道路景觀生態學

道路景觀生態學目前在國內還是一個較新的概念，作者認為該領域主要包括三方面內容道路生態學影響、道路景觀美學評價、道路景觀規劃與設計。

基本介紹

• 中文名：道路景觀生態學
• 分類：道路生態學影響道路景觀美學評價
• 影響：道路的理化環境污染等
• 性質：學科的一種

簡介

作為一種線性基礎設施,道路在促進人類經濟和社會發展的同時,也對生態環境產生巨大的影響,如路域理化環境的污染、動植物棲息地的干擾、水土流失的加劇、生物多樣性的減少、地質災害的誘發、景觀視覺質量的下降等[1 ] 。當前國外在道路生態學影響、道路景觀美學評價、道路景觀規劃設計等方面已經有了非常廣泛和深入的研究[2～5 ] 。隨著景觀生態學的發展,越來越多的學者將該學科理論與方法用於道路及道路網生態效應研究[8 ,9 ] ,逐步形成了一門新興交叉學科———道路景觀生態學。在此我們將其定義為:研究道路、道路網路景觀空間結構和功能時空動態變化及相互作用機理,進行道路景觀評價及規劃設計,合理利用和保護道路景觀中集成生態、地理、經濟和人文各要素,為人類社會經濟發展提供理論依據和實踐指導,具有生態、文化及美學價值的一門新興交叉學科。國內的道路景觀生態學研究多集中在邊坡生態恢復、綠化設計、道路環境污染等方面,研究深度和廣度相對較欠缺,立足景觀角度來研究的更少。本文將重點從道路生態學影響、道路景觀美學評價、道路景觀規劃與設計三方面系統總結國內外研究進展,並對當前我國開展該領域研究進行了有益的探討。

國外道路景觀生態學研究概況

道路的生態學影響

在歐洲和北美,自上個世紀70 年代人們就開始對線性基礎設施建設的生態學影響開展了大量研究,包括道路建設對植物種群產生的影響如導致植物死亡和生境喪失、生態環境物理化學變化、路側植被改變;對動物種群產生的生態影響如道路交通事故致死、道路迴避巢區轉移、遷移路線改變及障礙作用導致生境和種群的破碎化;此外道路還強烈地改變景觀格局和過程。道路生態學影響的定量化測度指數包括道路密度、道路位置和道路影響域[6 ] 。2000 年4 月第十五屆美國景觀生態學會議就把公路和公路網的生態效應作為新出現的學科領域與增長點之一。以Forman 等人為代表的學者強調不同等級的公路對野生動植物傳播、遷移所造成的影響,探討如何在建設新的道路設施時為野生動物遷移設計專門的通道,以及如何在已經分割的七零八落的生境之間建立聯繫。這些問題逐漸成為景觀生態學研究的一個新領域[7 ] 。當前對道路生態學影響的研究已經提升到了景觀的高度,人們不再局限於單一物種和棲息地的研究,而轉向多物種、多個生態系統(景觀) 的綜合研究。近幾年代表性的研究有Da2vide[8 ]用空間斑塊指數和價值功能定量的評價了線狀廊道對多個生態系統(景觀) 破碎的影響,為規劃選線提供了參考依據,然而其缺點也是明顯的:由於評價的是所有斑塊,斑塊的個性(哪個受到影響,哪個不受影響以及影響到什麼程度) 也不能確定,在價值功能確定過程中完全依靠專家個人經驗,可靠性不能得到保證;Mariam 等[9 ]在評價交通網路的景觀成了一門新興交叉學科———道路景觀生態學。

