高密度城区居住用地附属绿地对生态连通性影响——以深圳市福田区为例

焦亚楠，李飞雪,2，陈振杰,2，张启舜，赵 鑫

（1.南京大学 地理与海洋科学学院/自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室/江苏省地理信息技术重点实验室，南京 210023；2.江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心，南京 210023；3.张家港市自然资源与规划局，江苏 张家港 215600）

城市化建设侵占了生态用地，导致景观破碎化、连通性降低，生物多样性受到侵蚀（Serret et al., 2014；于亚平 等，2016）。在高密度城区，景观破碎化问题突出，提高生态连通性能加强生物流互通，对生物多样性保护、土地可持续利用等方面有重要作用（曹翊坤 等，2015）。城市绿地根据其规模、配置等，有潜力通过提供栖息地和促进自然种群的连通性，来支持物种多样性（Mimet et al.,2020），因此，分析高密度城市环境中的生态连通性对城市生态环境的保护与改善有重要价值。然而，当前城市生态保护政策与研究多强调“绿心”“绿轴”等形象表征（吴敏 等，2018）以及面积较大的公园、生态保护区等（罗言云 等，2020；朱勇 等，2022）；对居民区内附属绿地的关注较为缺乏，忽视了其生态连通性效益。为在有限资源下最大限度地实现土地可持续利用、高质量生态环境保护，有必要探索小规模、广泛分布的居住用地附属绿地的连通性贡献，通过公众参与治理与适当养护，充分发挥居住用地附属绿地的连通效益。

目前生态连通性研究主要基于图论（张宇 等，2016）、形态学空间格局分析（范春苗 等，2022）、最小费用模型（陈昕 等，2017；陈德权 等，2019）、电路理论（Grafius et al., 2017）等方法，在不同尺度下，进行城市（张远景 等，2016）、自然景观（Cao et al., 2020）以及生物保护（Kabir et al.,2017）领域中生态网络连通性研究。已有研究表明，分散分布的小规模生态用地在更大自然基质中对维持整体景观的连通性有重要作用，可将诸多空间上相互隔离的大型生态用地连为整体，并为生境面积需求较小或扩散能力较弱的物种提供重要的生境和避难所（Diniz et al., 2021; Han et al., 2022）。城市中小规模绿地也有相似的功能。如部分学者通过设置不同的情景、计算城市绿地的多种连通性指标等，量化商服用地（Serret et al., 2014）、私人花园（Mimet et al., 2020）等城市绿地的生态连通效益。一方面，现有研究多从小规模绿地减小区域移动阻力、提升整体连通性指标的角度进行分析，缺乏对廊道影响的考察与关键斑块位置的确定。另一方面，基于不同的生态学理论、研究区域、指示物种、连通性与生境的功能，现有研究对参与连通性评价的城区绿地规模阈值的确定及其生态作用尚未形成共识（Diniz et al., 2021; App et al., 2022; Han et al., 2022）。中国城市中居住用地附属绿地被高密度的建筑物隔离、分散、面积较小，因此本研究将其作为廊道上的踏脚石或生物流承载者、从分布、规模等因素考虑其对生态连通效益的影响。

本文以深圳市福田区为研究区，依托生态网络探究居住用地附属绿地对连通性的影响，分别构建福田区居住用地附属绿地连通与阻隔情景的生态网络，比较分析2种情景下的网络，确定关键居住用地附属绿地斑块的位置与规模，提出保护建议。以期为未来城市更新、规划的生态网络保护建设提供参考。

1 研究区概述

福田区位于深圳经济特区中部（22°30′—22°36′ N、113°59′—114°06′ E）（图1），东起红岭路，西至华侨城，北至笔架山，南临深圳河，辖区面积78.66 km2。福田区作为深圳的行政、金融、文化、商贸和国际交往“五大中心”，除北部的梅林山体、南部的红树林保护区外，大部分区域已发展为城市建成区。福田区重视城市空间与自然生态环境的有机融合，截至2021年公园总数为125座，全区绿化覆盖面积33.81 km2，绿化覆盖率约42%。

图1 研究区区位与居住用地附属绿地示意Fig.1 Location of Futian District and its residential green areas

