廈門市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及優(yōu)化策略

劉曉陽

曾 堅(jiān)*

曾 鵬

隨著快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程，無序擴(kuò)張的建成區(qū)使得生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，導(dǎo)致生境破碎化加劇、生物多樣性銳減、生態(tài)環(huán)境惡化等問題出現(xiàn)[1-2]。針對上述現(xiàn)象，國內(nèi)外學(xué)者從20世紀(jì)中期開始，嘗試將生態(tài)學(xué)理論融入城鄉(xiāng)規(guī)劃領(lǐng)域[3]，生態(tài)空間規(guī)劃也經(jīng)歷了從局部到整體、孤立到聯(lián)系、單體到網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變[4-5]。中國傳統(tǒng)的綠地系統(tǒng)規(guī)劃是將總規(guī)中已確定的綠地規(guī)模和空間布局予以落實(shí)，不僅缺乏結(jié)構(gòu)定位的科學(xué)支撐，也因僅關(guān)注建成區(qū)綠地而未能從整體上考慮生態(tài)系統(tǒng)的連通性。綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以從宏觀視角將斑塊、廊道等生態(tài)資源納入城市發(fā)展規(guī)劃，促進(jìn)區(qū)域生態(tài)景觀格局優(yōu)化[6]。綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是指將分散的生態(tài)斑塊如森林公園、濕地、綠地等通過廊道連接，協(xié)同構(gòu)建一個韌性化、自然高效、連續(xù)完整的復(fù)合生態(tài)網(wǎng)絡(luò)[7-11]。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的思想起源于19世紀(jì)，至20世紀(jì)逐漸成熟，國外案例主要集中在歐洲和北美，前者以生物和流域保護(hù)、恢復(fù)生境為主導(dǎo)，后者一般是兼顧生態(tài)保護(hù)、歷史人文、休閑游憩等功能的綜合性規(guī)劃。國內(nèi)從20世紀(jì)90年代才開始相關(guān)研究，近年來，大量學(xué)者采用景觀生態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的最小費(fèi)用距離模型、重力模型和圖譜理論等進(jìn)行綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，主要側(cè)重于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、組分、功能和績效的評價及潛在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的模擬等[12-15]，較多是以物種保護(hù)的角度去規(guī)劃生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，沒有綜合考慮社會、經(jīng)濟(jì)、人文等因素對于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的影響。

廈門市位于福建省東南沿海，閩三角城市群中心，良好的生態(tài)、人文、海洋等資源一直是其核心競爭力，但隨著就地城鎮(zhèn)化與工業(yè)化的迅猛發(fā)展，生態(tài)安全問題日益凸顯，廈門市成為濱海城市生態(tài)脆弱區(qū)的典型代表。本文綜合考慮社會、經(jīng)濟(jì)、人文等因素，定量分析研究區(qū)自然生態(tài)本底特征，選取重要的現(xiàn)狀生態(tài)斑塊和廊道，采用最小費(fèi)用路徑法對研究區(qū)潛在廊道進(jìn)行模擬，構(gòu)建整體綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，提出優(yōu)化策略，以期為相關(guān)城市規(guī)劃工作的開展提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

圖1 廈門市地形圖

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

廈門由廈門島、鼓浪嶼及內(nèi)陸沿海地區(qū)組成，生態(tài)資源豐富，土地面積約1 699.39km2。通過GIS空間分析，可看出廈門市總體地勢由西北向東南傾斜，地貌形態(tài)依次由山地、丘陵、臺地和平原向海岸過渡(圖1)。20世紀(jì)90年代后，快速城鎮(zhèn)化造成了廈門生態(tài)功能用地銳減、生態(tài)環(huán)境破碎化嚴(yán)重、綠地系統(tǒng)不成體系、近岸海域生態(tài)問題日益嚴(yán)峻。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本文所采用的數(shù)據(jù)主要包括中國科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站提供的Landsat-8分辨率為30m的遙感數(shù)據(jù)與高程數(shù)據(jù)、《廈門市城市總體規(guī)劃(2011—2020)》和《廈門市綠地系統(tǒng)規(guī)劃修編(2013—2030)》等?；贓RDAS IMAGINE系統(tǒng)，以Google影像圖為基準(zhǔn)，依次對區(qū)域遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像裁剪、圖像融合、地理配準(zhǔn)和圖像分類等，將研究區(qū)用地分為林地、耕地、草地、建設(shè)用地、水體和未利用地共六大類(圖2)。

