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有序又野性,种植设计还能这么做?

景观设计学 2021-09-06 来源:景观中国网
原创
通过创建由植物构成的人工生态系统,景观设计项目得以缓解气候变化的严峻影响。尽管人们普遍认识到了生态学对于景观塑造的重要性,但景观设计专业人士却普遍缺乏构建稳定植物系统的知识和实践技能,因此迫切需要探索种植设计的新方法和新工具。

通过创建由植物构成的人工生态系统,景观设计项目得以缓解气候变化的严峻影响。尽管人们普遍认识到了生态学对于景观塑造的重要性,但景观设计专业人士却普遍缺乏构建稳定植物系统的知识和实践技能,因此迫切需要探索种植设计的新方法和新工具。本文概述了城市环境下高生物多样性植物系统的设计原理和方法,着重介绍了可提升物种丰富度、功能多样性和空间复杂性,有助于构造更具韧性的植物景观的设计方法。种植设计中选择那些对胁迫、干扰和竞争表现出相似适应性状的物种,以及构建由多样化植物形态构成的多层次组合,将有助于建构具有兼容性、长期稳定的植物组合。为平衡多种植物组合带来的视觉复杂性,本文结合美国华盛顿特区Phyto设计工作室的案例与研究和实践经验,探讨了提升景观效果的种植设计策略。这些方法总结于作者探讨如何创建人工植物群落的著作——《后荒野世界的种植设计》一书。



生态种植势在必行:创建功能性的系统,而非程式化的生态

Ecological Planting Imperative:

Functional Systems, Not Stylized Ecologies


托马斯·雷纳

Thomas RAINER

Phyto Studio设计工作室负责人


基于生态学的种植设计需求


景观设计领域能否为应对气候变化作出贡献,取决于人工生态系统成功与否。这类生态系统由诸多元素构成,包括土地、水、石头、构筑物、管网等;但在生态层面而言,植物或为其中最重要的元素。植物群落整体上作为一个动态系统,对于陆地生态系统的功能发挥举足轻重:植物可驱动碳、氧循环,辅助成土,调节水循环,并滋养万物。尽管人们普遍认识到了生态学对于景观塑造的重要性,但景观设计专业人士却普遍缺乏构建稳定植物群落的知识和技能。

传统的种植方法仍然在行业中占主导地位,以致人工设计的环境难以具备自然环境的复杂性和功能性,因而亟需探索植物设计的新方法与新工具。本文结合美国华盛顿特区Phyto设计工作室的研究和实践经验,对城市环境下的多样化城市植物群落设计原理与方法进行了阐述。


《后荒野世界的种植设计》封面


通过种植设计来改善景观生态功能潜力巨大。生态思维的谨慎运用可以为应对更宏大的环境问题(如干旱、洪水、水土流失和物种入侵)提供创新型解决方案。此外,生态思维的运用还可以帮助解决持续存在的城市问题,如抑制杂草、避免植被管理中对化学品的过度依赖,以及高效利用维护资源。

为了提升景观设计项目的生态健康水平,设计师需要重新理解种植设计的功能性,而非形式上的美学特性——这并非否认美学在种植设计中的重要性;实际上,令公众意识到植物景观的有序乃至赏心悦目,才是自然种植设计成功的关键。然而,植物物种的筛选、布置与管理不能仅仅出于形式考虑;种植设计应依据当代生态科学和恢复生态学的生态学原理进行。

作者认为,人工植物群落的生态功能取决于其所提供的生态系统服务。天然存在的植物群落具有众多已被广泛证实的生态系统服务[1],这些服务对于土壤微生物的生长繁殖、养分循环、无脊椎动物和其他动物的生命支持,以及大气环境中的碳封存、雨水渗透和存储、废物处理和旱涝灾害的缓解至关重要[2]。可以提升植物群落的生态系统服务的特征包括物种丰富度(物种总数)、功能多样性(不同物种在群落中发挥的功能作用)和空间复杂度(物种的空间分布与栖息方式)。

简而言之,物种多样性的提升可优化植物群落的功能服务[3]——即使在某一群落中两个物种可能发挥着相似的功能,但由于环境条件的变化,它们在不同发展阶段的表现也会出现优劣差异[4]。植物群落中的这种功能性交叠使其能够更好地应对气候变化的影响。



超越单一物种集群:当前景观设计中种植设计手法评述


一项针对中国、北美和欧洲景观设计获奖项目的非正式调查显示,当前的种植方法主要通过模式化的植物配置来表达设计思想。当然也有一些特例,但上述项目大多更加注重植物群落的视觉构成,而非构建动态的群落功能或生态特性。

