尊重自然力启示下的城市自生群落改良设计实验

李仓拴 刘晖 程爱云 李梦珂

风景园林师在营造人类宜居生存环境的同时，还肩负着修复由于过度开发导致的生态系统损伤的责任。植物群落是开放而复杂的系统，模拟自然的“人工植物群落”往往难以形成稳定协调的“自组织”，而不断除草维持系统平衡又引发新的问题。面对此类设计实践中的抗解性问题，象伟宁教授认为生态智慧或许是解决这一难题的新的领域知识，并呼吁探索可操作性的指导生态智慧实践的理论框架和实践方法[1-2]。

中国传统自然哲学对人与自然的辩证关系有深刻的认识：“人法地,地法天,天法道,道法自然”[3]，将人看做是自然的一部分，认为尊重自然和尊重人是一致而非二元对立的：“天地与我并生, 而万物与我为一”[4]，因此，在改造自然的实践中将尊重自然看做首要的前提，《易·乾卦·文言》中指出：“夫大人者与天地合其德,与日月合其明,与四时合其序。[4]”自然力是自然演化发展的内在动力，克思主义自然力论指出：“随着地球演化和进化而形成各种不同生态系统的自然力，并在上百万年和超亿年的历史长河中，逐步形成具有自我调节能力的结构平衡及其动态功能平衡的稳态”[5]。今天的生态设计可以深入挖掘“尊重自然力”的内涵，用传统智慧探索风景园林学科的实践问题。实验是探索解决设计学科非理性问题的有效途径[6]，研究梳理群落设计中尊重自然力的科学内涵，提出尊重自然力启示下的城市自生群落改良设计途径，并通过场地实验进行实证研究。

1 提出问题：尊重自然力之矛盾

1.1 城市植物群落设计与管理中抑制自然力所付出的代价

城市植物群落的设计始于尊重公众的审美。每个人都有属于自己对植物群落的记忆，而设计师应该关注和激发大众对于植物群落的共同记忆[7]。但尊重城市公众对于群落干净、整洁的美学要求，往往意味着对其生态功能的削弱。由于缺乏自然化植物群落构建的理论和技术规程，人工植物群落生态功能较差[8]，难以形成稳定的种间关系。因此，在自然力作用下，人工植物群落会发生种间竞争和演替，实施不久会出现杂草化倾向[9]（图1）。

为了保持景观尽可能与构想的形式一致，维持人工植物群落相对稳定的“外貌”和暂时平衡的种间关系，大量的机械、肥料、除草剂、农药和人力的使用大大增加了管理维护成本[10]。化肥、农药和除草剂的使用又带来土壤和水污染等环境问题[11]。

1.2 尊重自然力的城市自生植物群落引发的问题

城市自生植被（spontaneous urban vegetation）是城市生态系统的产物。如果顺应场地的自然力，空气、土壤中的种子库伴随自然降雨而萌发，焕发新的活力，它们可以有效利用城市中剩余的土壤水分和营养物质、阳光和空气等生境资源，逐渐发育成具有一定生态服务功能的自生群落。

城市自生植物群落逐渐受到国内外学者的关注，大量的研究表明，城市自生植被在恢复本土植物多样性、重建动物栖息地、调节与指示本地气候、降低污染、改善水质等生态系统服务方面具有重要的意义与潜力[10,12-13]，也有研究探索了将自然力作用下的群落演替过程引入城市植物群落设计与管理[14]。

但城市公共空间中的自生植物群落在公众的认知里经常被视为“杂草”，代表了一种无序、混乱、萧条、无趣的视觉感受[9-10]（图2）。公众对城市自生群落缺乏认知，因而接受度普遍较低，大多数城市居民不习惯这种新的群落模式出现在城市公共空间[15]。

1 人工植物群落在疏于管理后出现杂草化倾向（2015年8月20日，摄于兰州大学校园）Weeding tendency of artificial plant communities after poor management (photo taken at Lanzhou University campus, 8/20/2015)

