生态用地是一个十分重要的课题。对于中国而言,在土地极其紧张的情况下如何更有效地协调各种土地利用之间的关系,如城市发展用地、农业用地及生物保护用地之间的合理格局等。