基于鳥(niǎo)類(lèi)廊道功能的城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建途徑探討

李波 杜春蘭 李毅

城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，在給人類(lèi)帶來(lái)諸多利益的同時(shí)也對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)健康造成了巨大威脅。城市生境破碎嚴(yán)重，生物多樣性急劇下降，城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能正逐漸喪失[1]。為了應(yīng)對(duì)生境破碎化問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者、設(shè)計(jì)人員以及政府部門(mén)都在城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方面開(kāi)展了踴躍嘗試和探索。尤其是在我國(guó)現(xiàn)階段積極推行的城市生態(tài)文明建設(shè)、城市雙修等政策影響下，城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究和實(shí)踐方面都取得了重要的成果。即便如此，相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員也必須清晰地認(rèn)識(shí)到現(xiàn)有城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題與不足。本文對(duì)現(xiàn)有城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的主要方法進(jìn)行了綜合論述與分析，并基于生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)等相關(guān)學(xué)科理論知識(shí)，提出了以鳥(niǎo)類(lèi)為指示類(lèi)群的城市功能型生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建策略，以期為城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)構(gòu)建提供參考。

1. 佛羅里達(dá)生態(tài)綠道網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先等級(jí)劃分

1 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的初步實(shí)踐

在快速城市化的過(guò)程中，生境破碎化非常明顯，表現(xiàn)為城市綠地在硬質(zhì)化下墊面基質(zhì)中的斑塊狀分布。這些破碎的斑塊多以公園綠地的形式出現(xiàn)在城市中，為城市居民提供了重要的休閑游憩場(chǎng)所，同時(shí)，它們也是城市中另一類(lèi)“居民”——野生動(dòng)植物的重要庇護(hù)地。隨著生態(tài)文明的不斷進(jìn)步，人們?cè)絹?lái)越重視城市綠地系統(tǒng)質(zhì)量，希望通過(guò)各種手段使其生態(tài)服務(wù)價(jià)值和休閑娛樂(lè)功能得到綜合改善和提升。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)以廊道為紐帶把城市中破碎的綠地斑塊聯(lián)系起來(lái)，并兼具生態(tài)服務(wù)、生物保護(hù)、景觀游憩等功能[2]，因而一度成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

美國(guó)佛羅里達(dá)州生態(tài)綠道網(wǎng)絡(luò)建設(shè)極具代表性，也成為了現(xiàn)代城市綠地系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要參考。佛羅里達(dá)生態(tài)綠道網(wǎng)絡(luò)由生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和居民游徑兩個(gè)子系統(tǒng)組成（圖1）。基于GIS分析的初步設(shè)計(jì)方案提出、公眾參與審議的方案微調(diào)和土地所有者參與的最終調(diào)整3個(gè)步驟而得出。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和居民游憩系統(tǒng)的結(jié)合既滿足了生態(tài)保護(hù)和城市彈性發(fā)展的訴求，同時(shí)還能激活社區(qū)活力、提升人文體驗(yàn)，促進(jìn)多目標(biāo)之間的良性互動(dòng)[3]。在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用GIS空間分析工具對(duì)大數(shù)據(jù)的綜合處理是該方案的重要?jiǎng)?chuàng)新，其中依據(jù)景觀要素面積和重要性程度進(jìn)行的分級(jí)評(píng)價(jià)以及通過(guò)最小成本路徑分析對(duì)潛在重要廊道的選擇確定在后期眾多的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)案例中得到了沿用和推廣[4-7]。

隨后，重力模型（gravity model）和景觀阻力值被進(jìn)一步引入生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。城市中重要的綠地斑塊可看作物種遷移擴(kuò)散的源（source）或目標(biāo)（target），綠地斑塊面積越大或生境質(zhì)量越好，則意味著物種在源和目標(biāo)之間遷移的可能性也就越大，研究過(guò)程中可利用重力模型來(lái)衡量斑塊對(duì)物種的吸引力大?。ㄊ?）[8]。對(duì)于城市而言，潛在的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)由作為源（或匯）的綠地斑塊以及連接斑塊的廊道構(gòu)成，當(dāng)物種在潛在的城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中遷移運(yùn)動(dòng)時(shí)，途徑廊道或其他斑塊均會(huì)受到一定阻力（表1），這些阻力可能來(lái)自人為干擾，也可能來(lái)自斑塊或廊道自身的生境質(zhì)量狀況。重力模型和景觀阻力值的引入使得城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法變得更加科學(xué)。

式1為城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過(guò)程中可以用到的重力模型計(jì)算公式，其中，Gab是斑塊a和斑塊b之間的相互作用力，Na、Nb為斑塊a、b的質(zhì)量，常用斑塊面積或生境質(zhì)量來(lái)進(jìn)行判斷，為斑塊a、b之間阻力的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2 鳥(niǎo)類(lèi)廊道功能的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)探索