2 研究方法

2.1 城市自然生態(tài)本底分析

綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的目標(biāo)之一是保護(hù)可供生物棲息和遷徙的生態(tài)敏感性較強(qiáng)的區(qū)域，綜合選取對其研究區(qū)開發(fā)建設(shè)影響較大的植被、水域、地形和建設(shè)用地4項(xiàng)因子作為生態(tài)敏感性評價的主影響因子，敏感性因子等級劃分及賦值根據(jù)《全國生態(tài)功能區(qū)劃》及相關(guān)研究制定，按敏感性程度依次劃分為5個等級[16-18](表1)。研究將單因子生態(tài)敏感性結(jié)果進(jìn)行多因子空間疊置，得到總體生態(tài)敏感性分區(qū)。

2.2 城市生態(tài)源地辨識及重要生態(tài)斑塊選擇

重要生態(tài)斑塊是對區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和連通性具有重要意義的關(guān)鍵點(diǎn)。首先識別研究區(qū)內(nèi)的自然保護(hù)區(qū)、森林公園、風(fēng)景名勝區(qū)和水源保護(hù)區(qū)等重要生態(tài)斑塊；其次，在調(diào)研廈門市127處綠地的基礎(chǔ)上，基于AHP層次分析法，從斑塊景觀格局、生態(tài)服務(wù)功能、社會服務(wù)功能3個方面10個指標(biāo)變量構(gòu)建判斷矩陣，進(jìn)行專家兩兩打分；并通過一致性檢驗(yàn)(表2)。根據(jù)權(quán)重及得分標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出各個斑塊的綜合得分，結(jié)合生態(tài)敏感性分析結(jié)果，選取綜合得分較高和敏感性較高斑塊作為潛在廊道模擬的生態(tài)源。

表1 生態(tài)敏感性因子及其敏感性等級劃分

以社會服務(wù)功能指標(biāo)層權(quán)重獲取為例，通過相關(guān)運(yùn)算計(jì)算出矩陣最大特征根及其所對應(yīng)的特征向量，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。經(jīng)計(jì)算，λmax=3.041 7，一致性指標(biāo)CI=0.020 9，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI經(jīng)查表為0.52，CI與RI之比稱為隨機(jī)一致性比例CR=0.040 1。一般當(dāng)CR＜0.1時，說明矩陣具有令人滿意的一致性。對矩陣特征向量歸一化處理后得到對應(yīng)的權(quán)重值為W=[0.633 3、0.260 5、0.106 2]，同理獲取斑塊景觀格局指標(biāo)層權(quán)重值W=[0.4、0.4、0.2]，生態(tài)服務(wù)功能指標(biāo)層權(quán)重值W=[0.666 7、0.333 3]，準(zhǔn)則層權(quán)重值W=[0.4、0.4、0.2]。

圖2 廈門市用地分類

圖3 廈門市生態(tài)敏感性分區(qū)

2.3 城市生態(tài)廊道辨識及重要生態(tài)廊道選擇

2.3.1 現(xiàn)狀城市生態(tài)廊道評價與選擇

生態(tài)廊道是一種聯(lián)系結(jié)構(gòu)性控制區(qū)和斑塊的線狀斑塊區(qū)域，包括河流、山體林地、交通等廊道類型。本節(jié)研究方法與2.2相同，采用廊道景觀格局、生態(tài)服務(wù)功能和社會服務(wù)功能三大準(zhǔn)則層作為廊道選取的評價指標(biāo)(表3)，選取綜合得分較高和敏感性較高的廊道作為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的支撐骨架。

2.3.2 基于最小費(fèi)用路徑的潛在生態(tài)廊道構(gòu)建與選擇

最小費(fèi)用路徑是根據(jù)柵格單元的景觀阻力來確定源和目標(biāo)之間的最小消耗路徑，是生物遷移和擴(kuò)散的最佳路徑[16]。在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，最小費(fèi)用路徑模型(MCR)可以模擬潛在廊道，用以確定、維護(hù)及重建生境之間的連接，與識別的重要斑塊及廊道一起構(gòu)建整體生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系。本文對于景觀阻力的設(shè)置是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值并結(jié)合廈門市實(shí)際情況進(jìn)行賦值(表4)，然后采用GIS的成本路徑分析工具生成各重要斑塊之間的潛在廊道。最小費(fèi)用路徑模型如下：

式中，MCR為源j穿越所有柵格單元的最小累積阻力值；Dij為源j到目標(biāo)i的空間距離；Ri為源j遷移到目標(biāo)i過程中柵格單元對其產(chǎn)生的阻力值；n為柵格單元總數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 城市自然生態(tài)本底評價

