綠色生態空間網絡研究進展

于 強 張啟斌 牛 騰 王 戈 馬 駿 楊林哲

(1.北京林業大學林學院， 北京 100083； 2.河北工程大學地球科學與工程學院， 邯鄲 056038)

0 引言

經濟的快速發展使城市化率迅速升高，根據聯合國人居署發布的《2020年世界城市報告》，全球城市人口比例將在2030年達到60.4%[1]，其中96%的城市增長將發生在東亞、南亞和非洲地區[2]。我國第七次人口普查數據顯示，全國城市化率已達63.89%，且仍處在較快發展區間[3]。高速的城市化進程改變了地表景觀的結構與功能，由此引發了動植物棲息地破碎、景觀連通性降低等現象，使得生物多樣性降低，生態服務功能遭到破壞，城市人居環境惡化[4]。如何緩解經濟發展與生態建設間的矛盾，實現可持續發展，成為當前亟待解決的問題。

近年來，一些學者從景觀連通性與生態系統結構、功能完整性的角度出發，提出了生態空間網絡的概念與基本原理[5]，綜合評價區域內的自然與人文因素，以區域內重要生態資源斑塊為節點，以生態資源斑塊間的帶狀廊道為邊，構建區域生態空間網絡，以緩解生境破碎、生態系統服務功能下降的問題，改善城市人居環境[6-7]。綠色生態空間網絡的概念最早源自綠道系統，自提出以來不斷發展完善，如今已經成為城市規劃、景觀生態學、地理學等學科的研究熱點[8]。當前生態空間網絡的研究熱點包括生態空間網絡的構建、生態空間網絡結構與功能研究、生態空間網絡評價與優化等，在城市規劃[9]、水文規劃與管理[10]、防風固沙、礦區生態重建[11]、動物保護[12]等領域進行了大量實證研究。

本文在總結已有研究成果的基礎上，對綠色生態空間網絡相關概念的提出和發展、綠色生態空間網絡的理論基礎和研究方法、綠色生態空間網絡的主要應用領域等進行闡述，并對其發展趨勢進行展望，以期為綠色生態空間網絡的進一步研究和應用提供理論依據。

1 綠色生態空間網絡概念與特征

1.1 綠色生態空間網絡概念與功能

綠色生態空間網絡是景觀生態學重要的內容，目前綠色生態空間網絡研究是景觀生態學研究的重點和熱點[13]。綠色生態空間網絡對于保護生物多樣性、維持生態平衡、增加景觀連接度具有重要意義[14]。根據不同的角度，綠色生態空間網絡有多個含義，如表1所示。

表1 綠色生態空間網絡的多種概念解釋Tab.1 Various conceptual explanations of ecological networks

根據不同網絡的重要性程度，綠色生態空間網絡可以理解為一個連接城市空間與鄉村空間的循環系統，它是一個開放的空間。在綠色生態空間網絡中，生態廊道是最為基本也最為重要的網絡結構，根據廊道連接性的不同，綠色生態空間網絡也可以理解為連接自然保護區、居民點、各種景觀的一種開放的空間結構[15-16]。

綠色生態空間網絡具有多重作用，這是由于綠色生態空間網絡中的生態要素也是由多種不同類型的生態系統組成的。從綠色生態空間網絡中生態系統的多重穩定性角度，綠色生態空間網絡的含義可以理解為：綠色生態空間網絡是一個景觀鏈，具有文化穩定性、生態穩定性和娛樂穩定性等多重特性[17-18]。

綠色生態空間網絡是一個復雜系統。在這個復雜系統中，存在著多種生態過程。生態過程具有一致性和不一致性。根據生態過程的一致性，綠色生態空間網絡可以理解為一個為了維持這種一致性和完整性而存在的復雜系統。綠色生態空間網絡主要受到人類的干擾，在各種干擾下，綠色生態空間網絡中的各個要素之間相互影響，共同抵抗這些干擾。可見，綠色生態空間網絡是一個多種類型的生態節點和生態廊道組成的空間連貫的開放系統[19-21]。