1.3 研究问题的提出

在植物群落设计实践中，尊重自然力的城市自生群落和抑制自然力的人工植物群落各有其缺陷，正如迈克尔·哈夫所指出的:“未经任何照料顺应自然力而产生的城市自生植物群落与持续不断维持的人工植物群落象征着人们关于自然的感知的一种根本价值观冲突：在一个为维护一定秩序和控制力的持久而代价高昂的斗争过程中，渴望培育一方而压制另一方。虽然自然过程的核心作用在景观规划和设计中被逐步认可，但它们实质上在城市环境中至今仍然被忽视”[10]。

基于这一根本性的矛盾与价值冲突，本研究试图回答以下问题：1）如何协调抑制自然力所付出的代价与顺应自然力带来的问题之间的矛盾？2）是否存在一种可行的群落设计方法，既能减少城市植物群落设计与管理中抑制“自然力”所付出的代价，又能避免城市植物群落设计顺应“自然力”所引发的问题？

2 尊重自然力对城市植物群落生态设计的启示

2.1 尊重自愈力，利用场地自生群落

自愈力又称恢复力，是指生境、群落或者物种个体在外力干扰消除后，从退化状态恢复到原有状态的能力[16]。植被在遭到火烧、开垦破坏以后能够启动自我修复的程序，最终恢复到其被破坏以前的群落结构。对于城市场地来说，裸地上的次生演替就是植物群落的自愈过程，是生态系统的自我修复。城市自生植物群落正是场地自愈力的产物。

2 常被公众视为“杂草”的城市自生植物群落（2015年6月10日，摄于西安建筑科技大学校园）Spontaneous urban communities had been considered as“weed” by the public (photo taken at Xi’an University of Architecture and Technology, 6/10/2015)

按照尊重自然力的启示，城市群落设计可以以尊重场地的自愈力作为前提，设计应尽可能尊重、激发场地的自愈力，利用场地自生群落。中国学者的研究验证了这一启示，以“自然之力恢复自然”的生态修复策略在多地进行了生态修复实践，取得了显著的成效[17-18]。在草地科学领域，通过利用场地自生群落进行牧草的改良，显著提高了草地的生产力[19-20]。

2.2 尊重过程，将演替过程引入群落设计

演替是指特定地点上物种组成或植物结构随时间的变化，是自然力作用下的群落过程[21]。从生态学的角度来看，演替是群落适应气候、土壤等环境条件变化的重要手段，可以提高群落对环境的适应能力。演替使得群落的物种多样性和乡土植物的比例增加，从而提高群落对本土动物的食物和栖息地的供应，有利于构建初级食物链[22]。演替过程可以让群落的生物量逐渐积累，结构逐渐完善，增强群落对小气候的调节能力[23]。从视觉美学的角度来看，演替使得群落景观更富有变化和吸引力。

演替能够建立一个生物学意义上“稳定”的生态系统[10]，诸多学者探索了将“演替过程”引入植物群落设计。法国学者吉尔·克莱芒（Gilles Clément）倡导将自然演替过程引入植物群落设计，提出动态花园和星球花园的植物群落景观营造理念，并进行大量的设计实践[24]。英国谢菲尔德大学的詹姆斯·希契莫夫教授（James Hitchmough）和奈杰尔·邓内特教授（Nigel Dunnett）以自然草甸和草原为原型，将生态学原理引入地被植物群落设计，通过种子混播和种苗建植的方式创造具有一定稳定性的、低成本维护的“野花草地”（wildflower meadow/flowering meadow），显著提高了群落的可持续性和生态系统服务功能[9,25]。

2.3 尊重自然力，管理中减少除草

为何城市植物群落自生演替总是伴随着难以控制的杂草？若从系统论的角度剖析城市自生群落问题，则杂草失控是城市自然力演替的必然结果，种间关系失调才是“病因”。城市生态系统是人类干预自然生态系统后重建的人工生态系统，按照生态学家Grime的CSR植物生存策略理论，一般的群落生态系统中，竞争型植物（C型）、耐胁迫型植物（S型）、杂草型植物（R型）相生相克，形成稳定的种间关系[26]。但在城市化过程中，适应低胁迫和低干扰的稳定环境的C型植物和适应高胁迫和低干扰的恶劣生境的S型植物大量消失，导致城市中幸存的植物大多数都是适应低胁迫和强干扰生境的R型植物[27]。