根據(jù)生態(tài)敏感性分區(qū)圖(圖3)可以看出，廈門市敏感性總體上呈西北高東南低分布，極高敏感區(qū)和高敏感區(qū)主要分布在西北部地勢較高的山地丘陵區(qū)域和部分入?？趨^(qū)域，約占總面積的39.47%；中敏感區(qū)主要分布在東部及中部的沖積平原區(qū)，約占總面積的13.37%；低敏感區(qū)和不敏感區(qū)主要分布在現(xiàn)有建設(shè)用地及其周邊，約占總面積的47.16%。實(shí)際上廈門市開發(fā)建設(shè)較為集中，由本島及沿海區(qū)域向北開發(fā)力度逐步減弱，和生態(tài)敏感性評價結(jié)果基本一致。

表2 生態(tài)斑塊重要性評價指標(biāo)

將生態(tài)敏感性評價圖與廈門市用地分類圖進(jìn)行疊加，即用地敏感性類型圖，利用景觀格局軟件Fragstats，對研究區(qū)各類景觀指數(shù)進(jìn)行運(yùn)算(表5)并進(jìn)行分析得出：最大斑塊所占比例較大，平均斑塊密度較小，說明研究區(qū)存在優(yōu)勢景觀類型，但景觀破碎度較大；邊緣密度和平均斑塊分維數(shù)較小，說明景觀形狀較為復(fù)雜；多樣性指數(shù)和均度指數(shù)都較小，說明景觀類型豐富度和異質(zhì)性較低；蔓延度指數(shù)、散布與并列指數(shù)、連通度指數(shù)均較低，說明景觀破碎度高，斑塊之間聯(lián)系性較弱，而分離度指數(shù)相對較高，說明受人類活動干擾較大?？傮w來說，廈門市存在優(yōu)勢景觀，景觀類型多樣性不足且空間分布不均，異質(zhì)性較差，景觀破碎化程度較高，連通性較弱，不利于維系整個區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

圖4 基于最小費(fèi)用路徑的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

3.2 重要生態(tài)斑塊選取

結(jié)合生態(tài)本底的分析結(jié)果，對所有斑塊進(jìn)行評價，最后選取了26處綜合評分較高、敏感性較強(qiáng)的生態(tài)源作為研究區(qū)的重要生態(tài)斑塊，包括鼓浪嶼-萬石山國家級重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)、天竺山及蓮花山國家森林公園、北辰山省級風(fēng)景名勝區(qū)、石兜-坂頭水庫、汀溪水庫和馬鑾灣等生態(tài)源地(圖4)。

3.3 重要生態(tài)廊道選取

3.3.1 現(xiàn)狀生態(tài)廊道選取

現(xiàn)狀廊道主要分為山體生態(tài)廊道、溪流生態(tài)廊道、濱海生態(tài)廊道和交通生態(tài)廊道。山體生態(tài)廊道一部分是北部綠色生態(tài)山體基底，由云頂山、大帽山、尖山等構(gòu)成連綿山脊線，環(huán)抱建成區(qū)城市空間；另一部分是穿插入城市空間的綠色生態(tài)斑塊，由蔡尖尾山、天馬山、香山等分支余脈構(gòu)成，分隔城市組團(tuán)。溪流生態(tài)廊道較分散，多發(fā)源于北部山體，分散獨(dú)流入海。濱海生態(tài)廊道主要分布在沿海灣環(huán)灣景觀帶和本島環(huán)島景觀帶。交通生態(tài)廊道主要為依托沈海高速公路、廈沙高速、國道324線和福廈鐵路等沿線的道路廊道。

綜上分析，結(jié)合生態(tài)敏感性評價，對所選取的現(xiàn)狀廊道進(jìn)行評價，選擇出16條重要生態(tài)廊道，包括4條山體廊道(蔡尖尾山、天馬山、云頂山和大帽山)，5條溪流廊道(過蕓溪、后溪、東西溪、官潯溪和九溪)，2條濱海廊道(本島環(huán)島綠環(huán)、島外濱海綠帶)，2條交通廊道(324國道、沈海高速)。

