廈門市綠地生態網絡構建及優化策略

劉曉陽

曾 堅*

曾 鵬

隨著快速城鎮化進程，無序擴張的建成區使得生態系統遭到破壞，導致生境破碎化加劇、生物多樣性銳減、生態環境惡化等問題出現[1-2]。針對上述現象，國內外學者從20世紀中期開始，嘗試將生態學理論融入城鄉規劃領域[3]，生態空間規劃也經歷了從局部到整體、孤立到聯系、單體到網絡的轉變[4-5]。中國傳統的綠地系統規劃是將總規中已確定的綠地規模和空間布局予以落實，不僅缺乏結構定位的科學支撐，也因僅關注建成區綠地而未能從整體上考慮生態系統的連通性。綠地生態網絡規劃可以從宏觀視角將斑塊、廊道等生態資源納入城市發展規劃，促進區域生態景觀格局優化[6]。綠地生態網絡是指將分散的生態斑塊如森林公園、濕地、綠地等通過廊道連接，協同構建一個韌性化、自然高效、連續完整的復合生態網絡[7-11]。生態網絡構建的思想起源于19世紀，至20世紀逐漸成熟，國外案例主要集中在歐洲和北美，前者以生物和流域保護、恢復生境為主導，后者一般是兼顧生態保護、歷史人文、休閑游憩等功能的綜合性規劃。國內從20世紀90年代才開始相關研究，近年來，大量學者采用景觀生態學為基礎的最小費用距離模型、重力模型和圖譜理論等進行綠地生態網絡構建，主要側重于生態網絡結構、組分、功能和績效的評價及潛在生態網絡的模擬等[12-15]，較多是以物種保護的角度去規劃生態網絡，沒有綜合考慮社會、經濟、人文等因素對于生態網絡的影響。

廈門市位于福建省東南沿海，閩三角城市群中心，良好的生態、人文、海洋等資源一直是其核心競爭力，但隨著就地城鎮化與工業化的迅猛發展，生態安全問題日益凸顯，廈門市成為濱海城市生態脆弱區的典型代表。本文綜合考慮社會、經濟、人文等因素，定量分析研究區自然生態本底特征，選取重要的現狀生態斑塊和廊道，采用最小費用路徑法對研究區潛在廊道進行模擬，構建整體綠地生態網絡，提出優化策略，以期為相關城市規劃工作的開展提供理論依據和技術支撐。

圖1 廈門市地形圖

1 研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

廈門由廈門島、鼓浪嶼及內陸沿海地區組成，生態資源豐富，土地面積約1 699.39km2。通過GIS空間分析，可看出廈門市總體地勢由西北向東南傾斜，地貌形態依次由山地、丘陵、臺地和平原向海岸過渡(圖1)。20世紀90年代后，快速城鎮化造成了廈門生態功能用地銳減、生態環境破碎化嚴重、綠地系統不成體系、近岸海域生態問題日益嚴峻。

1.2 數據來源及處理

本文所采用的數據主要包括中國科學院地理空間數據云網站提供的Landsat-8分辨率為30m的遙感數據與高程數據、《廈門市城市總體規劃(2011—2020)》和《廈門市綠地系統規劃修編(2013—2030)》等。基于ERDAS IMAGINE系統，以Google影像圖為基準，依次對區域遙感數據進行圖像裁剪、圖像融合、地理配準和圖像分類等，將研究區用地分為林地、耕地、草地、建設用地、水體和未利用地共六大類(圖2)。

2 研究方法

2.1 城市自然生態本底分析

綠地生態網絡構建的目標之一是保護可供生物棲息和遷徙的生態敏感性較強的區域，綜合選取對其研究區開發建設影響較大的植被、水域、地形和建設用地4項因子作為生態敏感性評價的主影響因子，敏感性因子等級劃分及賦值根據《全國生態功能區劃》及相關研究制定，按敏感性程度依次劃分為5個等級[16-18](表1)。研究將單因子生態敏感性結果進行多因子空間疊置，得到總體生態敏感性分區。