随着经济持续高速增长，福田区土地、资源环境、人口与空间的供需压力剧增，2020年建设用地开发利用率较高，已达96.7%，现状建成度和土地利用强度高。随着高密度、大规模的城市开发建设，部分栖息地生态功能严重退化、破碎化，迁徙洄游通道日益阻隔，城市内部连通重要生境的生态廊道日益阻断。

2 研究方法

首先，构建指标体系识别生态源地，并将居住用地附属绿地分别作为低阻力景观、高阻力景观赋值制作2 张阻力面，分别对应A、B 阻力面，作为现实中其支持生物流通以及由于开发或破坏活动导致其阻隔生物流的简化表达；其次，基于最小累积阻力模型（Minimum Cumulative Resistance, MCR）分别生成潜在廊道，并选用整体连通性指数分析斑块的结构重要性、运用电路理论识别生态夹点等分析网络生态连通性情况；随后，针对廊道连通性及重要生态节点的区别，分析居住用地附属绿地基于规模、位置等对生态网络连通性的影响（图2）；最后，提出福田区生态网络的连通性提升策略。

图2 技术路线Fig.2 Technical route

2.1 居住用地附属绿地与生态源地识别

首先通过面向对象分类法对福田区天地图影像（摄于2021年、分辨率1.2 m）植被覆盖区域进行提取；利用python 爬取房源网站①https://sz.lianjia.com/xiaoqu/futianqu/中福田区居住用地的名称，根据名称索引其百度地图上的边界点坐标并连接，得到福田区居住用地边界及其中居住用地附属绿地。

本文使用构建指标方法确定生态源地。根据研究目的、深圳市福田区植被覆盖特点及已有研究（李晶 等，2013；卜晓丹，2013；刘佳，2018），确定选取标准为：规模超过0.01 km²的林地、草地。通过与福田区天地图影像校核，0.01 km2的斑块阈值筛选效果较好，能保留研究区内所有的大型绿地斑块。福田区中部的高尔夫俱乐部由于存在较强人工干扰和大片由单一草种构成的同质性地区，阻碍生物流通（蔡婵静，2010），故不作为源地分析。

2.2 基于MCR的生态廊道提取

最小累积阻力模型可直观反映生态源地间的连通与阻力关系，适用于在被建筑和交通基础设施分割的高度异质景观中模拟物种的运动（Serret et al.,2014）。景观阻力主要由自然条件与人为干扰程度决定，参考这2 个因素与已有研究（许文雯 等，2012；许峰 等，2015；陈小平 等，2016；古璠 等，2017；王玉莹 等，2019；Dai et al., 2021），得到常规阻力面景观阻力赋值（表1），居住用地附属绿地作为低阻力景观，赋阻力值5得到A 阻力面，对应现实中其支持生物流通的情景。接着假设居住用地附属绿地被侵占或破坏，保持其他地类阻力值不变，将居住用地附属绿地作为高阻力景观，赋阻力值10 00 得到B 阻力面，作为居住用地附属绿地阻隔情景的阻力面（Mimet et al., 2020）。由于本研究面向空间进行，不以特定物种作为指示物种，地表覆被的景观阻力为主要阻力部分，且无法确定地形影响的程度与关键地形阈值，因此不叠加地形阻力影响。用于制作阻力面的福田区2018年土地利用数据、道路分布图来自自然资源有关部门。

表1 土地利用类型阻力赋值Table 1 Resistance values of each landscape type

在源地识别、阻力面构建的基础上，基于MCR 模型（Knaapen et al., 1992）计算最小累计阻力路径，分别识别2种情景下区域潜在生态廊道。

式中：MCR 为最小累计阻力值；f为一个正函数，表征空间中任意一个点的最小累积阻力值与其到所有源的距离和它本身的生态阻力值成正相关关系；Dij为生态源地j到空间单元i的空间距离；Ri表示空间单元i的生态阻力值；m为阻力面栅格个数；n为生态源地斑块的个数。本研究使用成对建模模式，连通性评估考虑流入与流出每个斑块的流量，每个斑块都被作为栖息地和觅食区域。每个栅格像元连接到8个邻接像元。

