基于生物群落多样性的高密度城区微绿地设计探讨

陈静

基于生物群落多样性的高密度城区微绿地设计探讨

陈静

高密度城区的微绿地是城市人居环境的重要组成部分，是目前国内外多学科的热点研究领域和重要发展趋势。归纳了微绿地的概念，从生物群落多样性保护和利用的角度出发，探讨了服务于高密度城区的微绿地设计原则，生物群落组成上注重乡土植物和抗性植物的应用，生物群落结构上注重水平和垂直方向异质性，遵循群落生长或演替的规律进行人工管护。通过典型案例分析，认为缺乏生物群落多样性的研究是微绿地设计与建设的重要影响因素。低物种丰富度、多功能丰富度的植物配置可能更有利于高密度城区绿地效能的最大化。提出了微绿地设计应本着“小而精”的原则，而不是追求“小而全”，这样才能更好地维护微绿地的生物群落稳定性，使其更好地为提高高密度城区生态环境的品质和宜居性服务。

生物多样性保护；生物群落多样性；微绿地；高密度城区；城市生态系统

Foundation item: The Twelfth Five-year Science and Technology Support Plan by National Ministry of Science and Technology“key techniques of high density space efficiency optimization of City cluster” (2012BAJ15B03); Key Laboratory of High Density Habitat Ecological Environment and Energy Saving of National Education Ministry“the biodiversity design framework of High Density Habitat in city ”(20140101)

1 引言

随着我国城市化进程的迅速加快，人口和建筑物密度急剧增加，城市建设用地与绿化用地之间的矛盾日益尖锐。日益频繁的人类活动，导致自然植被破坏，城市生态环境问题日益严峻，如空气污染、水体污染、固体废弃物污染、热岛效应、噪声污染等[1-2]越来越困扰着人类。城市可持续发展的重要途径之一是保护绿地、增加绿化面积和提高绿化水平来缓解和改善城市生态环境[3]。美国许多城市已通过建立绿网、绿带和绿色计划来保护开放空间，重建人与自然的关系[4]。在绿地有限的条件下，努力提高现有绿地效能、使绿化向立体空间发展，从而有效改善我国城市生态环境，是未来高密度城市应对全球气候变化的必然选择。本文主要从生物群落多样性保护和利用的角度出发，对高密度城区微绿地的设计提出自己的看法，旨在为提高高密度城区的生态环境品质和宜居性建言献策。

2 微绿地的概念

2011年，住建部副部长仇保兴在城市发展与规划大会上提出城市转型和生态城规划建设的十项新原则，微绿地建设是其中之一[5]。微绿地是面向大众的小尺度公共开放空间，可以为附近城市居民提供休憩放松和聚会交流的场所。微绿地包括小型公园绿地、街旁绿地或者附属绿地以及各类建筑物、构筑物、桥梁（立交桥）等的屋顶、天台、阳台等面积有限的立体绿化（vertical greenery）形式[6]。立体绿化是指非地面绿化，包括建筑物屋顶、墙面、围墙、栅栏、立柱和花架等[7]绿化形式。目前立体绿化类型尚未纳入我国《城市绿地分类标准》（CJJ/T85-2002）。

19世纪60年代开始，在美国、欧洲以及日本就掀起了建设袖珍公园的热潮，袖珍公园也称为迷你公园（mini-park）或口袋公园(pocket park或vest-pocket park)[8]。仇保兴提出的微绿地概念与袖珍公园的概念有类似之处。美国最初建设袖珍公园是为了填补城市空地和整治社区，缺乏系统性规划，后来才逐步规范化[9]。近几十年来，微绿地或袖珍公园的重建与新建对高密度城市越来越重要。2009年9月伦敦市启动了“大户外”工程，提出在2015年3月之前建成或完善100个袖珍公园（小于0.4hm2）,用来改善伦敦街道、广场、

公园和滨河空间环境质量。目前已经建成了60个袖珍公园，形式多种多样，包括公交车站蔬果点以及社区果园等。2014年，我国北京朝阳区也计划整合街头道路绿地和广场，试点建设10处为社区居民服务的口袋公园[10]。微绿地建设是见缝插针，充分利用一切可以利用的地面和建筑物表面进行绿化。目前，国内外对于微绿地或袖珍公园的面积大小没有明确的界定。位于城市中心区内部的微绿地或袖珍公园，其面积和规模是由周围空间历史状况决定的。美国学者认为袖珍公园面积为1～3个宅基地大小。参考我国《公园设计规范》, 一般认为面积小于1hm2的绿地都可以称为微绿地或袖珍公园[9-11]。

