基于空間效能的城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建*
——以亳州市為例

肖鐵橋，顧康康，楊倩倩，程 帆

(安徽建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院,合肥 230022)

0 引言

在自然棲息地破碎化和生態(tài)用地不斷被蠶食的背景下，通過生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，將分散的生態(tài)斑塊連接起來，能有效地促進(jìn)動物遷移和基因流動等生態(tài)過程在斑塊間的運(yùn)動，從而以有限的生態(tài)用地保障區(qū)域生態(tài)安全。

基于生態(tài)功能、效能的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與分析已成為當(dāng)今城市生態(tài)研究的重要部分。它通過線性廊道將“點(diǎn)”狀、“面”狀的不同類型的生態(tài)斑塊納入其中，形成一個生態(tài)多樣、網(wǎng)絡(luò)化、高效發(fā)揮生態(tài)績效的系統(tǒng)[1]。不同學(xué)者對此也進(jìn)行著研究內(nèi)容和技術(shù)上的累積[2-9]，如董翠芳運(yùn)用景觀格局指數(shù)分析其與生物多樣性的關(guān)系[10]，李益敏運(yùn)用生態(tài)敏感性分析星云湖流域[11]、張林運(yùn)用RS、GIS對上海浦東新區(qū)城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局現(xiàn)狀進(jìn)行評價研究等[12]。辜寄蓉，朱明倉等將綠色發(fā)展的內(nèi)涵進(jìn)行要素的空間化表達(dá)和空間評價，準(zhǔn)確地刻畫綠色發(fā)展空間，展示了綠色發(fā)展的空間差異性，為制定差別化的綠色發(fā)展政策提供支撐[13]。上述學(xué)者在對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的研究中各自都選用不同分析方法，也取得了一定的研究成果，但他們都只強(qiáng)調(diào)功能、績效的分析共性[14]。文章從空間效能的方法來入手，將生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的連接性、滲透性以及均衡性三者之間進(jìn)行橫向比較，以期尋求生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的它途徑。

亳州地區(qū)的現(xiàn)狀條件中植物種類豐富多樣，區(qū)域內(nèi)的水系資源發(fā)達(dá)，先天擁有良好的生態(tài)環(huán)境，但由于自然和人為的原因，導(dǎo)致該片區(qū)內(nèi)的植物分布較為零散，生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。正是由于該地區(qū)這種代表性特征，所以該文選取此地區(qū)作為研究對象。

1 研究區(qū)域概況

圖1 生態(tài)要素分布

亳州，別稱譙城，位于安徽省西北部，地處華北平原南端，位于東經(jīng)115°53′～116°49′、北緯32°51′～35°05′。市區(qū)即譙城區(qū)，轄3個街道、2個鎮(zhèn)以及2個鄉(xiāng)，位于沿淮淮北平原平原生態(tài)區(qū)，農(nóng)業(yè)生態(tài)功能區(qū)。處于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，適宜各種植物生長，但認(rèn)為活動頻繁，導(dǎo)致境內(nèi)植被分布較為零散，但水系資源豐富，分布有渦河、西淝河等重要水系。快速的建設(shè)導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，構(gòu)建亳州市區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)有利于保障其區(qū)域生態(tài)安全。

2 研究方法

2.1 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接性評價

參照《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010-2007)和環(huán)保部頒發(fā)的相關(guān)文件規(guī)范中的分類方式，結(jié)合實(shí)地調(diào)研成果將2016年亳州市土地利用現(xiàn)狀圖(源于亳州市國土局)整合劃分為林地、水域、灌草地、園地、風(fēng)景名勝區(qū)及特殊用地5類生態(tài)用地類型(圖1)，統(tǒng)計其各類用地占比可以看出現(xiàn)狀生態(tài)要素以林地和水體為主(表1)。并通過ArcGIS 10.2對提取的生態(tài)用地斑塊選取不同距離閾值進(jìn)行聚合分析，并分析不同閾值下生態(tài)用地斑塊連接度。

2.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)滲透性評價

若生態(tài)流動及生態(tài)過程不僅發(fā)生在相鄰綠地之間，并能在不同分隔單元之中發(fā)生，即可理解為生態(tài)滲透，滲透功能是反映綠網(wǎng)面向城鎮(zhèn)發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的關(guān)鍵所在。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)滲透以生態(tài)空間鑲嵌為核心手段，通過空間蔓延格局與鑲嵌形態(tài)等方式，加強(qiáng)生態(tài)向著其他空間類型的融合與滲入，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)與城市系統(tǒng)的耦合與滲透，推進(jìn)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)綜合功能效益的提升?；谏鷳B(tài)滲透的描述，參考Forman將描述斑塊的景觀指數(shù)進(jìn)行分類，一為描述其形狀指數(shù)；二為描述斑塊鑲嵌指數(shù)。經(jīng)指數(shù)相關(guān)性分析及影響因子的考慮，從格局、形態(tài)、功能3個層面并結(jié)合滲透系統(tǒng)和研究具體情況選取邊緣密度、分維數(shù)2個指數(shù)來測度(表2)。