綠色生態空間網絡是具有一定生態功能的網絡。現實中，大多數的綠色生態空間網絡都是人為規劃設計出來的。根據土地規劃和綠色生態空間網絡的功能性，綠色生態空間網絡可以理解為一個土地網絡，這個網絡具有多種生態功能。除了生態功能，這個網絡還具有交通運輸的功能和休閑娛樂的功能。從景觀設計角度，綠色生態空間網絡還具有美學功能。從功能的角度，結合實際情況而進行規劃設計，根據不同的用途而對綠色生態空間網絡進行管理[22]。

綠色生態空間網絡是一個由多種類型生物組成的復雜網絡。不同的綠色生態空間網絡的生物多樣性不同，人們對生物多樣性的保護也是不相同的。根據綠色生態空間網絡中生物多樣性的保護程度，綠色生態空間網絡可以理解為為了保護生物多樣性，降低人為干擾的復雜系統。可以說，綠色生態空間網絡能夠解決生物多樣性保護和人類對生物資源利用之間的矛盾[23]。

1.2 綠色生態空間網絡發展歷程與特點

綠色生態空間網絡這一概念出現較晚，但在早期的城市規劃與景觀生態學研究中已經出現了其思想的萌芽。生態空間網絡的發展過程大致可以概括為3個階段。18世紀到20世紀60年代是生態空間網絡的孕育和啟蒙階段，在這一階段，景觀規劃領域出現了軸線、林蔭大道以及城市公園體系的規劃理念。OLMSTED[24]借鑒軸線和林蔭大道的設計理念，基于城市公園的鑲嵌分布構建了城市公園體系，取得了較好的景觀與生態效果。20世紀60年代到20世紀80年代是生態空間網絡思想快速發展階段，這一階段出現了大量有關開放空間規劃的研究，生態空間網絡的相關研究發展迅速，綠色網絡、環境廊道等概念開始出現[25]，20世紀80年代，綠色生態空間網絡被首次提出，綠色生態空間網絡的相關研究與規劃得以更加廣泛的展開[26]。20世紀80年代至今是綠色生態空間網絡的熱點研究階段，這一階段中，生態空間網絡相關研究開始出現多目標、多功能與多尺度的特點，所涵蓋的生態功能越來越多，在城市規劃、景觀生態學等方面發揮著越來越重要的作用[27]。

當前，綠色生態空間網絡已經成為景觀生態學、城市規劃、地理學等領域的熱點。然而，由于起步較晚，生態空間網絡的概念仍在不停發展變化中，各學者根據自己的理解從不同角度開展研究，研究內容與達成的目標較為多樣，但是都認為，生態空間網絡至少應該具備以下特點：①連接性，生態空間網絡應該通過線狀景觀元素連接區域中的生態資源斑塊，增強景觀連接性。②功能性，生態空間網絡應該具備維護物種多樣性、調節氣候等多種生態服務功能。③發揮重要連接功能的生態廊道應該是線性的。④整體性，網絡的節點、邊與基質應該形成一個整體的系統。⑤應該在有效減少人類活動對自然生態系統干擾的同時，最大限度地發揮自然生態系統的生態服務功能[28]。根據以上特點，本文將綠色生態空間網絡的特征概括為：基于景觀生態學和保護生態學原理，以保護區域生態系統結構與功能的完整性及充分發揮其生態系統服務功能為目的，利用線性的空間廊道將區域生態資源斑塊有機連接成系統整體。

在實際應用中，綠色生態空間網絡分為潛在綠色生態空間網絡和實際綠色生態空間網絡。在實際中的綠地斑塊、林帶、道路兩側綠籬等組成了實際綠色生態空間網絡的基本結構，現實中真實存在的綠色生態空間網絡就是實際綠色生態空間網絡，比如具有生態功能的道路網絡、河流網絡、森林網絡等。而潛在綠色生態空間網絡是指抽象存在的綠色生態空間網絡，潛在綠色生態空間網絡中的廊道，在現實中可能并不存在，但是生態能量的流動與傳播卻是沿著這個廊道而進行的。這種生態能量的傳播看不到，卻是真實存在的。潛在綠色生態空間網絡可以理解為一個具有傳播功能的結構。可以將潛在綠色生態空間網絡理解為基于現狀土地利用，提取出來的生態能量流動網絡系統。潛在綠色生態空間網絡也可以理解為實際綠色生態空間網絡的一種優化模式，但是由于是基于現狀所提取的，這種優化是不完全的優化，故潛在綠色生態空間網絡還有必要進行再一次的優化，這也是未來研究中的重點。

