構建城市生態網絡的必要性與可行性分析

張佳盈　單麗麗

摘要：對城市生態網絡的定義和內涵進行了總結，論證了構建城市生態網絡的必要性和迫切性。在分析現有城市生態基礎設施的基礎上，提出了構建城市生態網絡的方法，即在不同尺度上進行城市生態網絡建設。首先，在小區尺度上，如何構建小區范圍的生態網絡；然后，在城市尺度上，如何構建城市生態網絡；最后，在區域尺度上，如何構建國家（全球）范圍的生態網絡，使得我們的城市生活在自然的懷抱里，實現城市與自然的和諧共生。

關鍵詞：城市生態網絡；景觀生態學；生態基礎設施；可行性分析

中圖分類號：TU986文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）02001404

1引言

人類進行的大規模城市化過程，使城市建設用地規模不斷擴張，生態用地面積不斷被侵蝕，導致現代城市出現了各種各樣的問題。比如：景觀破碎化，城市熱島效應，生物多樣性喪失等。構建城市生態網絡是解決目前城市面臨的困境的一種積極探索，城市生態網絡可以有效地保護區域自然環境，使得自然生態系統的自動調節能力得到提高；還可以改善城市環境質量，提高居民的居住條件；對區域生物多樣性保護工作做出極大貢獻；使社會經濟發展與自然環境保護之間的矛盾得到有效解決；最終實現城市與區域環境的協調可持續發展。

通過對國內外城市生態網絡建設的理論和實踐的研究，結合景觀生態學原理，論證構建城市生態網絡的必要性，然后通過分析城市現有的生態基礎設施，論證構建城市生態網絡的可行性，并且提出了在不同尺度上構建生態網絡的方法。

2城市生態網絡的內涵

“網絡”是由線狀要素相互聯系組成的系統，可抽象表征復雜的相互關系及空間結構。網絡是系統存在的結構，系統是內部組份間聯系存在的方式。對神經網絡、計算機網絡、生態網絡以及交通運輸網絡、郵電通訊網絡等具體網絡的結構和功能的大規模研究與應用都表明， 從網絡角度認識系統的整體性和復雜性成為當今科學和社會管理的鮮明特征 [1]。

在生態學領域， 網絡是指生物個體或種群間相互競爭、互利共生等關系的網絡， 由于個體或種群對空間及資源的需求不同， 因此在生態網絡中每個個體或種群皆具有特定的生態位或生態空間[2]。生態網絡是反映生態系統中通過物質、能量交換發生相互作用的結構形式， 生態網絡分析理論強調通過對相互作用的定量研究來理解生態系統的整體性和復雜性形成的機制[1]。優化的生態網絡， 不僅可提升城市開放空間系統的生態價值， 同時具有保護環境、穩定生態的功能[2]。

對于城市生態網絡的定義，學者們尚無一致的看法。各領域學者根據自身專業的需要，從不同的角度對城市生態網絡進行了定義。北美學者主要關注基于鄉野土地、未開墾的自然保護區及國家公園的生態網絡建設，研究中較多采用綠道網絡一詞；西歐學者則更多地關注高度開發的土地上建設生態網絡的意義，特別是如何削減城市化對生態環境造成的負面影響，如何維護生物多樣性等，研究中傾向于用生態網絡這一術語[3]。我國學者主要使用城市綠地系統、城市綠色通道、公園綠地系統、城市森林等相關概念。俞孔堅等（2004）根據綠色通道的形式和功能的不同，把我國的城市綠色通道分為河岸綠道、道路綠道、農場綠道三種[4]。

城市生態網絡是以城市生態廊道為紐帶，將散布在城市中相對孤立的景觀斑塊聯系起來，在城市基底上鑲嵌一個連續而完整的生態網絡，成為城市的自然骨架，起到自然生態服務、保護生物多樣性、景觀游憩、引導城市空間合理發展等功能[5]。

