基于地理信息技术的南京绿色基础设施网络构建研究

摘要：快速城市化进程带来了严峻的城市生态问题，如何平衡城市发展与生态保护之间的矛盾，成为各大城市面临的重要课题。本文基于地理信息技术，以南京市域为研究范围，分析市域空间存在的问题并提出构建目标，搭建完整、分层级的绿色基础设施网络，并提出具体的构建策略，以期为南京市域土地资源的保护及开发提供参考依据。

关键词：绿色基础设施;地理信息技术;GI;网络

中图分类号：TU985.11 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2020）16-00-04

近年来，快速城镇化进程带来了诸多的“城市病”，众多矛盾逐渐凸显，如何平衡城市发展建设与生态保护之间的矛盾，成为目前各大城市面临的重要课题。南京市随着城市扩张的影响，出现了生态地域被建成区大量侵占、市域生态功能退化、景观持续破碎化及生境连通性降低等问题。绿色基础设施（GI）作為快速城镇化大环境之下的精明发展战略，是一种兼顾自然保护与社会服务功能的整体方法[1]，对解决地区生态问题、引导城市土地往健康可持续方向发展具有重要意义。地理信息技术是一项基于宏观层面的数据分析技术，GIS、RS等在众多领域及众多交叉学科均被广泛应用[2]，在景观行业地理信息技术的应用，可大幅提升环境分析的科学性、合理性。本文将南京市域作为研究区，基于地理信息技术对GI网络要素进行辨识，构建南京市域范围的绿色基础设施网络，以期为南京市域土地资源的保护及开发提供参考依据。

1 研究区现状问题及GI构建目标

1.1 研究区概况

本文将南京市域作为研究范围，南京市总面积达6587平方公里，是江苏省会，位于长江下游地区。南京市域南北狭长、东西较窄，是长三角杰出的科研教育基地及交通枢纽地，也是重要的经济带节点城市。

南京属宁镇扬丘陵地区，地势平缓。市域被长江一分为二，老山以及宁镇山脉横亘于中部，南部东庐山与横山呼应。亚热带季风气候，呈现出雨水充足、季节分明的气候特点。南京地处长江下游，境内含长江、淮河、太湖三条水系;长江穿城而过，岸线长约200公里，市域大小河道120条;南部有秦淮河，为“朱雀”，北部有玄武湖，加上幕府山、紫金山脉、牛首山脉，构成南京地理格局。植被以阔叶落叶林为主，植被资源丰富，物种繁多，有“绿都”之称。

1.2 市域绿地空间存在的问题

近年来南京市在生态空间规划及资源利用方面做了很多努力，生态效益显著增加。然而，快速城镇化发展背景下的城市生态资源，仍然面临着一些问题，具体分以下两方面。

第一，快速城镇化致使城市生态空间缩小，生态功能退化。在南京城市蔓延的过程中，其以牺牲自然生态空间为主的建设模式，严重影响了环境与社会安全，使得大量的农田、水域等自然空间被建成区侵占。在市场经济下，利益驱使着开发商们争夺自然空间及资源，使得城市内部可提供的生态空间日益减少。同时，城市内部与边缘的各类建设项目，不断向生态区域蔓延，形成了大量的生态孤岛。再加上局部地区煤炭的开采，造成局部坍塌，对地表植物、森林甚至生物群落都有着不可避免的破坏。以上种种原因，都对南京市域的生态环境产生了严重的威胁，致使自然生态空间的范围不断缩小，生态功能面临退化。

第二，市域生境破碎化，生物迁徙缺乏连通性设施。因人类活动的干扰，南京市域景观破碎化显著，主要体现在城市绿地建设中以城市建成区的“见缝插绿”代替原有的大片绿地，此举虽使得城市绿地指标达到要求，却不可避免地出现了生境分割、异质的破碎状态;市域范围建有连通的绿道网络，绿道可服务人类游憩活动、改善人居环境，然而从动物迁徙的角度出发，缺乏以物质能量流动及生物迁徙为目标的生态廊道，生态廊道的建设以服务于动物迁徙活动为目标，因而对市域生态连通廊道的建设十分必要。

