生态因子的考量如何融入现代城乡规划

  导  读  

生态文明建设作为一项重要的国家战略决策之后，现代城乡规划越来越注重人与自然的和谐共生。城市生态系统虽然作为一个长期受人类活动影响、以人为中心的陆生生态系统，但是其中的物质循环、能量流动和信息传递与自然生态系统中的环境生态因子有紧密的联系。

本文将从生态学角度对生态因子进行全面梳理，并总结出在城乡规划中利用生态因子的技术手段和展示相关案例成果。

作者|梁楠（上海复旦规划建筑设计研究院有限公司）

论文来源|2018城市发展与规划论文集

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研究背景

十八大将“大力推进生态文明建设”作为重要的战略决策，把生态文明建设放在突出位置，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程。国务院《关于加快推进生态文明建设的意见》强调了生态文明建设的突出战略位置，贯穿“绿水青山就是金山银山的理念”。

十九大报告提出“加快生态文明体制改革”，指出了生态文明建设的科学内涵和具体实施方向。2018 年十三届人大一次会议更是通过宪法修正案表决，将“生态文明”写入宪法。

这些都要求我们要坚持人与自然和谐共生，秉持“绿水青山就是金山银山”的理念，将山水林田湖视为生命共同体，用最严格的法治制度建立生态保护的刚性约束，创造良好的生态环境和提供更多的生态产品不断满足人民日益增长的优美生态环境的需要。

我国传统城乡规划以经济发展和城市扩张为导向，其结果带来了中国城镇化率的提升，建设用地扩张和人口的增长，也导致了绿地退化、水质污染、空气质量下降等环境后果。现代城乡规划已经扭转了这以传统规划思路模式，将生态文明放到城乡规划的前置条件，追求社会的绿色可持续发展。

所以现代城乡规划就要求城乡规划人员需要有很强的生态环保意识和一定的生态学专业理论素养，需要将城市作为一个复杂的城市生态系统去看待，了解这个系统的组成、结构和运行模式。

本文中作者将从生态学专业的角度去解读如何在现代城乡规划中融入城市生态系统中的生态因子的考量，以及生态因子的考量在现代城乡规划中的实现手段。

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生态因子理论基础

2.1 城市生态系统

生态系统的概念是生态学的核心， 根据A.G.Tansley（1935）的定义，生态系统是指一定范围内生物有机体（包括动物、植物和微生物）及其生活的周围无生命环境（包括空气、水、土壤）所组成的统一体[1]。城市生态系统（图1）具有生态系统的一般特征，但是被人为改变了结构、改造了物质循环和部分改变了能量转化，是一个长期受人类活动影响的、以人为中心的陆生生态系统。

2.2 生态因子

生态因子指对生物有影响的各种环境因子，常直接作用于个体和群体，主要影响个体生存和繁殖、种群分布和数量、群落结构和功能等。各个生态因子不仅本身起作用，而且相互发生作用，既受周围其它因子的影响，反过来又影响其它因子[2]。

生态因子可以分成非生物因子和生物因子两大类，其中非生物因子主要包括气候因子（光照、温度、降水、风…）、地形因子（高程、坡度、坡向…）、土壤因子（土壤结构、土壤理化性质、土壤肥力和土壤生物…），生物因子包括包括生物之间的各种相互关系，如捕食、寄生、竞争和互惠共生等。

在生物因子中人为因子有着自身的独特性和重要性，分布在地球各地的生物都直接或间接受到人类活动的影响，使得在讨论生物因子的时候会将人为因子单独进行讨论。

生态因子在生态系统中遵循的最重要的一条原理是限制因子原理[1]。限制因子原理包括两种基本定律：李比希（J.Liebig）最小因子定律和谢尔福德（V.E.Shelford）耐性定律。

李比希最小因子定律是指生物的生长是受它们需要的综合环境因子中那个数量最小的因子所控制；谢尔福德耐性定律是指生物的生长发育同时也受它们对环境因子的耐性限度（不足或过多）所控制。