3.3.2 潛在生態(tài)廊道模擬

利用GIS平臺，綜合廈門市用地分類圖、交通用地圖和表4景觀阻力值，得到不同用地類型的綜合景觀阻力面；以選取的26處重要生態(tài)斑塊作為生態(tài)源，根據(jù)最小費(fèi)用路徑方法進(jìn)行源地之間潛在生態(tài)廊道的模擬計(jì)算(圖4)。結(jié)果共模擬出103條潛在的生態(tài)廊道，去除途徑同一源地的多余重復(fù)的廊道，并基于重力模型對潛在生態(tài)廊道進(jìn)行評價，提取出24條較重要的潛在廊道；根據(jù)潛在廊道匯合點(diǎn)及斑塊服務(wù)半徑，規(guī)劃出14個潛在的生物踏腳石。

表3 生態(tài)廊道重要性評價指標(biāo)

圖5 廈門市生態(tài)資源疊加示意

圖6 廈門市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)框架規(guī)劃

綜合上述評價結(jié)果，可看出較重要的生態(tài)源地主要分布在西北部山地丘陵區(qū)域，這些斑塊自身資源豐富，相互之間聯(lián)系性較強(qiáng)；位于中部平原區(qū)和東北部的生態(tài)源地，數(shù)量少且面積相對較小，各斑塊之間聯(lián)系相對薄弱；廈門島內(nèi)斑塊數(shù)量較多但較為分散，與島外聯(lián)系通廊較少，南北之間存在斷層現(xiàn)象。

3.4 城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

整合前文分析，疊加相關(guān)生態(tài)資源(圖5)，依托廈門市背山面海的自然格局，提出“一片、一環(huán)、三帶、多廊道、多節(jié)點(diǎn)”的城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)框架(圖6)。一片為廈門市域北部山體綠色生態(tài)屏障，包括一系列森林公園、風(fēng)景名勝區(qū)、山體林地和水源保護(hù)區(qū)等。一環(huán)為廈門市本島生態(tài)綠環(huán)，是由環(huán)島路濱海綠化帶串聯(lián)萬石山風(fēng)景名勝區(qū)、鼓浪嶼、筼筜湖、觀音山和狐尾山等斑塊形成的環(huán)形廊道。三帶包括2條交通生態(tài)綠帶和1條濱海生態(tài)綠帶，前者是由324國道和沈海高速兩側(cè)的市政綠廊構(gòu)成的生態(tài)景觀防護(hù)帶；后者為島外沿海灣環(huán)灣景觀帶，由轄區(qū)內(nèi)的沿海濕地、岸線和海域構(gòu)成。多廊道為整合前文現(xiàn)狀生態(tài)廊道及潛在生態(tài)廊道，根據(jù)空間分布及連通性，選取的12條綠色生態(tài)山海通廊。多節(jié)點(diǎn)為重要景觀節(jié)點(diǎn)，此處景觀節(jié)點(diǎn)的選擇包括前文的自然生態(tài)斑塊與現(xiàn)狀人工建設(shè)節(jié)點(diǎn)，共12處，包括7處城鎮(zhèn)建成區(qū)和5處灣區(qū)入?？趨^(qū)域。

4 城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略

4.1 生態(tài)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化建設(shè)

保護(hù)生態(tài)源地。建議嚴(yán)格按照相關(guān)條例保護(hù)森林公園、風(fēng)景名勝保護(hù)區(qū)、水源保護(hù)區(qū)等重要生態(tài)源地，劃定生態(tài)紅線，將其與周邊山體林地資源統(tǒng)籌考慮，形成較完整的生態(tài)斑塊。

加強(qiáng)重要景觀節(jié)點(diǎn)的生態(tài)建設(shè)。重點(diǎn)城鎮(zhèn)要嚴(yán)格依據(jù)生態(tài)鎮(zhèn)創(chuàng)建的相關(guān)指標(biāo)做好環(huán)境建設(shè)和治理工作。灣區(qū)入?？趨^(qū)域，要將其納入生態(tài)控制區(qū)并予以嚴(yán)格管控。

規(guī)劃潛在踏腳石。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，結(jié)合潛在廊道的交匯點(diǎn)及2個源地之間廊道穿越的生境斑塊位置，確定14處區(qū)域性踏腳石，為城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃中的節(jié)點(diǎn)規(guī)劃提供借鑒。

4.2 生態(tài)廊道優(yōu)化建設(shè)

山體生態(tài)廊道應(yīng)加強(qiáng)山體保護(hù)和生態(tài)治理，開展生態(tài)風(fēng)景林建設(shè)、裸露山體生態(tài)復(fù)綠等工程，打造山體生態(tài)廊道，并使之與溪流、湖泊、海岸等要素相連，形成山海通廊。

