大运河区域生态基础设施战略和实施途径

摘要： 生态基础设施是城市所依赖的自然系统，是城市及其居民能持续地获得自然服务的基础，它不仅包括习惯的城市绿地系统的概念，而是更广泛地包含一切能提供自然服务的城市绿地系统、森林生态系统、农田系统及自然保护地系统。
    关键词： 大运河 国土安全 生态基础设施 南水北调
    1 关于区域生态基础设施实践与理论
    生态基础设施（Ecological Infrastructure，简称EI），本质上讲是城市所依赖的自然系统，是城市及其居民能持续地获得自然服务的基础（Natures Services），这些生态服务包括提供新鲜空气、食物、体育、休闲娱乐、安全庇护以及审美和教育等等。它不仅包括习惯的城市绿地系统的概念，而且更广泛地包含一切能提供上述自然服务的城市绿地系统、森林生态系统、农田系统及自然保护地系统。
    1.1 早期规划实践和理论中体现出来的生态基础设施建设思想
    早在100 多年前（1879—1895），Olmsted和Eliot就将公园、林荫道与查尔斯河谷以及沼泽、荒地连系起来，规划了至今成为波斯顿骄傲的“蓝宝石项链”（Kmerald Necklace）。在 1883年，景观设计师克里夫兰得（Cleveland）为美国明尼苏达的明尼阿波利斯做规划，当时明尼阿波利斯还是一个小镇，克里夫兰得让市长和决策者在郊区购买大面积的土地，用以建立一个公园系统。在土地还远未被开发时，就非常廉价地买到了大块土地。这一行动是为50~ 100年之后的城市所规划的。如今100多年过去了，城市已经扩大了几倍，但这些廉价购得的土地却成为城市中宝贵的绿地系统。这样一个绿地系统的形成，不光是要一个好的概念，同时需要城市决策者提前50-100年进行投资。在同时代，当堪萨斯（Kansas）和克里夫兰 （Cleveland）都还是小镇时，就用便宜的地价在其郊外购置大量土地，结合区域的河流水系规划建设并一直保护了一个绿地系统。这一当时尚在郊区的绿地系统而今已成为城市的一个有机部分了，成为居民身心再生的场所。
    所以，如同城市的市政基础设施一样，城市的生态基础设施需要有前瞻性，更需要突破城市规划的既定边界。唯其如此，则需要从战略高度规划城市发展所赖以持续的生态基础设施。而中国快速的城市化进程为明智而又有良知的城市决策者提供了一个造福子孙的极好机遇。
    1.2  绿道和遗产廊道与生态基础设施
    绿道（Greenway）是指不同宽度的绿色廊道构成的网络。根据功能，主要可分为三类：生态绿道，休闲绿道和历史遗产廊道。绿道主要指自然形成，或历史本来存在，如河流、山谷构成的廊道，也包括完全人工的，如城市林荫道，运河廊道当然也包括在内。
    早在1960年代，Lewis的“环境走廊（Environmental Corridors）”概念对于类似思想的发展具有重要意义。他认识到水系在生物等资源上的特殊生态意义，将水系作为城市和区域绿色通道的基本框架。 McHarg在此后不久提出了“设计遵从自然”的生态规划思想，将区域和自然生态环境的关系推到了一个新的层次。
    随着对大尺度景观的重视，绿道规划逐步成为开放空间规划的一个有效的、社会期望的方法。通过系统的线路选择和连接，区域生物多样性保护地和廊道成为区域的综合性的绿道骨架，在景观生态学等相关学科不断发展的情况下，人们也渐渐认识到绿道对于物种的保护作用。许多科学家认为生境的破碎化，是对生物多样性的最大威胁。岛屿生态学理论认为，加强生境岛屿之间的生物运动可以降低由于生境碎裂化带来的物种灭绝的可能性，因此廊道连接各生境岛屿对野生生物保护具有重要的作用。生态学家提出建立景观廊道线状联系，可以将孤立的生境斑块连接起来，提供物种、群落和生态过程的连续性。