1.3 GI网络构建目标

以构建完整、分层级的绿色基础设施网络为南京市域GI构建的目标。绿色基础设施网络保护通过对整体生态网络格局的保护，来实现生态可持续的目标，保护源斑块与廊道，使廊道连接多个孤立的生境斑块，连通生物移动的路径，能有效解决生境破碎化的问题，消除生境破碎化给生物及环境带来的威胁，保护物种多样性。

2 基于地理信息技术的南京绿色基础设施网络构建方法

2.1 基于地理信息技术的GI构建方法

本文基于地理信息技术的绿色基础设施构建的核心方法，主要分为GI网络要素的识别以及GI要素的评价及排序。

第一，GI网络要素的辨识。绿色基础设施网络是由源斑块、廊道、脚踏石构成的空间网络。源斑块作为绿色功能空间的中心控制区，是GI网络系统的核心区域，主要由能维护生物过程和自然特征的大面积绿色空间组成。廊道是生态空间连接的纽带，是生物物质能量流动的通道，对于关键生态过程的维持有着非常重要的作用。其涵盖的类型包括：沿线状河流、交通道路等形成的线性绿带，为野生动物的保护和迁徙提供空间的生物保护廊道，维护景观品质以及提供休闲娱乐的视域空间的风景游憩廊道。脚踏石是尺度上小于源斑块的绿色空间，在源斑块或廊道无法连通的区域，提供给野生动物迁徙或人类休憩的节点，是对前者的补充。斑块—廊道—脚踏石共同构成连通的绿色基础设施网络。

第二，GI要素的评价及排序。GI要素评价是对识别出的空间要素在整个GI网络中所起的作用做一个评定，以便于制定适宜的保护及优化策略。本文选取相关景观连通性参数对GI网络的连通性进行评估，依据评价结果划分斑块的重要性等级，重点保护、修复那些对网络连通性具关键作用的源斑块，为后续相关规划提供支撑。

2.2 完整绿色基础设施网络的形成

源斑块的识别主要是基于遥感影像的专题分类，获得市域土地覆盖类型图，基于绿地数据，设定一定的面积门槛，筛选绿地斑块，最终获得58个源斑块，其分布范围如图1。

本文运用“最小费用路径法”来生成潜在廊道。首先，对各斑块间的不同景观类型分别设立阻力值，利用GIS平台构建阻力面;之后再利用最小路径工具模拟源斑块间连接的生态廊道，以每个源斑块为“源”，将“源”以外的斑块作为“目的地”，运用“成本路径”工具，计算“源”与“目的地”之间的最小费用路径，模拟动物迁徙的最小费用路径。潜在生态廊道代表着各斑块间由景观阻力较低的景观单元连接而成的连续通道，生物移动时不一定会遵循此路径，而将其看作流动成本最低的潜在路径，将廊道安排在最小费用路径处可以在达成生态目标的同时最大限度地降低建设成本。

依据前人的研究，植被覆盖情况、植被类型、人为干扰等因子直接影响景观阻力。本文以许文雯[3]、孔繁花[4]等学者的研究成果作为依据，确定市域各类景观单元的景观阻力值，如表1所示。

基于此，运用“最小费用路径模型”生成潜在廊道路径共71条，如图2所示。

2.3 分层级绿色基础设施网络的构建

本文主要选取整体连通性指数（IIC）作为评价源斑块重要性的依据，对斑块重要性进行分析。依据IIC来计算绿地斑块重要性指数dIIC，即各个斑块在整个绿地景观中的重要值，其值越高，则斑块重要性越高。在前人研究的基础上，设定连通阈值为10000米，小于10000米则认为斑块间连通，采用自然间断点分类法将结果分成3个等级，输出源斑块等级图，如图3。

依据网络互通的原则，结合市域土地分布，保护区域内具较高生态价值的森林公园、风景名胜区、重要湿地、水源地保护区等，构建以斑块源地和廊道为主的生态网络骨架。梳理并串联主要生态源斑块，形成南京市域绿色基础设施网络图，如图4。

3 南京市域绿色基础设施网络的构建策略

3.1 划分GI网络源斑块优先保护等级

按照生态源斑块的重要性，可将其划分为：一级保护区和二级保护区。对不同等级的空间资源进行规划管控，使其成为南京市域绿地系统规划等相关规划的参考依据。

GI网络的一级保护区由一级源斑块及其周边绿地构成，主要为各类大面积的森林公园、风景名胜区、生态公益林等组成，此类地域是生态网络的核心组成，应实施严格的管控和保护措施。对于大型生态源地应进行某时段的封闭式保护，严格控制人类活动;对需要进行修复的生态源地，应针对性地采用保护措施，维持生态系统的健康运转。

