王云才

1 城市生態(tài)系統(tǒng)修復的系統(tǒng)性與層次性

1.1 生態(tài)修復的本質(zhì)含義

生態(tài)修復是通過人類積極干預和有效行動對退化、受損以及破壞的生態(tài)系統(tǒng)和生境的恢復及更新的生態(tài)實踐[1-2]。城市作為高度人工化的生態(tài)系統(tǒng)，城市人口的擴張、產(chǎn)業(yè)的集聚形成了建設用地的不斷擴展與自然生態(tài)環(huán)境的快速消失，也形成了城市巨大的物質(zhì)消費和廢品的生產(chǎn)，使人在享受城市文明的同時也在承受巨大的生態(tài)危機?？v觀人類與生態(tài)環(huán)境的作用過程和文明發(fā)展的歷程，在人與自然的關系上無論是自然主義還是人本主義都不是滿足可持續(xù)發(fā)展內(nèi)涵和諧的生態(tài)關系，而只有人與自然之間建立起來的人與自然地適宜性和人與自然的適應性才是符合我們今天生態(tài)文明發(fā)展的需求。生態(tài)關系是連接人-地之間的橋梁。人-地之間關系的不健康和不協(xié)調(diào)的生態(tài)關系作用在人體本身上表現(xiàn)出人體的不適應性和病癥。中國傳統(tǒng)中醫(yī)建立了“天人合一”“天人相應”“因人而異”的整體觀及辨證論治方略。于此相對應，當人地不和諧的關系體現(xiàn)在環(huán)境本體上時就是今天看到的環(huán)境破壞以及所導致的巨大安全危機，對此生態(tài)關系的修復就是建立和諧的生態(tài)關系和健康的城市景觀。城市生態(tài)修復主要是對景觀環(huán)境生態(tài)關系的修復，在此過程中出現(xiàn)了自然主義觀的修復、人工的更新修復、自然自我的修復以及低影響和低技術的生態(tài)修復路徑。

1.2 城市生態(tài)修復的尺度性和層次性

從城市生態(tài)系統(tǒng)來看，城市之上的生態(tài)條件和地理特性往往對城市生態(tài)系統(tǒng)總的特征起到制約作用，不同尺度的生態(tài)條件制約的屬性和機制不同。生態(tài)系統(tǒng)也存在層次性，城市生態(tài)修復更是存在層次性。城市生態(tài)修復可以從3個層面開展。1)城市中的生態(tài)修復(ecology in the city)是聚焦在城市內(nèi)部孤立的生態(tài)空間的修復，孤立斑塊的修復往往缺乏對生態(tài)關聯(lián)和生態(tài)過程的綜合考慮，因此，這類生態(tài)修復對城市整體生態(tài)系統(tǒng)的修復積極性有限。2)城市生態(tài)修復(ecology of the city)是從城市社區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、城市分區(qū)生態(tài)系統(tǒng)到城市整體生態(tài)系統(tǒng)的修復。這類生態(tài)系統(tǒng)的修復往往需要完整考慮修復層次與更大系統(tǒng)層次之間的系統(tǒng)生態(tài)關系。3)建立在滿足城市保障和發(fā)展基礎上的生態(tài)修復(ecology for the city)。生態(tài)修復不僅要滿足從區(qū)域尺度上保障城市生態(tài)的基本安全需要，同時又要滿足城市未來發(fā)展的需求，建立適應未來發(fā)展的城市生態(tài)安全體系。傳統(tǒng)的城市生態(tài)修復不僅多局限在城市內(nèi)部生態(tài)修復的樣板工程上而缺乏建立在城市生態(tài)系統(tǒng)關系和生態(tài)過程體系上的整體生態(tài)修復[3]。