一個完整的城市生態網絡體系可分為3個層次：第一層次，城市外圍山脈廊道、防護林廊道等連接城市和周邊地區的主要景觀斑塊構成區域大網絡，有效控制城市蔓延；第二層次，城鄉道路廊道和河流廊道連接城區內外孤立的景觀斑塊，把城郊良好的自然環境滲透進城區，促進城區與自然的交流，形成城鄉生態一體化；第三層次，城內生態景觀廊道連通分散的公園綠地，緩解城市污染，美化城市環境。3個層次生態網絡體系的有機整合，形成合理、優美的城市生態空間格局[5]。

城市生態系統的網絡形態和網絡形態的生態效應是相互關聯的，兩者均可作為城市研究的一種新的思維模式。隨著生態學理念和城市規劃實踐的結合，城市生態網絡規劃的目標從“城市美化與防護功能”向“將自然引入城市、城市生物棲息地保護”等方向發展，并利用生態網絡來引導區域城鎮的開發建設。

理想的城市生態網絡的每一個節點都通過幾股線與其他節點聯系在一起，穩固性加大了，網絡的復雜性加強了，資源利用的渠道和環節增多了，造成的浪費也就最少。而且越復雜的網絡，它的環境容量也就越大，自凈能力也就越強，原有的城市問題都可能因此得到解決[6]。

3構建城市生態網絡的必要性分析

3.1現代城市面臨的生態環境問題

城市自從誕生以來，就伴隨著城市問題。城市要發展，就需要大量土地，包括占用耕地、綠地和水面等，于是就出現了城市環境、生態、自然景觀與城市發展之間的矛盾[7]。

隨著城市化進程的加快，越來越多的人將生活在城市中，現代城市面臨著越來越重的壓力，首當其沖的就是城市發展與自然環境保護之間的矛盾問題。城市發展的生態學實質是將自然生態系統改變為人工系統的過程，原來的生態結構與生態過程通常被完全改變，自然的能流過程、物質代謝過程被人工過程所替代[8]。

由于生態用地被大量侵蝕，現代城市出現了各種各樣的環境問題。例如：城市產生大量的生產生活垃圾需要周邊自然生態系統來消化分解，當這些廢棄物的總量超過環境的自凈能力時， 就會發生嚴重的環境污染；大氣污染日趨嚴重，使得空氣質量下降，有些城市出現大氣中毒事件；二氧化硫等有害氣體過量排放，造成酸雨現象日趨普遍；城市地下水位下降；水土流失問題突出；生物多樣性喪失等。

近年來，世界氣候異常，環境災難頻繁。從1998年肆虐數月之久的巴西亞馬遜森林大火，到我國長江、松花江和嫩江流域的特大洪災；從歐洲大陸的狂風暴雨，到席卷中美洲地區的“米奇”颶風，無一不給人類帶來了沉重的災難。現在全世界約有11億人生活在空氣污染嚴重的城市，每年約有1500萬人因空氣污染引起各種疾病而難以生存。由工業廢氣和汽車尾氣排出的二氧化碳所引起的地球溫室效應愈演愈烈，已給人類社會和經濟發展帶來巨大的損失。水資源枯竭，水荒嚴重[9]。

這些環境問題的出現都與自然生態系統遭到人為干擾破壞有關，如何恢復和保護自然生態系統以保證現代城市的可持續發展成為當務之急。

3.2建立城市生態網絡的迫切性

城市化最大的特點就是高度人工化，城市本身也是人類活動升級的產物。在城市化的驅動下，人類將城市外圍區的大面積森林或濕地變成建設用地，完全改變了這些生態用地的特征。用主觀的方式改造自然景觀，在城市區域建設各種類型的人工綠地，而綠地建設引用大量外來植被種類，往往成為外來物種入侵的區域。對于綠地來講，由于生境結構單一，無法形成有效的植被群落結構會導致景觀不穩定性[10]。城市周圍的水體、森林、濕地等也會在城市化土地覆蓋變化等人為干擾過程中出現生態功能退化[11]、小區域生態系統紊亂的現象。

特別是城市建設用地的不斷擴張，大型的城市核心區斑塊不斷向外擴張； 一些城市邊緣地區的孤立斑塊逐步合并成大斑塊， 成為新的建設用地增長核； 那些原來沒有建設用地斑塊分布的地區， 因資源限制性程度低和各種內外部條件不斷成熟而不斷被開辟成為新的建設用地斑塊[12]，最終使得城市周圍的生態用地面積進一步減少。