廊道以及通過(guò)廊道連接的斑塊是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的核心組成要素。生態(tài)學(xué)家用景觀連通性和景觀連接度對(duì)景觀結(jié)構(gòu)特征和功能特征加以區(qū)分。景觀連通性指景觀元素在空間結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系，而景觀連接度是景觀中各元素在功能上和生態(tài)過(guò)程上的聯(lián)系[9]。對(duì)于景觀連接度而言，不同廊道類(lèi)型（如河流廊道或道路廊道）、同種類(lèi)型不同質(zhì)量（寬度或內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異）均會(huì)對(duì)其產(chǎn)生著重要影響。因此，要實(shí)現(xiàn)真正意義上的生態(tài)功能連接不能簡(jiǎn)單地通過(guò)形態(tài)連接進(jìn)行判斷。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接度就如同生境一樣，在討論其功能連接時(shí)，離不開(kāi)特定的研究對(duì)象，例如對(duì)于魚(yú)類(lèi)、爬行動(dòng)物、昆蟲(chóng)，亦或是鳥(niǎo)類(lèi)，由于它們具有不同的生態(tài)習(xí)性和遷移運(yùn)動(dòng)能力，即便是同一廊道，所發(fā)揮的功能也會(huì)不同。

研究表明，鳥(niǎo)類(lèi)通過(guò)覓食或被捕食，對(duì)整個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)、食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)級(jí)鏈以及集合種群結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生重要影響[10]，另外，鳥(niǎo)類(lèi)位于食物鏈的中上層，其生存依賴于可食植物資源或其他小型無(wú)脊椎動(dòng)物[11]?？梢哉f(shuō)，鳥(niǎo)類(lèi)多樣性在一定程度上也反映了整個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，是城市生態(tài)系統(tǒng)健康的重要指標(biāo)類(lèi)群。同時(shí)它們還具有重要的景觀功能，增加了市民對(duì)自然的感知。因而，鳥(niǎo)類(lèi)逐漸成為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究的重要對(duì)象。

目前，以鳥(niǎo)類(lèi)為對(duì)象而開(kāi)展的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)研究主要仍然延用了佛羅里達(dá)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建方法。不同之處在于，針對(duì)特定物種的鳥(niǎo)類(lèi)生境網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過(guò)程中，不同景觀要素所選取的景觀阻力值更加明確，且可以通過(guò)具體參數(shù)對(duì)式1中提到的斑塊質(zhì)量進(jìn)行更加準(zhǔn)確的計(jì)算。例如，在遼河三角洲水禽生境綠道構(gòu)建過(guò)程中[12]，在對(duì)綠翅鴨主要生境因子進(jìn)行識(shí)別后（包括干擾程度、積水狀況、食物豐富度、隱蔽狀況），可根據(jù)各生境因子狀況進(jìn)行分級(jí)賦權(quán)，進(jìn)一步計(jì)算出相對(duì)合理的斑塊質(zhì)量，而旱地、水田、林地、灘涂、水域等不同用地的阻力系數(shù)值也更為明確，而不是一個(gè)較大的取值區(qū)間（表2）。最終結(jié)合最小費(fèi)用路徑分析，可構(gòu)建出綠翅鴨的生境網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖2）。

3 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中的科學(xué)問(wèn)題剖析

盡管基于景觀生態(tài)學(xué)基本原理，借助GIS等空間分析工具，并結(jié)合重力模型、廊道阻力等方法，使得城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)建有了一定的科學(xué)支撐。但是在此過(guò)程中仍然存在一些問(wèn)題值得進(jìn)一步思考。鑒于鳥(niǎo)類(lèi)在城市生態(tài)系統(tǒng)以及城市景觀中扮演的重要角色，筆者將繼續(xù)對(duì)基于鳥(niǎo)類(lèi)廊道功能實(shí)現(xiàn)的城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建中可能存在的問(wèn)題展開(kāi)分析。

（1）斑塊質(zhì)量如何評(píng)價(jià)才更為科學(xué)？斑塊或者節(jié)點(diǎn)是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的核心要素之一，對(duì)于城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)而言，其中的綠地斑塊扮演著這一重要角色。根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，斑塊面積越大則潛在的供物種生存的資源越多，以及可能提供的異質(zhì)性生境的可能性也越大，這為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過(guò)程中采用斑塊面積來(lái)衡量其質(zhì)量提供了一定依據(jù)，但卻不能一概而論。通過(guò)對(duì)遼河三角洲綠翅鴨生境網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分析可以知道，對(duì)于某一物種而言，綠地斑塊質(zhì)量好壞的判定不應(yīng)再依賴于空間形態(tài)上的面積統(tǒng)計(jì)，還需要考慮斑塊內(nèi)部該物種所需生境的質(zhì)量狀況。此外，要讓斑塊質(zhì)量的評(píng)估更加科學(xué)，甚至還需要結(jié)合斑塊具體形狀和所處的空間位置進(jìn)行綜合判斷。

表1 不同土地利用類(lèi)型的景觀阻力系數(shù)

表2 用地對(duì)綠翅鴨的阻力系數(shù)