    1995年，Bueno等进行了南佛罗里达地区区域生态绿道研究，从而重新建立了联系不同区域的大尺度生态框架。由于区域的自然景观已随农业和城市化的扩张而日益破碎化，区域性绿道（Regional Greenway）的提出是为了在破碎化的景观之间建立生态联系通道。这样一条区域生态廊道可以从自然和文化两方面联系原来破碎的景观，从而使之成为巨大的资源。原本为农业和城市发展而兴建的水利工程如运河、排水沟、水库和防洪设施等，经过生态恢复和管理可以作为区域生态网络提供生态服务，同时也可作为一种文化载体发挥其价值。
    值得一提的还有建立在遗产保护区域化和绿道概念基础上的遗产廊道概念，它针对包含独特文化资源的线形景观提出，包括运河、铁路线都属于记载人类早期运动路线的遗产廊道。遗产廊道的目标是包括遗产保护、休闲、教育、生态功能在内的多赢战略。在遗产廊道的绿地系统规划中应注意连续性、多样性和关键区等。
    经过长期发展，绿道由最初的单一目标（美化、休闲）规划已经发展成为包括栖息地的保护、历史文物的保护、教育、解释等在内的多目标规划。绿道规划的核心思想与生态基础设施实际上已经极为类似。
    1.3  生态足迹、生态服务和生态基础设施
    生态足迹是由Mathis Wackernagel和William E.Rees提出的。生态足迹是无限期地用以维持一定人口和物质水平所需要的土地（水面）面积。在一定的人口或经济条件下，生态足迹能够用有一定生产力的土地面积来评价资源消耗和废物降解的程度。它拓宽了人们对城市与区域关系的认识，指明城市必须依托于更大范围的区域而持续。
    Costanza等学者提出了生态系统服务（ecosystem service）的概念。生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成与维持的人类赖以生存的自然环境条件与功能。生态系统为人类提供了食物、医药及其他工农业生产的原料，更重要的是支撑与维持了地球的生命支持系统，维持生命的地球化学循环与水文循环，维持物种与遗传多样性，净化环境，维持大气化学的平衡与稳定，提供启智的机会等。区域和城市生态系统的生存与发展取决于其生命支持系统的活力，这个系统的活力取决于其关键性结构，也就是生态基础设施的承载能力及生态服务功能的强弱。
    1.4  景观安全格局和中国城市生态基础设施建设战略
    在有限的土地资源条件下，高效是实现可持续发展的关键。关于如何高效地进行生态基础设施规划与建设，俞孔坚提出景观生态安全格局（Security Patterns）的理论与方法。该理论把景观过程（包括城市的扩张，物种的空间运动，水和风的流动，灾害过程的扩散等）作为通过克服空间阻力来实现景观控制和覆盖的过程。要有效地实现控制和覆盖，必须占领具有战略意义的关键性的空间位置和联系。这种战略位置和联系所形成的格局就是景观生态安全格局，它们对维护和控制生态过程具有异常重要的意义。根据景观过程之动态和趋势，判别和设计生态安全格局。景观生态安全格局理论在区域EI建设中的意义在于它为在有限的国土面积上，以最经济和高效的景观格局，维护生态过程的健康与安全，控制灾害性过程，为实现人居环境的可持续性提供了可能，而不同安全水平的存在更满足了建设前瞻性和高效的生态基础设施的要求。在此基础上，提出中国城市的生态基础设施建设的主要战略，包括维护和强化整体山水格局的连续性、保护和建立多样化的乡土生境系统、维护和恢复河道和海岸的自然形态、保护和恢复湿地系统、将城郊防护林体系与城市绿地系统相结合、建立非机动车绿色通道、建立绿色文化遗产廊道、开放专用绿地，完善城市绿地系统、溶解公园成为城市的绿色基质、保护和利用高产农田作为城市的有机组成部分、建立乡土植物苗圃等。
    2  国土安全与中国东部生态基础设施战略
    2.1  大运河是中国东部区域生态基础设施建设的关键
    中国的城镇化进程正呈燎原之势，在未来近十多年时间内，中国的城市化水平将从目前的36％达到65％。快速城市化给中国大地带来了前所未有的生态压力。人口负重与土地资源的贫乏，使中国的城镇化进程危机四伏，区域可持续发展问题突出，已经引起学术界和政府的空前重视。中国东部城市化水平远高于西部是中国城市化的特点之一。城市化速度过快使得自然条件限制和历史遗留问题造成的危机更为明朗化，生态环境问题层出不穷，严重威胁着中国东部区域的可持续发展前景。总的来说，东部地区面临的问题主要体现在：