2.3 结构重要性评价

景观连通性是描述生态网络中各生态节点间连接功能的量化指标，表征某一景观是否有利于斑块内物种扩散与迁移，基于图论的整体连通性指数（Integral Index of Connectivity, IIC）是目前常用景观连接度指数之一（Saura and Pascual-Hortal,2007），是景观保护规划的有用性和有效性最好的指数（Pascual-Hortal and Saura, 2006）。通过测度每个斑块消失后连通性指数值的相对变化率（dM）表征斑块在景观连通性中的结构重要性。

式中：n为斑块总数；ai和aj分别是斑块i和j的属性；nlij为斑块i和j之间最短路径内的连接数；AL为斑块属性最大值；M为所有斑块/廊道存在时的连通性度量值（IIC）；Ma为从景观中移除某个斑块/廊道后的指标值。本文生态源地由不同面积大小的斑块组成，各源地在景观连通中的结构重要性由斑块重要性总和比面积总和得到（Diniz et al., 2021）。

2.4 基于电路理论的生态夹点识别

电路理论利用电荷的随机游走理论，将电路理论与运动生态学相联系。景观被视为导电的表面，生物随机游走过程中的迁移概率符合电流公式I=U/R（McRae et al., 2008）。电阻R表征景观对生物移动交流的阻力。电压U表征生物成功扩散到一个给定节点的概率。电流I表征生物通过某一节点或沿某一路径迁移扩散概率，高电流密度的区域为生态夹点，表明物种扩散通过该区域的可能性较高或作为物种扩散的必经之所，具有重要的生态连通意义（宋利利 等，2016；张启舜 等，2021）。本文通过设置不同的廊道阻力阈值表征不同的物种扩散能力，结合居住用地附属绿地支持生物流通与否的情景，确定夹点的位置和重要性等级。

3 结果分析

3.1 源地选择与居住用地附属绿地提取

由表2 可知，福田区生态源地面积共14.34 km2，连片源地主要分布在北部与中部；南部源地较少。源地平均面积为0.33 km2，其中规模最大的北部梅林山体，占源地总面积的58.8%。

表2 福田区生态源地节点斑块重要性评价结果Table 2 The evaluation results of importance of node patches at ecological sources in Futian District

相对重要性评价结果（见表2）显示，福田区各源地斑块整体连通性指数变化率具有空间异质性，且源地重要性与规模大小不一致；仅53.8%的源地由一块斑块组成，其余源地存在不同程度的破碎。源地重要性北高南低、东高西低，北部梅林山体、笔架山公园、莲花山公园等斑块相对重要性较高（图3）。其中北部梅林山体规模最大，但由于公路、住宅区、水库等的建设导致其破碎程度也最大，重要性低于北部的笔架山公园与莲花山公园；而东部的荔枝公园规模虽小，但重要性高于部分规模更大的源地，如破碎程度较大的南部红树林生态公园、中部中心公园。

图3 福田区居住用地附属绿地与生态源地分布Fig.3 Distribution of green space in residential areas and ecological sources in Futian District

福田区共检索到居民区656个，其中提取附属绿地面积3.86 km2，占全区提取植被总面积26.9%；西部绿地分布较其他区域稀疏（见图3）；其中各居住用地附属绿地面积多数较小且差异大。根据统计，居住用地附属绿地面积平均为5 920.22 m2，49.7%的居住用地附属绿地面积在中位数2 454.31 m2以下，仅有不到7%的居住用地附属绿地面积在平均数加1倍标准差的分段点17 521.73 m2以上，由此可知福田区居住用地附属绿地整体规模较小、分布分散。

3.2 廊道提取与不同情景生态网络分析

3.2.1 福田区生态廊道提取结果 福田区生态网络结构与连通性结果显示，北部生态廊道联系较南部更为密切且畅通，尤其在东北区域生态廊道宽度大且质量较高，具有重要的生态保护价值；南北连接相对薄弱（图4）。将各廊道成本距离进行自然间断点分类发现，廊道的成本距离值大多处于中、高阻力（图4-a），低阻力廊道仅存在于源地内部；北部廊道阻力值相对南部较低。北部生态网络与南部生态网络以市民广场（图4-a①）与皇岗公园（图4-a②）作为连接关键源地，南部由于有大面积的城市建设用地分布，连通的廊道阻力宽度普遍较窄，联系薄弱。皇岗公园承担了南部东西连通的功能，连接廊道多为长距离高阻值。

