基于空间效能的城市生态网络构建*——以亳州市为例

肖铁桥，顾康康，杨倩倩，程 帆

(安徽建筑大学建筑与规划学院,合肥 230022)

0 引言

在自然栖息地破碎化和生态用地不断被蚕食的背景下，通过生态网络建设，将分散的生态斑块连接起来，能有效地促进动物迁移和基因流动等生态过程在斑块间的运动，从而以有限的生态用地保障区域生态安全。

基于生态功能、效能的生态网络的构建与分析已成为当今城市生态研究的重要部分。它通过线性廊道将“点”状、“面”状的不同类型的生态斑块纳入其中，形成一个生态多样、网络化、高效发挥生态绩效的系统[1]。不同学者对此也进行着研究内容和技术上的累积[2-9]，如董翠芳运用景观格局指数分析其与生物多样性的关系[10]，李益敏运用生态敏感性分析星云湖流域[11]、张林运用RS、GIS对上海浦东新区城市生态网络格局现状进行评价研究等[12]。辜寄蓉，朱明仓等将绿色发展的内涵进行要素的空间化表达和空间评价，准确地刻画绿色发展空间，展示了绿色发展的空间差异性，为制定差别化的绿色发展政策提供支撑[13]。上述学者在对生态网络构建的研究中各自都选用不同分析方法，也取得了一定的研究成果，但他们都只强调功能、绩效的分析共性[14]。文章从空间效能的方法来入手，将生态网络的连接性、渗透性以及均衡性三者之间进行横向比较，以期寻求生态网络构建的它途径。

亳州地区的现状条件中植物种类丰富多样，区域内的水系资源发达，先天拥有良好的生态环境，但由于自然和人为的原因，导致该片区内的植物分布较为零散，生态环境造成严重破坏。正是由于该地区这种代表性特征，所以该文选取此地区作为研究对象。

1 研究区域概况

图1 生态要素分布

亳州，别称谯城，位于安徽省西北部，地处华北平原南端，位于东经115°53′～116°49′、北纬32°51′～35°05′。市区即谯城区，辖3个街道、2个镇以及2个乡，位于沿淮淮北平原平原生态区，农业生态功能区。处于暖温带半湿润大陆性季风气候区，适宜各种植物生长，但认为活动频繁，导致境内植被分布较为零散，但水系资源丰富，分布有涡河、西淝河等重要水系。快速的建设导致区域生态环境破坏严重，构建亳州市区生态网络有利于保障其区域生态安全。

2 研究方法

2.1 生态网络连接性评价

参照《土地利用现状分类》(GB/T21010-2007)和环保部颁发的相关文件规范中的分类方式，结合实地调研成果将2016年亳州市土地利用现状图(源于亳州市国土局)整合划分为林地、水域、灌草地、园地、风景名胜区及特殊用地5类生态用地类型(图1)，统计其各类用地占比可以看出现状生态要素以林地和水体为主(表1)。并通过ArcGIS 10.2对提取的生态用地斑块选取不同距离阈值进行聚合分析，并分析不同阈值下生态用地斑块连接度。

2.2 生态网络渗透性评价

若生态流动及生态过程不仅发生在相邻绿地之间，并能在不同分隔单元之中发生，即可理解为生态渗透，渗透功能是反映绿网面向城镇发挥生态系统服务价值的关键所在。生态网络渗透以生态空间镶嵌为核心手段，通过空间蔓延格局与镶嵌形态等方式，加强生态向着其他空间类型的融合与渗入，促进生态系统与城市系统的耦合与渗透，推进生态网络综合功能效益的提升。基于生态渗透的描述，参考Forman将描述斑块的景观指数进行分类，一为描述其形状指数；二为描述斑块镶嵌指数。经指数相关性分析及影响因子的考虑，从格局、形态、功能3个层面并结合渗透系统和研究具体情况选取边缘密度、分维数2个指数来测度(表2)。

表2 生态网络渗透性分析指标

2.3 生态网络均衡性评价

生态网络密度是其效能发挥的重要因素，是城镇综合效益的发挥及各项需求的满足的基础，基于生态性能的角度分析生态网络空间均衡程度对生态网络整体效能发挥具有重要意义。选取斑块密度、廊道密度以及生态绿地使用密度对生态网络均衡性进行评价分析。