3 微绿地的功能

3.1 社会服务功能

宜居城市的绿地系统，必定是方便居民使用的。马斯荷（Maas）等[12]调查研究发现，居民的健康水平与居住区绿地数量成正比，绿地周边1km到3km范围内的居民自我感觉更健康。此外，经过精心设计的微绿地不仅可以增强大众吸引力，还能够强化居民对居住区的归属感和认同感。微绿地是城市绿地系统的重要组成部分，它具有微小、分散、就近、种类多的特点，而且建设周期短，其灵活和随机分布的方式让高密度城市更人性化、更健康、更有活力。无论旧城改造还是新区新建，充分利用零星空地、闲置建筑物和棕色地块、优化既有微绿地资源、完善居住区附近绿地空间、改善现有公园内未充分利用的空间以及营建新的绿色空间等，都是对城市绿化的良好补充，可以为不同年龄、不同文化层次、不同兴趣爱好的居民提供更多绿色空间，从而促进人与人交往、人与自然的融合。

3.2 生态服务功能

微绿地在为高密度城市解决绿化用地紧缺以及美化城市形象的同时，还能为城市带来缓解热岛效应、削减暴雨径流、增加生物多样性、净化水源和空气、修复土壤污染、提高建筑节能效率、延长建筑墙体使用寿命等生态效益[13]。在高密度城市中心区土地狭小、人流量大、使用强度高，唯有建设微绿地才能充分发挥其生态功能，比如调节微气候、增加雨水渗透，为动物尤其鸟类提供栖息生境等。微绿地面积如果达到一定的比例，可以形成小型生态环境，提高小环境空气质量，同时还具有防震减灾、降低噪音等功能[14]。

微绿地灵活的结构与功能越来越被重视，目前已成为国内外生态学、风景园林学、园艺学和建筑环境学等学科研究的热点领域，也是高密度城市建设的重要发展趋势[3][15]。但是迄今为止，关于微绿地或袖珍公园在改善城市微气候等方面的基础研究成果还非常有限。

4 基于生物群落多样性的微绿地设计原则

城市是高度人工化的生态系统，具有依赖性大、不完善、不稳定等特点,自我完善修复机制远不如自然生态系统。生物多样性通常指地球上生命的所有变异，提高城市的生物多样性对城市的正常运作至关重要，也是提高城市绿地系统生态功能的前提。生物群落是指在一定时空和生境下，由各种生物种群组成的具有一定结构和特定功能的集合体。生物群落多样性一般指生物群落的组成、结构和功能的多样性。通常，生物群落多样性就是群落中物种的多样性[16]。

4.1 群落组成多样性原则

优势种和关键种的应用：优势种（dominant species）是群落中数量和生物量所占比例最多的一个或几个物种，能代表群落的特征。根据地理位置以及功能需求，微绿地应该种植一批优势种形成特色景观来提升城市形象。关键种（keystone species）是对群落的组成结构和物种多样性（包括生态系统的稳定性）具有决定性作用的物种，但是不一定在生物量上占优势。关键种消失或衰退将导致整个生物群落结构发生根本性的变化，例如，白楷姝等[17]研究发现杜鹃花科植物是兴安岭地区落叶松林的关键种。此外，关键种在生态系统恢复与重建过程中具有极其重要的作用。因此在微绿地设计过程中要十分注意对群落关键种的应用和保护。

乡土植物的应用：乡土植物最能适应当地的气候和土壤条件，是长期进化的结果，能发挥最佳生态效能。提倡使用本地物种，一方面有助于开展各地乡土植物利用价值的研究，另一方面可以保护我国乡土物种的遗传多样性。乡土植物的配置，尽量多选用蜜源类和浆果类物种，为城市其它生物的生存和繁衍提供良好生境。

外来物种的慎用：外来物种的引入可能会与乡土物种形成竞争格局，改变原有群落物种组成和结构，甚至完全取代本地物种。派雅帕（Parepa）等[18]发现环境条件的改变增强了日本虎杖草对英国本地植物群落的入侵。微绿地引进外来物种之前，必须做模拟实验和风险评估，以避免环境条件变化引起的入侵可能性。