人們逐漸認識到增加城市綠化面積的重要性，并采取了一些積極的措施。例如：在城市規劃區內設置各類防護綠地，包括道路防護綠帶、濱河防護綠帶、衛生隔離綠帶和降噪音隔離綠帶等；在居民區設置公園綠地，改善城市人居環境[13]，提高生態適宜度[14～16]；建立比較大型的自然保護區，以改善城市微氣候、保護生物多樣性[17～19]等。

但是，目前人們設置的這些綠化用地類型之間缺少整體的、系統的、網絡化的聯系，雖然總體上可能面積很大，但是各斑塊之間的連接度很小或者沒有連接，根本無法真正發揮生態學功能，無法實現真正意義上的自然生態系統保護，更無法實現城市生態系統與自然生態系統的和諧共生。

城市生態網絡作為保護生物學、景觀生態學和城市生態規劃的研究熱點，已經成為促進城市回歸自然、提升城市生態系統質量的重要工具[20]。因此，從生態網絡的角度，把城市生態系統中的各種景觀斑塊用生態廊道聯系起來，建立城市生態網絡[21]，形成網絡化的城市與自然共生的結構體這一課題凸現出來。

4構建城市生態網絡的可行性分析

4.1現有城市生態基礎設施分析

生態基礎設施（ecological infrastructure）一詞最早見于聯合國教科文組織的“人與生物圈計劃”（MAB），是其城市規劃的五項原則之一。廣義的綠色基礎設施（green infrastructure）的概念與生態基礎設施的概念是等同的[22]。生態基礎設施是基于功能利用與格局分布的概念，主要體現在生境、生態服務功能、生產者和城市生態框架構成要素等方面[22，23]，主要包括城市綠地、森林、水系、濕地、農田系統、自然保護系統等。

城市生態基礎設施（urban ecological infrastructure）是指城市賴以生存的自然生態系統，是城市及其居民能持續獲得自然生態服務的基礎。這些生態服務包括為城市提供氧氣、能源，提供休閑娛樂場所及提供審美教育資源等。城市生態基礎設施包含了能提供上述服務的城市綠地系統、濕地系統、森林系統等生態系統[24]。

城市生態基礎設施本質上是城市的可持續發展所依賴的自然系統，是城市及其居民能持續地獲得自然服務（natures services）的基礎，這些生態服務包括提供新鮮空氣、食物、體育、游憩、安全庇護以及審美和教育等等。它不僅包括城市綠地系統的概念，而且包含一切能提供上述自然服務的城市綠地系統、林業及農業系統、自然保護區系統，還可以擴展到以自然為背景的文化遺產網絡[25]。

城市基礎設施可以劃分為人工物質基礎設施、自然基礎設施和社會基礎設施三類[26]；但是，城市的各種基礎設施是與不同時代經濟社會發展需求緊密聯系的[27]。城市生態基礎設施不僅是對現有生態基礎設施的描述，更重要的是作為城市生態系統健康與可持續性的重要基石，需要適應城市化進程，并在一定程度上對城市化過程進行調控與引導[28]。

現代城市的自然基礎設施包括：社區公園、綠地、道路綠化、環城綠化帶、城郊農業、河流、湖泊、濕地等，用綠化總面積、人均綠地率、人均綠化面積等指標來評價，表現出城市的生態基礎設施很健全。但是，事實上這些生態基礎設施不夠系統化、網絡化、完善化，限制了其正常生態系統服務功能的發揮，而應用景觀生態學的“斑塊—廊道—基底”理論建設城市生態網絡，把這些分散的斑塊用生態廊道聯系起來，形成網絡化的結構，使我們的城市鑲嵌在自然生態系統的基底上，這樣才可以有效解決城市目前面臨的問題，有效保護自然環境，實現城市的可持續發展。

4.2構建城市生態網絡的方法論探討

城市生態網絡具有網絡的一般特征，是反映和構成地表景觀的一種空間聯系模式。從自然生態系統出發，生態網絡體系構建是以景觀斑塊為結點，生態廊道為路徑，在城市基底上鑲嵌一個連續而完整的生態網絡，成為城市的自然骨架[5]，使城市生態系統與自然生態系統實現相互影響、和諧共生，最終實現現代城市的可持續發展。