表3 各阈值的连接度统计

(1)斑块密度。斑块密度是侧重于从斑块格局及形态方面表述生态网络空间密度的指数。通过Arc GIS 10.2对提取的生态斑块进行核密度分析，来表示研究范围内生态斑块密度。斑块密度主要表达单位城市或地区范围内的生态斑块数量，斑块密度的量化及结合空间图谱的研究，有助于分析绿网空间的破碎性，并引导生态网络空间均衡度的优化。

(2)廊道密度。廊道密度指数反映了整个景观廊道的密集度，它是通过定量分析的方法来反映廊道在空间中所占的比重。通过对廊道密度指数进行计算，可以反映出研究区内廊道的分布情况，一定面积中廊道的长度越长，则景观的破碎化程度越高。廊道密度指数计算公式为：

(1)

式(1)中，L为廊道密度指数，T为廊道长度，A为区域总面积；反映出研究区内廊道的分布情况，一定面积中廊道的长度越长，则景观的破碎化程度越高。

3 结果分析

3.1 生态网络连接性分析

基于吴敏、刘常富等生态学者的研究成果，鸟类平均活动距离为30～32 000m，中小型哺乳动物和两栖爬行动物的平均扩散范围50～1 000m，且部分城市研究发现100～400m，可很好地找到造成当前景观连接度薄弱的区域，并能有效地找到解决该薄弱环节的关键斑块。故在研究区分别选取50、100、300m以及600m作为分析阈值[15-16]。

正如统计出各阈值的连接度(表3)。基于50m阈值分析结果表明，亳州市市区范围内生态斑块连接数量占总斑块数量的92.65%。研究范围内仍有较多独立斑块存在，生态斑块破碎化程度较高，生态连通性有限。100m阈值下，生态斑块连接数量占总斑块数量的99.12%，市区范围内独立存在的斑块数量明显降低，但是生态斑块破碎度依然较高。在300m阈值分析下，市区范围内生态斑块连接数量占总斑块数的99.86%，研究范围内多数生态斑块被连通，仅小部分斑块呈碎片化分布。在600m阈值下，生态斑块全部连接，生态斑块彼此出现较多重叠情况，同时中心城区并非为阈值覆盖区(图2)。

图2 亳州市区生态网络连结性分析图

从阈值整体分布情况来看，亳州市市区范围内生态绿地分布较为集中，绿地斑块较多，连通性最好。而在北部区域生态斑块连接性较差，南部地区和中心城区较为突出，呈现出生态斑块连接较少及破碎化程度高的现象；中心城区的绿地斑块数目少、规模小且破碎化程度高。根据结果，在生态斑块周围设置300m生态缓冲区或生态预留区较为适宜。

3.2 生态网络渗透性分析

渗透性主要从宏观、中观以及微观3个层面进行构建。宏观层面，渗透性表现于整体的自然生态肌理，以及其在城市整体空间中的蔓延与伸展；中观层面，渗透性重点是在自然生态要素与城市建设用地的在空间形态上的镶嵌关系，在绿地斑块以及廊道等边界形态上采取自然渗透性强的、耦合不规则的镶嵌性边缘等；微观层面渗透性主要体现于生态边界之上，强调弹性边界及其具有的空间管控要求等，促进生态系统与城市系统的耦合，提升生态与城市的相互融合，从而推进生态网络综合功能效益的提升。

涡河、洪河等自然水域边缘密度较低，集中在0.01～0.06，分维数较大，集中在1.85～1.98，主要呈现出较为自然但破碎度较高的边界形态；中心城区内部水体、绿地以及道路呈现出人工几何化程度较高的边界形态，分位数指数靠近1，与周边的建设用地的分割较为规整机械，渗透性较低；而北部、东部及南部的农业用地区域的生态斑块除河流沟渠等生态型较强的区域外均呈现出破碎化的无律散布状态(图3、图4)。从整体上看，亳州市大部分绿地斑块形状呈现出规则且较为离散的状态，绿地生态分布的整体性较差，不能够较好地激发绿地边际效应，从而影响了整体的生态网络外部功能效应的发挥。

图3 边缘密度分析 图4 分维数分析

3.3 生态网络均衡性分析

均衡性构建选取斑块密度与廊道密度为评价指标，亳州市市区生态斑块分布的整体性较差，涡河及洪河流域生态斑块密度较高，其他区域斑块密度较低，中心城区尤为突出，不能够较好地激发绿地密集性效应，从而影响了整体的生态网络整体功能效应的发挥(图5)。