道路景觀美學評價

早在上個世紀60 年代,西方國家就開始重視道路景觀的美學價值,尤其對位於風景區和具有人文特色區域的道路。道路景觀美學評價在美國一直是研究和實踐(道路景觀規劃設計) 的主題之一,美國政府大多數職能部門和各州政府都有各自的一套道路景觀美學評價方法[11 ] ,運輸部的評價指標體系包含生動性(vividness) 、統一性( unity) 和完整性( In2tactness) ,使用公式V + U + I/ 3 ,對比公路建設前後道路景觀質量變化[4 ] ;“國家風景公路規劃”針對道路沿線風景的、自然的、歷史的、文化的、考古學的和娛樂休閒的景觀資源套用可記憶性、獨特性、原始性和完整性四個指標來評價[12 ] ;土地管理局套用變化性和協調性兩個指標來評價道路建設前後所影響的7 個因子,包括地形、植被、水體、色彩、臨近風景、稀有性和文化特徵的變化情況,因為他們認為這7 個因子能夠代表道路景觀的美學價值[13 ] ;美國森林管理部門(US Forest Service) 在1995 年出版的《景觀美學》一書既可用於公路景觀管理又可用於森林景觀管理。美國已經有專門立法對具有美學價值的道路景觀進行保護,而且“視覺美”已經作為環境管理的核心領域之一[11 ,14 ] 。美學評價媒介多為照片、幻燈片、錄像帶、素描圖,3S 和三維動態可視化技術也開始套用。許多研究表明照片評價和現場評價幾乎沒有區別,有的學者研究拍攝角度、地點選擇、光線條件等對評價結果的影響[15 ] ;有的研究不同景觀特徵對景觀美學感知貢獻作用的大小[11 ] ;有的力圖把景觀生態學方法與3S 技術相結合,如將景觀格局指數與大眾審美感知建立聯繫,結果顯示約一半的景觀感知的變化能用景觀指數來解釋[16 ] ,這在景觀美學評價方法上是個新突破,但仍有待於進一步研究;路域景觀視覺質量評價應讓廣大道路使用者參與進來,公眾的意見和建議可為當地公路管理部門制定相關政策、進行新建公路景觀規劃提供依據[17 ] ,還有學者指出未來3D 空間模擬技術將會大大推動景觀美學評價[18 ] 。國外景觀美學評價經過40 多年的發展,已經形成4 大學派:專家學派;心理物理學派;認知學派和經驗學派[19 ] ,而前兩者套用最廣泛。專家學派認為凡是符合形式美的原則的風景都具有較高的風景質量。所以,風景評價工作由少數幾個訓練有素的專業人員來完成,評價思想是把風景用4 個基本元素來分析,即:線條、形體、色彩和質地,強調諸如多樣性、奇特性、統一性等形式美原則在決定風景質量分級時的主導作用。另外,專家學派還常常把生態學原則作為風景質量評價的標準。心理物理學派的主要思想是把風景與審美的關係理解為刺激- 反映的關係,於是把心理物理學信號檢測方法套用到風景評價中來,通過測量公眾對風景的審美態度,得到一個反映風景質量的量表,然後將該量表與各風景成分之間建立起數學關係。審美態度的測量方法有多種,目前公認為較好的有2 種,一為評分法( SBE -Scenic beauty estimation procedure),由Daniel 等人創立[20 ] ;二為審美態度測量法,以比較評判法為基礎,被稱為LCJ (Law of comparative judgment) 。國外道路景觀美學評價多採用專家法和心理物理學法,近年來有相互融合的趨勢。展望未來21 世紀的景觀美學(視覺景觀) 評價,生態系統的評價(時空尺度上) 相比某時刻對於某些特定景觀特徵的評價更為重要,生態系統管理中對於複雜時空動態景觀有效的表達是景觀質量評價一個主要的挑戰。隨著GIS、遙感和仿真技術、數學模型等的發展,將大大有助於應對這些挑戰。同時,傳統景觀質量評價也遭到“生物中心論評價”和“社會文化中心論評價”的挑戰,因此傳統的專家法和基於感知的方法要相互整契約時吸收其他學科知識,積極應對上述挑戰[21 ] 。

道路景觀規劃與設計

國外非常重視道路景觀規劃中文化價值的體現、歷史遺產的保護、自然風景的欣賞和路域景觀的娛樂休憩功能,在設計中充分考慮道路使用者、道路沿線居民的視覺美感度,如植被設計、色彩搭配、群落組成、野生花卉的使用、道路構造物的美學處理等,在具體設計時交通部門通常邀請工程學者、植物學家、土壤學家、美學家、景觀設計師等多學科專家共同組成設計團隊,並且定期召開有沿線居民參與的道路景觀規劃設計的討論會,最大限度的體現效益最佳化與利益公平原則。Thomas[22 ]和Richard[23 ]在道路景觀設計時都強調文化景觀與自然景觀並重的思想;Viles 等[24 ] 把綠道(greenway) 和連線度的概念套用到紐西蘭道路網路規劃和設計中,認為綠道的優點有:改善景觀破碎的不良影響,把生態和文化資源連線到網路中,具有美學效果,農業上防止水土流失、促進土壤營養元素的再循環,調節微氣候等。Viles 將綠道分為六類: 娛樂功能為主的綠道(如小徑、步行小路、河岸線性公園路、運河、航線) 、風景文化歷史意義的綠道(如文化性、自然性、歷史價值) 、生態的綠道(如河流、溪流、山脊、野生動物通道) 、水岸邊綠道(如城市河岸、濱水區) 、城市緩衝綠道(如綠帶、公園道路) 、綠道網路(包括上面所有綠道,形成地方或區域的生態基礎設施) ,為了提高景觀連線度,還要建立新斑塊和廊道。Hein[25 ]把道路構造物(如道路路線、高架橋、涵洞、服務區、觀景台、噪聲牆) 和生態相結合,更好的使非生命設施融入自 然景觀,同時也加入藝術家的靈感,如在涵洞內,用枯枝落葉和樹幹堆積成排,以吸引水陸兩棲動物、蜥蜴、昆蟲、黃鼠狼等通過;混凝土噪聲牆在減噪效果上好,但是生態性和景觀效果都不盡人意,結合地形地貌利用土堆代替混凝土噪聲牆,同樣既達到減噪效果,且景觀表現很理想,道路致死率也降低很多。同時,國外在進行公路景觀規劃和設計時,認為公眾自始至終全過程的參與、可視化技術的運用、多學科成員組成的設計團隊、設計標準的靈活掌握和創造性套用等對於完成一個成功的公路景觀作品是至關重要的[26 ] 。