首先，應該充分結合區域自然地理條件。自然生態環境對城市生態基礎設施發展起著極為重要的限制作用，進而影響城市生態網絡的構建，特別是從區域尺度來講，自然資源對城市生態基礎設施布局起到控制作用[29]，而且現代的城市規劃往往注重現有自然山水資源的保護與利用[30]，使得這種作用更為明顯。

其次，城市政府行政力量很強大。政府管理職能直接影響城市生態網絡的構建，城市生態基礎設施格局動態與城市的發展動態是關聯的。政府行政管理職能直接影響著城市規劃和基本格局的確定，進而決定著城市基礎生態設施的基本格局和規劃發展狀況，從而影響城市生態網絡的建設。在不同的政府職能框架下，城市生態基礎設施的規劃與建設必然不同[10]，城市核心區生態基礎設施景觀格局與城市外圍區也會有著明顯差異[31]。

最后，構建城市生態網絡的基本原則包括結構性連接原則和功能性連接原則。

4.2.1結構性連接原則

在自然條件允許的情況下，盡量做到結構性連接。對于城區的大片綠地，可以構建綠色廊道進行連接，盡量加強相互之間的聯系，在城市內部形成一定規模的生態網絡[32]；然后構建合理的生態廊道，把這個城市內部的生態網絡與城市周邊的自然生態系統連接起來，構建區域尺度上的城市生態網絡，使城市外圍的天然生態系統為城市提供強大的生態服務功能。同時，把城市周邊的農業生態系統連接到這個城市生態網絡中來，使農業景觀發揮相應的生態功能。此外，應該充分利用自然河流廊道，溝通各大斑塊之間的聯系，形成天然的陸地—水域組成的生態網絡結構，在保護區域生態環境、創造多樣性的生境、調節局部微氣候、涵養水源、物種遷移擴散等方面將發揮巨大作用。

由于大規模的人類開發建設活動，城市中心區很少有大面積的自然殘遺斑塊，即使存在面積比較大的綠地斑塊，也都被人為建筑景觀包圍，相互之間很難發生有機聯系，綠地斑塊本身的功能得不到充分發揮，出現了這樣的局面：城市雖然有相當大的綠地面積，但是無法發揮相應的生態作用。

4.2.2功能性連接原則

大多數情況下，要實現結構性連接是有相當難度的。城市畢竟是以人類活動為主導的區域，人為活動不可避免地要對城市的生態環境造成一定的影響，例如：小區內的各個綠化斑塊之間，由于觀賞小徑的存在，相互之間不可能實現結構性連接；一條公路可能把本來屬于一體的自然保護區分成兩個部分，從而無法實現景觀斑塊之間的結構性連接；由于人類的開發建設活動，各種人類建筑景觀把一座山與其它山體隔離開來，各個山體之間也無法實現結構性連接。

所以，從某種意義上來說，功能性連接比結構性連接更加重要。通過構建各個綠地斑塊之間的功能性連接，可以彌補結構性連接的欠缺，形成相對完整的網絡結構，使城市生態網絡[33]發揮強大的生態服務功能。

4.2.3各種尺度上的生態網絡構建

（1）小區尺度上的生態網絡構建。在城市居民小區內，基本沒有大面積的綠化設施用地，綠地面積比較零碎，可以用“見縫插綠”來形容小區綠化，由于道路的存在，相互之間不可能形成結構性連接。對于小區內大大小小的綠地斑塊，可以通過構建背景生態系統、綠色生態廊道、屋頂綠化等方式形成具有功能性連接的小區生態網絡，這樣就可以彌補結構上的不完整性，發揮相應的生態服務功能作用。例如：改善小區內的微氣候，增加小區內的空氣濕度，減緩城市熱島效應，提高小區的生態適宜度等。

