基于景觀格局分析的城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)研究**

吳遠(yuǎn)翔 朱 遜 劉曉光 李朦朦 陸 明 WU Yuanxiang, ZHU Xun, LIU Xiaoguang, LI Mengmeng, LU Ming

0 引言

由綠地、水體等組成的城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)集成了生命支撐、生態(tài)調(diào)節(jié)、環(huán)境保護(hù)等多種生態(tài)功能[1]，是城市生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和區(qū)域生態(tài)安全的重要保障。我國(guó)《城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃編制綱要》規(guī)定，規(guī)劃要“科學(xué)制定各類(lèi)城市綠地的發(fā)展指標(biāo)，合理安排城市各類(lèi)園林綠地建設(shè)和市域大環(huán)境綠化的空間布局”。近年來(lái)，《城市園林綠化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（2010）等一系列法規(guī)的頒布，為城市綠地的發(fā)展指標(biāo)和數(shù)量控制提供了統(tǒng)一的評(píng)價(jià)規(guī)范[2]。然而，由于對(duì)城市生態(tài)空間分布與生態(tài)過(guò)程的影響與作用的研究剛剛起步，量化分析格局正處于探索應(yīng)用階段，在當(dāng)前的城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃評(píng)價(jià)中，對(duì)其空間格局多以“x環(huán)x心”“x軸x帶”等定性描述為主，缺乏一套系統(tǒng)的、定量化的生態(tài)分析與評(píng)價(jià)方法。

景觀生態(tài)學(xué)研究表明，景觀的空間格局分布會(huì)對(duì)生態(tài)過(guò)程和生態(tài)特征產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響[3]，特別是當(dāng)綠地覆蓋率小于40%時(shí)，綠地整體生態(tài)效益的發(fā)揮主要取決于綠地的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空間布局[4-5]。在建設(shè)密度高的城市中心區(qū)，由于用地的資源稀缺性，通過(guò)大幅度提高綠化覆蓋率來(lái)改善城市環(huán)境往往很難實(shí)現(xiàn)。因此，通過(guò)空間格局的優(yōu)化來(lái)提升生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的生態(tài)與社會(huì)服務(wù)有著重大的研究?jī)r(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義[6]。本文從景觀格局與城市生態(tài)、社會(huì)服務(wù)關(guān)聯(lián)的視角切入，應(yīng)用生態(tài)學(xué)和綠色基礎(chǔ)設(shè)施理論研究成果，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行的綠地管理?xiàng)l例與規(guī)范，提出了一套城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局的量化分析與評(píng)價(jià)方法。應(yīng)用這個(gè)評(píng)價(jià)方法，可以對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局進(jìn)行全面系統(tǒng)的量化分析，總結(jié)網(wǎng)絡(luò)存在的主要問(wèn)題，為改善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、調(diào)整綠地系統(tǒng)規(guī)劃、修復(fù)城市生態(tài)環(huán)境提供依據(jù)。絡(luò)服務(wù)職能3個(gè)指數(shù)集合來(lái)全面地定量化描述綠地系統(tǒng)格局特征，并對(duì)不同指數(shù)所代表的生態(tài)與社會(huì)服務(wù)意義進(jìn)行聯(lián)合分析與歸納，從而得到生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局的綜合評(píng)價(jià)。

表1 綠地景觀單元分級(jí)表

1 城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的景觀格局評(píng)價(jià)方法

1.1 以景觀格局指數(shù)為核心的評(píng)價(jià)體系

近年來(lái)生態(tài)學(xué)領(lǐng)域在區(qū)域尺度上已取得了一系列景觀格局定量化分析的研究成果[7]，為城市尺度的格局評(píng)價(jià)提供了很好的借鑒[8-9]。本文從綠地格局與生態(tài)、社會(huì)服務(wù)關(guān)聯(lián)的視角出發(fā)，依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)的“格局—過(guò)程”、“源—匯”理論[10]，建立綠地格局的定量化評(píng)價(jià)方法。

景觀格局指數(shù)是指能夠高度濃縮景觀格局信息、反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置特征的定量指標(biāo)，是進(jìn)行景觀格局分析的重要技術(shù)手段與方法[11]，在描述城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征和空間分布方面有很好的解釋力[12-13]。但同時(shí)近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，不同的格局指數(shù)反映了格局的不同側(cè)面，單一的格局指數(shù)往往很難對(duì)生態(tài)過(guò)程進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的解釋?zhuān)欢ㄟ^(guò)對(duì)景觀指數(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，發(fā)掘景觀指數(shù)集合對(duì)生態(tài)過(guò)程的解釋能力是景觀空間格局分析的有效途徑[14]。本文通過(guò)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通度、網(wǎng)

