道路景观生态学研究进展

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道路景观生态学研究进展

 道路景观生态学研究进展

王　云1 ,2 ,3 　崔　鹏1 　李海峰2
(1. 中国科学院成都山地灾害与环境研究所,成都610041 ;2. 交通部规划
研究院,北京100029 ;3 中国科学院研究生院,北京100039)

摘　要:道路景观生态学目前在国内还是一个较新的概念,作者认为该领域主要包括三方面内容:道路生态学影响、道路景观美学评价、道路景观规划与设计。本文从这三个方面分别综述了道路景观生态学国内外研究进展情况,并提出研究的重点领域:道路的理化环境污染,道路修建对动植物栖息地的影响,道路景观空间格局与过程之间的相互作用机理,区域尺度道路网络的景观破碎化效应,道路生态学的网络理论,道路系统与周围环境的相互作用机制;道路选线对具有特殊美学价值(如自然河流、原始地貌、地方文化特色) 区域的影响研究,道路使用者与沿线居民美学感知研究,公众参与途径机制的研究;3S 技术在道路前期选线应用研究,道路构造物的美学处理等。最后本文对我国在该领域研究做了展望,认为未来应着重从两个方面进行突破:总结国内外现有成果,引入新方法与理论,开展前沿领域研究;以典型旅游公路为突破口,开展细致深入的景观调查、路线优选、构造物美学设计等工作,以期公路设计部门形成重视前期道路景观选线与后期景观设计的思想。

关键词:景观规划与设计　景观评价　景观美学　绿道

Research Progress on Road Landscape Ecology 3
WANGYun1 ,2 ,3 　CUI Peng1 　LI Haifeng2
(1. Institute of Mountain Hazards and Environment ,CAS ,Chengdu ,610041 ;
2. Transport Planning and Research Institute ,MOC ,PRC ,Beijing 100029 ;
3. Graduate School ,CAS ,Beijing 100039) 

Abstract :The conception of road landscape ecology is fresh in China ,which mainly contains three aspects of contents : ecological effect of road ,aesthetics quality assessment and landscape planning or design. This paper reviewed the developing status of road landscape ecology both home and abroad from these three aspects respectively ,summarized the important research issues at present including : physical and chemical pollution caused by road construction ,impact to wildlife habitat ,impact each other between landscape pattern and process along road ,road net landscape fragmentation effect ,the interaction mechanism of road system and environment ,impact of road route selecting on important aesthetic value area (such as pristine river ,physical relief and cultural character ) ,aesthetics perception of road user and roadside residents ,method & mechanism of public take part in road landscape design from first stage to last ,3S technology used in primary design stage and aesthetics modification to road structure. Finally ,the developing trend of road landscape ecology in China was provided from two aspects : summarizing systemically achievement both home and abroad related to road landscape ecology and introducing new theory and technology to carry out advancing front of research ; taking representative parkway as research area ,carrying out comprehensive landscape investigation ,route selecting comparatively ,aesthetics design of road structure to form the idea of attaching importance to landscape route selecting earlier period and landscape design late period among related branches of road.
Key words :landscape planning and design ,landscape assessment ,landscape aesthetics ,greenway、

　　作为一种线性基础设施,道路在促进人类经济和社会发展的同时,也对生态环境产生巨大的影响,如路域理化环境的污染、动植物栖息地的干扰、水土流失的加剧、生物多样性的减少、地质灾害的诱发、景观视觉质量的下降等[1 ] 。当前国外在道路生态学影响、道路景观美学评价、道路景观规划设计等方面已经有了非常广泛和深入的研究[2～5 ] 。随着景观生态学的发展,越来越多的学者将该学科理论与方法用于道路及道路网生态效应研究[8 ,9 ] ,逐步形成了一门新兴交叉学科———道路景观生态学。在此我们将其定义为:研究道路、道路网络景观空间结构和功能时空动态变化及相互作用机理,进行道路景观评价及规划设计,合理利用和保护道路景观中集成生态、地理、经济和人文各要素,为人类社会经济发展提供理论依据和实践指导,具有生态、文化及美学价值的一门新兴交叉学科。国内的道路景观生态学研究多集中在边坡生态恢复、绿化设计、道路环境污染等方面,研究深度和广度相对较欠缺,立足景观角度来研究的更少。本文将重点从道路生态学影响、道路景观美学评价、道路景观规划与设计三方面系统总结国内外研究进展,并对当前我国开展该领域研究进行了有益的探讨。