2 綠色生態空間網絡構建、分析與優化

2.1 綠色生態空間網絡識別與構建

一個綠色生態空間網絡的結構完整性與優劣性決定了其功能是否能夠正常發揮。目前，在園林學中，國外的綠色生態空間網絡類型主要包括荷蘭國家生態網絡、自然2000網絡、綠寶石網絡、歐盟生態網絡等[29-30]。另外針對不同的對象，潛在生態網絡構建研究大多集中在森林生態網絡構建、濕地生態網絡構建、城市綠地生態網絡構建、森林生態網絡構建、濕地生態網絡構建和沙漠區防護生態網絡等[31-35]。例如針對中國西北干旱半干旱生態脆弱區所構建的綠色生態空間網絡是典型的沙漠區防護綠色生態空間網絡[36]。中國西北地區生態脆弱區具有荒漠化嚴重、景觀斑塊破碎、生態環境極其脆弱等特征，防護型潛在綠色生態空間網絡能夠通過生態廊道和生態節點連接破碎生境，形成完整的景觀網絡，從而保證區域生態安全。

生態源地一般指景觀中為相鄰生態系統提供能量、物質和生物有機來源的區域，它是構建生態空間網絡的重要組成部分，是多種生物進行物質傳遞和能量流動的重要場所[37]。當前有關生態空間網絡的研究中，學者所使用的生態源地提取方法存在較大差別，但大致可以歸納為以下4類：①直接識別法，根據研究區的自然生態特征選取面積較大的水域、植被或者重要的生物棲息地作為生態源地[38]。②指標評價法，以生態服務功能與價值等指標作為依據，選取符合條件的斑塊作為生態源地[39]。③形態學空間分析法(Morphological spatial pattern analysis，MSPA)，該方法通過腐蝕、膨脹、開閉運算等形態學處理方法對研究區域的土地利用柵格數據進行處理[40]，可以較為精確地識別出區域內的核心區、孤島、空隙、邊緣區、橋接區、環島與支線共7類景觀。④綜合識別法，從景觀連通性、生態系統服務功能及自身生境等方面綜合分析，通過景觀格局指數、空間聚類分析、空間疊加分析等方法識別具有重要生態功能的斑塊作為生態源地[41]。生態源地的提取是構建區域生態空間網絡的基礎，它一方面應該是物質、能量、信息的來源，另一方面還應該起到流動和傳遞的作用，因此其提取過程應該從景觀結構和生態功能兩方面考慮，上述提取方法中綜合識別法可以較好的考慮到這兩方面，但在具體操作層面仍存在較大的任意性，如何科學合理的提取生態源地，仍然是一個值得探討的問題。許多學者利用面積、生態系統服務價值等對生態源地等級劃分進行了研究，分級的衡量因子較為單一[42]。能值分析理論能夠將復雜系統中的不同種類的物質流、能量流、貨幣流轉化為統一的能值指標來分析和比較，其能夠綜合多源數據對生態源地進行等級劃分，但是能值分析理論計算復雜，數據要求量極大[43]。