2 太原城市生態(tài)系統(tǒng)過程與問題的耦合體系

2.1 太原市城市生態(tài)系統(tǒng)的基本特征與問題

太原市位于太原盆地的北端，城市西、北、東三面環(huán)山，中、南部為河谷平原，地形北高南低，呈簸箕形，山體呈半圓形圍繞于中部的河谷平原。城區(qū)內(nèi)9條邊山支溝連通于汾河，形成“一水中分，三山環(huán)抱，九水環(huán)繞”的整體生態(tài)格局。太原山地生態(tài)不僅是市域生態(tài)結(jié)構(gòu)中的環(huán)城節(jié)點和生態(tài)用地空間，與城市的空間格局存在較為頻繁的互動關系，在城市生態(tài)修復中具有極高的生態(tài)地位。然而，近30年來，由于粗放的開發(fā)模式和不完善的管理機制，導致太原城市生態(tài)環(huán)境受到不同程度的破壞。2006—2016年間，城市建設用地增加163km2，相比2015年197km2增長了82.74%，逐漸侵占城市邊緣的林地，擠壓山地生態(tài)空間，造成的環(huán)境破壞遺留了諸多山地生態(tài)問題。從太原市總體生態(tài)特征來看，存在以下系統(tǒng)問題：1)山水關系清晰，但調(diào)節(jié)功能弱，服務城市發(fā)展的功能有限；2)山體逐步修復，但生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性低，地災問題突出，功能單一；3)水資源缺乏，雖水系骨架清晰，但量少質(zhì)低感弱網(wǎng)碎，服務性差；4)綠地面積大但綠量小，可達性較差，分布不合理，服務較低效；5)工礦業(yè)遺留問題多，潛在危害大，棕地環(huán)境問題和再利用問題突出。從城市生態(tài)系統(tǒng)整體來看，太原市的生態(tài)空間單元主要集中在河流與水體、山地與林地、城市綠地、城市湖泊濕地、城市綠地與公園、城市工業(yè)與棕地等類型上。透過太原市眾多生態(tài)問題表象，太原市主要的城市生態(tài)病可以歸納為：1)水資源缺乏，水源補給能力弱，且地表水面率低且河道干涸嚴重，地表水污染嚴重，地下水水位逐步降低；2)城市尺度的空氣環(huán)流被破壞，導致空氣流動弱，熱島效應加劇，冷島效應降低，城市上空逆溫現(xiàn)象頻發(fā)。

圖1 太原市水平過程與主要生態(tài)問題關聯(lián)分析

圖2 太原市垂直過程與主要生態(tài)問題關聯(lián)分析

2.2 太原市生態(tài)系統(tǒng)問題與生態(tài)過程的耦合

2.2.1 太原市“山-城”之間的水平過程與生態(tài)問題

太原市“山-城”之間的水平過程是決定城市品質(zhì)的最重要的生態(tài)過程。獨特的“兩山夾一谷”的河谷地貌為太原市提供了豐富的生態(tài)“源”空間。兩側(cè)的山地森林不僅為城市提供了生物多樣性的源泉和城市綠源，通過河谷、林帶和路網(wǎng)構(gòu)成的生態(tài)廊道把城市和山地森林連接為一個整體。與此同時，城市兩側(cè)的山地通過大小不等的山間流域發(fā)育了15條邊山支溝，河流穿城而過匯入汾河，成為城市中的水源涵養(yǎng)源。但是由于山地植被被破壞，短期復綠的植被綠量較少，地表裸露度高，黃土酥松，導致雨季儲水能力差，流域功能弱，水土流失嚴重，河道泥沙淤積情況突出(圖1)。

圖3 基于自然過程主導的太原市城市生態(tài)修復路徑

2.2.2 太原市“山-城”之間的垂直過程與生態(tài)問題

太原市“山-城”之間的垂直過程主要是建立在山-城之間巨大溫差上的河谷空氣循環(huán)過程。在正常情況下，城市的熱島效應與周邊山地典型的冷島效應形成巨大的風溫度梯度。山區(qū)空氣溫度低而密度大，城市地區(qū)空氣溫度高而密度低，在白天則形成由山地吹向城市的下山風現(xiàn)象，而且城市上空在形成由城市吹向山區(qū)的熱風，共同形成山谷的空氣循環(huán)。但由于山區(qū)植被大規(guī)模遭到破壞，綠量大幅減少，冷島效應機制弱，山區(qū)與城市的溫差減弱，下山風現(xiàn)象消失，太原城內(nèi)部東西向風極其微弱。同時，由于地表溫度差減少，地面與高空溫度差也隨著減少，在城市中出現(xiàn)逆溫的頻率增加，一年92%的天數(shù)出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，加劇了城市霧霾的發(fā)生。再者，由于城市熱島效應的加劇，城市午后垂直湍流發(fā)育程度高，空氣快速上升而形成雷暴天氣，并進一步加劇城市內(nèi)澇現(xiàn)象(圖2)。