1 　国外道路景观生态学研究概况

1. 1 　道路的生态学影响

　　在欧洲和北美,自上个世纪70 年代人们就开始对线性基础设施建设的生态学影响开展了大量研究,包括道路建设对植物种群产生的影响如导致植物死亡和生境丧失、生态环境物理化学变化、路侧植被改变;对动物种群产生的生态影响如道路交通事故致死、道路回避巢区转移、迁移路线改变及障碍作用导致生境和种群的破碎化;此外道路还强烈地改变景观格局和过程。道路生态学影响的定量化测度指数包括道路密度、道路位置和道路影响域[6 ] 。2000 年4 月第十五届美国景观生态学会议就把公路和公路网的生态效应作为新出现的学科领域与增长点之一。以Forman 等人为代表的学者强调不同等级的公路对野生动植物传播、迁移所造成的影响,探讨如何在建设新的道路设施时为野生动物迁移设计专门的通道,以及如何在已经分割的七零八落的生境之间建立联系。这些问题逐渐成为景观生态学研究的一个新领域[7 ] 。当前对道路生态学影响的研究已经提升到了景观的高度,人们不再局限于单一物种和栖息地的研究,而转向多物种、多个生态系统(景观) 的综合研究。近几年代表性的研究有Da2vide[8 ]用空间斑块指数和价值功能定量的评价了线状廊道对多个生态系统(景观) 破碎的影响,为规划选线提供了参考依据,然而其缺点也是明显的:由于评价的是所有斑块,斑块的个性(哪个受到影响,哪个不受影响以及影响到什么程度) 也不能确定,在价值功能确定过程中完全依靠专家个人经验,可靠性不能得到保证;Mariam 等[9 ]在评价交通网络的景观成了一门新兴交叉学科———道路景观生态学。在此我们将其定义为:研究道路、道路网络景观空间结构和功能时空动态变化及相互作用机理,进行道路景观评价及规划设计,合理利用和保护道路景观中集成生态、地理、经济和人文各要素,为人类社会经济发展提供理论依据和实践指导,具有生态、文化及美学价值的一门新兴交叉学科。国内的道路景观生态学研究多集中在边坡生态恢复、绿化设计、道路环境污染等方面,研究深度和广度相对较欠缺,立足景观角度来研究的更少。本文将重点从道路生态学影响、道路景观美学评价、道路景观规划与设计三方面系统总结国内外研究进展,并对当前我国开展该领域研究进行了有益的探讨。