1.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局的識(shí)別

城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的景觀格局表現(xiàn)出了高度人工化、高度的時(shí)空異質(zhì)特性、破碎性、不穩(wěn)定性的特征[15]，對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行格局識(shí)別是進(jìn)行定量化分析與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。本文以綠色基礎(chǔ)設(shè)施理論提出的“樞紐斑塊—生態(tài)廊道—小斑塊”（Hubs—Links—Sites）作為基礎(chǔ)空間分析模型[16]，識(shí)別出綠地網(wǎng)絡(luò)的3級(jí)空間格局結(jié)構(gòu)①也有研究將綠色基礎(chǔ)設(shè)施分為“hubs-links”兩級(jí)體系，本文采用“Hubs-Links-Sites”3級(jí)體系，是因?yàn)槌鞘兄行膮^(qū)綠地稀缺且破碎化嚴(yán)重，眾多小塊綠地（Sites）為城市提供了重要的社會(huì)服務(wù)與生態(tài)服務(wù)。。景觀生態(tài)學(xué)認(rèn)為，景觀空間格局由斑塊、廊道和基質(zhì)這些基本單元組成；不同單元功能各異，而這些景觀單元的空間分布與組合關(guān)系也深刻地影響著地區(qū)的物質(zhì)、能量與信息的流動(dòng)與遷移轉(zhuǎn)化[17]。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是城市多種生態(tài)進(jìn)程（包括空氣凈化、水土保持、生物多樣性、水體凈化等）的“源”與“匯”[10]。

1.3 網(wǎng)絡(luò)單元的分級(jí)

為進(jìn)一步準(zhǔn)確地辨別、分析景觀格局，這里依據(jù)其職能與生態(tài)重要性對(duì)網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行分級(jí)評(píng)定（表1）。對(duì)生態(tài)斑塊和生態(tài)廊道的分級(jí)主要參照《公園設(shè)計(jì)規(guī)范CJJ48—92》《國(guó)家生態(tài)園林城市標(biāo)準(zhǔn)》《城市園林綠化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GB50563—2010》等國(guó)標(biāo)、規(guī)范和相關(guān)的生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的研究成果[8,18-20]。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

評(píng)估學(xué)理論認(rèn)為，評(píng)估調(diào)查數(shù)據(jù)的獲取要依據(jù)評(píng)估目的和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定[21]。評(píng)價(jià)指標(biāo)主要從近30年文獻(xiàn)中出現(xiàn)次數(shù)超過(guò)5次的28個(gè)景觀指數(shù)中選取[12,14,22]。指標(biāo)選取原則其一是指數(shù)對(duì)綠地生態(tài)過(guò)程和社會(huì)服務(wù)解釋的有效性，其二是指數(shù)描述城市綠地空間特征的契合性[23-24]。評(píng)價(jià)體系以網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、聯(lián)通性、服務(wù)職能3個(gè)指數(shù)集合作為一級(jí)指標(biāo)，以生態(tài)指向性明確的10個(gè)景觀格局指數(shù)作為二級(jí)指標(biāo)。

斑塊：將不同類(lèi)型與面積的斑塊個(gè)數(shù)作為核心指標(biāo)。相鄰的斑塊間存在著邊緣效應(yīng)，即斑塊相鄰部分間的物質(zhì)和能量交流遠(yuǎn)大于斑塊內(nèi)部，選取使用頻率最高的斑塊形狀指數(shù)（LSI）作為核心指標(biāo)。

廊道：根據(jù)廊道的分類(lèi)，以長(zhǎng)度和數(shù)量來(lái)評(píng)價(jià)廊道的連續(xù)性和影響力。

聯(lián)通性：綠地網(wǎng)絡(luò)特征的評(píng)價(jià)重點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性和組成單元關(guān)系。經(jīng)過(guò)比較測(cè)算，選取對(duì)綠地斑塊變化反應(yīng)明顯的連通度（CONNECT）作為網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性度量指標(biāo)；選取聚合度（AI）來(lái)測(cè)量綠地斑塊結(jié)構(gòu)性連接性；鄰近距離指數(shù)（ENN-MN）測(cè)量綠地單元的聚合程度。