限制因子原理要求研究人员在研究复杂环境时首先要注意那些有显著作用、有限的、又容易变化的因子，以便抓住问题的关键。并且在应用限制因子原理的同时还要树立因子补偿作用的概念，利用因子的相互作用改变因子的利用率，从而在一定范围内起到补偿作用。

2.3 生态因子作用

生态因子是生态系统的重要组成部分，生态因子的变化和相互作用是生态系统运行的主要表现形式之一。生态因子可以通过直接或间接的方式整个生态系统物质、能量和信息三个方面的流动变化，进而影响到整个生态系统的稳定性。而整个生态系统的稳定性直接影响其是否能够长期稳定得向人类社会提供生态系统服务功能[3]，是支撑人类可持续发展的基本条件。

生态因子在生态系统的作用形式分为三类[4]：

① 构成维持生物代谢和繁殖所必需的营养物质和理化条件。这些理化条件也都表现为能量或物质，如日照、温度、pH 值、渗透压等。

② 构成种种破坏力量。例如天敌、自然灾害（超限的理化条件）及某些人类活动（滥垦滥牧、工业污染等）。

③ 仅仅作为信息，诱发生物的节律性反应。例如日照和温度的昼夜或季节变化，能引起植物的萌发、生长、开花等阶段变化和动物的冬眠、迁徙等周期活动。

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生态因子考量技术方法

3.1 资料汇编

城乡规划前期的基础资料搜集汇编过程中, 更多注重的是土地利用指标、经济建设增长、人口规模预测等与社会发展紧密相关的上位规划资料和年鉴统计数据等，常常会忽略生态环境保护方面的基础数据资料的搜集。未来城乡规划要融入生态文明理念，探求生态因子对城市发展建设的影响，就需要在进行基础资料汇编时将生态因子和社会因子、经济因子纳入同等考量。

当地规划范围内的重点生态区域（自然保护区、湿地公园、森林公园、风景名胜区、地质公园、饮用水水源保护区、水产种质资源保护区等）是生态因子作用的典型区域，所以在资料搜集时需要把这些区域的详细资料进行全面搜集整理。

另外区域内的重点珍稀或特有物种的数量分布情况及其栖息地、活动路线，特殊地质构造分布情况，非生物因子（风速、风向、降雨量、河流流量、空气质量、地形特征、土壤成分等）的历史的现状数据资料都是前期资料搜集时必须纳入考量的。

只有充分的搜集了相关的生态上位规划和数据资料，才能为充分、全面的在现代城乡规划中融入生态因子的考量打好基础。

3.2 实地调研

城乡规划要求规划人员必须去当地进行深入、全面、细致的现场考察，去感受当地的风土人情、城市特色和社会风貌。但是生态文明建设要求下的现代城乡规划对规划人员在现场实地调研过程中有更高的要求。规划人员要将生态因子的现场调查放到与其他因子同等地位。

生态因子的现场调研包括但不限于当地气候、空气质量、植被群落、水系河流、特有物种、典型生态系统、生态环境现状等。另外我们还可以调查当地民众对区域生态环境总体质量和具体生态因子现状的评价和看法。

规划范围内的已建、在建或规划拟建的重大实施项目也是调研过程中必须注意的内容，因为这些项目正在产生或者未来会产生的污染都会对相关生态因子产生影响，进而影响整个区域的生态环境质量。

深入全面的现场调研结合基础资料的汇编可以对当地的生态环境现状和典型生态因子有一个正确充分的认识，为后面的工作打下一个坚实的基础。

3.3 信息技术的运用

近年来，3S（GPS、GIS、RS）技术日益成熟，应用程度越来越广泛，在针对城市化过程的热岛效应[5,6]、城市风廊建设[6,7]、城市降雨径流[8,9]、生物活动保护[10,11] 均有深入的研究。

这些技术在提取区域范围内的生态因子方面可以在时间和空间尺度上很好的弥补资料收集和现场调研的不足。卫星遥感数据结合地理信息系统技术可以对规划区域在过去某个历史节点或某段历史时间段内的生态因子特征的提取，以及在大尺度空间范围内的生态因子特征提取。