由此可見，太原市城市生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)的典型問題都是在城市整體尺度上的自然生態(tài)過程所決定的。城市的快速擴張和煤炭產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模無序發(fā)展對山體植被的破壞成為“山-城”之間的自然過程破壞最根本的原因。太原市城市生態(tài)所表現(xiàn)的水資源缺乏與水體污染問題、森林資源缺乏與城市綠地不足、工業(yè)發(fā)展不能適應城市發(fā)展形成的大量潛在棕地等多個城市生態(tài)病的治理與城市生態(tài)修復，需要從決定生態(tài)問題的最根本的自然過程的修復入手。

3 自然過程主導的城市生態(tài)系統(tǒng)修復

3.1 建立基于“of”和“for”范式下的城市生態(tài)修復目標

太原市的生態(tài)問題不是僅僅依靠對城市內(nèi)部生態(tài)空間斑塊的修復可以解決的。由于生態(tài)基底的破壞和生態(tài)過程的嚴重干擾，城市生態(tài)系統(tǒng)過程和機制的決定性因子長期得不到恢復和保護，成為困擾太原市生態(tài)修復有效性的重要癥結(jié)。太原市城市生態(tài)修復需要從城市生態(tài)系統(tǒng)出發(fā)，基于“ecology of the city”和“ecology for the city”的修復目標，建立在系統(tǒng)機制修復和滿足城市發(fā)展需要的生態(tài)修復格局。在太原市城市生態(tài)系統(tǒng)中，最關鍵的生態(tài)因子是植被與水體。除地帶性地理環(huán)境的制約因素之外，城市長期的不合理發(fā)展和不合理的資源型經(jīng)濟發(fā)展路徑加劇了太原市城市發(fā)展與周邊環(huán)境之間的水綠矛盾。城市綠地和山區(qū)森林的大幅度減少成為太原市熱島效應加劇，冷島效應減弱，山城之間空氣流動缺乏動力，水源涵養(yǎng)能力差，水量少且水質(zhì)差，河道被占用，城市親水性差等生態(tài)問題的根源。從太原市城市發(fā)展來看，需要建設成為以生態(tài)園林城市和森林城市有機統(tǒng)一的多維綠色之城，改變城市形象。

3.2 建立自然過程修復為主導的修復路徑

從城市生態(tài)系統(tǒng)角度來看，太原市城市生態(tài)修復需要建立在生態(tài)過程的修復上，才能實現(xiàn)城市生態(tài)修復的目標。決定太原市城市生態(tài)系統(tǒng)服務能力的主要過程是東西向“上-城”之間建立起來的水平過程(圖3)，主要包括河谷大氣循環(huán)和下山風的自然過程(風過程)，水流的匯集、儲存以及通過邊山支溝匯入汾河的過程(水過程)，土壤侵蝕和土壤養(yǎng)分流失的物質(zhì)遷移過程以及沿多種生態(tài)廊道在山城之間形成的動植物遷徙過程。這些過程與太原市獨特的地形地貌、氣候、植被、水文、土壤和生物多樣性相互統(tǒng)一，決定了太原市的城市生態(tài)系統(tǒng)服務水平。綠量作為最關鍵的調(diào)控變量，以城市綠量快速提升為修復的著眼點，重點以空間聯(lián)系為關鍵修復太原市的整體生態(tài)格局；以安全和綠量為關鍵修復太原市周邊的山體系統(tǒng)；以水質(zhì)為關鍵，修復水體和水系統(tǒng)，強化水綠空間的融合；以綠量和綠地使用公平性為關鍵修復城市森林系統(tǒng)和城市綠地系統(tǒng)；以綠地修復為關鍵綜合權衡修復太原市的潛在棕地系統(tǒng)。