抗性植物的选用：快速城市化过程不仅导致生境破碎化、岛屿化，而且人为造成一些生态条件极端恶劣的特殊生境，如干旱、曝晒、强风等[19]，必须选择具有特殊抗性的植物种类适应这种极端生长环境。此外，与地面生长条件相比，立体空间的生长环境相对比较贫瘠，还易遭受强风、高温、强光辐射等影响，立体绿化更要选用耐贫瘠的植物材料。在微绿地设计或空间结构优化过程中，应针对植物的生长环境，选择适宜的物种，进行合理的配置，以达到绿地效能最优化。

4.2 群落结构多样性原则

生物群落与环境之间保持动态平衡的能力是与生态系统中物种及结构的多样性和复杂性呈正相关的。微绿地的设计或现有空间结构的优化要注意保证群落结构多样性，如异龄、多层、多种、多规格和水平方向异质等。多样而稳定的群落结构，能吸引野生动物,特别是鸟类、蝴蝶和小型哺乳动物,从而提高微绿地的生态功能和社会服务功能。合理的群落结构具备完善的自循环功能，才会形成相对稳定的低碳景观。胡永红等[20]比较了不同群落结构的绿地对夏季微气候的调节效果，发现乔灌草多复层结构的绿化形式对环境增湿和降温效果明显，草坪对微气候的调节能力最弱。伦德霍姆（Lundholm）等[21]研究发现，草坪草、高牧草和肉质植物的群落组合能够改善屋顶绿化生态系统的功能。

此外，稳定的群落结构内部各要素之间会存在合作共存、互惠互利的关系，例如，地球上80%的陆生植物可与土壤中的丛枝菌根真菌共生形成菌根共生体，菌根的形成可改变植物之间的竞争关系、导致群落内物种多样性发生变化。通过群落物种之间的共生原理来配置或调控群落结构，也是微绿地设计需要注意的环节。

4.3 群落演替性原则

城市的发展是一个动态的过程，绿地系统规划也会随着城市的发展而变化。成长性（或演替性）是稳定的生态系统的基本特征，任何自然群落和人工群落都会遵循群落生长或演替的规律运行。未来全球气候变化会对物种之间的相互作用、外来物种入侵、植物群落结构和物种多样性等产生重要影响[22]，而群落演替的方向取决于物种间的交互作用以及物质流和能量流之间的平衡。将群落的演替性原则运用于微绿地设计，根据它的演替进展状态来进行维护和更新，形成接近自然植被特征的绿地群落才能更好地应对未来全球气候变化。

微绿地生物群落多样性的设计原则同样适用于公园等其它尺度和规模的城市园林绿地设计，但微绿地在尺度上的局限性决定了它应用生物群落多样性时需要特殊对待。诺克（Nock）等[23]研究了北美东部大都市区域的城市森林物种组成和多样性数据，发现城市森林的多样性随着森林面积的减少而降低，尺度越小密度越低，森林多样性就越难实现。杨学军等[24]对上海城市园林植物群落进行了调查研究，发现市区植物群落以小面积为主，并且低物种数量（3～7种）的出现频率高，提出适合上海这样高密度城市的典型植物群落最小面积阈值范围为250～350 m2。实际上，高密度城区的绿地面积一般偏小，植物群落最小面积阈值很难完全实现。功能多样性也许比物种丰富度更利于植物群落的稳定[25]，低物种数量、多功能型植物配置反而有利于资源互补和生态位的分化，减少竞争，群落更易保持稳定。因此，在微绿地设计过程中，生物群落的组成和结构多样性应该遵循“小而精”的原则，而不要追求“小而全”。

5 微绿地典型案例分析

目前，国内外许多高密度城市越来越注重巧妙灵活地运用微绿地为城市居民服务，但是在微绿地的设计过程中普遍缺乏生物群落多样性的研究，很多微绿地典型案例在植物群落的配置上往往优先考虑景观功能或社会服务功能，兼顾生态功能，从而导致微绿地应有的综合效能大大降低。

2006年，美国宾夕法尼亚州费城的托马斯·杰斐逊大学（Thomas Jefferson University）将校园内的一个地面停车场改建成鲁伯特椭圆型广场（Lubert Plaza）。这块占地1.6英亩（约0.65hm2）微绿地由安卓伯根设计公司（Andropogon Associates）设计改造，可以作为各类学术活动和典礼仪式的举办场所，同时也为周围社区居民提供了公共开放空间。鲁伯特广场上种植了53棵树，铺设了大量草坪，为师生及附近居民提供了良好的生态小环境，成为托马斯·杰斐逊大学校园最具活力的场所之一。2011年景观建筑基金会发起的问卷调研结果表明，88%的受访者认为鲁伯特广场能带来正能量，90.7%的受访者认为鲁伯特广场增加了他们对城市环境的满意度 。