表2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)滲透性分析指標(biāo)

2.3 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)均衡性評價

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)密度是其效能發(fā)揮的重要因素，是城鎮(zhèn)綜合效益的發(fā)揮及各項(xiàng)需求的滿足的基礎(chǔ)，基于生態(tài)性能的角度分析生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間均衡程度對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)整體效能發(fā)揮具有重要意義。選取斑塊密度、廊道密度以及生態(tài)綠地使用密度對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)均衡性進(jìn)行評價分析。

表3 各閾值的連接度統(tǒng)計

(1)斑塊密度。斑塊密度是側(cè)重于從斑塊格局及形態(tài)方面表述生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間密度的指數(shù)。通過Arc GIS 10.2對提取的生態(tài)斑塊進(jìn)行核密度分析，來表示研究范圍內(nèi)生態(tài)斑塊密度。斑塊密度主要表達(dá)單位城市或地區(qū)范圍內(nèi)的生態(tài)斑塊數(shù)量，斑塊密度的量化及結(jié)合空間圖譜的研究，有助于分析綠網(wǎng)空間的破碎性，并引導(dǎo)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間均衡度的優(yōu)化。

(2)廊道密度。廊道密度指數(shù)反映了整個景觀廊道的密集度，它是通過定量分析的方法來反映廊道在空間中所占的比重。通過對廊道密度指數(shù)進(jìn)行計算，可以反映出研究區(qū)內(nèi)廊道的分布情況，一定面積中廊道的長度越長，則景觀的破碎化程度越高。廊道密度指數(shù)計算公式為：

(1)

式(1)中，L為廊道密度指數(shù)，T為廊道長度，A為區(qū)域總面積；反映出研究區(qū)內(nèi)廊道的分布情況，一定面積中廊道的長度越長，則景觀的破碎化程度越高。

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接性分析

基于吳敏、劉常富等生態(tài)學(xué)者的研究成果，鳥類平均活動距離為30～32 000m，中小型哺乳動物和兩棲爬行動物的平均擴(kuò)散范圍50～1 000m，且部分城市研究發(fā)現(xiàn)100～400m，可很好地找到造成當(dāng)前景觀連接度薄弱的區(qū)域，并能有效地找到解決該薄弱環(huán)節(jié)的關(guān)鍵斑塊。故在研究區(qū)分別選取50、100、300m以及600m作為分析閾值[15-16]。

正如統(tǒng)計出各閾值的連接度(表3)?；?0m閾值分析結(jié)果表明，亳州市市區(qū)范圍內(nèi)生態(tài)斑塊連接數(shù)量占總斑塊數(shù)量的92.65%。研究范圍內(nèi)仍有較多獨(dú)立斑塊存在，生態(tài)斑塊破碎化程度較高，生態(tài)連通性有限。100m閾值下，生態(tài)斑塊連接數(shù)量占總斑塊數(shù)量的99.12%，市區(qū)范圍內(nèi)獨(dú)立存在的斑塊數(shù)量明顯降低，但是生態(tài)斑塊破碎度依然較高。在300m閾值分析下，市區(qū)范圍內(nèi)生態(tài)斑塊連接數(shù)量占總斑塊數(shù)的99.86%，研究范圍內(nèi)多數(shù)生態(tài)斑塊被連通，僅小部分斑塊呈碎片化分布。在600m閾值下，生態(tài)斑塊全部連接，生態(tài)斑塊彼此出現(xiàn)較多重疊情況，同時中心城區(qū)并非為閾值覆蓋區(qū)(圖2)。

圖2 亳州市區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連結(jié)性分析圖

從閾值整體分布情況來看，亳州市市區(qū)范圍內(nèi)生態(tài)綠地分布較為集中，綠地斑塊較多，連通性最好。而在北部區(qū)域生態(tài)斑塊連接性較差，南部地區(qū)和中心城區(qū)較為突出，呈現(xiàn)出生態(tài)斑塊連接較少及破碎化程度高的現(xiàn)象；中心城區(qū)的綠地斑塊數(shù)目少、規(guī)模小且破碎化程度高。根據(jù)結(jié)果，在生態(tài)斑塊周圍設(shè)置300m生態(tài)緩沖區(qū)或生態(tài)預(yù)留區(qū)較為適宜。