3.3 關鍵過程與主導變量的測度

綠量作為太原市生態(tài)修復最為關鍵的調(diào)節(jié)變量，需要圍繞綠量建立關鍵過程和主導變量的相關測度法，主要有以下幾個方面。1)太原市生態(tài)信息清單編制：采用TM8遙感影像對太原市地形、地貌、植被與林地覆蓋、河流與水系統(tǒng)、塌陷地、滑坡泥石流、裸露面、工廠等生態(tài)信息進行人工識別和調(diào)查核較，建立生態(tài)清單。他是太原市生態(tài)修復的基礎工作，是過程分析和主導變量識別的重要工作基礎。2)太原市山區(qū)植被覆蓋率測度。選用歸一化植被指數(shù)(NDVI)模型對圖像的植被覆蓋度信息進行提取。覆蓋度[Fc=(NDVI-NDVIsoil)/(NDVIveg-NDVIsoil)]分5個梯度對于規(guī)劃范圍內(nèi)山體綠化覆蓋進行評價分級，包括低植被覆蓋度(Fc＜10%)、較低植被覆蓋度(10%≤Fc＜30%)、中度植被覆蓋度(30%≤Fc＜50%)、較高植被覆蓋度(50%≤Fc＜70%)和高植被覆蓋度(Fc≥70%)。3)太原市城六區(qū)生態(tài)風險的測度評價：依據(jù)太原市生態(tài)敏感性評價、擾動分析評價的基礎上，對太原市生態(tài)風險進行測度評價。生態(tài)風險呈現(xiàn)出東西山山地環(huán)境高而城區(qū)相對較低，城市河流的生態(tài)風險也相對較高，城市與東西山交接的山前地帶存在2個南北向延伸的生態(tài)高風險地帶(界面空間)。4)太原市東西山的綠量對生態(tài)過程具有重要作用：綠量與地表溫度有明顯的負相關y(m2)=-1 278.7x+60 650。單位面積的溫度下降1℃，綠量需要增加1.4m2。目前東西山與中心城區(qū)的溫度在15：00—16：00時相差由5℃左右擴大到6～8℃，是近5年綠量增加的結(jié)果。

3.4 建立自然過程修復主導的城市生態(tài)修復框架

3.4.1 以空間聯(lián)系為關鍵的太原市整體生態(tài)格局修復

空間關聯(lián)是自然做工的格局基礎，太原市生態(tài)格局修復需要解決的問題：1)水源涵養(yǎng)和生態(tài)屏障問題；2)城景融合和決定城市生態(tài)特征的東西向生態(tài)過程融合的問題；3)降低城六區(qū)生態(tài)空間的碎片化、高敏感性、高干擾等影響生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和健康的生態(tài)風險；4)激活界面空間生態(tài)服務功能的機制問題[4]。整體生態(tài)格局修復需要依托山水格局，識別重點生態(tài)空間，構(gòu)建山水藍綠生態(tài)網(wǎng)絡，強化生態(tài)格局整體性；依托南北向主導生態(tài)過程，梳理東西向二級生態(tài)過程，構(gòu)建城景融合和綠色基礎設施網(wǎng)絡，強化生態(tài)格局的連通性；依托發(fā)育成熟的多尺度生態(tài)界面空間，提升界面空間的多樣性和城市生態(tài)的服務功能，構(gòu)建山前環(huán)城綠帶，強化城市生態(tài)空間的可達性；依托城市公園綠地和河湖水系空間(含小微濕地)，強化與城市功能組團的結(jié)合，提升城市生態(tài)空間服務品質(zhì)，優(yōu)化布局，強化城市生態(tài)空間服務的公平性。最終形成太原市區(qū)的生態(tài)空間控制線，面積為866.82km2，占比達城六區(qū)的60.56%，包括一二級生態(tài)廊道、基本與重要生態(tài)空間。

