微生态景观设计体系的实践探索与构想

于洪涛， 董　雅

(1. 山东建筑大学艺术学院， 济南 250101； 2. 天津大学建筑学院， 天津 300070)



微生态景观设计体系的实践探索与构想

于洪涛1， 董雅2

(1. 山东建筑大学艺术学院， 济南 250101； 2. 天津大学建筑学院， 天津 300070)

摘要：以生态理论为指导，以低技术理念为技术原则，运用适宜的、经济的技术手段，利用存在于景观内部及外部环境中的能量，实验性地实现北方城市冬季的小尺度“微生态”景观的“春景”效果，成为冬季景观设计部分的有效补充；并在此基础上，运用系统的研究方法，在学科交叉与融合的平台上，提出“微生态景观设计”应用体系的建设构想。

关键词：微生态景观； 生态设计； 设计体系

在农业时代，景观设计以“工艺美”的表现手法和形式，注重人工改造的形式美感或园艺美感，出现了为帝王服务的皇家园林样式、文人山水园林样式等多种形式。工业革命以后，随着城市的快速发展，公共绿地、公园等景观的出现，体现了面向公众，改造城市景观环境，适应城市建设发展的景观设计思想。自20世纪后半期，特别是进入21世纪以来，伴随着城市规模的急剧扩张，城市化问题带来的众多负面影响，在城市环境质量与人的生存质量方面提出了更高的要求，生态主义观念也逐步渗透到城市规划的设计思想之中，后现代主义的建筑设计理论和当代艺术思潮从另外一个角度，为20世纪60年代以来的景观设计提供了观念和艺术形态的支撑。因此，以生态主义思想为指导，全面考虑城市景观设计在城市环境的生态质量、人的生存质量以及城市形象的文脉特点与个性方面，不再局限于单纯的视觉审美意义上的“工艺装饰”或“修饰”，而是以整体系统的处理方式，结合快速发展的科学技术所提供的新工艺和新材料，营造全新的景观设计理念和设计方法。

当今，景观设计已经不再是某一个孤立的具体对象的单独设计，而是存在于大的环境之中，与整体的人类生态系统息息相关的各个部分共同作用的一个要素，是多部门、多学科异质性知识耦合的跨学科创新，是为达成整体优化目标的设计整合与系统规划与实施的过程。另外，注重局部景观设计的差异化和个性化也成为当今景观设计的发展趋势。与工业化时代的标准化和千人一面的城市景观设计方式不同，依据地域性文化传统、当地习俗文脉所形成的文化景观设计开始成为界定并彰显城市形象的重要方式，同时，差异化和个性化的内涵，正逐步深入并拓展到对地域独特的气候、地理、动植物等局部微气候、微环境的调适与优化的综合设计之中，以与人类的生活和工作密切相关的微环境的景观设计，达到局部景观的差异性和个性化设计目标。

一、 微生态系统理论的导入

微生态概念源自人类对影响自身的宏观生态系统和微观生态系统的深入认识。将人体及其内部的各种微生物群所构成的微观环境系统，称为“微生态”环境，并由此引发了以研究这一微生态系统及其平衡理论的微生态学。德国学者Volker Rush博士在1977年率先提出了以“细胞水平和分子水平的生态学”为研究对象的微生态学概念[1]。

微生态的“微”是以地球大的生物系统为宏观系统，以人体的自身个体系统为微生态系统，分为“全球生态系、生态系、生物群落、种群、个体”5个层次，深化至微生物的细胞及分子水平的“微”概念，一方面将影响系统结构与功能的最小要素进行了界定与探究，并将之放置在影响整体系统结构、功能的角度，放置在要素与各层级系统关系的从属与能动性角度，加以分析研究，从而推动对个体差异性特质的认识，推动围绕个体差异特质的针对性措施的应用。我国的微生态学研究始于20世纪80年代。至80年代末，成立了微生态学会并创刊《中国微生态学》杂志，提出微生态学是基于生态学理论基础之上的“研究微生物在细胞或分子水平上相关关系的科学”[2]。随着研究的深入与拓展，逐步延伸到动物、植物方面的微生态系统研究，促进了以调整微生态系统平衡为目标的生物制剂的研究与应用，在医学、药剂学等领域取得了较为丰富的研究成果。作为一种研究视角和研究方法，微生态学以其注重差异性、系统性和平衡机制的内在要素，也逐步被延展到其他学科领域，如环境中以物质形态存在的矿物或化学元素残留所形成的微生态系统，对环境带来的影响分析等，将研究的视角拓展至广义生态环境中的各个环境要素的微生态分析以及系统间的关系研究上，其目标以生态理论为主导，以获得生态的和谐与平衡。

