基于鸟类廊道功能的城市生态网络构建途径探讨

2019-10-12李波杜春兰李毅

园林 2019年9期

李波杜春兰李毅

城市化进程的不断推进，在给人类带来诸多利益的同时也对城市生态系统健康造成了巨大威胁。城市生境破碎严重，生物多样性急剧下降，城市生态系统服务功能正逐渐丧失[1]。为了应对生境破碎化问题，国内外许多学者、设计人员以及政府部门都在城市生态网络构建方面开展了踊跃尝试和探索。尤其是在我国现阶段积极推行的城市生态文明建设、城市双修等政策影响下，城市生态网络研究和实践方面都取得了重要的成果。即便如此，相关专业人员也必须清晰地认识到现有城市生态网络建设过程中存在的问题与不足。本文对现有城市生态网络构建的主要方法进行了综合论述与分析，并基于生态学、景观生态学、风景园林学等相关学科理论知识，提出了以鸟类为指示类群的城市功能型生态网络构建策略，以期为城市生态网络的科学构建提供参考。

1. 佛罗里达生态绿道网络优先等级划分

1 生态网络构建的初步实践

在快速城市化的过程中，生境破碎化非常明显，表现为城市绿地在硬质化下垫面基质中的斑块状分布。这些破碎的斑块多以公园绿地的形式出现在城市中，为城市居民提供了重要的休闲游憩场所，同时，它们也是城市中另一类“居民”——野生动植物的重要庇护地。随着生态文明的不断进步，人们越来越重视城市绿地系统质量，希望通过各种手段使其生态服务价值和休闲娱乐功能得到综合改善和提升。生态网络以廊道为纽带把城市中破碎的绿地斑块联系起来，并兼具生态服务、生物保护、景观游憩等功能[2]，因而一度成为人们关注的热点。

美国佛罗里达州生态绿道网络建设极具代表性，也成为了现代城市绿地系统网络规划设计的重要参考。佛罗里达生态绿道网络由生态网络和居民游径两个子系统组成（图1）。基于GIS分析的初步设计方案提出、公众参与审议的方案微调和土地所有者参与的最终调整3个步骤而得出。生态网络系统和居民游憩系统的结合既满足了生态保护和城市弹性发展的诉求，同时还能激活社区活力、提升人文体验，促进多目标之间的良性互动[3]。在生态网络系统设计过程中，利用GIS空间分析工具对大数据的综合处理是该方案的重要创新，其中依据景观要素面积和重要性程度进行的分级评价以及通过最小成本路径分析对潜在重要廊道的选择确定在后期众多的生态网络规划设计案例中得到了沿用和推广[4-7]。

随后，重力模型（gravity model）和景观阻力值被进一步引入生态网络构建。城市中重要的绿地斑块可看作物种迁移扩散的源（source）或目标（target），绿地斑块面积越大或生境质量越好，则意味着物种在源和目标之间迁移的可能性也就越大，研究过程中可利用重力模型来衡量斑块对物种的吸引力大小（式1）[8]。对于城市而言，潜在的生态网络由作为源（或汇）的绿地斑块以及连接斑块的廊道构成，当物种在潜在的城市生态网络中迁移运动时，途径廊道或其他斑块均会受到一定阻力（表1），这些阻力可能来自人为干扰，也可能来自斑块或廊道自身的生境质量状况。重力模型和景观阻力值的引入使得城市生态网络构建方法变得更加科学。

式1为城市绿地生态网络构建过程中可以用到的重力模型计算公式，其中，Gab是斑块a和斑块b之间的相互作用力，Na、Nb为斑块a、b的质量，常用斑块面积或生境质量来进行判断，为斑块a、b之间阻力的标准化值。

2 鸟类廊道功能的生态网络设计探索

廊道以及通过廊道连接的斑块是生态网络构建的核心组成要素。生态学家用景观连通性和景观连接度对景观结构特征和功能特征加以区分。景观连通性指景观元素在空间结构上的联系，而景观连接度是景观中各元素在功能上和生态过程上的联系[9]。对于景观连接度而言，不同廊道类型（如河流廊道或道路廊道）、同种类型不同质量（宽度或内部结构差异）均会对其产生着重要影响。因此，要实现真正意义上的生态功能连接不能简单地通过形态连接进行判断。生态网络连接度就如同生境一样，在讨论其功能连接时，离不开特定的研究对象，例如对于鱼类、爬行动物、昆虫，亦或是鸟类，由于它们具有不同的生态习性和迁移运动能力，即便是同一廊道，所发挥的功能也会不同。

研究表明，鸟类通过觅食或被捕食，对整个城市生态系统中的能量流动、食物网结构、营养级链以及集合种群结构等产生重要影响[10]，另外，鸟类位于食物链的中上层，其生存依赖于可食植物资源或其他小型无脊椎动物[11]。可以说，鸟类多样性在一定程度上也反映了整个城市生态系统的健康状况，是城市生态系统健康的重要指标类群。同时它们还具有重要的景观功能，增加了市民对自然的感知。因而，鸟类逐渐成为生态网络研究的重要对象。