亳州市市区境内的廊道类型主要是道路廊道和河流廊道两类，分别对这两类廊道进行廊道密度计算，得到以下结果：道路廊道的廊道密度为1 082.27m/km2，河流廊道的廊道密度为1 733.43m/km2。研究区内大型河流廊道较少，河流水面及沟渠较多，分布较为均匀，但是连通性较差，无法形成廊道。中心城区道路密集，其余地区道路分布较少(图6)。

图5 斑块密度分析 图6 现状廊道分布

3.4 亳州市市区生态网络分析

亳州市生态网络是由生态廊道以及生态点构成。根据生态连接性评价、生态渗透性评价和生态均衡性评价结果显示涡河、西淝河生态连接性较强，边缘渗透性较高，从网络的结构上来看可作为亳州市区一级生态廊道。龙凤新河、洪河、漳河在连接性与渗透性不及涡河与西淝河，但从生态廊道的均衡性上较其他廊道较为重要，可作为亳州市区的二级生态廊道，同时为加强区域廊道的多样性与均衡性，选取重要的两条道路廊道作为二级廊道。其余廊道作为三级廊道，为区域生态网络的提供补充作用。生态点是由生态保护点与生态修复点共同构成。根据斑块密度分析可以看出，市区北部涡河及洪河流域生态斑块分布较集中，城区南部部分地区也出现生态斑块聚集状态，综合分析选取4处生态保护点。同时研究通过分析结果筛选出3处生态修复点，分别为中心城区、市区南部以及西淝河周边地区。因为中心城区出现明显连接性低、斑块密度分布较低的情况，同时市区南部、西淝河周边斑块密度较低、渗透性较差。结合分析结果，形成市区生态空间的主体架构，确定亳州市区生态网络的空间格局为“四核、三点、多廊”(图7)。

图7 亳州市区生态网络结构

结合分析结果，针对亳州市区生态网络结构制定不同的实施策略以发挥其空间效能。(1)在生态廊道的建设上应结合周边生态林地进行建设，维持廊道的自然形态，避免人工化，以增加廊道的渗透性。在廊道建设的宽度上宜选择300m宽度，以更好地连通周边生态要素，满足生物种群的交流，同时加大道路廊道的建设，以丰富生物迁徙廊道的多样性。(2)在生态保护点的建设上应加强现状生态要素的保护，靠近城市建设区域应防止城市建设对其破坏，保护点内部的连接性，同时整合保护点周边的生态要素，维持自然形态，加大辐射功能。(3)在生态修复点建设上要处理好修复与建设之间的适宜关系。在城区加大绿地覆盖率和绿地的连通性，在郊区进行生态修复建设时适当的以生态种植为手段，依托社会经济建设活动来增强生态建设，以充分发挥生态效能。生态廊道的构建涉及多学科多领域，像保护生态学、景观生态学、城市规划与设计、景观设计等等，所以在建设过程中，不仅要处理好近远期之间的关系，还要尽量消除在各领域中的差异，实现“多学科合一”的目标[17]。

该研究虽然从多维度进行生态评价，但对于生态要素间仅仅考虑了连接性，对要素的本身属性未进行考虑。大小不同斑块以及不同质量的要素对区域生态具有不一样的作用，在未来的构建过程中还需进一步分析与优化。此外，生态网络应在空间上进行多层次的衔接，该文仅在市区层面进行分析，未来应在市域以及城区层面进行进一步分析。

4 结论

生态网络的构建可以将散布在区域内的生态斑点通过一定的技术手段有效地结合起来，这样不仅有利于增强区域内生态斑块的连通性，同时也可以加强该片区内生态斑块完整性。由于亳州市生态网络的现状的代表性特征，该文将其选作为研究对象。在研究方法上，该文运用空间效能评价，通过对“网络本体—影响区—辐射区”不同空间层次的效能，从不同层面进行识别生态要素，更科学地评价廊道与源地，分别从生态保护和生态修复两个层面构建出城市生态网络。

该研究的创新点在于将空间效能理念运用在生态网络构建中，一是通过连接性、渗透性以及均衡性评价，在多维度下识别生态廊道、生态核心。在此基础上建立的生态网络有利于综合区域多种功能要素，对加强网络内部生态流动以及区域生态平衡具有重要意义。二是通过评价，能同时识别出区域生态薄弱点，薄弱点的生态建设为未来区域生态修复提供了依据。在此依据下进行生态修复不仅能保证研究结果的科学性、合理性，同时也能为未来生态网络发展的研究提供参考。