2.2 城市生態源地辨識及重要生態斑塊選擇

重要生態斑塊是對區域自然生態系統的穩定性和連通性具有重要意義的關鍵點。首先識別研究區內的自然保護區、森林公園、風景名勝區和水源保護區等重要生態斑塊；其次，在調研廈門市127處綠地的基礎上，基于AHP層次分析法，從斑塊景觀格局、生態服務功能、社會服務功能3個方面10個指標變量構建判斷矩陣，進行專家兩兩打分；并通過一致性檢驗(表2)。根據權重及得分標準計算出各個斑塊的綜合得分，結合生態敏感性分析結果，選取綜合得分較高和敏感性較高斑塊作為潛在廊道模擬的生態源。

表1 生態敏感性因子及其敏感性等級劃分

以社會服務功能指標層權重獲取為例，通過相關運算計算出矩陣最大特征根及其所對應的特征向量，進行一致性檢驗。經計算，λmax=3.041 7，一致性指標CI=0.020 9，平均隨機一致性指標RI經查表為0.52，CI與RI之比稱為隨機一致性比例CR=0.040 1。一般當CR＜0.1時，說明矩陣具有令人滿意的一致性。對矩陣特征向量歸一化處理后得到對應的權重值為W=[0.633 3、0.260 5、0.106 2]，同理獲取斑塊景觀格局指標層權重值W=[0.4、0.4、0.2]，生態服務功能指標層權重值W=[0.666 7、0.333 3]，準則層權重值W=[0.4、0.4、0.2]。

圖2 廈門市用地分類

圖3 廈門市生態敏感性分區

2.3 城市生態廊道辨識及重要生態廊道選擇

2.3.1 現狀城市生態廊道評價與選擇

生態廊道是一種聯系結構性控制區和斑塊的線狀斑塊區域，包括河流、山體林地、交通等廊道類型。本節研究方法與2.2相同，采用廊道景觀格局、生態服務功能和社會服務功能三大準則層作為廊道選取的評價指標(表3)，選取綜合得分較高和敏感性較高的廊道作為生態網絡的支撐骨架。

2.3.2 基于最小費用路徑的潛在生態廊道構建與選擇

最小費用路徑是根據柵格單元的景觀阻力來確定源和目標之間的最小消耗路徑，是生物遷移和擴散的最佳路徑[16]。在生態網絡構建中，最小費用路徑模型(MCR)可以模擬潛在廊道，用以確定、維護及重建生境之間的連接，與識別的重要斑塊及廊道一起構建整體生態網絡體系。本文對于景觀阻力的設置是根據經驗值并結合廈門市實際情況進行賦值(表4)，然后采用GIS的成本路徑分析工具生成各重要斑塊之間的潛在廊道。最小費用路徑模型如下：

式中，MCR為源j穿越所有柵格單元的最小累積阻力值；Dij為源j到目標i的空間距離；Ri為源j遷移到目標i過程中柵格單元對其產生的阻力值；n為柵格單元總數。

3 結果與分析

3.1 城市自然生態本底評價

根據生態敏感性分區圖(圖3)可以看出，廈門市敏感性總體上呈西北高東南低分布，極高敏感區和高敏感區主要分布在西北部地勢較高的山地丘陵區域和部分入海口區域，約占總面積的39.47%；中敏感區主要分布在東部及中部的沖積平原區，約占總面積的13.37%；低敏感區和不敏感區主要分布在現有建設用地及其周邊，約占總面積的47.16%。實際上廈門市開發建設較為集中，由本島及沿海區域向北開發力度逐步減弱，和生態敏感性評價結果基本一致。

表2 生態斑塊重要性評價指標

將生態敏感性評價圖與廈門市用地分類圖進行疊加，即用地敏感性類型圖，利用景觀格局軟件Fragstats，對研究區各類景觀指數進行運算(表5)并進行分析得出：最大斑塊所占比例較大，平均斑塊密度較小，說明研究區存在優勢景觀類型，但景觀破碎度較大；邊緣密度和平均斑塊分維數較小，說明景觀形狀較為復雜；多樣性指數和均度指數都較小，說明景觀類型豐富度和異質性較低；蔓延度指數、散布與并列指數、連通度指數均較低，說明景觀破碎度高，斑塊之間聯系性較弱，而分離度指數相對較高，說明受人類活動干擾較大。總體來說，廈門市存在優勢景觀，景觀類型多樣性不足且空間分布不均，異質性較差，景觀破碎化程度較高，連通性較弱，不利于維系整個區域生態系統的穩定。