（2）城市尺度上的生態網絡構建。在現代城市內部，可以構建很多這種相對獨立的小區生態網絡，這些小區生態網絡可以作為構建城市尺度上的生態網絡的有機組成要素。充分利用道路綠化帶等綠道系統構建合適的生態廊道，把這些小區生態網絡有機地聯系起來，加上城市內部面積比較大的自然殘遺斑塊，就可以在城市尺度上構建一個完整的生態網絡，形成這樣一種局面：在城市尺度上，有幾個大面積的自然殘遺斑塊存在，有若干個小區生態網絡并存，總體上形成一種合理的空間格局，使城市生態網絡的功能得到充分發揮。

（3）區域尺度上的生態網絡構建。在區域尺度上，應該把城市外圍的天然生態系統和城市內部的生態網絡有機連接在一起，設計合理的生態設施，把城市周邊的天然生態資源有效地引入城市，為城市提供更多的生態服務功能。與城市中心區的殘遺自然斑塊相比，城市外圍的自然生態系統較少受到人為活動的影響，具有更加強大的生態系統服務功能，可以更好地為人類服務。另外，城市周邊的農業生態系統除了給城市提供糧食、蔬菜等食品外，也能發揮一定的生態服務功能，構建城市生態網絡時應考慮在內[34]。

對于自然河流廊道，應充分利用其連接距離相對較遠的斑塊。把河流引入城市生態網絡的構建中，會使城市生態網絡的功能得到進一步加強。河流廊道可以創造多重生境，起到物種源、匯、隔離、過濾的作用，對排入河流的污染物有凈化作用等。

每個城市都構建了自己的生態網絡[35]以后，相鄰的城市就可以通過合理的生態設施連接彼此的城市生態網絡，形成一個更大的城市群生態網絡。在尺度上外推的話，就可以構建國家范圍內的生態網絡，構建全球范圍內生態網絡。到那時，就會形成這樣一種局面：在綠色背景生態系統上，大大小小的綠色斑塊被各種形狀的綠色廊道有機地聯系在一起，形成一種綠色生態網絡，我們的城市就鑲嵌在這個巨大的綠色生態網絡中。居住區鑲嵌在綠色網絡中；道路鑲嵌在綠色廊道中；河流廊道穿過各個斑塊，把它們連接在一起；人類生活在完整的綠色網絡中；城市成為最適合人類居住的區域。

5結語

目前，我們的城市面臨各種生態環境問題。城市的社會經濟發展與自然環境的保護之間出現矛盾，構建城市生態網絡是調和這種矛盾的一種途徑。城市生態網絡的構建需要從大處著眼，從城市總體規劃的高度上進行統籌，從城市的長遠利益出發，進行積極的探索。

文章中闡述了城市生態網絡的內涵，分析了構建城市生態網絡的必要性和可行性。在此基礎上，提出了在不同尺度上構建城市生態網絡的可行方法。如果每個城市都能積極構建城市生態網絡，在全球尺度上，我們就會擁有一個整體上的綠色生態網絡。我們的城市就會鑲嵌在以綠色為背景的自然基底上，就能實現城市與環境的和諧共生、可持續發展。

參考文獻：

[1]韓博平.關于生態網絡分析理論的哲學思考[J].自然辯證法研究，1995（7）.

[2]張小飛，王仰麟，李正國，等.區域尺度生態功能網絡構建——以中國臺灣為例[J].地理科學進展，2007（3）.

[3]陳爽，張皓.國外現代城市規劃理論中的綠色思考[J].規劃師，2003，4（19）：73.

[4]Kongjian Yu，Dihua Li， Nuyu Lib，The evolution of Greenways in China[J]. Landscape and Urban Planning，2006（76）： 223～239.

[5]馬志宇.基于景觀生態學原理的城市生態網絡構建研究[D].蘇州：蘇州科技學院，2007.

[6]單曉菲.城市生態網絡的存在與作用研究[D].上海：同濟大學，2007.

[7]REN Zhi-yuan， Dialectic thoughts on the urban problems[J]. Urban Studies，2004，11（5）.

[8]歐陽志云，李偉峰.大城市綠化控制帶的結構與生態功能[J].城市規劃，2004（4）.

[9]梅廣欣，杜寶玉. 環境問題、環境倫理與環境保護探析[J].黑龍江環境通報，2008（4）.