因此，除草只能暂时缓解杂草失控的“症状”，并不能从根本上解决难题，而且会引发新的抗解性问题。解决问题需着眼于恢复群落生态系统，只有重新引入城市化过程中消失的C型和S型植物或相似生存策略的物种，恢复健康的群落生态系统，重构健康的种间关系平衡和自然演替过程，才能有效控制城市杂草型植物的种群数量，实现除草的目的。渥太华的国家首都委员会指导的一项研究通过减少割草机的使用，在夏季停止对草坪的除草，将植物多样性和野生生物栖息地设置为管理目标，在很短的时间内吸引丰富鸟类[10]。芝加哥的卢瑞花园（Lurie Garden）将演替引入人工群落的管理中，保留部分场地自生植物，允许自然对人工群落进行再设计，尊重自然力的同时减少了除草带来的维护成本。

2.4 突破矛盾的出路：尊重自然而改良自然

尊重自然力意味着尊重和自用场地自生群落，允许演替并将群落动态过程引入群落设计，在管理中减少除草，保证群落顺应自然力演替；尊重公众对于城市群落景观的美学需求，则意味着群落的景观效果符合美学原则。为了同时尊重自然和公众的审美需求，本文提出基于自然演替的群落改良设计途径，在群落设计过程中让自然力做功以解决群落的生态服务功能，人力做功以提升群落的美学价值。

在场地准备阶段，让空白的场地发挥自愈力，产生城市自生群落；在群落设计与建植阶段，先引入栽培植物对自生群落进行美学功能的改良，再让改良后的半自然群落顺应自然力演替形成稳定的群落；在管理维护阶段，通过人力选择性除去对群落景观干扰较大的藤本植物，延续自然力以形成动态的群落景观。在改良设计的过程中，先后进行“自愈力演替—人工改良—自然力演替—人工管理维护”，人力和自然力交互介入、协同作用于群落设计过程，实现人与自然的合作（图3）。

3 基于尊重自然力的城市自生群落改良设计实验

根据改良设计的实施途径，将实证实验分为自愈力演替实验和自生群落的改良设计实验。自愈力演替实验的目的在于准备实验所需要的城市自生群落，并检验城市场地植物群落的自愈能力。自生群落的改良设计实验的目的在于验证改良设计的可行性。

3.1 尊重场地自愈力的自生演替实验及其结论

实验场地位于西安建筑科技大学南门花园，面积为31m2。地被植物群落完整的、系统的植物群落功能单位尺度为1m×1m，实验以此作为基本实验单元，共有31个基本实验样方。场地东侧有3m高的建筑物，西南角有一株冠幅约10m的雪松。通过计算机软件模拟分析，场地的生境条件为阳生旱地生境，将实验区域划分为1m×1m的网格，选择在晴朗少云的夏至日前后，记录一天中每个网格积累的日照时数，结果表明，实验区域内日照时数最少为0.5h，最多为7.5h[28]。同时在场地附近相似的生境条件下选择6m2的区域作为对照组，对照组完全自然演替，不介入任何人工干预。

3 群落改良设计的过程、自然力与人力分工、实施程序及实证实验的途径The process of community improvement design, the division of between natural force and manpower, the implementation procedure and the way of empirical experiment

实验场地经过翻新、除杂、平整后，于2015年5月至2016年3月进行连续10个月的自然演替实验，完全顺应场地自愈力，土壤和空气中的种子库在场地完成了发芽、定居和竞争的自然过程。实验对群落不进行人工干预，同时放弃除草并接纳杂草作为植物景观的一部分。实验实施后，每月中旬进行一次实验观测，记录自生植物的种类、数量、高度、盖度及平面分布。