生態廊道則是綠色生態空間網絡的骨架，是生態能量流動的通道。生態廊道是景觀的重要組成部分，是景觀生態流發生的主要通道，對區域生態過程、景觀美學特征和生態功能的發揮都具有重要意義[44]。在生態空間網絡的構建中，生態廊道的提取是必不可少的[45]。MCR模型由Kanppen提出[46]，起初該模型運用在物種遷徙模擬中，我國學者俞孔堅將其應用于景觀格局分析中[47]，該模型的構建主要考慮源地、阻力面和累積代價3個要素，通過提取生態流在源地間流動的最小阻力路徑來實現生態廊道的構建。MCR模型結構簡單、算法明晰，已經成為生態廊道提取的主流方法[48]。電路理論于2006年由MCRAE提出，該方法把景觀看作一個導電表面，把復雜景觀中的物種或生態流看作一個隨機游走者。模型中的電阻相當于累積阻力模型中的阻力面，阻力越大，生態流游走過程中面臨的阻力越大；電流的強弱表示物種或生態流到達目標斑塊時通過某條路徑的概率。相比于MCR模型，電路理論結合了隨機游走理論，可以顯示廊道冗余度，可通過電流的強弱判斷生態源地和廊道的相對重要程度等信息，逐漸被越來越多的應用到國內外生態網絡的構建中。

生態節點一般指生態廊道中具有重要生態學意義或者生態敏感性較高的點位。根據景觀生態學中的踏腳石原理，景觀中大型斑塊之間存在的小斑塊可構成踏腳石系統，促進生物的遷徙及物質能量的流動，這種踏腳石系統一般面積較小，但具有較強的實用性[49]。在生態廊道中識別生態節點，可起到很好的生態踏腳石作用[50]。當前生態節點的提取方法一般可歸納為兩種：基于先驗知識進行，將廊道途經的重點保護區域、生態敏感區域作為生態節點；基于MCR模型中的累積阻力面進行，通過水文學分析方法提取累積阻力面中的山脊線，通過山脊線與生態廊道的交點即廊道中生態阻力最大處確定為生態節點[51]。一般情況下，結合兩種方法可以對生態節點進行更加準確的識別。起到踏腳石作用的生態斑塊節點實現了綠色生態空間網絡從結構的聯通到功能的聯通，生態斑塊節點的提取方法主要包括景觀阻力分析、網絡分析、生態阻力面模型、形態學空間格局模型等，其中生態阻力面模型通過提取阻礙生態流的最小耗費路徑和最大耗費路徑的交叉點以及生態廊道最薄弱的點來確定生態斑塊節點，其被廣泛應用于生態斑塊節點提取的研究中。

2.2 綠色生態空間網絡結構分析

針對綠色生態空間網絡的空間結構進行研究一直以來都是國內外學者的研究重點。在針對綠色生態空間網絡結構相關研究中，GOLDSTEIN等[52]通過模型算法以及統計實驗，分析了鳥類活動的規律，得出了鳥類保護生態廊道的寬度，并且分析了生態廊道結構與周邊環境之間的耦合關系，認為綠色生態空間網絡結構上的聯通性是最為重要的。JONGMAN[53]研究了歐洲15個國家的綠地網絡，發現在歐洲綠色生態空間網絡的結構主要以保護為核心。此外，景觀格局指數、聯通度指數、景觀可視化、網絡結構指數、障礙影響指數等被廣泛的應用在綠色生態空間網絡的結構分析以及優化評價中。MONTIS等[54]提出了一個基于網絡建模的綠色生態空間網絡研究和建模方法框架，使用了網絡屬性和中心度量，并且通過引入相應的加權中心度量來考慮分散能力，通過從3個角度監測擴散能力和聯通數量來模擬綠色生態空間網絡的結構動態變化。YAN等[55]利用生物多樣性與生物量之間的關系，探討了理論網絡復雜性的特點。UPADHYAY等[56]對喜馬拉雅地區森林物種的生態信息流進行了研究，發現物種棲息綠色生態空間網絡是一個無標度網絡，且具有小世界特性。