[10]滕明君，周志翔，王鵬程，等.快速城市化城市生態基礎設施結構特征與調控機制[J].北京林業大學學報，2006（S2）.

[11]WEBERT， SLOAN A， WOLF J. Marylands green infrastructure assessment： Development of a comprehensive approach to landconservation[J].Landscape and Urban Planning， 2006， 77： 94～110.

[12]李書娟，曾輝.快速城市化地區建設用地沿城市化梯度的擴張特征——以南昌地區為例[J].生態學報，2004（1）.

[13]王如松， 胡聘， 王祥榮，等.城市生態服務[M].北京：氣象出版社，2004.

[14]沈虹， 肖青. 區域環評中生態適宜度分析指標體系的探討[J]. 上海環境科學，2004（4）.

[15]鄭愛榕，陳慈美，王憲.廈門地區主要用地生態適宜度評價[J].臺灣海峽，1997（4）.

[16]梁保平，韓貴鋒.中國省域城市生態適宜度綜合評價[J].城市環境與城市生態，2004（4）.

[17]胡玉潔，張光生，朱益波.論城市環境建設中的生物多樣性保護[J].環境科學與技術，2004（4）.

[18]李曉文，胡遠滿，肖篤寧.景觀生態學與生物多樣性保護[J].生態學報，1999（3）.

[19]郭麗萍.生態園建設與生物多樣性保護探討[J].中國西部科技，2008（6）.

[20]王海珍.城市生態網絡研究——以廈門市為例[D].上海：華東師范大學，2005.

[21]M. Margaret Bryant. Urban landscape conservation and the role of ecological greenways at local and metropolitan scales[J]. Landscape and Urban Planning，2006（76）：23～44.

[22]YUK J， LI D H， LI W. On establishing the great canal regional ecological infrastructure： Strategy and approaches [J].Progress in Geography，2004，23（1）：1～1.

[23]BENEDICT M A， MCMAHON E T.Green infrastructure： Smart conservation for the 21st century[J].Renewable Resources Journal，2002， 20（3）： 12～17.

[24]劉英.快速城市化區域景觀生態規劃研究——以武漢市東南郊江夏區牛山湖北部地區為例[D].武漢：華中農業大學，2007.

[25]劉海龍，李迪華.生態基礎設施概念及其研究進展綜述[J].城市規劃，2005（9）.

[26]Flink C A.Greenway：Serving Infrastructure Needs in the 21st Century [C]. Paper Greenways Incorporated， North＼|Carolina.1997.

[27]WilliamsonK，CPSI.GrowingwithGreenInfrastructure[EB/OL].HeritageConservancy，http：//www.heritageconservancy.org./growingwithgreeninfrastructure. pdf. 2003.

[28]關文彬，謝春華，馬克明，等.景觀生態恢復與重建是區域生態安全格局構建的關鍵途徑[J].生態學報， 2003， 23（1）：64～73.

[29]喻紅，曾輝，江子瀛.快速城市化地區景觀組分在地形梯度上的分布特征研究[J].地理科學， 2001， 21（1）： 64～69.

[30]劉潔，吳仁海.城市生態規劃的回顧與展望[J].生態學雜志， 2003，22 （5） ：118～122.

[31]曾輝，夏潔，張磊.城市景觀生態研究的現狀與發展趨勢[J].地理科學， 2003， 23（4）：484～492.

[32]Boitani， L.， A. Falcucci， et al. Ecological networks as conceptual frameworks or operational tools in conservation[J]. Conservation Biology，2007，21（6）： 1414～1422.

[33] Se'verine Vuilleumier， Roland Pre'laz-Droux .Map of ecological networks for landscape planning[J]. Landscape and Urban Planning，2002（58）：157～170.

[34] R.L.Viles，D.J.Rosier. Hou to use roads in the creation of greenways：case studies in three New Zealand landscapes[J]. Landscape and Urban Planning， 2001（55）：15～27.

[35] C.Y. Jim a，*， Sophia S. Chenb.Comprehensive greenspace planning based on landscape ecology principles in compact Nanjing city， China[J]. Landscape and Urban Planning， 2003（65）：95～116.