“微生态系统是指在一定结构的空间内，正常微生物群以其宿主组织和细胞及其代谢产物为环境，在长期进化过程中形成的能独立进行物质、能量及信息(即基因)相互交流的统一的生物系统。”[3]它们以物质流动、能量交换以及信息流动为主要特征，以协作与竞争，共生与颉颃的不同关系方式，达到系统内的动态平衡。宏观生态与微观生态的各个层次都处于相互影响、相互依存、相互关联的统一体内。它们之间关系的多样性与复杂的结构特征，使得这一系统呈现出丰富的变化内容，也因此构成了研究并转化以及改变某一要素，而转化并改变其系统功能的研究与应用方式。

寻求并达到微生态系统的平衡，是微生态系统研究的主要目标。基于对微生态系统结构及功能的研究，发现微生态系统的平衡，对于微生态系统平衡的机制，更多地在于利用族群、群落以及与各器官之间的共生、竞争、协作、颉颃等关系，调整并转化系统的结构特点，使之的功能导向有所改变。不是单纯地利用外力改变其某一属性和性质，与传统的征服与改变自然的观念不同，将微生态系统理论导入景观设计，是依据微生态学的理论与实践成果，将与人类生活、工作密切相关的建筑周围的景观、庭院、公共广场、街道等相对局部的景观空间，进行调适、改良性质的小区域景观系统设计。微生态系统理论为微生态景观设计提供了如何理解并处理好局部、区域景观环境与其外部环境或者称为大环境系统之间关系的研究依据。从某种角度来说，局部或区域的微生态景观环境，其各因素之间关系的分析所形成的结构以及不同结构关系构成的功能导向，对于大环境来说，不仅是一种补充或完善的意义，有时能够对大环境的整体改善带来积极的引导价值。

微生态平衡理论应用于景观设计，不仅在于以生态和谐、生态平衡的理论为指导，使被设计的景观环境作为宏观生态环境中的一个有机的组成部分，与宏观系统之间形成共生、互补的平衡机制，同时，景观空间内部各个要素间基于微生态平衡的原理，也能够获得局部或区域的微生态系统平衡。从这个角度来看，获得微生态系统的平衡，是一个建构局部与整体、要素与系统之间动态的、开放性机制的过程，在这个过程中，微生态景观设计以其丰富的层次性和包容性以及变化多样的动态结构关系，形成了微生态景观设计的整体系统的功能目标与导向。

二、 自然景观中微生态差异现象的启示

如果把研究的视角放置到局部或区域的冬季自然景观中会发现，由于气候或地理条件的原因，在不同纬度的地域条件下，所谓“冬季”的景观现象也自然不同：以北京和广州为例，两座城市同样处于北半球，每年的1月份同属冬季，而处于北方的城市北京1月份景观呈现出的是树叶凋零、草坪枯黄、水面冰封的一片萧瑟景象；而处于南方的城市广州与北京虽然经度基本一致，却是树木枝繁叶茂、鲜花盛开，相对于北京呈现出“反季节”景观景色的面貌。另外，特殊的地理、地质原因也会出现“冬令春景”的自然现象，如有泉城美称的山东济南，由于泉水源自流经石灰岩层地下河，水温常年18 ℃，济南的泉水和护城河水冬季不结冰，济南的这一水景也可称之为“冬令春景”。此外，由于空间纵向位置的不同在自然界中也会出现“冬令春景”或“夏令冬景”的现象，有些山地景观，在炎炎盛夏，山下的景观一片郁郁葱葱，而山顶却是白雪皑皑，一片冬季的面貌，如日本的富士山。我国新疆、西藏、云南、贵州、广西等省份的山区，从一个立面呈现出了四季景观，山下为夏，山上如冬，可谓“夏令冬景”。这种景象与季节倒转的原因，皆源于外界(自然)对景观系统输入的热量不同而造成的差异。