在调研之前可以利用这类技术对区域范围内对生态因子的时间变化和空间分布特征进行提取，发现其中生态因子有异常变化的区域，在之后的现场调研过程中可以有针对性的进行详细考察。这样不仅可以事半功倍，还可以准确发现生态问题和环境污染，为城乡规划提供坚实的技术和准确的数据支撑。

3.4 模拟预测

前面三种手段方法都是对规划范围内生态因子在过去和现在的变化分布特征。我们可以根据这些变化分布特征准确的得到不同生态因子在不同的城市发展变化过程中所发挥的影响和起到的作用。但是城乡规划面向的是城市的未来，这就要求规划人员对生态因子在城市未来的发展起到一个什么样的作用和影响做出一个定性甚至是定量的判断。

根据生态因子的分类和在城市发展中的地位作用，许多学者在风环境的模拟[12,13]、降雨量的预测[14,15]、地区生态承载力的预测[16,17] 做了深入的研究。

其中城市区域内风环境的模拟预测对城市风廊的规划设计有着重要的指导意义，而城市风廊的建设对有效减缓城市建成区的热岛效有非常显著的积极意义。在建设海绵城市的时候降雨量的预测是非常有必要的，它可以帮助对比分析海绵城市在建设前后整个城市地表径流的变化，城市内涝减少的效果。

生态承载力则是指在某一特定环境条件下（主要指生存空间、营养物质、阳光等生态因子的组合），某种个体存在数量的最高极限。在城乡规划中利用生态因子来对某一区域的生态承载力进行预测，可以对城市建设规模和人口增长做出一个准确的判断，使城市的建设走在可持续发展的道路上，实现最终的生态文明。

04

案例分析

4.1 生态环境容量测算

生态环境容量，是指在特定自然区域中，自然生态系统的结构和功能不受损害，人类生存环境质量不下降的前提下，能容纳的污染物的最大负荷量。在进行旅游景区相关规划的时候经常要考虑到在当前生态条件降低的情况下，地区生态因子能够综合容纳的最大游客容量。

作者在对湖南某山体景区进行生态容量测算时构建一个包括自然条件容量评价体系和资源空间容量体系的生态环境容量评价模型对景区的生态环境旅客容量进行现状评价，并针对其中容量不足部分进行人工干预提升。

（1）自然条件容量评价体系包含水体净化容量、大气环境容量和生物环境容量。

水体净化容量根据BOD 指标进行计算，计算公式如下：

公式1W=[(Cs-Co*Q]*24h*60min*60s/Ca

W: 水体自净容量；Cs: 水体控制目标浓度(mg/L)；Co: 背景值浓度(mg/L); Q: 径流量(m3/s);Ca: 日人均污水生产量(40g/ 人•d)。

其中水体控制目标浓度Cs 按照《地表水环境质量标准》中Ⅰ类指标值，该山作为鲜有人类活动的原生态环境Co 根据经验值取0.4mg/L，Ca 根据《旅游与环境》标准取40g/ 人•d。得到景区水体净化现状日容量为1357 人。

大气环境容量选取总悬浮物颗粒指标进行计算，计算公式如下：

公式2 W= 总悬浮物颗粒总容量/ 日人均产生总悬浮物颗粒=( 规划面积* 大气环境有效厚度*（分级指标值- 现日均TSP）)/ 日人均产生总悬浮物颗粒

依据《环境空气质量标准》对区域内的分级指标取一级标准0.12mg/m3，大气环境有效厚度根据资料取10km，根据《旅游与环境》日人均产生总悬浮物颗粒为60g/ 人• 天，根据张家界环保局日均PM10 检测值推算得到景区日均TSP 为0.08mg/ m3，得到景区大气环境现状日均容量为7.55 万人。

生物环境容量依据规划区内的珍稀保护生物的活动范围和有效隔离范围进行计算。根据资料和现场调研未在景区界内发现有珍稀保护动物，所以生物环境容量无上限，对未来规划没有影响。