鲁伯特广场微绿地系统通过收集周围建筑的屋顶雨水和空调冷凝水，储存在广场的地下蓄水池中，用于广场植被的日常灌溉。蓄水池大小约为12英尺×159英尺（3.66m×48.46m），可以容纳17000加仑（约64.35 m3）回收水。蓄水池中1英尺的回收水层就能满足广场微绿地植被一周的灌溉需求。此外，鲁伯特广场微绿地系统还将地表透水面从7%提高到40%。由于鲁伯特广场微绿地系统能有效合理地循环利用雨水，该项目获得2006年费城最佳雨水管理实践奖（Stormwater Best Management Practices Award）。

鲁伯特广场注重雨水截留与利用，是可持续微绿地设计的典范，但是它的生物群落组成和结构比较单一，多样性不足。在类似鲁伯特广场理念的基础上， 2012年安卓伯根设计公司设计建造了占地3.75英亩（约1.52 hm2）的宾夕法尼亚大学鞋匠绿色（Shoemaker Green）口袋公园。鞋匠绿色公园同样注重微绿地系统的雨水收集和景观再利用,虽然70%以上的面积是草坪（2.75英亩，约1.11 hm2），但是它的物种组成相对丰富，混合种植了耐践踏、耐干旱、深根系的草坪草。鞋匠公园在保留旧址13棵树的基础上，又新栽了103棵树，群落结构的配置更多样化，包括乔灌草复层结构等，因此它的社会功能、景观功能和生态功能更佳。最新监测报道发现，鞋匠公园新栽植树木的生态效能远超预期，雨水花园小生境已经吸引一批野生生物在此栖息定居。

6 结语

综上所述，发展微绿地能够有效改善我国高密度城市生态环境质量和提高高密度城

市的宜居性，是未来高密度城市应对全球气候变化的必然选择。本文主要从生物群落组成和结构多样性以及群落的演替性角度出发对高密度城区微绿地的设计原则提出建议：1)注重群落组成多样性，慎用外来物种，尽量选用乡土植物和抗性植物，优先保留和保护关键种；2)注重群落结构多样性，合理配置的群落结构（异龄、多层、多种、多规格和水平方向异质等）才具备更加完善的自循环能力，才会形成相对稳定的低碳景观；3）注重群落的演替性,根据群落的成长阶段进行人工维护和更新，接近自然植被特征的微绿地群落才会更有利于应对未来全球气候变化。从微绿地生物群落的稳定性角度出发，低物种丰富度、多功能丰富度的植物配置可能更有利于高密度城区绿地效能的最大化，因此，作者认为在微绿地设计过程中生物群落的组成和结构多样性应追求“小而精”，而非“小而全”。

注释：

数据来源:http://www.lafoundation.org/research/landscapeperformance-series/case-studies/case-study/375/

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陈静/1980年生/女/江苏扬州人/博士/同济大学建筑与城市规划学院景观学系讲师/高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室（上海 200092）

Design Principles for Mini Green Space in High-Density Urban Area Based on the Theory of Biotic Community Diversity

CHEN Jing

The mini green space in high-density urban area is generally considered as an important part of urban human settlements, and is currently a hot spot and great development trends of multidisciplinary research fields. This article summarized the concept of mini green space and suggested several design principles for mini green space based on the protection and utilization of the biotic community biodiversity, such as introducing more local vegetation and resistant plants, horizontally and vertically heterogeneous community structure, and artificial management following succession pattern of biotic community. Typical case studies revealed that the lack of biotic community diversity research is one of the important factors affecting mini green space design and construction. Low species richness and more functional richness of plant configuration may be advantageous to maximize the effectiveness of green space in high-density urban settings. This paper proposed that the design should be "small and effective" instead of "small and abundant" for the better maintenance of the biotic community stability and, eventually, the improvement of the quality of ecological environment as well as the livability of the high-density urban settings.

Biodiversity Protection; Biotic Community Biodiversity; Mini Green Space; Highdensity Urban Setting; Urban Ecosystem

国家科技部十二五科技支撑计划“城镇群高密度空间效能优化关键技术研究”（2012BAJ 15B03）；高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室“高密度城区生物多样性框架研究”（20140101）资助

X176

A

1673-1530（2014）01-0059-04

2014-01-27

修回日期：2014-02-16