2. 遼河三角洲綠翅鴨生境節(jié)點(diǎn)及連接綠道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3. 上帝視角下的城市潛在鳥(niǎo)類(lèi)廊道

（2）廊道阻力應(yīng)該如何擇？通過(guò)對(duì)比表1和表2，可以發(fā)現(xiàn)在構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，即便是統(tǒng)一景觀要素，其廊道阻力值是不一樣的。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因主要是所考慮的研究對(duì)象不同。例如，一些鳥(niǎo)類(lèi)可以跨越數(shù)百米甚至數(shù)公里的水域進(jìn)行遷移，而陸生爬行動(dòng)物則不行，因此水域?qū)λ鼈兌杂兄煌淖枇ο禂?shù)。此外，廊道或斑塊本身的生境質(zhì)量（結(jié)構(gòu)、干擾等）和幾何特征（寬度、連續(xù)性程度等）也會(huì)導(dǎo)致阻力系數(shù)的不同，試想一條10 m寬和一條100 m寬的由河岸林地構(gòu)成的廊道，盡管具有相同的植物群落結(jié)構(gòu)，但對(duì)于某一物種而言必然存在較大的阻力差異。這一點(diǎn)在人們制定廊道寬度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)已得到充分體現(xiàn)[13]。

（3）如何準(zhǔn)確把握研究視角？在單純依賴空間分析工具，通過(guò)遙感影像等進(jìn)行城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時(shí)，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的觀察高度處于上帝視角，在這個(gè)視角上往往關(guān)注于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形式連接。當(dāng)研究者把研究集中于某些物種，考慮廊道實(shí)際存在的功能連接時(shí)，是否應(yīng)該更多考慮物種基于生物本能的選擇。當(dāng)某種具有遷徙能力的鳥(niǎo)類(lèi)置身城市綠地斑塊時(shí)，它會(huì)選擇利用鄰近綠地斑塊作為踏腳石向目標(biāo)移動(dòng)，還是會(huì)沿著連續(xù)的河流廊道或道路綠地進(jìn)行遷移（圖3）？這種基于物種本能的遷徙路線和方式選擇，在山地城市特殊的地形條件影響下會(huì)變得更具吸引力和研究?jī)r(jià)值。因此，在考察城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接度時(shí)，研究者有必要從傳統(tǒng)的上帝視角轉(zhuǎn)變到動(dòng)物視角進(jìn)行觀察分析。

4 城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法與策略

基于以上思考，筆者認(rèn)為對(duì)于生態(tài)文明背景下的城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建而言，可從以下三方面進(jìn)行探索和改進(jìn)。

（1）積極探索城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的物種遷移運(yùn)動(dòng)機(jī)制。物種在城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的遷移運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，只有掌握了物種遷移運(yùn)動(dòng)機(jī)制才能準(zhǔn)確判斷關(guān)鍵性綠地斑塊和廊道的位置，才能給出科學(xué)合理的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建建議，從而實(shí)現(xiàn)其功能性連接。該方面可在廣泛實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上，借助生物學(xué)跟蹤定位技術(shù)和計(jì)算機(jī)模型模擬研究綜合開(kāi)展。

（2）改善綠地斑塊和廊道生境質(zhì)量。生境質(zhì)量是物種在城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系中生存和順利遷移的重要保障。對(duì)于生境質(zhì)量的提升應(yīng)在針對(duì)目標(biāo)物種生境需求的基礎(chǔ)上綜合考慮其他物種的生境需要，構(gòu)建完整可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)。改善綠地生境質(zhì)量的基礎(chǔ)是對(duì)物種生境展開(kāi)全面深入調(diào)查，掌握人為干擾、水熱條件、植被狀況等對(duì)物種的綜合影響。在生境營(yíng)建時(shí)，不能簡(jiǎn)單看作是食源植物或庇護(hù)植物的配置，更應(yīng)該結(jié)合物種在晝夜或不同季節(jié)的需求進(jìn)行綜合生境設(shè)計(jì)。當(dāng)然，在快速城市化進(jìn)程中，盡可能保護(hù)綠地面積和規(guī)模是提高綠地生境質(zhì)量的必要前提。

（3）因地制宜，科學(xué)合理地規(guī)劃設(shè)計(jì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。借鑒已有經(jīng)驗(yàn)和方法高效開(kāi)展生態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，但不是照搬，國(guó)外案例中的設(shè)計(jì)參數(shù)可能并不適合國(guó)內(nèi)，山地城市和平原城市必然也存在較大差異。因此，在實(shí)際操作過(guò)程中應(yīng)注意因地制宜，構(gòu)建本土化設(shè)計(jì)參數(shù)，并探索適合本土的設(shè)計(jì)方法。

5 結(jié)語(yǔ)

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是城市生態(tài)文明建設(shè)的重要基礎(chǔ)。城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建不應(yīng)止步于空間形態(tài)層面，科學(xué)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需要生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)、城市規(guī)劃等學(xué)科的綜合交叉，共同對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行機(jī)制展開(kāi)研究，探索合理的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法。