GI网络二级保护区由二、三级源斑块及其周边组成，主要包括面积稍小的各类生态公益林、森林公园、风景区、湿地等，分布较零散，是对生态网络中心的重要补充，应兼顾生态保护和修复。明令禁止有损生态系统稳定的开发和建设工程;严厉监管已建设工程的污染问题，使其达标排放;加强长江流域湿地、水源地保护;适度进行满足当地标准的旅游与开发活动。

3.2 连通优化总体景观格局

除建立一、二级生态保护地以外，还需注重廊道的建设，包括现存的交通型廊道、河流型廊道以及潜在生态廊道。依据廊道在研究区的位置以及连接源斑块的重要性，将廊道划分为：一级廊道、二级廊道。廊道的建设需结合周边用地划定廊道控制区，制定不同的具体管控措施。

一级廊道为连通市域最重要源斑块的廊道，涵盖交通设施廊道、河流廊道、潜在生态廊道3类。建议优先串联重要生境源斑块，对已破坏地区进行生态修复;大部分交通型廊道位于建成区，受建成用地的限制，可将廊道宽度设置为50米以上，其他类型宽度可设为180～300米。

二级廊道多为连接性廊道，连接重要源斑块及作为一级廊道的补充，涵盖河流廊道、交通性廊道及潜在生态廊道，可促进网络内部能量的流动。建议设置在100米以上，并限制廊道周边的开发及建设活动;在确保廊道自然属性的前提下，可作为景观休闲通道，适当建设慢行设施等，进行休闲游憩及科普教育的活动。

3.3 将绿色基础设施融入绿地系统规划

GI理论方法在提供景观生态学新视角及新技术的同时，需借助绿地系统规划平台实现绿色基础设施规划的实践。首先，要完善规划前期的生态评价部分，运用地理信息技术确定、评价其生态适宜性方面的承载功能，以科学的评价体系与结果作为绿地系统规划的依据;其次，要完善绿地系统规划的尺度范围，扩展以市域和主城区尺度为主要范围的绿地系统，建设以市域、主城区以及都市区为主的城乡绿地系统规划体系;完善绿地分类建设，使之对应绿色基础设施规划中的生态区域;调整城市绿化评价指标，应调整传统的“三大指标”[5]，将其完善为包括生物多样性、植被覆盖情况、网络系统的连通性等综合性评价指标;最终，构建城乡绿地网络，在市域范围建立由核心区、连接廊道、场地组成的网络，将市域各孤岛联系起来。

4 结语

绿色基础设施规划从马里兰州的规划实践开始，到如今在全球范围内的实践及研究，经历了漫长的发展历程。在城市化迅猛发展的态势下，用绿色基础设施理论来引导城市发展、土地保护及开发，对于确保城市生态安全、保障生态服务性功能有著重要的意义。本文基于地理信息技术来构建完整、分层级的绿色基础设施网络，以期在快速城镇化的浪潮下，保护城市生态空间，协调城镇发展与生态保护之间的关系，为城市绿色空间的规划提供一定的参考价值。

参考文献：

[1] 栾博，柴民伟，王鑫.绿色基础设施研究进展[J].生态学报，2017，37（15）：3-5.

[2] 陈浩，喻荣岗.地理信息技术在水土保持监测管理中的应用综述[J].中国水土保持，2015（06）：62-65.

[3] 许文雯，孙翔，朱晓东，等.基于生态网络分析的南京主城区重要生态斑块识别[J].生态学报，2012，32（04）：260-268.

[4] 孔繁花，尹海伟.济南城市绿地生态网络构建[J].生态学报，2008（04）：1711-1719.

[5] 徐本鑫.论我国城市绿地系统规划制度的完善——基于绿色基础设施理论的思考[J].北京交通大学学报（社会科学版），2013，12（02）：15-20.

作者简介：苟丹丹（1993—），女，四川达州人，硕士研究生，研究方向：风景园林规划与设计。