3.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)滲透性分析

滲透性主要從宏觀、中觀以及微觀3個層面進(jìn)行構(gòu)建。宏觀層面，滲透性表現(xiàn)于整體的自然生態(tài)肌理，以及其在城市整體空間中的蔓延與伸展；中觀層面，滲透性重點(diǎn)是在自然生態(tài)要素與城市建設(shè)用地的在空間形態(tài)上的鑲嵌關(guān)系，在綠地斑塊以及廊道等邊界形態(tài)上采取自然滲透性強(qiáng)的、耦合不規(guī)則的鑲嵌性邊緣等；微觀層面滲透性主要體現(xiàn)于生態(tài)邊界之上，強(qiáng)調(diào)彈性邊界及其具有的空間管控要求等，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)與城市系統(tǒng)的耦合，提升生態(tài)與城市的相互融合，從而推進(jìn)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)綜合功能效益的提升。

渦河、洪河等自然水域邊緣密度較低，集中在0.01～0.06，分維數(shù)較大，集中在1.85～1.98，主要呈現(xiàn)出較為自然但破碎度較高的邊界形態(tài)；中心城區(qū)內(nèi)部水體、綠地以及道路呈現(xiàn)出人工幾何化程度較高的邊界形態(tài)，分位數(shù)指數(shù)靠近1，與周邊的建設(shè)用地的分割較為規(guī)整機(jī)械，滲透性較低；而北部、東部及南部的農(nóng)業(yè)用地區(qū)域的生態(tài)斑塊除河流溝渠等生態(tài)型較強(qiáng)的區(qū)域外均呈現(xiàn)出破碎化的無律散布狀態(tài)(圖3、圖4)。從整體上看，亳州市大部分綠地斑塊形狀呈現(xiàn)出規(guī)則且較為離散的狀態(tài)，綠地生態(tài)分布的整體性較差，不能夠較好地激發(fā)綠地邊際效應(yīng)，從而影響了整體的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)外部功能效應(yīng)的發(fā)揮。

圖3 邊緣密度分析 圖4 分維數(shù)分析

3.3 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)均衡性分析

均衡性構(gòu)建選取斑塊密度與廊道密度為評價指標(biāo)，亳州市市區(qū)生態(tài)斑塊分布的整體性較差，渦河及洪河流域生態(tài)斑塊密度較高，其他區(qū)域斑塊密度較低，中心城區(qū)尤為突出，不能夠較好地激發(fā)綠地密集性效應(yīng)，從而影響了整體的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)整體功能效應(yīng)的發(fā)揮(圖5)。

亳州市市區(qū)境內(nèi)的廊道類型主要是道路廊道和河流廊道兩類，分別對這兩類廊道進(jìn)行廊道密度計算，得到以下結(jié)果：道路廊道的廊道密度為1 082.27m/km2，河流廊道的廊道密度為1 733.43m/km2。研究區(qū)內(nèi)大型河流廊道較少，河流水面及溝渠較多，分布較為均勻，但是連通性較差，無法形成廊道。中心城區(qū)道路密集，其余地區(qū)道路分布較少(圖6)。

圖5 斑塊密度分析 圖6 現(xiàn)狀廊道分布

3.4 亳州市市區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析

亳州市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是由生態(tài)廊道以及生態(tài)點(diǎn)構(gòu)成。根據(jù)生態(tài)連接性評價、生態(tài)滲透性評價和生態(tài)均衡性評價結(jié)果顯示渦河、西淝河生態(tài)連接性較強(qiáng)，邊緣滲透性較高，從網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)上來看可作為亳州市區(qū)一級生態(tài)廊道。龍鳳新河、洪河、漳河在連接性與滲透性不及渦河與西淝河，但從生態(tài)廊道的均衡性上較其他廊道較為重要，可作為亳州市區(qū)的二級生態(tài)廊道，同時為加強(qiáng)區(qū)域廊道的多樣性與均衡性，選取重要的兩條道路廊道作為二級廊道。其余廊道作為三級廊道，為區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的提供補(bǔ)充作用。生態(tài)點(diǎn)是由生態(tài)保護(hù)點(diǎn)與生態(tài)修復(fù)點(diǎn)共同構(gòu)成。根據(jù)斑塊密度分析可以看出，市區(qū)北部渦河及洪河流域生態(tài)斑塊分布較集中，城區(qū)南部部分地區(qū)也出現(xiàn)生態(tài)斑塊聚集狀態(tài)，綜合分析選取4處生態(tài)保護(hù)點(diǎn)。同時研究通過分析結(jié)果篩選出3處生態(tài)修復(fù)點(diǎn)，分別為中心城區(qū)、市區(qū)南部以及西淝河周邊地區(qū)。因?yàn)橹行某菂^(qū)出現(xiàn)明顯連接性低、斑塊密度分布較低的情況，同時市區(qū)南部、西淝河周邊斑塊密度較低、滲透性較差。結(jié)合分析結(jié)果，形成市區(qū)生態(tài)空間的主體架構(gòu)，確定亳州市區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的空間格局為“四核、三點(diǎn)、多廊”(圖7)。