这并非一个全新的议题。单一物种种植“组团”或“集群”是形式主义设计传统的一种典型特征,融合了植物材料运用的大多数经验智慧。虽然具体模式随时间而改变,但植物在单一物种集群或组团中的排布方式并没有发生变化。自安德烈·勒诺特(André Le Nôtre)或意大利文艺复兴时期的欧洲古典园林以来,植物就已被排布成各种图案以表现规整、对称的几何形状——即便是在其他自然主义运动中,尽管植物集群的形状是自然且不规则的,但植物材料仍以单一物种群体的形式排布。

按植物物种分组是一种实用的植物群落建构方式。这种排布方法使植物配置模式更加清晰可辨,并传达出一种有别于野生植物群落的秩序感与人工管理理念。从生态角度来看,这种方法的问题在于单一物种组团的排他性使用。

单一物种组团种植有如下缺点:首先,相同物种的种植会产生相同的形态、特性和生长习性,这意味着这些植物不能有效地覆盖地表,即使是密集集群,植物之间或植物基部也经常出现间隙。

此外,在植物休眠期间,植物之间也会产生间隙。这些空间或时间上的空隙给了杂草和外来物种侵入的机会。在阳光照射下,植物之间暴露的土壤中微生物的功能会被削弱,将碳释放到大气中,并降低土壤的渗水能力。这一问题的常见解决方法是厚铺护根覆盖物或使用芽前除草剂(在北美地区十分常见),但这些方法都会加剧环境问题。

其次,单一物种组团的过度运用导致大型项目中的生物多样性极低。在传统的植物间隔下,植株密度为3~6株/m2,而生态种植手法可将植株密度提升至9~15株/m2。



种植设计新理念:构建多样的植物系统


一种新的种植理念是用由彼此兼容的植物物种构成的多种植物组合来代替单一物种种群。植物组合可以实现单一物种种植的美学效果——如果某组植物的高度相同且远观质地一致,那么它就可以表现出与单一物种种植相同的视觉效果。同时,多样化的植物组合也具有独特的美学优势(如多个花期、季相变化丰富、与硬质景观相衬的繁茂植物效果),其中以草本植物为主的组合最为突出。这一方法的关键在于理解如何构建稳定的植物群落。


图中显示了传统的组团式种植(左) 与多层次种植(右)之间的区别  © Phyto Studio LLC


其核心理念是以植物群落为单位进行种植设计。天然存在的植物群落是不同种群的集合,它们都可适应特定的场地环境条件。数千年来的共同演化使植物与环境及植物物种彼此都高度适配,这些野生植物群落经常为景观设计师带来灵感。而新理念的不同之处在于,不仅要将野生植物群落作为物种选择的参考来源(一种相对常规的做法),还要将它们视为功能性系统的模板。

这一区别非常关键。如果设计师仅将野生植物群落作为选用植物的参考来源而忽略了它们作为一个整体的功能性构成,那么设计出的植物群落将需要人工养护来维持。种植设计的目标是增加物种多样性,同时为不同物种间的稳定共存提供条件。当一个群落中的植物在空间和时间上占据不同的生态位时,就会产生稳定性。

例如,耐荫的草本植物会在较冷的季节中生长并覆盖地面;而在夏季,这些物种中的大多数处于休眠状态,其上方为植株较高且喜阳的植物。这种生态位的差异化可提升生态系统服务,并维持植物组合的长期稳定。

稳定性本身并不能使植物群落更具功能性。实际上,无论是稳定的植物群落还是不停变化的植物群落,都可以提供生态系统服务,但稳定性能够有效减少对人工景观的维护。不同的物种必须彼此兼容——每个物种就像拼图一样相互嵌合,它们的动态特性也应相互平衡。例如,若一个物种的花期是初夏,另一个的花期是仲夏,那么它们就是兼容互补的。


由Phyto设计工作室设计师克劳迪娅·韦斯特设计的生物截留雨水花园。图片展现了人工植物群落一年四季的动态混合变化,在整个生长季节都有地表覆盖、花期不断。© Claudia West


互补物种的选择需要跳脱出传统园艺的种植设计思路。最重要的是,所选物种必须对同样的环境压力具有耐受性,这就需要首先考虑场地中影响植物生长的外部因素。植物对各种压力(如光照、水分或养分不足)的耐受力将在很大程度上影响其在场地中的分布。

英国生态学家约翰·菲利普·格莱姆(John Philip Grime)提出的“植物生存策略”概念[5](C-S-R理论)为设计者提供了有效参考。他认为植物在野外环境中面临三种限制因素:1)位于水分、光照和土壤肥力充足地区时,与其他物种间的激烈竞争(竞争者);2)高压条件,如干旱、土壤肥力较低或极端温度(胁迫耐受者);3)高度外部干扰(杂草型植物)。