图4 福田区生态廊道（a）、生态夹点（b）以及廊道质量（c）分布Fig.4 Corridor distribution (a) , current density (b) and corridor quality (c) of Futian District

生态网络的电流密度值表明，福田区需维护的生态夹点共计4 处（图4-b），夹点位置的土地利用类型均为城市建设用地，通过与福田区天地图影像校核发现，夹点均位于行道树覆被类型上。南部网络有2处生态夹点，分别位于连接东西与南北生态源地的2条高阻力廊道上，需进行疏通与重点维护。生态网络廊道质量结果显示，北部生态廊道质量较高，具有重要的生态保护价值，尤其是北部的梅林山体附近、莲花山公园东部（图4-c）。

3.2.2 不同情景的生态网络比较分析 对比居住用地附属绿地支持与阻隔生物流通2种情景的生态网络发现，福田区居住用地附属绿地对生态网络连通性的影响体现在：不同程度地减小区域内廊道阻力，连片保护重要区域、减少破碎，作为高密度建成区内低阻力通道的替换通道，增加生物流通过概率，拓宽廊道宽度；其中对中阻力廊道的影响最大，可使单位成本距离下降29.2%；对皇岗公园、香蜜湖片区、莲花村附近电流密度、廊道质量的提升作用尤其显著；连通荔枝公园与笔架山公园。

就廊道阻力对比2种情景发现，居住用地附属绿地能不同程度地减小区域内廊道阻力，其中对中阻力廊道的影响最大，可使单位成本距离下降29.2%。2种情景下生态网络总体格局未发生较大改变，局部生态廊道变化较为明显；而廊道平均阻值增长13.8%、平均长度增长1.9%、单位距离阻力平均增长率达到16.3%。使用自然间断点将廊道按照阻力值分为高、中、低3种类型，发现源地间的中阻力廊道变化最大，平均阻值增长21.0%，平均长度下降1.7%，单位距离阻力平均增长29.2%，表明中阻力廊道受居住用地附属绿地影响最大。

对比不同情景下的电流密度发现，居住用地附属绿地能增加生物流通过概率，缓解在高密度建成区的狭窄低阻力通道处形成夹点的现象。当居住用地附属绿地被开发破坏、阻隔生物流通时（B 情景），电流密度的主要变化在于通过居住用地附属绿地的毛细电流消失，而原本畅通的中等电流密度位置上生物通过的概率提高，存在变为生态夹点的趋势。如由于特发小区绿地作为高阻力景观，阻碍生物流运动，导致其东侧香梅路行道树电流密度显著升高（图5-a）。在高阻力景观中，生物流通过少数低阻力的窄通道强制移动时，会出现高电流密度的夹点，如香蜜湖北部侨香路一段距离行道树作为低阻力景观形成高电流区域（图5-a）。因为低阻力的居住用地附属绿地和高阻力的建筑物形成网格，居住用地中的典型电流密度模式也呈网格状（图5-b、c），生态夹点形成于高阻力建筑物中的低阻力窄通道。阻值低的未利用地部分可促进生物流大量流通，导致中等电流密度分布在大片区域，如莲花村东侧区域（图5-b），而这样的区域在高密度建成区中很少。当居住用地附属绿地被破坏侵占，不仅阻隔生物流通，还会导致居住用地周边生物流通受限，如白沙岭社区公园北部位置（图5-c），其南部受居住用地附属绿地阻力变高的影响，出现高电流密度的生态夹点。部分居住用地附属绿地没有发挥支持生物流通过的效益（图5-d），生物流仅限于道路边缘的行道树，原因在于西南部只有少量的核心栖息地可以连接，且周围居住用地附属绿地规模小、带状绿地方向与连接源地方向不同。因此，建议西南部增加一定规模的生态源地，作为生物栖息地或源地间垫脚石，居住用地周边增加绿地也能起促进生物流通的作用。