自然界中客观存在冬季景观的丰富面貌，使我们对于冬季景观的概念能够破除一统化或一刀切的传统思维方式。对于人们司空见惯的差异性场景，以往人们注重的是被动地调整自己的行为以适应或寻求改变的方式。如为了躲避北方城市冬季肃杀的环境，许多“候鸟”人群赶往南方城市避冬，或者在居室内种植绿色植物，以缓解窗外一片凋敝带来的负面心理感受等等。然而，在与人们的工作和生活环境紧密相关的景观设计中，却采取了被动的态度，将冬季城市景观的肃杀和凋敝理所应当地接受下来，表示无奈[4]。然而，面对自然界中已经存在差异性冬季景观现象，是否能够给予我们另外一个角度的启示：局部或区域地改善冬季景观的面貌，营造能够为人们带来更好的环境质量，使身心获得更多的愉悦，其可行性和价值应当是毋庸置疑的。

三、 冬季北方城市微生态景观设计的实践探索与构想

随着我国城市居住条件的不断提高，人工景观已经成为小区环境的重要要素。但是，在我国北方大部分地区，冬季寒冷干燥，一片“千里冰封、草木凋零”的景象：各种人工景观也基本处于草木枯黄、水面冰封、设施闲置的半休眠状态，这样的景观效果难与景观设计的目标相符。近几年，随着冬季雾霾天气污染的加剧，在长达3～4个月的时段中，人工景观不仅令人们的精神感到压抑沉闷，对于空气的净化作用也随之极大减弱。如果能够运用生态主义理念和技术支持，在与人们起居生活密切联系的住宅小区内，营造“草木青青，小桥流水”的冬季微生态景观环境，既可以起到防风固沙、改善空气质量等生态效应，又能够满足人们冬季渴望暖意的精神需求，从而提高城镇住宅小区的空气质量和居民的生活质量。具体实践构想如下。

1. 冬季微生态景观的能源利用与技术实践构想

不同尺度景观内能量流动，会因景观格局和结构的不同，改变能量流动的路线，但始终应该遵循自然的、活态的、循环的、完整的、可再生和可持续的原则[5]。能源的存在为“微生态景观”系统的设计营建提供了物质的基础，自然能量在自然界中的流动——循环、闭合、可再生与可持续的模式[6]，为生态景观设计提供了可供参考和效仿的能量流动范式。

在城镇住宅小区环境中，太阳能、风能、生物质能、温差能源、城市污水热能等是可以因地制宜，变废为宝可利用绿色能源的基础[7]。如冬季布满城市街区、社区和办公区域的暖气管道，在传输过程中不可避免地会造成热量的散失；酒店、食堂、居民家庭做饭时产生大量的热量排放到空气中，成为废弃热量；生活中产生的生物垃圾如果皮、菜叶、废弃的食物、人体排出的粪便等都含有很高的生物质能；城市污水具有稳定的水量和水温，含热能也较高，如果能加以利用都是很好的热能来源[8]。今天，针对城市污水热能利用的技术已日趋成熟，如果将城市污水处理与热量能源利用相结合，采用水源热泵、地源热泵等技术，为城市人工景观提供局部的热量供应，将能够因地制宜地形成微生态景观设计的能源和技术体系。

2. 冬季微生态景观水体液态化的实践构想

从冬季北方城市居住小区景观水体的现状出发，通过针对景观水体液态化的关键——热量，对景观水体与环境的热能交换、水体自身内部的温差热能、由外部环境向水体内部输入热能来源等进行系统的分析与实验，为实现冬季微生态景观水体的液态化寻找到可以在水体自身和外部环境中可利用的热量来源。

在冬季，当空气温度为0 ℃，具有一定深度的水分子在4 ℃时会增大密度沉降于水池底部，这时的水温与水与空气接触面的水温相比是4∶0，底部大密度的4 ℃的水与水面(冰面)之间形成了温差[9]。对于此时的水面(冰面)而言，水池底部的水就可以成为它的热量来源。因此，在没有外部条件影响的情况下，水体自身内部就具备着的热能来源。如果将水底4 ℃的水循环至冰面，便可以为冰面提供热量使其溶解，从固态冰变为液态水，也就是冬季景观水不结冰可采用的自身温差热能的技术原理。