    （1）人口密度高，城镇密集，资源需求与资源承载力矛盾突出；
    （2）水资源污染和浪费严重。污染问题不仅存在于城镇地区，新兴的农村工业化过程使得局部农村区域的污染甚至超过了城市。
    这两个问题的本质就是对生态基础设施缺乏保护，同时现有生态基础设施也缺乏效率和前瞻性。京杭大运河是中国东部沟通南北的重要水系，其本身在长期参与和影响河域的生态演化进程的情况下，已经成为中国东部区域生态基础设施的重要组成部分。同时其流域所面临的快速城市化影响下的景观生态问题在东部地区也有着广泛的代表性。因此，以京杭大运河为骨架建立区域生态基础设施，对中国东部区域国土的生态安全和可持续发展具有关键意义。
    2.2 以南水北调工程为契机，建设中国东部区域生态基础设施
    中国的京杭大运河已有两千多年的历史，完全通航也有七百多年历史。在长期的历史发展中，运河对区域景观和城市的发展形成了深刻的影响。例如在扬州城市水系的形成中，京杭大运河就是最重要的主导因素。而在苏、杭城市环境形成和发展中，大运河也起了非常重要的作用。
    京杭大运河跨京、津、冀、鲁、皖、苏、浙七个省市，穿越两个中国最富活力的经济带（沿海经济带和长江经济带）和经济圈（长江三角洲经济圈和环渤海湾经济圈），在中国“开”字形区域发展战略格局中占据着十分重要的地位。近年以来，随着快速的城市化和南水北调东线工程的规划建设，运河廊道区域正面临着一系列威胁和挑战，区域可持续发展问题日益突出。
    在此新的历史条件下，维护景观和区域尺度上生态过程的健康与安全，使运河生态网络成为高效的、能够持续地提供多种生态服务（包括输水、物种栖息、遗产保护、休闲和防洪等）的区域生态基础设施，已迫在眉睫。为了缓解中国南北水资源分配不均所带来的发展困境，国家已经制定了南水北调战略的多套方案。然而，国际上的大型调水工程大多毁誉参半，对生态环境的影响是其主要负面意见所在。如俄罗斯北水南调等工程一方面满足了有关地区工农业用水，缓解了里诲水位下降，但也影响了调出地区的水量、水温、积水、含盐量等，带来巨大的环境负面效应；而巴基斯坦的调水工程直接造成输水管两岸数百米宽的地带沼泽化，使耕地锐减。
    在我国人口、资源与环境问题越来越严峻的情况下，南水北调不应仅仅成为一项单纯的调水工程，而应成为工程所在区域可持续发展战略的有机组成部分。南水北调各线路的生态环境影响正在成为一个学术研究热点。
    正是在上述背景下，特别是在南水北调工程契机下，本论文提出在区域尺度上建立以京杭大运河为骨干的生态基础设施，并提出应尽快对此进行长期的科学研究和监测。
    3 京杭大运河的区域生态战略意义
    3.1 作为对区域生态结构有着广泛影响的半自然生态系统
    以大运河为走廊、运河支流为廊道、以与运河毗邻的湖泊和湿地及城镇为斑块，以周边农田为基质形成区域尺度上的景观生态系统，简称大运河景观生态系统，是一个独特的、有着广泛影响的半自然生态系统。运河廊道长期横跨南北多种不同类型的自然、半自然、人工生态系统，通过长期的能量、物质、信息的流动和循环，河域本身形成了复杂、影响广泛的生态系统，形成了自身的生态调节能力。现在，其整体结构和功能虽然在人工、自然等多种外来因素的干扰下部分已处在瘫痪状态，但台儿庄以南部分仍然发挥着包括航运在内的多种作用。其整体在系统的生态修复之后仍然有可能恢复其区域生态功能。
    3.2 作为运河区域城乡EI的重要组成部分
    运河廊道是运河区域多个城市环境形成的主要因素或主要因素之一，灌溉是运河历史上除去运输以外的最大功能。历代修运河，“贡赋通漕”之外，兼利灌溉都是另一个重要理由。其木断流的部分，至今仍是区域农业安全的重要基础。运河不但是中国东部区域城市和乡村重要的自然条件，而且发挥着重要的生态服务功能，是河域城市和乡村EI的重要组成部分。