（2）资源空间容量评价体系包括植被承载容量和游览线路容量。植被承载容量是以现有植被覆盖面积为依据，计算能够满足游客对于绿色植物景观需求的最大容量。

景区有良好的植被资源，多以疏林草地和阔叶林地为主，植被覆盖率87%，人均单位指标0.4公顷，计算得到植被承载容量2.4 万人/ 天。游览线路容量以现有道路为依据，计算能够满足游客对于合理观赏游览需求的最大容量。

计算公式如下：

公式3 游览线路容量=（游览线路最大距离/ 人均合理游览距离）* 人均日周转率

山顶现有可利用道路长度10.21km，人均合理游览距离5m，人均日周转率1.5，计算得到景区现有游览线路日均容量3063 人。

（3）根据景区的生态环境容量现状结果显示，目前景区的生态环境容量短板是水体净化容量、植被承载容量和游览线路容量。

针对这三个评价指标进行规划提升，满足未来旅游度假区的游客量要求。

水体净化容量的提升是在不破坏现有生态环境的水质环境条件下，拓宽水域面积增加水系高差提高径流并规划相应污水净化处理设施，提高水体净化能力。

通过规划拓宽水域面积，增加水系高差，显著提升地表水系径流量至2.5m3 /s，并且规划污水处理能力2700t/d，可以将水体净化容量提升至日均4.6 万人。

植被承载容量是通过对特定区域的植被类型进行改造，提高植被类型的多样性和景观美学效应，增加植被承载容量。规划对现有植被区域的20% 进行植被类型改造，可以允许的最大指标容量达200 人/ 公顷，提升后的植被承载容量达平均4.2 万人/ 天。

游览线路容量的提升是通过对现有交通线路重新规划，对现有交通线路进行拓宽延长，并且进行分级分类，增加了游览车道、自行车道和观光步道，规划总长86km，其中观光步道33km。根据不同游览方式的合理游览距离计算得出游览线路提升后容量为日均7.35 万人。

4.2 生态敏感性分析

生态敏感性是生态系统在特定时空尺度相对于外界干扰所具有的敏感反应和恢复能力，是生态系统的固有属性。它反映区域生态系统在遇到干扰时, 发生生态环境问题的难易程度和可能性的大小, 并用来表征外界干扰可能造成的后果。即在同样干扰强度或外力作用下, 各类生态系统出现区域生态环境问题可能性的大小。

作者在对贵州某城镇组群概念规划时进行了生态敏感性分析，依据可行性、代表性和区域完整性的因子选取原则，并结合规划范围的实际情况，从生态环境条件和建设发展需求两大方面总共选取八个具有代表性的评价因子。

其中生态环境条件包括高程因子、坡度因子、坡向因子和植被因子；建设发展需求包括水域河道保护、重点保护区域、建设用地因子和地质灾害因子。

通过加权分值将两个方面总共8 项评价因子进行综合叠加，生态环境条件和建设发展需求各占50%权重。生态环境条件因素中，植被因子占20%，高程、坡度、坡向因子各占10%；建设发展需求因子中，水域及缓冲带保护占20%，重点保护区域、建设用地因子和地质灾害因子各占10%。

利用GIS 软件对以上各个因子评价结果进行叠加计算得到规划范围内生态敏感性等级分布结果。全区分为极度敏感区、高度敏感区、一般敏感区和低度敏感区。

05

结论与展望

生态文明理念的提出为未来的城乡规划工作提出了更高的要求和目标，要在城乡规划中体现生态文明、建设生态文明、发展生态文明。

作者从生态学角度阐述了生态因子的科学内涵和在生态系统中的地位，指出生态因子的考量在现代城乡规划中的重要作用。想要在现代城乡规划中融入生态因子的考量，就必须从资料汇编、现场调研、3S 技术应用和模拟预测四个方面出发进行生态因子的考量，才能准确的评价生态因子在城市发展演变过程中发挥的作用。

只有正确的对生态因子进行评估预测，才能在城乡规划过程中实现生态文明理念，实现人与自然和谐相处，走向可持续发展道路。

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参考文献：

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