　　1 　国外道路景观生态学研究概况

　　1. 1 　道路的生态学影响在欧洲和北美,自上个世纪70 年代人们就开始对线性基础设施建设的生态学影响开展了大量研究,包括道路建设对植物种群产生的影响如导致植物死亡和生境丧失、生态环境物理化学变化、路侧植被改变;对动物种群产生的生态影响如道路交通事故致死、道路回避巢区转移、迁移路线改变及障碍作用导致生境和种群的破碎化;此外道路还强烈地改变景观格局和过程。道路生态学影响的定量化测度指数包括道路密度、道路位置和道路影响域[6 ] 。2000 年4 月第十五届美国景观生态学会议就把公路和公路网的生态效应作为新出现的学科领域与增长点之一。以Forman 等人为代表的学者强调不同等级的公路对野生动植物传播、迁移所造成的影响,探讨如何在建设新的道路设施时为野生动物迁移设计专门的通道,以及如何在已经分割的七零八落的生境之间建立联系。这些问题逐渐成为景观生态学研究的一个新领域[7 ] 。当前对道路生态学影响的研究已经提升到了景观的高度,人们不再局限于单一物种和栖息地的研究,而转向多物种、多个生态系统(景观) 的综合研究。近几年代表性的研究有Davide[8 ]用空间斑块指数和价值功能定量的评价了线状廊道对多个生态系统(景观) 破碎的影响,为规划选线提供了参考依据,然而其缺点也是明显的:由于评价的是所有斑块,斑块的个性(哪个受到影响,哪个不受影响以及影响到什么程度) 也不能确定,在价值功能确定过程中完全依靠专家个人经验,可靠性不能得到保证;Mariam 等[9 ]在评价交通网络的景观破碎影响时,从区域宏观(立体交叉点、各等级道路长度、道路密度) 和地方微观(道路沿线地区自然人文特征和道路本身特征) 两种尺度来分析,为道路破碎化分析提供了新思路;Ariel[10 ]在总结前人研究的基础上,基于更好的管理森林道路,提出了道路生态系统的概念,这克服了前人单纯从地理、生态、经济、美学等单一角度来评价道路的缺陷,而综合考虑了植被、水土流失、道路基础设施、人流和物流、各种污染、社会经济影响、美学等要素,从而形成综合评估体系,该道路生态系统评估体系的提出具有较突出的优点,如可分析所有类型道路而不论其具体地理位置、提供一个整体框架来分析道路各方面(规划-建设- 运营- 放弃) 、建立在空间概念基础上从而对景观管理是有益的补充。2002 年,2 本道路生态学的专著《路域生态学- 理论及实践》(《Road ecology :Science and Solutions》) 、《道路生态学影响》(《Ecological effect s of roads》) 的出版集中体现了国外道路生态学最新研究成果[2 ,3 ] 。

1. 2 　道路景观美学评价

　　早在上个世纪60 年代,西方国家就开始重视道路景观的美学价值,尤其对位于风景区和具有人文特色区域的道路。道路景观美学评价在美国一直是研究和实践(道路景观规划设计) 的主题之一,美国政府大多数职能部门和各州政府都有各自的一套道路景观美学评价方法[11 ] ,运输部的评价指标体系包含生动性(vividness) 、统一性( unity) 和完整性( In2tactness) ,使用公式V + U + I/ 3 ,对比公路建设前后道路景观质量变化[4 ] ;“国家风景公路规划”针对道路沿线风景的、自然的、历史的、文化的、考古学的和娱乐休闲的景观资源应用可记忆性、独特性、原始性和完整性四个指标来评价[12 ] ;土地管理局应用变化性和协调性两个指标来评价道路建设前后所影响的7 个因子,包括地形、植被、水体、色彩、临近风景、稀有性和文化特征的变化情况,因为他们认为这7 个因子能够代表道路景观的美学价值[13 ] ;美国森林管理部门(US Forest Service) 在1995 年出版的《景观美学》一书既可用于公路景观管理又可用于森林景观管理。美国已经有专门立法对具有美学价值的道路景观进行保护,而且“视觉美”已经作为环境管理的核心领域之一[11 ,14 ] 。美学评价媒介多为照片、幻灯片、录像带、素描图,近年来3S 和三维动态可视化技术也开始应用。许多研究表明照片评价和现场评价几乎没有区别,有的学者研究拍摄角度、地点选择、光线条件等对评价结果的影响[15 ] ;有的研究不同景观特征对景观美学感知贡献作用的大小[11 ] ;有的力图把景观生态学方法与3S 技术相结合,如将景观格局指数与大众审美感知建立联系,结果显示约一半的景观感知的变化能用景观指数来解释[16 ] ,这在景观美学评价方法上是个新突破,但仍有待于进一步研究;路域景观视觉质量评价应让广大道路使用者参与进来,公众的意见和建议可为当地公路管理部门制定相关政策、进行新建公路景观规划提供依据[17 ] ,还有学者指出未来3D 空间模拟技术将会大大推动景观美学评价[18 ] 。国外景观美学评价经过40 多年的发展,已经形成4 大学派:专家学派;心理物理学派;认知学派和经验学派[19 ] ,而前两者应用最广泛。专家学派认为凡是符合形式美的原则的风景都具有较高的风景质量。所以,风景评价工作由少数几个训练有素的专业人员来完成,评价思想是把风景用4 个基本元素来分析,即:线条、形体、色彩和质地,强调诸如多样性、奇特性、统一性等形式美原则在决定风景质量分级时的主导作用。另外,专家学派还常常把生态学原则作为风景质量评价的标准。心理物理学派的主要思想是把风景与审美的关系理解为刺激- 反映的关系,于是把心理物理学信号检测方法应用到风景评价中来,通过测量公众对风景的审美态度,得到一个反映风景质量的量表,然后将该量表与各风景成分之间建立起数学关系。审美态度的测量方法有多种,目前公认为较好的有2 种,一为评分法( SBE -Scenic beauty estimation procedure) ,由Daniel 等人创立[20 ] ;二为审美态度测量法,以比较评判法为基础,被称为LCJ (Law of comparative judgment) 。国外道路景观美学评价多采用专家法和心理物理学法,近年来有相互融合的趋势。展望未来21 世纪的景观美学(视觉景观) 评价,生态系统的评价(时空尺度上) 相比某时刻对于某些特定景观特征的评价更为重要,生态系统管理中对于复杂时空动态景观有效的表达是景观质量评价一个主要的挑战。随着GIS、遥感和仿真技术、数学模型等的发展,将大大有助于应对这些挑战。同时,传统景观质量评价也遭到“生物中心论评价”和“社会文化中心论评价”的挑战,因此传统的专家法和基于感知的方法要相互整合同时吸收其他学科知识,积极应对上述挑战[21 ] 。