另一个角度，水体外源热量输入方式在景观中应用，则需要一定的技术装置作为热量输送的导体。水体较空气拥有更大的蓄热能力，由于水体自身的蓄热区域的不同而存在热量的不同，因而需要做好水体自身的热量循环，使水在流动中相对均匀地分布热量。可以先通过集热器把热能进行收集、转化和控制，传导给载热中间体，再通过一定的热能存储转换装置，将热量传递到水体，特别是水体的表面，即可完成对水体加温。值得注意的是，集热器、储热器、水体之间的循环也很重要，为了保证冬季景观水体实现液态化，加热装置与水体之间一般采用强迫循环热水系统，以保证水体的温度能够达到液态化的温度，恢复景观水体在冬季的液态活力，改善冬季微生态景观面貌和现状的问题。

3. 冬季微生态景观草坪常绿的实践构想

如果在北方的冬季能够给草坪提供一定热量，就可以让其生长，从而在冬季保持一片绿色。空气的热量散耗大，给草坪增加热量，应从草的根系入手[10]。土壤较空气拥有更大的蓄热能力，而且向外部环境的热量散失也较慢。给草坪的根系持续不断地加热至其生长的热量，就可以保证草坪在冬天依然呈现绿色的景观面貌。在北方的城镇住宅小区中，可以用太阳能、风能、水能、生物质能、生产生活废弃能、电能等作为供热源。通过热能的收集、转化和控制，传导给载热中间体及热能装置，将热量传递到草坪生长的土壤，即可完成对草坪根系的加温效果。如利用土壤的热容比大于空气的物理特性，把热量存储在土壤中，使土壤的温度预先提高，在与冷空气的热量交换过程中处于绝对优势，给草的根部增加热量，让其根部保持可生长的温度；或者通过太阳能集热器把热能蓄积在备用的热能存储器中，根据具体的情况向景观草坪土壤释放热量来保持地温。

笔者曾尝试性地完成了北方冬季景观草坪、水体的技术试验，实现了冬季草坪常绿、水体液态化的效果。

四、 结语

冬季微生态景观设计利用存在于景观内部及外部环境中的能量，运用适宜的、经济的技术手段，以景观元素中的植物和水为靶向，创新性地实现了城市冬季景观的“春景”效果。该设计模式通过对景观生态系统中能量在时间与空间上的再分配，在自然生态的基础上为能量的循环设计了新路径，这种路径没有对自然进行“人本中心主宰”的掠夺式开发，而是因势利导的将势能进行转化[11]，构建了冬季局部景观的新气象和新面貌，改善了大自然生态系统中的局部微气候和微环境，因而实现了空气湿度加大、温度升高、含氧量增高，土壤土质改良，植物生命重生，空气悬浮物沉降率增大，风力减小，视觉美感增强，舒适度提升的景观“微生态”变化。生态的改良促进了环境的改良。由于景观显性状态的变化，从而形成了景观系统中隐性的各景观要素之间新的联动关系。在北方冬季城市景观的局部、区域范围内，形成了大自然生态环境下城市景观的“微生态景观”。它通过对北方城市冬季微景观进行的创新性转变，成为传统景观设计冬季景观部分的有效补充，完成了景观系统全生命周期循环的价值再造，使人与环境之间、景观的各要素之间，以及整体的微生态景观系统与外部的宏观环境之间，构建起共生互动、和谐有致的圆融状态。

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Exploration and Practice of Micro-Ecological Landscape Design System

Yu Hongtao1， Dong Ya2

(1. School of Art, Shandong Architecture University, Jinan 250101, China；2. School of Architecture, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

Abstract:Guided by ecological theory and based on the principle of low-technology, this paper aims at applying appropriate and economical technology to explore the practice of realizing the “spring scenery” effect in northern cities’ winter micro-landscape, which will become an effective complement to the traditional winter landscape design. And on this basis, making use of a systemic methodology, this research puts forward to a proposition of applicable system in “micro-ecological landscape design” from an inter-disciplinary perspective.

Keywords:micro-ecological landscape; ecological design; design system

中图分类号：TU-80

文献标志码：A

文章编号：1008-4339(2016)02-140-04

通讯作者：于洪涛，yuhongtao1125@163..com.

作者简介：于洪涛(1969—)，男，副教授.

收稿日期：2015-04-29.