在2016年4月对实验数据进行统计分析。实验结果显示，共有蛇莓（Duchesnea indica）、白车轴草（Trifolium repens）、阿拉伯婆婆纳（Veronica persica）等43种自生植物进入场地，共计22科39属①（图4）。物种组成以乡土植物为主，占总数的83.7%，外来植物占16.3%，所有物种均来源于场地周围的城市绿地。

自然演替至7个月后，场地整体植物覆盖度达到30%，演替至10个月后，一年生植物幼苗发芽，群落发育至盛期，覆盖度达到85%以上（图5）。

场地自生演替实验说明，城市群落生态系统具有一定的自愈力，在受到人工干预后能够自我修复。但其物种组成主要是种子易于传播的R型植物，以菊科（9种）、豆科（5种）和禾本科（3种）最多，约占自生植物总数的74.4%。

3.2 尊重自然力的群落改良设计实验及其结论

经过一年的连续性观测，对自生群落现状进行分析与评估。分析场地的次生演替过程与趋势，并对植物群落在美学方面的问题进行评估，筛选出公众接纳程度较低的物种作为改良实验中限制的对象。

在2016年4月份完成了改良实验方案设计与实施，方案的设计分为群落的美学功能与生态功能改良。美学功能改良通过增加与自生群落外貌协调且美观度较高的乡土植物和园艺植物如假龙头花（Physostegia virginiana）、毛 蕊 花（Verbascum thapsus）、宽 叶 薹 草（Carex siderosticta）、黄花月见草（Oenothera glazioviana）、涝峪薹草（Carex giraldiana）等来实现，同时按照光照限制、相似生态位限制及土壤资源限制等途径来限制美观度较低的城市杂草型植物如苦苣菜（Sonchus oleraceus）、刺儿菜（Cirsium setosum）、侧蒿（Artemisia deversa）等。生态功能改良主要按照群落生态学原理，通过增加多年生植物来加快植物群落的演替速度而达到相对稳定的状态，同时依据西北城市自然植物群落的结构，种植不同层片的植物来完善自生群落的结构，并提高场地的物种丰富度[29]（表2）。同时，引入蜜源植物如八宝景天（Sedum spectabile）、费菜（Sedum aizoon）、葱莲（Zephyranthes candida）、鸢尾（Iris tectorum）等。改良植物选择C型和S型植物，限制并与场地的R型植物形成新的种间关系平衡（表2）。

实验的管理包括浇水和清理。浇水只在实验实施后1个月内进行，此后让群落适应本地的自然降雨。每月定期清理木本植物的幼苗、缠绕藤本和干枯的枝叶。管理中不使用化肥、农药和除草剂。

2016年4月—2017年12月，对改良后的植物群落进行连续性观测。观测的内容主要为群落的物种组成、结构变化、种间竞争及公众的审美评价，记录物种种类、高度、数量、盖度、美观度等数据。

4 场地自生演替中出现的部分植物（摄于2015年5月—2016年4月）Some spontaneous plants during succession in site (photographed on 5/2015 to 4/2016)

5群落自生演替后的10个月（摄于2016年4月10日）10 months after spontaneous plants community(photographed on 4/10/2016)

表1 改良植物及其CSR策略Tab.1 Improved plants and their CSR Strategies

6 改良植物毛蕊花在自生植物群落中建立优势（摄于2017年5月24日）Improved plant mullein establishes superiority in spontaneous communities（photographed on 5/24/2017)

7 改良植物黄花月见草与刺儿菜、苦苣菜、一年蓬等自生植物共生（摄于2017年6月8日）Improved plantOenothera glazioviana symbiotic with spontaneous plants such as Cirsium setosum,Sonchus oleraceus, andErigeron annuus (photographed on 6/8/2017)

8 实验对照组植物群落演替现状（摄于2016年5月24日）Status of plant community succession in experimental control group (photographed on 5/24/2016)