图5 福田区不同情景下电流密度Fig.5 Current density in different scenarios of Futian District

从廊道宽度看，B情景下廊道宽度缩减、生物移动环境阻抑，尤其是莲花山公园附近（图6-a）、荔枝公园附近（图6-b）。从廊道质量看，B 情景下整体廊道质量有所下降且生态保护优先区域呈破碎态势、不再连片且面积减小，尤其是莲花村附近（图7-a）、皇岗公园附近（图7-b）连接的廊道；同时B情景下新增与消失的廊道质量差别大。

图6 不同情景下廊道阻力宽度Fig.6 Corridor width in different scenarios

图7 不同情景下廊道质量Fig.7 Linkage priority in different scenarios

从不同情景的廊道数量看（图7），B情景下新增6条中高阻力廊道、减少4条廊道（高阻力廊道1条、中阻力廊道2条、低阻力廊道1条）。其中红树林生态公园增加3 条高阻力廊道、减少1 条高阻力廊道，分别由附近的红树家邻、益田村居住用地附属绿地作高阻力阻隔所导致。部分廊道位于A情景下畅通廊道的附近，属于连接相同斑块的高阻力替换廊道，不能促进生物流连通。减少的廊道除梅林山体的内部低阻力廊道外，其余为中高阻力。由于园岭新村及其周围居住用地附属绿地未发挥连通效益，致使连通荔枝公园与笔架山公园唯一的廊道消失，因而两源地连通性丧失。

比较2种情景下生态网络可以得出，中部莲花山公园、中心公园之间区域，东部荔枝公园、南部皇岗公园附近受其周围莲花村、园岭新村等居住用地内连片或连续分布的带状附属绿地影响较大，香蜜湖片区次之。

3.3 居住用地附属绿地贡献分析

1）不同情景的生态网络分析

不同情景下电流密度差值统计显示：整体电流密度变化不大；在部分原本畅通的、居住用地附属绿地作高阻力景观时，产生的替代廊道位置电流密度值上升明显，而居住用地中原本存在的、辅助生物流通过的低电流密度值消失，如皇岗公园、笔架山附近、莲花村居民区较为显著，物种通过的概率下降。不同情景下廊道保护优先级差值统计显示：生态廊道的质量空间格局基本不变，随着连接市民广场—中心公园、荔枝公园—笔架山公园的廊道消失，廊道周围区域生态保护重要性下降，尤其是东北部区域原先较重要的生态保护优先区域消失。部分生态保护优先区域呈现破碎态势、不再连片且面积减小，如香蜜湖片区与南部皇岗公园连接的廊道。整个研究区保护重要性呈小幅度下降，保护重要性显著下降的区域主要集中在居住用地内部区域。

2）支持潜在廊道的居住用地附属绿地分析

本研究确定了廊道穿过的居住用地附属绿地斑块，用来表征物种在扩散中使用的斑块，支持了潜在廊道，是保护连通性的重要斑块。源地连接与居住用地附属绿地位置（图8）表明，在源地连接附近的居住用地附属绿地对支持生物流通发挥主要作用。统计分析发现，福田区物种扩散使用的绿地斑块规模与重要性不一致，约70%的物种扩散使用的绿地斑块规模在平均值至超过平均值2倍标准差之间（表3）。结合廊道穿过附属绿地的位置，从物种扩散使用的斑块角度，得出福田区靠近源地且位于源地间拓扑连接上、规模超过平均值5 920.22 m2的居住用地附属绿地对连通性提升起关键作用。发挥主要作用的福田区居住用地附属绿地与其周围源地的重要程度、规模与距离3 个因素未发现明显相关性。

表3 福田区居住用地附属绿地面积统计Table 3 Statistics of residential green area of Futian District

图8 支持潜在廊道的居住用地附属绿地位置Fig.8 Location of residential green space supporting potential corridors