國內針對綠色生態空間網絡結構的研究也較多，曾琦芳[57]基于點線面的構建模式在華僑大學廈門校區綠色生態空間網絡的構建研究中對該校區綠色生態空間網絡節點、脈絡、結構進行研究，將綠色生態空間網絡結構分為核心型、軸線型和勻質型，為新校區建設帶來新的規劃。段飛[58]以青島、深圳的高校為例，對濱海地區高校綠色生態空間網絡結構、生態廊道、生態節點進行研究，為其他濱海地區高校生態規劃建設提供參考。傅強等[59]基于計算機圖形學中的CL-PIOP評價方法，對青島市綠色生態空間網絡結構進行研究，該方法能快速統計重要位置的廊道，判斷廊道的不可替代程度，為相關規劃中的生態用地保護、恢復提供理論依據。劉耕源等[60]基于熱力學流核算方法研究大連市綠色生態空間網絡結構，確立該城市的代謝系統，并對系統內各組分進行研究，為城市健康可持續發展提供研究依據。閆維等[61]將GIS與景觀格局分析、斑塊網絡結構分析相結合，研究濱海新區規劃對區域綠色生態空間網絡結構的影響，并提出濱海新區綠色生態空間網絡構建的改進建議。

2.3 綠色生態空間網絡結構優化

對生態空間網絡的優化一般需要基于對網絡結構和功能的分析結果進行，因此生態空間網絡的各種分析方法常常同時作為對網絡進行優化的手段或優化結果的評價標準。其中，基于景觀格局分析與網絡結構指數法的研究較多[62-64]。

然而，當前基于景觀格局分析以及各類網絡指數的優化研究中，仍然沒有形成領域內公認的優化策略，具體的優化方法往往由研究者根據自己的理解構建，不同研究之間的差別也比較大，并且有部分研究只給出管控建議，沒有具體的網絡優化方案。例如：有的學者研究采用不同的網絡模型分別構建了生態空間網絡，通過對比不同模型下生態空間網絡的生態廊道數量、網絡中廊道面積和網絡結構指數，篩選最優的生態空間網絡構建方案[65]；AN等[66]根據生態廊道與生態源地的空間分布特征、網絡連接指數，在生態廊道的斷裂處選取核心源地斑塊構建生態踏腳石，實現了對研究區生態空間網絡的優化；而張萌等[67]的研究中只給出了綠色生態空間網絡的管控建議，沒有具體的優化方案。

基于復雜網絡理論的生態空間網絡優化方法仍處在起步階段，僅有少量研究出現，如張啟斌[39]基于度低者優先的原則，構建了烏蘭布和沙漠東北緣潛在生態空間網絡的增邊優化策略。裴燕如等[68]綜合考慮生態節點的生態風險以及節點度中心性，構建網絡優化策略，實現了鄂榆地區生態空間網絡的優化。總的來講，這些研究都是通過構建不同優先原則的增邊策略實現對生態空間網絡結構的優化。

利用3S技術進行綠色生態空間網絡優化的研究較多。例如，郭慧慧[69]將3S技術與常用的景觀格局計算方法相結合，對慈溪市綠地綠色生態空間網絡進行優化，最終從4種綠色生態空間網絡規劃預案中選出最佳的綠地綠色生態空間網絡優化方案。張遠景等[70]將GIS與CA-Marcov模型相結合，對哈爾濱中心城區進行綠色生態空間網絡模擬優化。吳榛等[71]基于RS與GIS技術，通過分析連通性指數確定綠地斑塊節點，對綠色生態空間網絡結構進行定量分析，針對性地提出揚州市綠色生態空間網絡優化建議。陳濤等[72]基于城市綠地綠色生態空間網絡相關理論與城區內林鳥連接度的情況，對長沙市寧鄉縣中心城區綠地綠色生態空間網絡進行分析，針對寧鄉縣中心城區綠地中存在的林鳥連接度問題提出生態優化途徑，同時增加“踏腳石”途徑以及人文繁榮途徑進行優化。賈振毅等[73]采用景觀格局分析與最小費用模型模擬城市網絡結構。

除此之外，有研究者通過分析生態節點或生態源地的輻射范圍來實現對生態源地的合理布局，如張遠景等[70]采用地理空間網格法統計空間網格中生態節點的數量，從而識別生態盲區，實現生態節點的優化布局；于強等[43]采用泰森盲區多邊形形心優化(BCBS)模型進行生態盲區識別，構建了生態節點的優化部署策略。