圖7 亳州市區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

結(jié)合分析結(jié)果，針對亳州市區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)制定不同的實(shí)施策略以發(fā)揮其空間效能。(1)在生態(tài)廊道的建設(shè)上應(yīng)結(jié)合周邊生態(tài)林地進(jìn)行建設(shè)，維持廊道的自然形態(tài)，避免人工化，以增加廊道的滲透性。在廊道建設(shè)的寬度上宜選擇300m寬度，以更好地連通周邊生態(tài)要素，滿足生物種群的交流，同時加大道路廊道的建設(shè)，以豐富生物遷徙廊道的多樣性。(2)在生態(tài)保護(hù)點(diǎn)的建設(shè)上應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)狀生態(tài)要素的保護(hù)，靠近城市建設(shè)區(qū)域應(yīng)防止城市建設(shè)對其破壞，保護(hù)點(diǎn)內(nèi)部的連接性，同時整合保護(hù)點(diǎn)周邊的生態(tài)要素，維持自然形態(tài)，加大輻射功能。(3)在生態(tài)修復(fù)點(diǎn)建設(shè)上要處理好修復(fù)與建設(shè)之間的適宜關(guān)系。在城區(qū)加大綠地覆蓋率和綠地的連通性，在郊區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)建設(shè)時適當(dāng)?shù)囊陨鷳B(tài)種植為手段，依托社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動來增強(qiáng)生態(tài)建設(shè)，以充分發(fā)揮生態(tài)效能。生態(tài)廊道的構(gòu)建涉及多學(xué)科多領(lǐng)域，像保護(hù)生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、城市規(guī)劃與設(shè)計、景觀設(shè)計等等，所以在建設(shè)過程中，不僅要處理好近遠(yuǎn)期之間的關(guān)系，還要盡量消除在各領(lǐng)域中的差異，實(shí)現(xiàn)“多學(xué)科合一”的目標(biāo)[17]。

該研究雖然從多維度進(jìn)行生態(tài)評價，但對于生態(tài)要素間僅僅考慮了連接性，對要素的本身屬性未進(jìn)行考慮。大小不同斑塊以及不同質(zhì)量的要素對區(qū)域生態(tài)具有不一樣的作用，在未來的構(gòu)建過程中還需進(jìn)一步分析與優(yōu)化。此外，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)在空間上進(jìn)行多層次的銜接，該文僅在市區(qū)層面進(jìn)行分析，未來應(yīng)在市域以及城區(qū)層面進(jìn)行進(jìn)一步分析。

4 結(jié)論

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建可以將散布在區(qū)域內(nèi)的生態(tài)斑點(diǎn)通過一定的技術(shù)手段有效地結(jié)合起來，這樣不僅有利于增強(qiáng)區(qū)域內(nèi)生態(tài)斑塊的連通性，同時也可以加強(qiáng)該片區(qū)內(nèi)生態(tài)斑塊完整性。由于亳州市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀的代表性特征，該文將其選作為研究對象。在研究方法上，該文運(yùn)用空間效能評價，通過對“網(wǎng)絡(luò)本體—影響區(qū)—輻射區(qū)”不同空間層次的效能，從不同層面進(jìn)行識別生態(tài)要素，更科學(xué)地評價廊道與源地，分別從生態(tài)保護(hù)和生態(tài)修復(fù)兩個層面構(gòu)建出城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

該研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于將空間效能理念運(yùn)用在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，一是通過連接性、滲透性以及均衡性評價，在多維度下識別生態(tài)廊道、生態(tài)核心。在此基礎(chǔ)上建立的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)有利于綜合區(qū)域多種功能要素，對加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部生態(tài)流動以及區(qū)域生態(tài)平衡具有重要意義。二是通過評價，能同時識別出區(qū)域生態(tài)薄弱點(diǎn)，薄弱點(diǎn)的生態(tài)建設(shè)為未來區(qū)域生態(tài)修復(fù)提供了依據(jù)。在此依據(jù)下進(jìn)行生態(tài)修復(fù)不僅能保證研究結(jié)果的科學(xué)性、合理性，同時也能為未來生態(tài)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的研究提供參考。