圖4 基于最小費用路徑的生態網絡構建

3.2 重要生態斑塊選取

結合生態本底的分析結果，對所有斑塊進行評價，最后選取了26處綜合評分較高、敏感性較強的生態源作為研究區的重要生態斑塊，包括鼓浪嶼-萬石山國家級重點風景名勝區、天竺山及蓮花山國家森林公園、北辰山省級風景名勝區、石兜-坂頭水庫、汀溪水庫和馬鑾灣等生態源地(圖4)。

3.3 重要生態廊道選取

3.3.1 現狀生態廊道選取

現狀廊道主要分為山體生態廊道、溪流生態廊道、濱海生態廊道和交通生態廊道。山體生態廊道一部分是北部綠色生態山體基底，由云頂山、大帽山、尖山等構成連綿山脊線，環抱建成區城市空間；另一部分是穿插入城市空間的綠色生態斑塊，由蔡尖尾山、天馬山、香山等分支余脈構成，分隔城市組團。溪流生態廊道較分散，多發源于北部山體，分散獨流入海。濱海生態廊道主要分布在沿海灣環灣景觀帶和本島環島景觀帶。交通生態廊道主要為依托沈海高速公路、廈沙高速、國道324線和福廈鐵路等沿線的道路廊道。

綜上分析，結合生態敏感性評價，對所選取的現狀廊道進行評價，選擇出16條重要生態廊道，包括4條山體廊道(蔡尖尾山、天馬山、云頂山和大帽山)，5條溪流廊道(過蕓溪、后溪、東西溪、官潯溪和九溪)，2條濱海廊道(本島環島綠環、島外濱海綠帶)，2條交通廊道(324國道、沈海高速)。

3.3.2 潛在生態廊道模擬

利用GIS平臺，綜合廈門市用地分類圖、交通用地圖和表4景觀阻力值，得到不同用地類型的綜合景觀阻力面；以選取的26處重要生態斑塊作為生態源，根據最小費用路徑方法進行源地之間潛在生態廊道的模擬計算(圖4)。結果共模擬出103條潛在的生態廊道，去除途徑同一源地的多余重復的廊道，并基于重力模型對潛在生態廊道進行評價，提取出24條較重要的潛在廊道；根據潛在廊道匯合點及斑塊服務半徑，規劃出14個潛在的生物踏腳石。

表3 生態廊道重要性評價指標

圖5 廈門市生態資源疊加示意

圖6 廈門市生態網絡框架規劃

綜合上述評價結果，可看出較重要的生態源地主要分布在西北部山地丘陵區域，這些斑塊自身資源豐富，相互之間聯系性較強；位于中部平原區和東北部的生態源地，數量少且面積相對較小，各斑塊之間聯系相對薄弱；廈門島內斑塊數量較多但較為分散，與島外聯系通廊較少，南北之間存在斷層現象。

3.4 城市綠地生態網絡構建

整合前文分析，疊加相關生態資源(圖5)，依托廈門市背山面海的自然格局，提出“一片、一環、三帶、多廊道、多節點”的城市綠地生態網絡框架(圖6)。一片為廈門市域北部山體綠色生態屏障，包括一系列森林公園、風景名勝區、山體林地和水源保護區等。一環為廈門市本島生態綠環，是由環島路濱海綠化帶串聯萬石山風景名勝區、鼓浪嶼、筼筜湖、觀音山和狐尾山等斑塊形成的環形廊道。三帶包括2條交通生態綠帶和1條濱海生態綠帶，前者是由324國道和沈海高速兩側的市政綠廊構成的生態景觀防護帶；后者為島外沿海灣環灣景觀帶，由轄區內的沿海濕地、岸線和海域構成。多廊道為整合前文現狀生態廊道及潛在生態廊道，根據空間分布及連通性，選取的12條綠色生態山海通廊。多節點為重要景觀節點，此處景觀節點的選擇包括前文的自然生態斑塊與現狀人工建設節點，共12處，包括7處城鎮建成區和5處灣區入海口區域。