1. 3 　道路景观规划与设计

　　国外非常重视道路景观规划中文化价值的体现、历史遗产的保护、自然风景的欣赏和路域景观的娱乐休憩功能,在设计中充分考虑道路使用者、道路沿线居民的视觉美感度,如植被设计、色彩搭配、群落组成、野生花卉的使用、道路构造物的美学处理等,在具体设计时交通部门通常邀请工程学者、植物学家、土壤学家、美学家、景观设计师等多学科专家共同组成设计团队,并且定期召开有沿线居民参与的道路景观规划设计的讨论会,最大限度的体现效益优化与利益公平原则。Thomas[22 ]和Richard[23 ]在道路景观设计时都强调文化景观与自然景观并重的思想;Viles 等[24 ] 把绿道(greenway) 和连接度的概念应用到新西兰道路网络规划和设计中,认为绿道的优点有:改善景观破碎的不良影响,把生态和文化资源连接到网络中,具有美学效果,农业上防止水土流失、促进土壤营养元素的再循环,调节微气候等。Viles 将绿道分为六类: 娱乐功能为主的绿道(如小径、步行小路、河岸线性公园路、运河、航线) 、风景文化历史意义的绿道(如文化性、自然性、历史价值) 、生态的绿道(如河流、溪流、山脊、野生动物通道) 、水岸边绿道(如城市河岸、滨水区) 、城市缓冲绿道(如绿带、公园道路) 、绿道网络(包括上面所有绿道,形成地方或区域的生态基础设施) ,为了提高景观连接度,还要建立新斑块和廊道。Hein[25 ]把道路构造物(如道路路线、高架桥、涵洞、服务区、观景台、噪声墙) 和生态相结合,更好的使非生命设施融入自
然景观,同时也加入艺术家的灵感,如在涵洞内,用枯枝落叶和树干堆积成排,以吸引水陆两栖动物、蜥蜴、昆虫、黄鼠狼等通过;混凝土噪声墙在减噪效果上好,但是生态性和景观效果都不尽人意,结合地形地貌利用土堆代替混凝土噪声墙,同样既达到减噪效果,且景观表现很理想,道路致死率也降低很多。同时,国外在进行公路景观规划和设计时,认为公众自始至终全过程的参与、可视化技术的运用、多学科成员组成的设计团队、设计标准的灵活掌握和创造性应用等对于完成一个成功的公路景观作品是至关重要的[26 ] 。

