城市生态网络构建与优化——以徐州市为例

梁鑫斌，郭娜娜，连洪燕，周宝娟

（1安徽科技学院 建筑学院，安徽蚌埠 233100；2中国矿业大学 力学与土木工程学院，江苏徐州 221116）

0 引言

城市生态用地是城市空间的重要组成部分，会对城市气候环境产生直接影响[1]。在城市化进程中，大量的城市生态用地被建设用地所侵占，造成生态空间规模降低、生态空间网络不断被重构等问题。如何理解和定量研究城市生态用地及其空间结构，最大程度地发挥城市生态用地的生态效益、提升生态网络效能成为地理学、景观生态学及城市规划领域内的重要研究方向。

生态网络是生态空间形态与功能的有机结合，对城市建设和发展具有一定的导向作用[2]。准确识别生态源地、科学构建生态廊道是城市生态网络建构的重要步骤。现阶段的研究成果中，生态源地识别主要利用地理信息系统、遥感图像、土地利用现状图等空间信息数据，通过斑块重要性指数[3]、景观连通度指标（dPC）[4-5]、形态空间格局分析（MSPA）[3-4，6]等单独或综合判断。生态廊道主要采取最小阻力模型（Minimum Cumulative Resistance，MCR）[7]、最小成本距离法[4]、电路理论[3]等方法构建。

徐州市主城区在城市化快速推进过程中，土地利用结构不断变化，建设用地比重逐渐增加，生态用地比重逐渐减少[8-9]。以徐州市主城区为研究载体，通过探索生态源地和廊道，构建生态网络，可以更好地把握徐州市主城区生态空间特征，为进一步明确生态环境改善的着力点提供科学有效的综合指导。

1 案例城市概况

徐州市是我国典型的中等规模城市，其城市化水平经历了恢复性增长期（1983—1993年）、波浪式进展期（1994—2003年）和直线上升期（2004年—）三个主要阶段[10]。至2019年，全市城镇化率为66.7%，县域城镇化率57.2%。城市化发展带来城市建设空间的扩展以及城市生态空间的变化，主城区作为用地蔓延式扩展的主要空间，生态网络的变化尤为明显，同时伴随着城市由资源型向生态型的转型发展。因此，选取徐州市主城区作为研究对象进行城市生态网络的研究具有较好的可行性和代表性。

徐州市地处暖温带南缘，气候资源相对优越，适宜各类作物的栽培，植被覆盖率大于43%，整体的生态环境较好。结合徐州市总体规划，将研究区划定在市域范围的中部，具体界定为泉山区边界以东，庙山镇以西，连霍高速公路和云龙区边界以北，云龙区和鼓楼区边界以南，面积约573km2。具体矢量范围以徐州市城市总体规划中心城区的矢量边界范围为基准，以便于现状主体的城市建成区能被覆盖且利于后期策略制定与规划管控的有效衔接。

2 徐州市主城区生态网络构建

“生态源地”和“生态廊道”是生态空间网络结构的基本组成要素。基于徐州市主城区生态空间资源空间分布，通过生态源地的甄选、生态廊道的提取，构建徐州市主城区生态网络。

2.1 生态源地

生态源地一般是生态空间中主要的景观斑块，城市区域以人类活动为主，因此，土地利用类型成为识别城市生态源地的重要依据。结合已有研究，本文主要以2019年土地利用现状为基础，借助形态空间格局分析（MSPA）和生态空间的景观连通性指标dPC值分析来甄选生态源地，最终筛选出135个生态源地，其中最小面积为0.004km2，最大面积为7.054km2。将通过形态空间格局分析（MSPA）所得到的核心区进行景观连通性运算，所得结果数值大小代表该核心区斑块对中心城区整体景观连通性所体现的贡献大小，本研究构建的生态网络需要在宏观层面和微观层面都可以起到维护生态系统服务功能及量化用地布局的效应。综合考虑核心区连接度重要值的结果和本研究的目的，借鉴已有经验[11-14]，选取dPC≥0.01的核心区作为生态源地。通过连通性软件Conefor2.6计算各核心区的重要性，得到重要性分类图（图1）。

图1 徐州市主城区核心区重要性（dPC）分类图

2.2 生态廊道

生态廊道是指生态空间中供各种生物活动和能量流通所使用的狭带状空间，能促进生态源地间各类型生物因素的运动并有效降低景观破碎化程度，将分散的生态源地连接起来，给生态系统提供物质循环和能量流动的通道，从而可以增强生态系统稳定性[15]。由于生态廊道的连通性和功能与各个生态源地之间的距离以及生态源地之间连通路径的阻力有关[16]，因此，采用MCR模型作为构建徐州主城区生态廊道的方法。