我國道路景觀生態學研究現狀

國內尚沒有明確提出道路生態學研究的概念,但已經開展了少數屬於此方面的研究,如道路影響理化環境和道路污染[27 ,28 ] ,城市景觀中道路廊道的生態影響以及在城市景觀變化中的作用[29 ,30 ] ,公路鐵路建設運營對生態環境的影響也有部分論述[31～33 ] ,但缺乏實際的案例。

1996 年交通部頒布《公路建設項目環境影響評價規範》後,部分學者才開始對道路建設的環境問題進行比較深入的探討,陳華新等[36 ]認為公路建設項目對環境的破壞主要表現為:交通噪聲、大氣污染、水污染、土質影響、生態破壞、景觀失調等,社會條件、使用者的需求和自 然條件就決定了公路建設對環境的影響程度;張玉芬[37 ]認為高速公路對環境的影響主要為景觀、生態及生活環境問題,景觀最佳化和生態恢復具有互補性,並提倡公路景觀設計與環境相融洽、景觀利用及保護的原則。她認為公路的規劃設計及路線合理選擇是減少高速公路對環境影響的重要環節。近年來,隨著景觀生態學的發展,套用該學科分析方法來分析道路景觀生態問題的研究也有一些,如張鐿鋰等[34 ] 、張慧等[35 ]對青藏公路、鐵路沿線土地利用和景觀格局做了初步探討。總體看來,我國在道路生態學方面的研究缺乏系統性,研究過分集中在道路理化污染影響,生態恢復綠化等方面,而對於動植物生態環境破壞、景觀破損、水土流失等自然地理綜合影響實例研究不多且定量研究缺乏。道路規劃研究多從工程自身、經濟評價等方面考慮,生態學影響的考慮仍然處於次要地位,即使考慮也局限於對於自然保護區、濕地、水體的避讓,而缺乏更系統完善的從地形地貌、植被動物、水系、景觀資源保護等綜合角度的考慮。對於景觀設計,大量研究集中在公路綠化設計上,內容也局限於沿線點狀區域(如服務區、立交區等) ,線形區域(邊坡、中央分隔帶、隔離柵等) ,設計人員作用發揮的空間較小。對於道路路域之外的景觀,缺乏對其與道路工程的協調性研究。

近年來“四川川主寺至九寨溝旅遊公路(川九路) ”被作為中國公路與自然環境相和諧的交通環保示範樣板工程推出,使之成為新中國公路建設50 多年來,我國第一條環保標誌性路段,被譽為“安全、舒適、環保、示範”的典範。川九路在設計中提出了“公路設計靈活性”理念,認為設計應改變過去死套標準、忽視景觀生態及美學效果,而應注重公路本身構造物的美學處理,從道路使用者和沿線居民視覺角度考慮景觀合理布局,充分體現“以人為本”的設計思想,為國內其它旅遊公路及各等級公路的景觀建設提供了示範。部分學者從生態、視覺、經濟等角度來構建評價指標體系對道路景觀進行評價。如王紅[38 ]以道路景觀敏感度作為評價指標,並給出了數學模型;陳雨人等[39 ]選擇道路聲環境、大氣環境、生態環境和道路景觀四個方面的指標利用層次分析法來評價道路環境影響大小;崔崧等[40 ]從美學質量、景觀閾值、景觀敏感度、特殊價值四個方面討論了高速公路兩翼景觀評價方法;張陽等[41 ]給出了公路景觀及視覺影響評價的具體內容及方法流程。已有的研究多從道路功能、污染角度出發,對景觀的視覺美學考慮較少,即使考慮了視覺美學因子,也缺乏對於景觀欣賞主體人的考慮。近年來我國典型案例研究是張慧等[42 ,43 ] (2003) 參考美國林務局的“視覺管理系統”和美國土地管理局的“視覺管理”利用遙感和GIS技術結合專家評價法,建立的青藏鐵路沿線的景觀視覺管理系統,定量分析和評價了鐵路建設工程對高原景觀帶來的衝擊。當前國內還沒有人使用心理物理學法對公路景觀進行研究。