    3.3 丰富的湿地生态系统存留
    湿地是人类及众多动植物的重要生存环境之一，它具有极为丰富的生物多样性和多项生态服务功能，被誉为“自然之肾”。运河河道大多依据天然河道修筑，虽然这些天然河流在航运功能要求下大多渠化，但经过长期的生态变迁以后，仍然存留了大量的沼泽、泥地。历代为蓄泻洪水，同时也沿河修建了大量的人工池塘或修建、利用湖泊作为蓄泻之用，这些湖泊、池塘或存或废，都发挥着重要的湿地生态系统功能。
    3.4 极为重要的遗产廊道
    遗产廊道是美国在遗产保护区域化和绿道概念发展成熟基础上提出来的概念。由于京杭大运河所包含的丰富的文化资源在中国历史上的特殊地位，它实际上就是一条极为重要的遗产廊道。
    所以，从区域景观生态角度出发，在南水北凋重大工程，遗产保护及区域城市化与区域可持续发展背景下，建立大运河区域生态基础设施，有着重要的战略意义。
    4 建立大运河EI的问题背景
    4.1 快速城市化背景下的问题
    景观生态学认为区域由多个景观所构成，而每一景观都是由基质、廊道、斑块组成的异质空间镶嵌体。运河流经的中国东部区域是城市化进程最快的地区之一。从景观生态学的角度看，快速城市化进程对于运河区域可持续发展问题的影响主要体现为区域景观生态问题。主要概括如下：
    （1）快速城市化进程带来的基质数量和质量的变化。京杭大运河区域的基质主要是农田，包括黄淮海平原主产小麦的耕地和长江三角洲主产稻米的耕地。城市化所蚕蚀的土地大多为城市周围地势平坦、交通方便、水源充足、土壤肥沃的农田，直接影响了基质的数量和质量，对运河区域的景观生态造成破坏性影响。
    （2）对运河及其支流廊道的功能和结构的影响。河流廊道是廊道的重要形式，是联接城乡并为其提供生态系统服务的关键通道。在区域景观生态格局中起着重要作用。快速城市化进程对运河廊道结构和功能的影响是多方面的：
    （a）出于美化或治理目的的建设性破坏。城市美化在西方曾有过惨痛的教训，在今天的中国仍然阴魂不散，对中国大地的生态安全构成严重威胁。人们出于美化或治理目的对运河加以整治，但往往只把河道作为对象，进行大规模的人工化整饬，堤岸的自然形态因此消失，其后果是对乡土生境的破坏，造成物种地方性与多样性的丧失，破坏生态效应的发挥。
    （b）污染严重。污染严重是东部地区可持续发展面临的最主要问题之一。水型型缺水已经造成水乡无水喝的尴尬局面。运河区域的水污染的主要问题来自于沿河城镇不断增加的排污，这正是快速城市化的后果。污染破坏了水质，直接导致运河廊道生态功能的丧失和瘫痪。同时威胁到运河区域生态网络的健康性与完整性。
    （c）毁林开垦，水土流失加大。毁林开垦是城市化侵占农田的后果。水土流失则是困扰中国河流的三大问题之一。水土流失对河流廊道的功能和结构都造成重要影响。
    此外还有快速城市化带来的建筑开挖、表土扰动、硬质界面增大，航运通行、灌溉、供水等压力过大等，这些都影响到运河廊道的生态功能和结构。
    （3）快速、无序的城市化导致区域景观格局急剧变化。运河区域的城市化多是在沿河城镇出于本身发展或各省区小于本地区发展、而不是整个区域的宏观背景所制定的政策主导下进行的。加之很多规划编制仍在传统的规划方法下进行，很少或根本没有考虑生态问题。城镇斑块不断扩张，农田、林地、湿地等自然斑块不断缩减，直至破碎化。区域景观格局的安全存在严重问题。
    （4）快速城市化严重威胁遗产廊道的保护。城市的迅速扩张正在破坏运河的历史环境。一方面运河区域的各个历史文化遗产受到威胁，另一方面，运河遗产廊道作为一个人类与自然结合的工程遗产整体上受到严重威胁，在现有的文物保护单位、历史文化保护区、历史文化名城保护架构下没有得到适宜的保护，其真实性 （authenticity）和完体性（integrity）都受到损害。