这一理论强调针对不同的城市环境条件需要创建不同的植物系统。干扰性较高和土壤湿度较大的城市绿色基础设施适合杂草型植物和竞争者植物生长,而土壤浅薄且高温的绿色屋顶则适宜引入胁迫耐受者植物。格莱姆还强调某些物种是不相容的,即便它们来自同一生物群系。

例如,北美草原植物可能备受设计师青睐,但若将胁迫耐受者植物淡紫松果菊(Echinacea pallida)与竞争性植物美国薄荷(Monarda didyma)或紫苞泽兰(Eutrochium purpureum)混合种植于肥沃的土壤中,将导致淡紫松果菊的死亡。因此重要的一点是,不要将对压力具有不同适应性状的植物混合种植。



多层次地表覆盖


构建多样植物组合的关键在于通过植物分层,对地表进行密集覆盖。地表覆盖对建立功能性植物群落来说最为重要。除了个别极端条件地区或受干扰的地区外,大多数温带气候地区的土壤裸露情况是暂时性的,每个裸露的地方都是潜在的生态位。野外环境中的所有地表都覆盖着植物,这就为景观设计师提供了一个简单但尚未得到充分实践的设计原则:植物本身可以起到“护根物”的覆盖作用[6]。

为了有效覆盖地表,人工设计的植物组合具有不同的垂直层次,每一层在全年中扮演着不同的角色。人工植物群落的构建需要两个基本层:由地被植物组成的近地面的基底层,与由较高的直立植物组成的第二(上)层,这一层的植物通常占据视觉主导作用。

基底层是指由耐荫植物构成的低矮圆丘状组合。良好的基底层中,植物的传播方式各异,其中许多物种为无性繁殖,它们在水平方向上分布在较高植物——如草莓属(Fragaria spp.)、路边青属(Geum spp.)、淫羊藿属(Epimedium spp.)、筋骨草属(Ajuga spp.)、金千里光属(Packera spp.)、老鹳草属(Geranium spp.)、蝶须属(Antennaria spp.)和细辛属(Asarum spp.)—的基部周围。

基底层物种也包括种子自播、成簇生长的植物,例如薹草属(Carex spp.)、重楼属(Paris spp.)、矾根属(Heuchera spp.)、报春花属(Primula spp.)和蓝禾属(Sesleria spp.)。可在春季形成短暂而绚丽景观效果的马裤花属(Dicentra spp.)、报春花属,以及水仙(Narcissus spp.)等隐芽植物,与可在冬季形成稳定景观效果的薹草属和矾根属等,即为一种可行的植物组合。

上层多采用传统景观设计中的常见植物,包括观赏草、直立阔叶草本植物和亚灌木。上层植物应成簇状、不分散且寿命长。就基底层和上层的比例而言,基底层的物种多样性和生物量应该更高;上层植物应间隔更大、植株密度更低,随着时间的推移,上层植物不会导致基底层因少光而死亡,植物群落的稳定性会更高。

花葶直立无叶的物种是良好的上层植物材料,如百子莲属(Agapanthus spp.)、葱属(Allium spp.)、独尾草属(Eremurus spp.)、夏风信子属(Galtonia spp.)、火把莲属(Kniphofia spp.)和丝兰属(Yucca spp.)。花朵长于直立茎顶端的夏季开花植物,如松果菊属(Echinacea spp.)、刺芹属(Eryngium spp.)、钓钟柳属(Penstemon spp.)、狼尾草属(Pennisetum spp.)和一枝黄花属(Solidago spp.)的许多物种均为理想的上层植物材料。

植物的生态特性——植物与环境及植物彼此间的相互作用——对物种选择至关重要,这意味着各种生态和设计层面的筛选机制尤为关键。一开始,可能会有众多植物材料进入设计师的视野,但设计师可通过层层考量,筛选出那些更具韧性的物种。这个筛选过程不同于传统的园艺方法,后者的选择更多出于美学考虑,包括花朵的色彩、高度或质感对比等。


用于植物选择的各种生态与美学筛选机制 © Phyto Studio LLC



利用设计框架使高生物多样性的植物组合更加特色鲜明


随着植物群落变得更加动态和自然化,公众也可能认为其景观效果与杂草无异,或毫无美感可言。随着人们对于美的社会共识不断扩大,生态美学有望逐步为公众所接纳。这意味着最终落在景观设计师肩上的“将生态功能转化为美学形式”的责任将更重。本文在此提出几项策略。