道路景觀生態研究的重點領域

道路生態學影響

道路生態學影響包括道路的理化環境污染,道路修建對動植物棲息地影響,道路景觀空間格局與過程之間的相互作用機理,區域尺度上道路網路的景觀破碎化效應,道路生態學的網路理論,道路系統與周圍環境的相互作用機制。目前我國僅在理化環境污染方面的研究較多。

道路景觀的美學研究

(1) 道路選線對具有特殊美學價值(如自然河流、原始地貌、地方文化特色) 區域的保護和協調關係研究。(2) 道路使用者與沿線居民美學感知研究。不同景觀類型、不同景觀特徵、不同人群、不同地域、不同文化、不同心理狀況等都會影響美學感知效果,然而國外大量研究已經證明在公眾心中審美情趣存在很高的一致性。因此找出適合中國人審美觀念的景觀組成與特徵屬性,對公路景觀規劃設計、資源保護和建設有地方特色公路景觀環境有極大的意義。(3) 公眾參與機制的研究。從管理機制及參與方法上研究目前存在的問題,為營造既滿足道路使用者又滿足沿線居民的道路景觀環境提供理論與技術支撐。

道路景觀規劃與設計

(1) 3S 技術在道路前期選線中的套用研究。在可行性研究階段,利用衛星遙感影像進行大尺度的資源調查和土地利用狀況分析,進行線路優選;在初步設計階段開展公路安全格局研究,輔助進行公路工程設計和景觀設計,參與線路最佳化;在施工圖設計階段,以路域植被恢復、減噪和公路污水處理為突破口,開展公路路域生態環境治理工程設計,為實施公路環境保護和路域環境治理、環境監測奠定技術基礎。(2) 道路構造物設計的美學處理。包括構造物形態、色彩、線條、質地的美學處理,材料的選擇等。

展望

道路景觀生態學在我國是個嶄新的領域,許多研究內容有待探索。我國近期道路景觀生態研究應著重從以下兩方面開展工作。

(1) 總結國內外現有成果,引入新方法與理論,開展前沿研究。通過全面系統地總結國內外近年來道路生態學研究成果和相關學科如景觀生態學、恢復生態學等方面的研究,為道路景觀生態學研究提供理論基礎,重視新技術、新方法的套用,如3S 技術、三維動態可視技術;加強對典型地區的跨尺度綜合研究,對景觀結構與功能的關係作深入的探索。當前,定量評價道路網路的景觀破碎化效應是國際上道路景觀生態學研究的一個難點,我國已經開展了一些前沿研究,如宗躍光[44 ]提出景觀生態網路的概念,根據網路理論構造網路結構影響度模型,並結合GIS 與RS 技術對北京市道路網路景觀破碎化做了案例分析;李雙成[45 ]利用GIS 技術對全國不同等級道路網路的生態系統破碎化進行了初步分析,這些研究將積極推動我國道路景觀生態學的發展。(2) 以典型旅遊公路為突破口,開展細緻深入的景觀調查、路線優選、構造物設計等景觀規劃設計工作。充分收集和利用現有歷史資料,如航片和衛片,對道路沿線水文、土壤、地質地貌、氣候、土地利用、經濟發展、文化、歷史、民俗等資料開展充分細緻的景觀普查、規劃與設計工作。我國道路選線歷來重視地質選線、地形選線,而結合生態環境選線相對處於弱勢,從景觀資源保護(尤其景觀美學資源) 來考慮選線更是欠缺。美國的風景道路( scenic road) 網路由於十分注重路域美學資源的保護已經成為美國人高質量生存環境的重要標誌之一,其景觀規劃設計思想很值得我國借鑑。我國“川九路”景觀設計的成功在於不僅考慮了道路本身設計的美學處理,如邊坡的放緩、擋土牆的質地修飾、圖案設計、道路線形的修飾等;同時十分重視路線線形與沿線自然景觀(自然植被、溪流、地形) 的協調和人文景觀(寺廟、地方村落) 特色的體現,從而實現了公路構造物本身細節美和與周圍景觀和諧美、自然美和人文美有機結合。道路景觀生態學作為一門新興的交叉學科,隨著各分支學科的發展和我們對道路景觀生態問題的關注,相信研究隊伍會越來越壯大,前景會更美好。