3 綠色生態空間網絡研究相關理論

3.1 島嶼生物地理學原理

島嶼生物地理學認為島嶼上物種的豐富度與其面積存在一定的數量關系，這一理論在維持物種多樣性、解決由生境破碎化造成的物種保護問題等方面發揮了重要作用[74]。

島嶼是島嶼生物地理學中的重要概念，在島嶼生物地理學中，島嶼的定義可以被理解為：某一區域中，明顯區別于基底的，許多生物集中生活的生境斑塊，類似于本研究中荒漠中間的綠洲，這些生境斑塊可以是大小各異、多種多樣的，包括海洋中散布的島嶼、城市中的自然保護區、森林中的林窗等，因此可以將島嶼看作一個具有明顯邊界的生態系統，而其大小、類型等性質并不是形成“島嶼”的必要條件[75]。

島嶼生物地理學認為，在氣候條件相對一致的一定區域內，島嶼上的物種數目會隨著島嶼面積的增加而增加。例如，當某一島嶼的面積增加到原來的10倍，其上的兩棲、爬行類生物數量將翻倍。有研究表明，這一規律在不受外界擾動的島嶼中十分明顯。1913年，GRINNEL和SWARTH提出了種類-面積方程[76]

S=CAZ

(1)

兩端取對數可得

lgS=lgC+ZlgA

(2)

式中S——島嶼上所有生物物種的數量

A——島嶼面積

C——物種的空間分布密度

Z——統計指數

種類-面積方程中的Z值具有重要的生物學意義，例如當Z=0.5時，只需將島嶼面積增加4倍即可將物種數目加倍，而當Z=0.14時，必須使面積增加140倍才能達到相同的效果。

種類-面積方程是對島嶼面積與物種數量的經驗統計規律，難以解釋其機理，因此MACARTHUR和WILSON[77]于1967年提出了動態平衡理論，豐富了物種-面積關系。平衡理論引入了遷入和滅絕兩個因素，而平衡則指的是遷入和滅絕這兩個因素的平衡。當遷入大于滅絕，島嶼物種豐富度上升，反之則下降，平衡時，物種豐度維持穩定。

伴隨人類影響范圍的不斷擴大，自然生態空間由于受到人類活動的影響已經或正在成為生境島嶼，因此島嶼生物學理論在自然保護區的選址、設計和綠色生態空間網絡的規劃等方面被廣泛應用[78]。

3.2 景觀生態流與空間再分配原理

在某區域的景觀格局中，不同景觀組分之間存在著物質、能量、物種和信息的交換，這一交換的內容稱為景觀生態流[79-80]。景觀生態流一般表現為生態流的形式，景觀格局的演變必然引起物質、能量與信息的流動和空間再分配，因此生態流的運行受到景觀格局的明顯影響[81-82]。

物質、能量和信息的流動勢必伴隨能量的轉化過程，因此景觀生態流在景觀中的運行必須克服阻力實現[83]。斑塊間的景觀生態流可視為在能級上的有序運動，斑塊的能級由其所處的環境參數決定，這些環境參數包括物質組成、空間位置、生物因素等。景觀生態流的運行過程可以表現為聚集和擴散兩種趨勢。景觀中物質、能量和信息的交換主要通過5種媒介或傳輸機制實現從某一個景觀組分向另外一個景觀組分的流動，這5種媒介為：風、水、飛行動物、地面動物和人類活動[84]。在水平方向上，生態流受到擴散、傳輸和運動3種力的驅動。擴散是一種隨機運動過程，類似于熱力學中的布朗運動，它是一種低耗能過程，僅在小尺度發揮作用，是景觀呈現均質化的主要動力[85]。傳輸指的是景觀生態流中的物質流沿能量梯度下降方向的運移過程，如河道水分的側滲過程對地下水的補給、水土流失過程等，它是景觀格局中物質、能量、信息流動的主要作用力。運動是物質通過消耗自身能量在景觀空間中的移動過程，很明顯在這一過程中移動的主體主要為動物，這種遷移過程將導致物質和能量在景觀中維持高度聚集狀態[86]。