表4 不同土地利用類型的景觀阻力值

表5 廈門市景觀指數(shù)特征值

溪流生態(tài)廊道應(yīng)加強(qiáng)溪流沿岸防護(hù)林體系的建設(shè)，推廣生態(tài)護(hù)岸，減少對自然岸線的侵占，劃定水庫、溪流和濕地3種類型的城市藍(lán)線范圍，并按照《城市藍(lán)線管理辦法》管控。

濱海生態(tài)廊道應(yīng)根據(jù)近海岸線開發(fā)情況，開展生態(tài)重建岸線、緩沖岸線和保育岸線的分類規(guī)劃管控。生態(tài)重建岸線應(yīng)以改善近海生態(tài)環(huán)境為原則，規(guī)劃資源消耗低的產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)；生態(tài)緩沖岸線應(yīng)基于發(fā)展與保護(hù)協(xié)同原則下，適度加強(qiáng)涉海區(qū)域的開發(fā)建設(shè)；生態(tài)保育岸線必須堅(jiān)守生態(tài)保護(hù)優(yōu)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

交通生態(tài)廊道應(yīng)完善交通廊道沿線喬灌草結(jié)合的防護(hù)林體系，以滿足動植物的遷徙、傳播與棲息，同時要考慮為鳥類和小型野生動物的遷移開辟通道，如建設(shè)野生動物的地下通道、隧道、天橋等設(shè)施。

4.3 網(wǎng)絡(luò)連通性優(yōu)化建設(shè)

研究區(qū)東北部與中部平原區(qū)、本島與北部片區(qū)的潛在生態(tài)廊道連接度不高，根據(jù)生物遷移和廊道建設(shè)的可能性，建議增加梅山公園和北辰山風(fēng)景區(qū)、西山公園和大輪山公園、北辰山風(fēng)景區(qū)和后山巖公園，以及杏林灣濕地和仙岳公園等之間的廊道連接，從而提高整個網(wǎng)絡(luò)的有效連通性。此外，鑒于本島與島外割裂發(fā)展，可規(guī)劃增加道路交通廊道來增加島內(nèi)外斑塊之間的連通性。

5 結(jié)語與討論

本文定量評價了廈門市自然生態(tài)本底，選取現(xiàn)狀重要生態(tài)斑塊和廊道，采用最小費(fèi)用路徑法模擬潛在廊道，構(gòu)建綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合生態(tài)發(fā)展需求，針對性地提出網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略。結(jié)果表明：研究區(qū)西北部片區(qū)生態(tài)源地的質(zhì)量較高，景觀阻力較小，斑塊之間的廊道連通性較好；東北部和中部平原區(qū)生態(tài)源地?cái)?shù)量有限，生成的潛在廊道較長且連續(xù)性不夠；本島區(qū)域及其他片區(qū)的近海區(qū)域，生態(tài)斑塊較小且較分散，需修復(fù)關(guān)鍵生態(tài)斑塊并開拓片區(qū)廊道的連通。研究通過構(gòu)建“一片、一環(huán)、三帶、多廊道、多節(jié)點(diǎn)”的城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，將區(qū)域重要生態(tài)空間、發(fā)展節(jié)點(diǎn)及城市組團(tuán)等連通，規(guī)劃城市生態(tài)保護(hù)屏障。

與傳統(tǒng)綠地系統(tǒng)規(guī)劃相比，本文全面系統(tǒng)性地考慮了區(qū)域內(nèi)重要生態(tài)資源，利用AHP法選取重要生態(tài)斑塊和廊道，相較于僅根據(jù)面積或?qū)挾却_定重要斑塊或廊道的方法更為合理；基于GIS平臺的最小費(fèi)用路徑法可根據(jù)區(qū)域的生境分布特征，較科學(xué)地模擬潛在廊道的空間分布和連接線路；以上研究方法可為其他城市相關(guān)規(guī)劃工作的開展提供參考依據(jù)。

受限于研究區(qū)物種分布相關(guān)數(shù)據(jù)資料的獲取，基于不同物種遷移需求的生態(tài)廊道寬度等級劃分及與綠地系統(tǒng)規(guī)劃空間尺度的具體落位，還需進(jìn)一步研究與探討；此外，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是一個開放、復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，與周邊區(qū)域聯(lián)系緊密，故應(yīng)從城市群、省域乃至更大區(qū)域進(jìn)行多層次構(gòu)建，加強(qiáng)與周邊重要生境的連通交流，促進(jìn)區(qū)域生物多樣性的保護(hù)，為多尺度完善生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供科學(xué)支撐和參考。

注：文中圖片均由作者繪制。