服務(wù)職能：主要衡量綠地在城市整體格局中的地位與影響，從而判斷網(wǎng)絡(luò)的生態(tài)服務(wù)與社會(huì)服務(wù)職能。PLAND指數(shù)可以衡量綠地在城市整體格局中所占的優(yōu)勢(shì)程度，斑塊密度（包括廊道斑塊）則可以反映出綠地在整個(gè)景觀中的分布情況和可達(dá)性特征。通過(guò)測(cè)試計(jì)算，選取蔓延度（CONTAG）作為評(píng)價(jià)綠地對(duì)整體格局影響的指標(biāo)（表2）。

2 哈爾濱南崗區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的格局分析與修復(fù)策略

2.1 研究區(qū)概述

本文研究案例為哈爾濱南崗區(qū)大秋林圈，研究區(qū)域面積為11.6 km2（圖1）。南崗區(qū)大秋林圈是哈爾濱城市最早的城市建設(shè)區(qū)，負(fù)擔(dān)著城市發(fā)展的核心職能。隨著城市發(fā)展，區(qū)域內(nèi)綠地不斷減少，環(huán)境質(zhì)量逐漸惡化，難以很好地發(fā)揮城市核心區(qū)的作用。依據(jù)《哈爾濱市城市總體規(guī)劃》（2011—2020）提出的老城區(qū)“中興”發(fā)展策略，受南崗區(qū)政府發(fā)改局委托，編制《南崗區(qū)綠地系統(tǒng)概念規(guī)劃》（2014—2030），作為下一輪城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃修編的參照依據(jù)。

數(shù)據(jù)的篩選與分析在ArcGIS10.2中完成，評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算使用Fragstats3.3。研究案例數(shù)據(jù)來(lái)源于南崗區(qū)綠地系統(tǒng)現(xiàn)狀分布圖和綠地系統(tǒng)規(guī)劃概念圖。現(xiàn)狀綠地分布數(shù)據(jù)來(lái)源于哈爾濱公眾地理研究所的土地二調(diào)GIS數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研補(bǔ)充數(shù)據(jù)。規(guī)劃圖數(shù)據(jù)來(lái)源于依據(jù)《哈爾濱市城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃（修編）》（2012—2020）編制的《南崗區(qū)綠地系統(tǒng)概念規(guī)劃》（2014—2030），將《概念規(guī)劃》的cad文件導(dǎo)入GIS系統(tǒng)，應(yīng)用GIS的空間矯正模塊對(duì)cad文件的空間坐標(biāo)和拉伸變形進(jìn)行矯正。

表2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局評(píng)價(jià)指標(biāo)表

2.2 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的景觀格局分析

應(yīng)用ArcGIS的數(shù)據(jù)篩選功能將分布不連續(xù)、面積較小、生態(tài)影響弱的小塊綠地去掉，識(shí)別出南崗區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局（圖2）。通過(guò)對(duì)研究區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的景觀格局分析（表3-表4），可以發(fā)現(xiàn)：

（1）提供重要生態(tài)服務(wù)的樞紐斑塊數(shù)量較少（5個(gè)），從分布來(lái)看，綠地斑塊集中在地段西南、中部與東北部，西北部與東南部缺乏生態(tài)斑塊，分布非常不均勻；

（2）生態(tài)主廊道長(zhǎng)度短且不連續(xù)、不完整；馬家溝河是區(qū)域內(nèi)的主生態(tài)廊道，但65%的廊道寬度較窄；次要生態(tài)廊道數(shù)量少（1條）、長(zhǎng)度短（729 m）；林蔭道分布較為散亂，連續(xù)性不強(qiáng)（3條，長(zhǎng)7 464 m）。

（3）生態(tài)網(wǎng)絡(luò)破碎化嚴(yán)重，整體分布呈散點(diǎn)式；主生態(tài)廊道與次生態(tài)廊道沒(méi)有形成完整的體系，生態(tài)廊道和生態(tài)斑塊聯(lián)通性較弱。

2.3 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)策略與結(jié)果分析

基于網(wǎng)絡(luò)的格局分析，提出網(wǎng)絡(luò)修復(fù)規(guī)劃方案（圖3）與修復(fù)策略，并通過(guò)景觀格局指數(shù)軟件Fragstats3.3計(jì)算（表3-表4），以對(duì)比分析的方法來(lái)說(shuō)明生態(tài)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)后的格局變化。