4 城市綠地生態網絡優化策略

4.1 生態節點優化建設

保護生態源地。建議嚴格按照相關條例保護森林公園、風景名勝保護區、水源保護區等重要生態源地，劃定生態紅線，將其與周邊山體林地資源統籌考慮，形成較完整的生態斑塊。

加強重要景觀節點的生態建設。重點城鎮要嚴格依據生態鎮創建的相關指標做好環境建設和治理工作。灣區入海口區域，要將其納入生態控制區并予以嚴格管控。

規劃潛在踏腳石。根據研究區實際情況，結合潛在廊道的交匯點及2個源地之間廊道穿越的生境斑塊位置，確定14處區域性踏腳石，為城市綠地系統規劃中的節點規劃提供借鑒。

4.2 生態廊道優化建設

山體生態廊道應加強山體保護和生態治理，開展生態風景林建設、裸露山體生態復綠等工程，打造山體生態廊道，并使之與溪流、湖泊、海岸等要素相連，形成山海通廊。

表4 不同土地利用類型的景觀阻力值

表5 廈門市景觀指數特征值

溪流生態廊道應加強溪流沿岸防護林體系的建設，推廣生態護岸，減少對自然岸線的侵占，劃定水庫、溪流和濕地3種類型的城市藍線范圍，并按照《城市藍線管理辦法》管控。

濱海生態廊道應根據近海岸線開發情況，開展生態重建岸線、緩沖岸線和保育岸線的分類規劃管控。生態重建岸線應以改善近海生態環境為原則，規劃資源消耗低的產業和新興產業；生態緩沖岸線應基于發展與保護協同原則下，適度加強涉海區域的開發建設；生態保育岸線必須堅守生態保護優于經濟發展。

交通生態廊道應完善交通廊道沿線喬灌草結合的防護林體系，以滿足動植物的遷徙、傳播與棲息，同時要考慮為鳥類和小型野生動物的遷移開辟通道，如建設野生動物的地下通道、隧道、天橋等設施。

4.3 網絡連通性優化建設

研究區東北部與中部平原區、本島與北部片區的潛在生態廊道連接度不高，根據生物遷移和廊道建設的可能性，建議增加梅山公園和北辰山風景區、西山公園和大輪山公園、北辰山風景區和后山巖公園，以及杏林灣濕地和仙岳公園等之間的廊道連接，從而提高整個網絡的有效連通性。此外，鑒于本島與島外割裂發展，可規劃增加道路交通廊道來增加島內外斑塊之間的連通性。

5 結語與討論

本文定量評價了廈門市自然生態本底，選取現狀重要生態斑塊和廊道，采用最小費用路徑法模擬潛在廊道，構建綠地生態網絡，并結合生態發展需求，針對性地提出網絡優化策略。結果表明：研究區西北部片區生態源地的質量較高，景觀阻力較小，斑塊之間的廊道連通性較好；東北部和中部平原區生態源地數量有限，生成的潛在廊道較長且連續性不夠；本島區域及其他片區的近海區域，生態斑塊較小且較分散，需修復關鍵生態斑塊并開拓片區廊道的連通。研究通過構建“一片、一環、三帶、多廊道、多節點”的城市綠地生態網絡，將區域重要生態空間、發展節點及城市組團等連通，規劃城市生態保護屏障。

與傳統綠地系統規劃相比，本文全面系統性地考慮了區域內重要生態資源，利用AHP法選取重要生態斑塊和廊道，相較于僅根據面積或寬度確定重要斑塊或廊道的方法更為合理；基于GIS平臺的最小費用路徑法可根據區域的生境分布特征，較科學地模擬潛在廊道的空間分布和連接線路；以上研究方法可為其他城市相關規劃工作的開展提供參考依據。

受限于研究區物種分布相關數據資料的獲取，基于不同物種遷移需求的生態廊道寬度等級劃分及與綠地系統規劃空間尺度的具體落位，還需進一步研究與探討；此外，生態網絡是一個開放、復雜的動態系統，與周邊區域聯系緊密，故應從城市群、省域乃至更大區域進行多層次構建，加強與周邊重要生境的連通交流，促進區域生物多樣性的保護，為多尺度完善生態網絡規劃提供科學支撐和參考。

注：文中圖片均由作者繪制。