綜上可知，擴散過程使得景觀中的聚集格局減少，傳輸對于聚集格局不存在明顯的正向和負向影響，運動這一過程可形成最明顯的聚集格局。在景觀生態流的運行過程中，景觀組分的邊界可對經過景觀組分邊界的生態流進行過濾，對生態流的性質、方向和流量具有重要影響。

3.3 斑塊-廊道-基質模型

斑塊(patch)、廊道(corridor)和基質(matrix)是景觀生態學中用來描述景觀結構及其功能性特征的基本模型，由FORMAN于1986年正式提出[87]，它普遍適用于荒漠、森林、草原、城市等多種景觀，景觀中的任意一點一定是落在斑塊、基質或廊道上，不存在其他可能[88]。斑塊-基質-廊道的組合是最容易理解、最常見的景觀模型，在景觀格局的分析、比較與規劃等方面發揮了重要作用[89]。以該模式為核心，發展出了一系列概念、理論和方法，已經逐漸成為景觀生態學的重要方面[90]。

斑塊是景觀格局的基本組成單元，它指的是與周圍背景具有明顯區別的、非線性的、內部相對均質的地表空間范圍[91]。由于景觀中的斑塊具有不同的成因和演化路徑，其大小、形狀及外部特征各異[92]。斑塊既可以是存在生命的，如由植被覆蓋的林地、草地，也可以是不存在生命的，如建筑、裸巖等；它既可以是天然形成的，如天然形成的荒漠、綠洲，也可以是人為建設的，如果園、農田等[93]。

廊道是景觀中與兩側基質存在明顯區別的狹長的線性或帶狀地表空間，實際上，可以將廊道看作一種斑塊的特殊類型，只是其形狀是線性或帶狀的[94]。廊道既可以是對景觀空間產生分割作用的條狀區域，如人工道路、河流；也可能以逐漸過渡的形式與本底呈現區別，如更新過程中的帶狀采伐跡地等[95]。廊道的兩端通常連接著具有重要生態作用的大型斑塊，如道路兩端的居民點、河流兩端的湖泊、山嶺等[96]。廊道的這一特點使得它成為景觀生態流經過的主要通道，對區域生態過程與生態功能的良好運行具有重要作用。

基質是景觀中的本底，對景觀的動態變化發揮主要作用，決定了景觀的性質，廣闊的草原、荒漠，大面積的森林都可以當作基質[97]。確定某一景觀類型是否為景觀的基質，通常需要以下特點：①相對面積。是某一景觀類型在景觀總面積中所占的比例，景觀中相對面積最大的景觀類型往往也控制著景觀生態流的運行。一般情況下，若景觀中某一景觀類型的相對面積大于50%或大于其他各類景觀類型的面積總和，那么該景觀類型可被認為是基質。③連通性。只用相對面積來判斷基質有時會出現誤判，因此引入連通性這一標準是必要的。若景觀中某一景觀類型連通性較高，且對其他景觀類型形成了環繞包圍的態勢，此時該景觀類型也可被認為是基質。③動態控制作用。動態控制作用指的是某一景觀類型對景觀整體的演化方向、速度和終點起到決定性作用。從生態意義上看，這種動態控制作用是判斷某一景觀類型是否為基質的根本標準。在實際中，對基質的判斷往往需要將上述3種標準結合使用，在計算比較各景觀類型的相對面積和連通性后若仍不能確定基質，則需要查閱文獻或野外觀測實驗進行確定。

3.4 “源-匯”理論

“源-匯”理論最早用來分析大氣運行過程，“源”和“匯”的概念為分析大氣污染物的產生、傳輸和匯集提供了有效手段[98-100]。在景觀生態學中，“源”指的是某種生態過程的源頭，即能提供各種物質、能量或物種的景觀單元或生態系統[101]。“匯”是某個生態過程的重點，即各種物質、能量和物種匯集的景觀單元或生態系統[102]。對于農業面源污染來說，施用化肥和農藥較多的農業用地就起到了景觀中“源”的作用，而下游方向的草地、林地和濕地等景觀要素起到了“匯”的作用，他們之間的一些景觀要素起到了傳輸通道的作用[103]。