3.4.2 以安全和綠量為關鍵的太原市山地生態(tài)系統(tǒng)修復

山地綠量是修復生態(tài)過程的關鍵變量。以增加山體綠量和安全性為出發(fā)點，識別核心問題，以生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、整體性和景觀性為原則，對標國家森林城市標準，促進山城融合并建立健康的山城關系。修復關鍵在于以下幾方面。1)修創(chuàng)固坡，山體創(chuàng)面修復。針對東、西、北三山長期存在的采礦擾動區(qū)、裸露面分布廣，落石、滑坡頻發(fā)等問題，保障山體生態(tài)安全，提升山體形象。2)綠林覆山，山林生態(tài)系統(tǒng)修復。針對山體綠量總體偏少，植被群落單一的問題，通過優(yōu)化山地植被群落，分區(qū)分類型對山地森林進行修復引導，提升山體的整體景觀，實現(xiàn)短期的快速增綠和長期的可持續(xù)發(fā)展。3)山城交織，淺山區(qū)服務提升。針對太原市淺山區(qū)生態(tài)敏感脆弱，功能單一雷同，景觀品質(zhì)較低的問題，通過對淺山區(qū)的建設適宜性分析，制定切實有效的用地指標，促進山城融合，提高土地利用效率。規(guī)劃森林面積達到494.07km2，占全市域面積的33.8%。對城市郊區(qū)的森林面積而言，相比于原來的55.8%，達到70%，超過國家森林城市要求的60%；鄉(xiāng)土樹種必須占85%以上。郊區(qū)森林的自然度在采取復層群落結(jié)構(gòu)的基礎上，自然度基本達到要求[5-8]。

3.4.3 以水質(zhì)為關鍵的太原市水體與水系統(tǒng)修復

以水質(zhì)處理激發(fā)水系統(tǒng)修復過程。以河湖水系為核心，以地表水(河流、湖泊、坑塘、水庫、濕地)和地下水修復為主體，重點突破水質(zhì)提升，提高水體環(huán)境質(zhì)量，增加水的循環(huán)利用，以達到水量增加的作用；同時增加湖泊、坑塘濕地、水庫、小微濕地等提高雨水蓄水能力，發(fā)揮海綿城市功能，減少城市內(nèi)澇，并通過提高水面率達到水量增加的目的；通過山體復綠，提高山體的水源涵養(yǎng)能力，延長河流保水時間，補充地下水，提高地下水水位；通過河道整治修復，提高河網(wǎng)密度，提高城市自然排澇能力，創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的城市濱水公共空間，為城市居民提供高品質(zhì)的濱水景觀服務。以水質(zhì)修復為突破，通過構(gòu)架完善的河湖水系格局，多途徑共舉增加城市水量，提升水環(huán)境為城市服務的效率。通過提升水面率、河網(wǎng)密度、水質(zhì)達標和逐步恢復地下水水位等實現(xiàn)太原市城市水體修復的系統(tǒng)目標和框架。經(jīng)過修復太原市城六區(qū)河流總長度為613km，河網(wǎng)密度可達0.5km/km2，城六區(qū)水體面積33.6km2，水面率可達3%。修復后太原市城區(qū)黑臭水體由9%下降到5%以下，水功能區(qū)水質(zhì)達標率70%以上。近期新增水源涵養(yǎng)林地124.78km2，中期新增林地179.85km2，遠期新增林地189.44km2，在完成全部林地修復后，計算得到淺層地下水最少可上升0.67m，理想情況下平均可上升0.7m以上。