9 实验组改良后2个月的植物群落景观（摄于2016年5月26日）Plant community landscape in the experimental group after 2 months of improvement(photographed on 5/26/2016)

10 场地内的黄花蒿与雏鸟（摄于2016年6月8日）Artemisia annua and nestling within the site (photographed on 6/8/2016)

11 场地内的鼠尾草与柑橘凤蝶（摄于2017年5月23日）Salvia japonica andPapilio xuthus within the site (photographed on 5/23/2017)

12 场地内的白车轴草与蜜蜂（摄于2016年7月9日）Trifolium repens and Bee within the site (photographed on 7/9/2016)

13 场地内的一年蓬与点玄灰蝶（摄于2017年6月9日）Erigeron annuus andTongeia filicaudis within the site (photographed on 6/9/2016)

结果分析表明，改良设计使得植物群落的美观度和公众接受度均得到了显著的提高。至2017年5月份，场地中一年生自生植物总计23种，相比2016年5月份，消失的杂草种类占73.9%，数量减少的杂草种类占95.7%。这说明，引入C型和S型植物能够明显抑制R型植物的种群数量。同时，改良植物能在群落中定居（定居率64.7%），逐渐在群落中建立优势（图6），并与自生植物形成新的种间关系平衡（图7）。杂草物种的减少和开花栽培植物的引入使得公众对改良后的群落接受度增加。在2016年，对照组（自生群落）年均公众接受度仅为34%（图8），实验组（改良群落）年均公众接受度57%（图9），平均提高24%。多数公众认为改良群落相比一般人工植物群落更富自然野趣，部分接受调查的公众认为乡土植物唤醒了他们的童年记忆。

改良增加了群落结构的完整性，提升了自生群落生态服务功能。改良1年后，相比对照组，实验组（10.6）平均物种丰富度有显著的增加，约为对照组（4.2）的2.5倍，这说明通过改良设计可以提高群落的物种丰富度。丰富的植物种类和较高的乡土植物比例为鸟类、点玄灰蝶（Tongeia filicaudis）、柑橘凤蝶（Papilio xuthus）和蜜蜂等物种提供食物和栖息地（图10～13）。基于自然演替的群落改良设计模式可以作为生物多样性的载体，成为城市微小绿地生物多样性设计框架的一部分[30]。

由于借用场地自然力做功，节省了建植过程购买苗木的成本，人工群落苗木成本平均197.75元/m2，改良群落平均成本82.66元/m2，每平方米可节约成本115.09元，仅为人工群落的41.8%。管理中无需浇水，除草仅需除去缠绕藤本和木本植物的幼苗，节省了管理维护成本，避免化肥、农药和除草剂的使用防止了土壤的污染。

4 结语

将东方实践范式与现代群落生态学原理相结合是探索生态智慧的一种尝试。借鉴中国传统自然哲学中“尊重自然”的实践智慧，利用实证研究方法探索了基于自然演替的群落改良设计途径，应对植物群落设计这一非理性问题。在改良设计的理论框架中，场地自愈力初步恢复了城市群落生态系统，人力引入系统中缺失的物种，再由系统完成种间竞争、完善群落结构，实现了人与自然的“合作”。实验研究表明，群落改良设计让自然力参与植物群落设计，既能减少城市人工植物群落设计与管理中抑制“自然力”所付出的管理维护成本过高的代价，又能避免城市植物群落设计顺应“自然力”的自生群落所引发的问题。连续性维护中顺应自然演替过程，让系统持续发育和自我优化，实现可持续性设计的目的。场地物理生境与生物生境的复杂性、群落演替的动态性与长周期性使得群落设计研究具有一定的挑战性，如何结合生态智慧与群落生态学原理探索出因地制宜的群落设计实践方法，需要更加系统的实验性研究。

注释：

①因版面有限，本文未列出研究所记录到的43种场地自生植物及其特性，如有需要，请联系作者。

②图1～3、6～7、9～13由李仓拴摄；图4由李仓拴摄，李梦珂绘；图5、8由冯敬摄。

③表1内容来自于李仓拴整理。