2.3.1 增加綠地斑塊與生態(tài)廊道

生態(tài)斑塊與廊道是區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)生態(tài)過(guò)程中重要的“源”與“匯”。樞紐斑塊（Hubs）從5個(gè)增加到9個(gè)，小斑塊（Sites）從9個(gè)增加到13個(gè)；生態(tài)主廊道長(zhǎng)度提高了622%，次廊道提高了2 338%，林蔭道由3條增加到12條，長(zhǎng)度由7 464 m增加到19 476 m。表征綠地斑塊優(yōu)勢(shì)度的PLAND值由規(guī)劃前的5.68變?yōu)?5.02，提高了164.4%，綠地總量的提高構(gòu)成了提供地區(qū)生態(tài)服務(wù)和社會(huì)服務(wù)的基礎(chǔ)。表征綠地斑塊聚集程度的AI值變化不大。衡量景觀斑塊整體性的蔓延度由86.49變?yōu)?9.50，下降了19.6%，說(shuō)明綠地的增加已對(duì)整體景觀格局產(chǎn)生影響，改變了城市優(yōu)勢(shì)斑塊（建設(shè)區(qū)與道路）高度連接的現(xiàn)狀。

圖1 研究案例區(qū)位圖

2.3.2 提升網(wǎng)絡(luò)連通度，將城區(qū)散點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)升級(jí)為聯(lián)通的半網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

規(guī)劃后的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)以“一主三次”的生態(tài)廊道為骨架，以林蔭道為輔助，加強(qiáng)廊道與斑塊的連接，構(gòu)建了區(qū)域內(nèi)較為連續(xù)的半網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在連通度方面，衡量斑塊距離的ENN-MN指數(shù)由105.09 m變?yōu)橐?guī)劃后的57.47 m，降低了45.3%；連接性指數(shù)由3.33變?yōu)?.26，提高了57.9%，表明綠地斑塊集合度和綠地網(wǎng)絡(luò)的相互聯(lián)通有了較大提高。

2.3.3 改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)職能

生態(tài)服務(wù)職能方面，LSI指數(shù)由10.49變?yōu)?4.49，提高了133.5%，說(shuō)明規(guī)劃后綠地的與周邊地區(qū)的公共邊界更長(zhǎng)，可以為城市提供更多生態(tài)服務(wù)。

社會(huì)服務(wù)職能方面，ENN-MN指數(shù)的降低了45.3%，說(shuō)明相鄰綠地的距離縮短；綠地斑塊密度由0.35個(gè)/km2變?yōu)?.38個(gè)/km2，提高了294%，綠地距離的縮短和數(shù)量的增加提高了綠地的可達(dá)性。中西部和東部新增的樞紐斑塊和小斑塊使得綠地分布的勻好性加強(qiáng)，方便了人們使用綠地。規(guī)劃后形成沿大直街、松花江街、曲線街、花園街、果戈里大街5條主要生活性街道的林蔭道網(wǎng)絡(luò)，可以較好地改善地區(qū)內(nèi)的人居環(huán)境和景觀風(fēng)貌。

表3 格局指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果(1)

表4 格局指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果(2)

圖2 南崗區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分布圖

圖3 南崗區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)規(guī)劃圖

3 結(jié)論

快速的城市化進(jìn)程帶來(lái)的生態(tài)人居環(huán)境惡化，已經(jīng)成為我國(guó)城市面臨的一個(gè)普遍問(wèn)題。作為生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分，城市生態(tài)修復(fù)的必要性和迫切性日益凸顯。在寸土寸金的城市建設(shè)區(qū)，通過(guò)空間格局的優(yōu)化來(lái)提升生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的生態(tài)服務(wù)與社會(huì)服務(wù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)研究，本文取得了以下發(fā)現(xiàn)：

（1）應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)和綠色基礎(chǔ)設(shè)施理論，以格局指數(shù)為核心指標(biāo)，提出了城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間格局的量化分析方法；

（2）以哈爾濱南崗區(qū)秋林圈為典型案例，提出了改善網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成、提高網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通度、強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)職能的城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)策略。

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局分析方法為分析城市綠地系統(tǒng)的空間分布存在的問(wèn)題、規(guī)劃方案比選、綠地格局的定量考核提供了技術(shù)手段。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)的研究可以在城市綠地的調(diào)研分析、城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃、城市生態(tài)管理與決策等不同領(lǐng)域得到應(yīng)用。

城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)具有空間異質(zhì)性高、生態(tài)過(guò)程復(fù)雜、人為擾動(dòng)性強(qiáng)等特征，并同時(shí)負(fù)擔(dān)著改善生態(tài)、防災(zāi)避險(xiǎn)、休憩娛樂(lè)、文化審美等多重職能，以上因素決定了生態(tài)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)是一個(gè)復(fù)雜的研究課題，需要不斷深化研究，改善我們共同生活的城市人居環(huán)境。