3.4.4 以綠量和公平性為關鍵的太原市城市森林綠地修復

以綠地為引擎，以綠地“總量類型”“服務范圍”“服務功能”為抓手，主要修復如下。1)城綠交融——城市綠地空間格局優(yōu)化。針對太原市現(xiàn)狀綠地面積大但綠量小且空間布局不合理的問題，通過構(gòu)建綠地生態(tài)安全網(wǎng)絡與慢行綠道網(wǎng)絡，保障城市生態(tài)安全，提升居民游憩品質(zhì)。2)游園享綠——城市公園服務提升。針對太原市城市公園欠缺，分布不均且品質(zhì)欠佳的問題，通過優(yōu)化公園綠地布局，分區(qū)分類型對公園進行特色引導，提升亟須改造的老舊公園，實現(xiàn)太原市中心城區(qū)城市公園的服務品質(zhì)提升。3)水綠融合——濱水綠地活力激發(fā)。針對太原市水綠空間割裂，濱水空間服務功能弱的問題，通過對濱水綠地進行分類布局，營造具有生物多樣性的濱水生境，促進水綠交融，提高生態(tài)效益，激發(fā)城市濱水綠地活力。修復后中心城區(qū)公園總數(shù)共達200個，其中，綜合公園29個，社區(qū)公園53個，游園98個，專類公園20個。公園綠地服務半徑覆蓋率達到90.1%，提升了41.3%；人均公園綠地面積達12.7m2/人，提升了0.52m2/人；各城區(qū)人均公園面積最低值達5.5m2/人(迎澤區(qū))。建議新增郊野公園25km2，共建設綠廊598.8km，慢行綠道460km，綠網(wǎng)總長約753.4km，綠網(wǎng)密度達0.526km/km2，林蔭路推廣率達到90%。中心城區(qū)綠地面積共231.2km2，綠地率達37.4%，人均綠地面積36.4m2/人[9-10]。

3.4.5 以綠地修復為關鍵的太原市棕地更新修復

廣泛采用植物對棕地進行長期的自我修復。隨著太原市戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型發(fā)展的實施，太原市將釋放出24.9km2的工礦企業(yè)用地。棕地修復在于建設環(huán)境友好型城市、國家生態(tài)園林城市和宜居城市。棕地修復邏輯的第一環(huán)節(jié)是保障棕地的安全性，在安全性的基礎上結(jié)合土地再利用規(guī)劃實現(xiàn)棕地的功能性，再結(jié)合土地利用功能實現(xiàn)棕地景觀環(huán)境的美化和系統(tǒng)修復。經(jīng)分期處理，太原市棕地面積預計減少17.4km2，其中修復為綠地建設的面積為8.4km2，修復后綠地率達48.21%。此外，土壤經(jīng)處理后，要求90%以上達到I類土壤環(huán)境質(zhì)量標準?；谧氐匦迯瓦壿嬛凶氐氐陌踩?、棕地的功能性和棕地的景觀性3個重要方面，太原市的棕地修復通過污染物分類，植入城市功能活化，突出功能性植物應用，優(yōu)選抗污染類植物配置；結(jié)合棕地修復功能，突出差異性植物配置的策略[11]。

4 結(jié)論與討論

自然過程主導的城市生態(tài)系統(tǒng)修復是一條低影響和讓自然做工的修復路徑和策略[12]。太原市的生態(tài)修復實踐可以看出，生態(tài)問題是眾多不健康生態(tài)關系的綜合反應，在眾多生態(tài)關系中需要建立起生態(tài)關系的系統(tǒng)分析和診斷方法，識別決定和影響城市生態(tài)系統(tǒng)的關鍵構(gòu)成和本質(zhì)的決定因子。對關鍵過程和關鍵因子的調(diào)整和修復才能有效修復生態(tài)系統(tǒng)應有的生態(tài)系統(tǒng)服務水平，建立健康的城市生態(tài)系統(tǒng)[13]。然而生態(tài)過程和生態(tài)因子的識別需要具備系統(tǒng)的和完整的生態(tài)學以及多學科的理論、知識以及方法與技術，僅僅依靠風景園林單一學科的背景無法開展這一種系統(tǒng)分析和系統(tǒng)修復研究[14]。在今天生態(tài)建設的時代，風景園林開展的每一項工作都是對一個復雜的社會生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)劃設計[15]，風景園林專業(yè)需要開展系統(tǒng)的生態(tài)學學習和跨專業(yè)人才培養(yǎng)，才能培養(yǎng)出跨越專業(yè)局限和富有創(chuàng)新性規(guī)劃設計能力人才。

注：文中圖片均由作者繪制。