目前，以鸟类为对象而开展的生态网络研究主要仍然延用了佛罗里达生态网络系统的构建方法。不同之处在于，针对特定物种的鸟类生境网络构建过程中，不同景观要素所选取的景观阻力值更加明确，且可以通过具体参数对式1中提到的斑块质量进行更加准确的计算。例如，在辽河三角洲水禽生境绿道构建过程中[12]，在对绿翅鸭主要生境因子进行识别后（包括干扰程度、积水状况、食物丰富度、隐蔽状况），可根据各生境因子状况进行分级赋权，进一步计算出相对合理的斑块质量，而旱地、水田、林地、滩涂、水域等不同用地的阻力系数值也更为明确，而不是一个较大的取值区间（表2）。最终结合最小费用路径分析，可构建出绿翅鸭的生境网络结构（图2）。

3 生态网络构建中的科学问题剖析

尽管基于景观生态学基本原理，借助GIS等空间分析工具，并结合重力模型、廊道阻力等方法，使得城市生态网络体系构建有了一定的科学支撑。但是在此过程中仍然存在一些问题值得进一步思考。鉴于鸟类在城市生态系统以及城市景观中扮演的重要角色，笔者将继续对基于鸟类廊道功能实现的城市生态网络系统构建中可能存在的问题展开分析。

（1）斑块质量如何评价才更为科学？斑块或者节点是生态网络构建的核心要素之一，对于城市生态网络而言，其中的绿地斑块扮演着这一重要角色。根据景观生态学原理，斑块面积越大则潜在的供物种生存的资源越多，以及可能提供的异质性生境的可能性也越大，这为生态网络构建过程中采用斑块面积来衡量其质量提供了一定依据，但却不能一概而论。通过对辽河三角洲绿翅鸭生境网络结构的分析可以知道，对于某一物种而言，绿地斑块质量好坏的判定不应再依赖于空间形态上的面积统计，还需要考虑斑块内部该物种所需生境的质量状况。此外，要让斑块质量的评估更加科学，甚至还需要结合斑块具体形状和所处的空间位置进行综合判断。

表1 不同土地利用类型的景观阻力系数

表2 用地对绿翅鸭的阻力系数

2. 辽河三角洲绿翅鸭生境节点及连接绿道网络结构图

3. 上帝视角下的城市潜在鸟类廊道

（2）廊道阻力应该如何择？通过对比表1和表2，可以发现在构建生态网络时，即便是统一景观要素，其廊道阻力值是不一样的。导致这一结果的原因主要是所考虑的研究对象不同。例如，一些鸟类可以跨越数百米甚至数公里的水域进行迁移，而陆生爬行动物则不行，因此水域对它们而言有着不同的阻力系数。此外，廊道或斑块本身的生境质量（结构、干扰等）和几何特征（宽度、连续性程度等）也会导致阻力系数的不同，试想一条10 m宽和一条100 m宽的由河岸林地构成的廊道，尽管具有相同的植物群落结构，但对于某一物种而言必然存在较大的阻力差异。这一点在人们制定廊道宽度标准时已得到充分体现[13]。

（3）如何准确把握研究视角？在单纯依赖空间分析工具，通过遥感影像等进行城市生态网络构建时，人们对网络的观察高度处于上帝视角，在这个视角上往往关注于网络结构的形式连接。当研究者把研究集中于某些物种，考虑廊道实际存在的功能连接时，是否应该更多考虑物种基于生物本能的选择。当某种具有迁徙能力的鸟类置身城市绿地斑块时，它会选择利用邻近绿地斑块作为踏脚石向目标移动，还是会沿着连续的河流廊道或道路绿地进行迁移（图3）？这种基于物种本能的迁徙路线和方式选择，在山地城市特殊的地形条件影响下会变得更具吸引力和研究价值。因此，在考察城市生态网络连接度时，研究者有必要从传统的上帝视角转变到动物视角进行观察分析。

4 城市生态网络构建方法与策略

基于以上思考，笔者认为对于生态文明背景下的城市生态网络构建而言，可从以下三方面进行探索和改进。

（1）积极探索城市生态网络中的物种迁移运动机制。物种在城市生态网络中的迁移运动非常复杂，只有掌握了物种迁移运动机制才能准确判断关键性绿地斑块和廊道的位置，才能给出科学合理的生态网络构建建议，从而实现其功能性连接。该方面可在广泛实地调查基础上，借助生物学跟踪定位技术和计算机模型模拟研究综合开展。

（2）改善绿地斑块和廊道生境质量。生境质量是物种在城市生态网络体系中生存和顺利迁移的重要保障。对于生境质量的提升应在针对目标物种生境需求的基础上综合考虑其他物种的生境需要，构建完整可持续的生态系统。改善绿地生境质量的基础是对物种生境展开全面深入调查，掌握人为干扰、水热条件、植被状况等对物种的综合影响。在生境营建时，不能简单看作是食源植物或庇护植物的配置，更应该结合物种在昼夜或不同季节的需求进行综合生境设计。当然，在快速城市化进程中，尽可能保护绿地面积和规模是提高绿地生境质量的必要前提。

（3）因地制宜，科学合理地规划设计生态网络。借鉴已有经验和方法高效开展生态网络设计，但不是照搬，国外案例中的设计参数可能并不适合国内，山地城市和平原城市必然也存在较大差异。因此，在实际操作过程中应注意因地制宜，构建本土化设计参数，并探索适合本土的设计方法。