2 　我国道路景观生态学研究现状

　　国内尚没有明确提出道路生态学研究的概念,但已经开展了少数属于此方面的研究,如道路影响理化环境和道路污染[27 ,28 ] ,城市景观中道路廊道的生态影响以及在城市景观变化中的作用[29 ,30 ] ,公路铁路建设运营对生态环境的影响也有部分论述[31～33 ] ,但缺乏实际的案例。1996 年交通部颁布《公路建设项目环境影响评价规范》后,部分学者才开始对道路建设的环境问题进行比较深入的探讨,陈华新等[36 ]认为公路建设项目对环境的破坏主要表现为:交通噪声、大气污染、水污染、土质影响、生态破坏、景观失调等,社会条件、使用者的需求和自
然条件就决定了公路建设对环境的影响程度;张玉芬[37 ]认为高速公路对环境的影响主要为景观、生态及生活环境问题,景观优化和生态恢复具有互补性,并提倡公路景观设计与环境相融洽、景观利用及保护的原则。她认为公路的规划设计及路线合理选择是减少高速公路对环境影响的重要环节。近年来,随着景观生态学的发展,应用该学科分析方法来分析道路景观生态问题的研究也有一些,如张镱锂等[34 ] 、张慧等[35 ]对青藏公路、铁路沿线土地利用和景观格局做了初步探讨。总体看来,我国在道路生态学方面的研究缺乏系统性,研究过分集中在道路理化污染影响,生态恢复绿化等方面,而对于动植物生态环境破坏、景观破损、水土流失等自然地理综合影响实例研究不多且定量研究缺乏。道路规划研究多从工程自身、经济评价等方面考虑,生态学影响的考虑仍然处于次要地位,即使考虑也局限于对于自然保护区、湿地、水体的避让,而缺乏更系统完善的从地形地貌、植被动物、水系、景观资源保护等综合角度的考虑。对于景观设计,大量研究集中在公路绿化设计上,内容也局限于沿线点状区域(如服务区、立交区等) ,线形区域(边坡、中央分隔带、隔离栅等) ,设计人员作用发挥的空间较小。对于道路路域之外的景观,缺乏对其与道路工程的协调性研究。近年来“四川川主寺至九寨沟旅游公路(川九路) ”被作为中国公路与自然环境相和谐的交通环保示范样板工程推出,使之成为新中国公路建设50 多年来,我国第一条环保标志性路段,被誉为“安全、舒适、环保、示范”的典范。川九路在设计中提出了“公路设计灵活性”理念,认为设计应改变过去死套标准、忽视景观生态及美学效果,而应注重公路本身构造物的美学处理,从道路使用者和沿线居民视觉角度考虑景观合理布局,充分体现“以人为本”的设计思想,为国内其它旅游公路及各等级公路的景观建设提供了示范。部分学者从生态、视觉、经济等角度来构建评价指标体系对道路景观进行评价。如王红[38 ]以道路景观敏感度作为评价指标,并给出了数学模型;陈雨人等[39 ]选择道路声环境、大气环境、生态环境和道路景观四个方面的指标利用层次分析法来评价道路环境影响大小;崔崧等[40 ]从美学质量、景观阈值、景观敏感度、特殊价值四个方面讨论了高速公路两翼景观评价方法;张阳等[41 ]给出了公路景观及视觉影响评价的具体内容及方法流程。已有的研究多从道路功能、污染角度出发,对景观的视觉美学考虑较少,即使考虑了视觉美学因子,也缺乏对于景观欣赏主体人的考虑。近年来我国典型案例研究是张慧等[42 ,43 ] (2003) 参考美国林务局的“视觉管理系统”和美国土地管理局的“视觉管理”利用遥感和GIS技术结合专家评价法,建立的青藏铁路沿线的景观视觉管理系统,定量分析和评价了铁路建设工程对高原景观带来的冲击。当前国内还没有人使用心理物理学法对公路景观进行研究。

3 　道路景观生态研究的重点领域

3. 1 　道路生态学影响

　　道路生态学影响包括道路的理化环境污染,道路修建对动植物栖息地影响,道路景观空间格局与过程之间的相互作用机理,区域尺度上道路网络的景观破碎化效应,道路生态学的网络理论,道路系统与周围环境的相互作用机制。目前我国仅在理化环境污染方面的研究较多。