结合已有研究[17-19]，通过专家打分法综合确定徐州市主城区生态空间的各生态阻力因子及权重，阻力因子以地形位等级、土地利用类型为基础展开，并根据生态适宜性将各因子阻力值进行分级设定（表1）。同时，在ArcGIS中结合各阻力因子的空间分布，将其分别进行阻力值分级，并依权重进行空间叠加计算，构建生态阻力面（图2）。

表1 生态阻力因子分类[20]及权重[21]

建设用地公共管理与公共服务用地 1000商业服务业设施用地 1000绿地与广场用地公园绿地 30防护绿地 10村庄建设用地＞50 1000 20～50 600＜20 400特殊用地 1000工业用地土地利用类型一类居住用地 1000 0.8居住用地二类居住用地 1000三类居住用地 600道路与交通设施用地 1000公用设施用地 1000物流仓储用地 1000非建设用地林、草地 5耕地 100水域 10其他 600

图2 徐州市主城区综合阻力面

综合生态源地的前期甄别、生态阻力面的构建分析，借助Linkage Mapper软件对主城区内各个生态源地之间的最小累积阻力通道进行绘制，生成徐州市主城区的生态廊道。结合徐州市主城区生态环境，共提取1186条生态廊道。将主城区内识别的各生态源地和绘制的生态廊道进行空间叠加，构建徐州市主城区的生态网络结构（图3）。

图3 徐州市主城区生态网络

3 徐州市主城区生态网络评价

结合已有研究[22-26]，选取生态廊道网络环度指数（α）、生态廊道网络线点率指数（β）、生态廊道网络连通度指数（γ）三个指数对所绘制的徐州市主城区生态廊道网络展开评价。

3.1 生态廊道网络环度指数（α）

生态廊道网络环度指数α可以量化生态网络的复杂程度、环通度，表征在生态网络结构中连接各个节点的环路所存在的程度，α的取值区间为[0，1]，α=0代表生态网络中没有形成环路，只有尽端形式枝状廊道存在，α=1代表生态网络中具有最大可能的环路数量。具体公式如下：

3.2 生态廊道网络线点率指数（β）

生态廊道网络线点率指数（β）用于表示生态网络中生态廊道节点之间互相联系的难易程度大小，β数值越大，表示所形成的生态网络结构越复杂，β取值范围为[0，3]，β=0表示没有生态网络存在。公式如下：

3.3 生态廊道网络连通度指数（γ）

生态廊道网络连通度指数（γ）是生态网络连通性测度指标，取值为[0，1]，γ=0表示生态廊道网络中各个节点之间没有连接，γ=1表示所形成的生态廊道网络中各个节点之间两两互相连接。γ取值为[1/3，1]，当γ接近1/3时，网络呈树形，当γ接近1时，网络结构则近似于最大平面网络，3*（V-2）则表示生态网络中可能存在的最大生态廊道数目。具体公式如下：

以上公式中L表示当前生态网络中实际存在的生态廊道连线数，V则为生态网络中的生态廊道的节点数。

分析结果显示，徐州市主城区生态廊道网络环度指数（α）结果为0.28，表明生态网络有着较低的连接度，生态网络中的各种物质和能量流动过程较为不通畅，网络回路分布不均匀。徐州市主城区生态廊道网络线点率指数（β）计算结果为1.55，表明生态网络处于中等复杂的水平，生态网络中各个生态源地能够相对容易地进行相互联系和沟通。生态廊道网络连通度指数（γ）计算结果为0.52，表明主城区内部生态网络中有超过一半的生态源地为生态廊道所连接沟通，其整体的网络效能尚可。

4 徐州市主城区生态网络优化建议

从生态网络的评价来看，徐州市主城区的生态网络已基本形成，但在优化改善方面的潜力仍然较大。（1）主城区的北部以及东部区域的生态源地分布较少，且空间分布多呈现孤立散布的特征。建议适当增加生态源地数量，并通过生态廊道的连接增强各生态源地之间的联系，补充生态连接的薄弱环节，实现生态网络中各物质与能量流动的强度和顺畅度，提升整体生态效能，实现生态安全。（2）结合国土空间规划的契机，建议优化用地结构，适当提升生态用地的比重，注重生态环境修复及建设，以生态廊道的系统化、层级化梳理和打造为导向，提高主城区内部生态系统网络内部的有效关联。将徐州市主城区生态网络优化与城市建设开发有机结合，通过合理安排建设时序、确定开发保护目标、高效综合利用绿地等方式实现生态网络完善与科学开发的协同。

5 结语

在国土空间规划推进的大背景下，城市生态空间是落实生态优先原则的基本载体。通过判别生态源地和生态廊道来量化分析城市生态网络的构成和结构特征，并在此基础上评价城市生态网络效能，可以更为精确地把握完善生态网络结构、提升生态安全格局的建设施力点，并进一步提高城市生态系统服务功能。