首要策略是在植物群落周围使用几何框架。“有序框架”(orderly frame)概念由琼·艾弗森·纳索尔(Joan Iverson Nassauer)[7]首先提出,在公众眼中,这代表着秩序感和人工管理。在Phyto设计工作室的实践中,相对于路缘、矮墙、铺路、草坪、树篱或其他结构元素,草本植物组合的边界感更加模糊、多变,设计师可以加强这种鲜明对比。


图中所示两个植物组合的植株高度和质感相同,组合中的所有物种都具有相似的形态和质感(都是草类与阔叶植物的组合)。通过这种方式,既可以实现物种多样性,也可以避免造成眼花缭乱的视觉效果。© Phyto Studio LLC


另一个策略是限制植物组合的高度。与肩齐平的高度会让许多人感到威胁,而与膝盖齐高的植物组合,即使物种繁多也不会让人们感到眼花缭乱。低矮的植物群落常需要将土壤肥力维持在较低水平,高肥力的土壤往往会加强植物的竞争而导致群落的衰败;土壤表层15~20cm可使用砾石或粗砂,以降低土壤肥力并抑制杂草。

另一个策略是限制植物组合的视觉复杂性。由外观相似的物种组成的植物组合远观可形成相同的质感。例如,当低矮的草类组合中混有类草状的阔叶草本植物(通常为单子叶植物),其外观则与单一集群相似。相反,全部由阔叶草本植物组成的组合则可能表现为单一的叶片质感。植物组合中不同物种的反差程度决定了其视觉复杂性。

最后一个策略是设计出具有强烈开花效果的植物组合。一项由谢菲尔德大学开展的研究显示,在色彩丰富的植物群落中,当花朵面积不低于27%(临界阈值)时,观赏者的审美感知最佳[8]。多个花期是多样植物组合的优势。因此,拥有不同花期的兼容性物种的比例是其中关键的设计因素。这就要求采用足够多的开花效果强烈的单个物种,但也需要在组合中为其他花期较晚的物种留出充足空间。生命周期极短的阔叶草本植物,尤其是隐芽植物或报春花等早春开花的植物,即为适宜的植物材料。

本文中讨论的策略融合了园艺学与生态学原理。在植物群落的复杂性或功能性方面,人工设计的植物组合可能永远无法和真正的自然生态系统相媲美,但本文中提出的方法和策略或能够为景观设计师提供参考,促使他们通过种植设计来提升植物群落的多样性和功能性。当景观设计师掌握了植物的生态特性以后,便可提高设计品质,创造出常规种植无法具有的景观效果和生态绩效。



参考文献

[1]    Storkey, J., Döring, T., Baddeley, J., Collins, R., Roderick, S., Jones, H., & Watson, C. (2015). Engineering a plant community to deliver multiple ecosystem services. Ecological Applications: Ecological Society of America, 25(4), 1034-1043. doi:10.1890/14-1605.1

[2]    Daily, G. C. (Ed.). (1997). Nature’s Services: Societal Dependence on Natural Ecosystems. Washington, D.C.: Island Press.

[3]    Eisenhauer, N., Schielzeth, H., Barnes, A. D., Barry, K., Bonn, A., Brose, U., … Jochum, M. (2019). A multitrophic perspective on biodiversity-ecosystem functioning research. Advances in Ecological Research, (61), 1-54. https://doi.org/10.1016/bs.aecr.2019.06.001

[4]    Isbell, F., Calcagno, V., Hector, A., Connolly, J., Harpole, W. S., Reich, P. B., … Loreau, M. (2011). High plant diversity is needed to maintain ecosystem services. Nature, 477(7363), 199-202. doi:10.1038/nature10282

[5]    Grime, P., & Pierce, S. (2012). The Evolutionary Strategies that Shape Ecosystems. Chichester, UK: Wiley-Blackwell.

[6]    Rainer, T., & West, C. (2015). Planting in a Post-Wild World. Portland, OR: Timber Press.

[7]    Nassauer, J. (1995). Messy ecosystems, orderly frames. Landscape Journal, 14(2), 161-170.

[8]    Hoyle, H., Hitchmough, J., & Jorgensen, A. (2017). All about the ‘wow factor’? The relationships between aesthetics, restorative effect and perceived biodiversity in designed urban planting. Landscape and Urban Planning, (164), 109-123.


参考引用 / Source:

Rainer, T. (2021). Ecological Planting Imperative: Functional Systems, Not Stylized Ecologies. Landscape Architecture Frontiers, 9(1), 112-119. https://doi.org/10.15302/J-LAF-1-030023


编辑 | 田乐

翻译 | 田乐  李思佳

制作 | 李思佳


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