3. 2 　道路景观的美学研究

　　(1) 道路选线对具有特殊美学价值(如自然河流、原始地貌、地方文化特色) 区域的保护和协调关系研究。(2) 道路使用者与沿线居民美学感知研究。不同景观类型、不同景观特征、不同人群、不同地域、不同文化、不同心理状况等都会影响美学感知效果,然而国外大量研究已经证明在公众心中审美情趣存在很高的一致性。因此找出适合中国人审美观念的景观组成与特征属性,对公路景观规划设计、资源保护和建设有地方特色公路景观环境有极大的意义。(3) 公众参与机制的研究。从管理机制及参与方法上研究目前存在的问题,为营造既满足道路使用者又满足沿线居民的道路景观环境提供理论与技术支撑。

3. 3 　道路景观规划与设计

　　(1) 3S 技术在道路前期选线中的应用研究。在可行性研究阶段,利用卫星遥感影像进行大尺度的资源调查和土地利用状况分析,进行线路优选;在初步设计阶段开展公路安全格局研究,辅助进行公路工程设计和景观设计,参与线路优化;在施工图设计阶段,以路域植被恢复、减噪和公路污水处理为突破口,开展公路路域生态环境治理工程设计,为实施公路环境保护和路域环境治理、环境监测奠定技术基础。(2) 道路构造物设计的美学处理。包括构造物形态、色彩、线条、质地的美学处理,材料的选择等。

4 　展望

　　道路景观生态学在我国是个崭新的领域,许多研究内容有待探索。我国近期道路景观生态研究应着重从以下两方面开展工作。

　　(1) 总结国内外现有成果,引入新方法与理论,开展前沿研究。通过全面系统地总结国内外近年来道路生态学研究成果和相关学科如景观生态学、恢复生态学等方面的研究,为道路景观生态学研究提供理论基础,重视新技术、新方法的应用,如3S 技术、三维动态可视技术;加强对典型地区的跨尺度综合研究,对景观结构与功能的关系作深入的探索。当前,定量评价道路网络的景观破碎化效应是国际上道路景观生态学研究的一个难点,我国已经开展了一些前沿研究,如宗跃光[44 ]提出景观生态网络的概念,根据网络理论构造网络结构影响度模型,并结合GIS 与RS 技术对北京市道路网络景观破碎化做了案例分析;李双成[45 ]利用GIS 技术对全国不同等级道路网络的生态系统破碎化进行了初步分析,这些研究将积极推动我国道路景观生态学的发展。(2) 以典型旅游公路为突破口,开展细致深入的景观调查、路线优选、构造物设计等景观规划设计工作。充分收集和利用现有历史资料,如航片和卫片,对道路沿线水文、土壤、地质地貌、气候、土地利用、经济发展、文化、历史、民俗等资料开展充分细致的景观普查、规划与设计工作。我国道路选线历来重视地质选线、地形选线,而结合生态环境选线相对处于弱势,从景观资源保护(尤其景观美学资源) 来考虑选线更是欠缺。美国的风景道路( scenic road) 网络由于十分注重路域美学资源的保护已经成为美国人高质量生存环境的重要标志之一,其景观规划设计思想很值得我国借鉴。我国“川九路”景观设计的成功在于不仅考虑了道路本身设计的美学处理,如边坡的放缓、挡土墙的质地修饰、图案设计、道路线形的修饰等;同时十分重视路线线形与沿线自然景观(自然植被、溪流、地形) 的协调和人文景观(寺庙、地方村落) 特色的体现,从而实现了公路构造物本身细节美和与周围景观和谐美、自然美和人文美有机结合。道路景观生态学作为一门新兴的交叉学科,随着各分支学科的发展和我们对道路景观生态问题的关注,相信研究队伍会越来越壮大,前景会更美好。

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作者简介
王云(WANG Yun ,1980 ,3 - ) ,男,汉族,在读博士,主要从事道路生态环境保护、景观美学评价及设计研究,已经发表文章3 篇。

  本文关键词：道路景观生态学研究进展，由笔耕文化传播整理发布。