3.4 生态夹点敏感性分析

不同阻力阈值情景下，部分生态夹点位置反复出现，如新洲路福民路交汇处、深圳河附近，作为一级生态夹点（图9），其通常位于高密度建筑中的带状绿地，是福田区源地连接必经的通道，应受到高度关注。部分生态夹点位置仅在小阻力阈值情况下出现，如深康路靠深康村附近、东部南天二花园内居民区，作为二级生态夹点，其是对扩散能力较小的生物较重要的位置。部分生态夹点出现在居住用地附属绿地不发挥连通作用的情景，如新增的廊道上出现夹点，莲花山公园附近、南部深圳市航道局附近等位置，作为三级夹点，其是居住用地附属绿地的替换通道关键位置。通过与福田区天地图影像对比发现，一、二级夹点中有81.8%位于带状行道树类型覆被。三级夹点普遍出现在受居住用地附属绿地影响较大的区域，部分夹点出现在居住用地边界的行道树。三级夹点中有63.6%位于行道树类型、有36.4%位于商服用地等建筑物间的狭窄通道，说明居住用地附属绿地能缓解在高密度建成区中的狭窄低阻力通道处形成夹点的现象。因此，建议根据生态夹点的重要性等级分类，来支持城市生态连通保护与更新规划的制定。一级夹点位置在城市更新规划中可考虑建设口袋公园等或一定宽度的带形绿地，将其作为廊道组成部分融入周边的生态网络格局；二级生态夹点位置应严格控制绿地率，适当提高植被物种丰富度，保障其发挥生物流承载功能；三级生态夹点可作为周围居住用地附属绿地受到破坏或被侵占时的候补，更新绿地位置，以支持城市更新建设中的生态连通保护。

图9 两种情景下不同廊道截断阻力阈值的夹点识别Fig.9 Pinchpoint identification based on different cost-weighted distance thresholds in two scenarios

4 结论与讨论

本研究将居住用地附属绿地作为生物流承载者考虑，结果表明，居住用地附属绿地能不同程度地减小区域内廊道阻力（中阻力廊道受影响最大、单位成本距离下降29.2%），作为高密度建成区内低阻力通道的替换通道，增加生物流通过概率，拓宽廊道宽度；对皇岗公园、香蜜湖片区、莲花村附近电流密度、廊道质量的提升作用显著。本研究验证了已有研究（Serret et al., 2014; Mimet et al., 2020）得出的城市小规模生态用地能发挥与大型源地互补的生态连通效益的结论。此外，依托不同情景的生态网络，本研究得出福田区居住用地附属绿地能缓解在高密度建成区中的狭窄低阻力通道处形成夹点的情况，其中典型的电流模式呈毛细网格状。研究结合潜在廊道穿过居住用地附属绿地的位置，从物种扩散使用的斑块角度，确定关键斑块的位置与规模阈值（平均规模5 920.22 m2）。本研究以不同廊道阻力阈值表征不同的物种扩散能力，在不同情景下的生态网络中确定不同重要程度生态夹点位置，根据其重要性分级针对性提出保护建议，如新洲路福民路交汇处等作为一级夹点可考虑建设口袋公园等将其作为廊道组成部分融入生态网络格局。在高密度、强约束、快发展的城市建成区中，新增大型绿地斑块来弥补生境破碎的难度较大。在生物栖息地网络建设中，结合养护居住用地附属绿地等小规模绿地，发挥连通效益，可提高在日益破碎的景观中保护生物多样性的效率。

本研究可为未来城市更新、支持生物多样性的城市可持续发展规划提供参考。虽然本研究没有以外沿做缓冲区的方式解决边缘效应，但不会改变研究区内部连通性模拟结果。实际上，不同物种及其不同生命阶段在不同空间尺度下，对不同景观结构特征的响应也不同，本研究只选取最重要的因素，对生态源地—居住用地附属绿地这一互补过程理解尚不完全。后续研究若将景观背景异质性、不同物种间的影响纳入分析，需对景观阻力面的构建做进一步讨论。此外，本研究主要从物种扩散使用的斑块角度分析福田区关键居住用地附属绿地规模阈值，未来可从不同角度探究不同作用的生态用地规模阈值，如实际调查中具有丰富的物种多样性的斑块等。