    （5）快速城市化和经济的迅速发展带来居民休闲需求。在经济和城市化快速发展的背景下，城乡居民的身心再生要求是区域发展面临的重要挑战之一。早在 1860年中期，Olmosted就把公园、河谷、荒地、沼泽连接起来，规划成令波士顿人感到骄傲的“蓝宝石项链”。1883年，Cleveland为 Minneapolis做规划时，就主张购买大片土地作为公园绿地系统作为未来居民休闲场所。经过长期发展，证明这一主张十分英明。京航大运河区域有着丰富的自然、文化资源和风景审美资源，如何整合这些丰富资源，满足城乡居民的身心再生要求并具有一定前瞻性，也是运河区域可持续发展的一个重要课题。
    4.2 南水北调工程带来的区域生态问题
    南水北调工程的规划建设又使得运河河道被以新的方式、赋予了新的功能——输水功能。运河廊道的景观属性也因此面临新的改变。其结构和功能都将重新调整，从而对区域生态产生重大影响。
    （1）南水北调是继京杭大运河开凿以来又一次对以运河为骨架和主体形成的、包括支流和湖泊、池塘、沼泽等湿地在内的运河区域生态网络施加的人工干扰。南水北调作为大规模的跨流域调水工程，将是人工因素对区域生态系统的又一次大规模干扰过程。这一干扰在景观和区域尺度L的模拟和研究，对于区域可持续发展来说，无疑有着极为重要的理论价值。
    （2）南水北调将在区域尺度上改变运河区域生态网络的功能和结构。调水改变河道的功能，进而影响到整个网络。水作为核心生态因子又影响和改变整个区域生态格局和过程。其影响的过程可归纳为：调水+改变原来的水文情势+自然环境变化+社会经济变化.
    这些都将对区域可持续发展造成重大影响。
    （3）南水北调是对大运河区域生态系统的巨大挑战，更是重要机遇。大规模调水形成的人工干扰，有机会使得已经成为生态基础设施的部分变得更加高效和具有前瞻性，并同时有机会对断流和生态功能瘫痪区域进行系统的生态系统修复，保护运河遗产廊道，从而实现区域可持续发展。
    5 建立大运河区域生态基础设施的技术途径
    基于以上讨论，提出制定以大运河景观生态系统为骨架的区域生态基础设施建设对策，并提出具体实施战略与实施导则。导则分别在两个层次上进行：
    第一个层次是区域景观格局的构建（oonfiguration），包括对景观元素的空间位置、形状、尺度和连续性等进行战略性规划；
    第二个层次是景观元素的设计导则，包括如运河道整理断面及护岸设计导则、湖泊及湿地边界处理导则，城市边缘与水系边界设计导则，林带及斑块构成导则，文化遗产廊道设计导则。
    参照Steinitz的景观设计框架，建立大运河区域生态基础设施的技术途径可分为六个步骤：
    （1）景观呈述：通过采集大量数据（借助遥感和GIS技术），归类整理，并用图、表和文字的方式进行表达大运河区域景观生态状况。
    （2）过程分析：对上述成果根据研究的需要重点分析，并形成新的信息来源。
    （3）评价：基于判断矩阵的综合比价和评判。
    （4）改变方案：在上述研究基础上预测在一定干扰下的景观生态状况，使用预测模型 （Prolection Models）和干预模型（Intervention Models）。
    （5）影响评价：在上述干扰和预测模型基础上，进行影响评价。
    （6）决策：在上述步骤基础上，用决策模型（Decision Model）来进行决策。
    6 结论
    以京杭大运河为骨架和主体形成的包括支流和湖泊、池塘、沼泽等湿地在内的运河区域生态网络长期参与和影响河域的生态演化进程，已经成为河域REI的重要组成部分，具有重要的景观生态学及区域生态战略意义。
    但在经济高速增长、快速城市化和南水北调工程建设背景下，这一生态网络面临着巨大的挑战和广阔的机遇。在这样巨大的机遇和挑战面前，建立大运河区域生态基础设施，对中国东部广大地区获得健康的生态服务、对中国东部城市带的可持续发展、对遗产廊道本身的保护和满足未来居民的休闲和教育需求，都具有非常重要的战略意义。这一区域生态基础设施的建立，需要借助一整套科学而系统的方法，多学科合作，当然还要借助国家政策和行政手段。