很明顯，“源”和“匯”是兩個相對的概念，根據不同的生態過程，“源”和“匯”是可以相互轉化的[104]。例如水庫和湖泊，在降雨過程中，雨水朝水庫和湖泊匯集，對于這一生態過程來講，湖泊和水庫為景觀中的“匯”。而干旱缺水時，水庫、湖泊中的水又發揮了補枯的作用，不僅可改善其周邊的水文環境，還可以灌溉農田，在這一生態過程中，湖泊與水庫又轉化為了“源”。經上述分析可知，“源”和“匯”并不是絕對的，只有當針對某一特定的生態過程時，它們才是明確的。因此，在識別景觀中的“源”和“匯”時，應基于某生態過程進行。

“源-匯”理論對景觀格局和生態過程進行了深入的闡釋，使得對于景觀的分析從靜態、平面的分析轉移到動態的過程分析中來[105]。基于某一生態過程進行“源”和“匯”的空間平衡分析，可以對生態過程調節、景觀格局優化提供許多有益的借鑒[106]。當前“源-匯理論”在面源污染控制、生物多樣性保護、緩解熱島效應等方面已經有大量應用，同時也是生態網絡構建的重要理論基礎[107]。

3.5 生態安全格局理論

根據景觀生態學的相關理論，格局和過程是相互影響的，因此一些基本的景觀改變和管理措施被認為有利于區域的生態安全[108]。這些改變或管理措施包括核心棲息地斑塊保護、生態廊道的建立和生態重建等[109-110]。而核心生態斑塊識別、廊道構建與建設新的棲息地斑塊是實際操作中需要首先考慮的問題。生態安全格局理論可較好地回答這一問題。

生態安全格局理論認為，無論景觀是均質的還是異質的，景觀中的各點對于生態安全的意義是不同的，在這些點位中存在一些現有的或潛在的生態基礎設施，對于控制區域的景觀生態過程具有關鍵作用，這些具有關鍵作用的點位就構成了生態安全格局[111]。生態安全格局對于生態過程的戰略意義主要體現在3方面，分別是：主動優勢，即生態安全格局一旦被某種有利的生態過程占據，就可以以安全格局為基礎，影響控制全局的生態過程，且這一過程將會是自發的、主動的；空間聯系優勢，即生態安全格局有利于聯系孤立的景觀單元，促進其物質、能量、信息和物種的交換；高效優勢，即生態安全格局對全局景觀生態過程的控制具有高效和經濟的特點[112]。生態安全格局可以由源、緩沖區、源間連接、輻射道和戰略點等構成，生態網絡由生態源地、生態廊道與生態節點等部分構成，也是生態安全格局的一種。

4 綠色生態空間網絡相關分析方法

4.1 景觀格局分析法

景觀格局分析法是將生態空間網絡的空間密度、網絡各組成部分的面積、斑塊形狀特征進行定量化表示的一種方法[113]。這種方法可以較好的表征景觀格局狀況以及生態空間網絡的結構特征，但是由于該方法僅考慮到密度、面積、形狀等結構特點，難以對網絡的連通性進行有效分析且對網絡生態功能的考慮較少，因此生態意義稍顯不足。

4.2 圖論分析法

基于圖論的網絡結構指數包括：生態空間網絡綜合指數，由網絡環通度指數(α)、線點數(β)和連接度(γ)等指數構成，利用這些指數可以較好地反映網絡整體的連接情況，可以為生態空間網絡的構建與優化提供一定借鑒，然而卻難以對某一個生態源地或生態廊道的重要性進行評價[114-115]；基于圖論的網絡結構指數是網絡連接度指數，由PASCUAL-HORTAL等[116]于2006年提出，包括整體連接度指數(IIC)、可能性連接指數(PC)以及等效連接性指數(EC)等，該方法不僅能較好地反映網絡整體的連接性，而且可以定量的評價網絡中廊道、源地以及節點等要素對網絡整體連接性的貢獻，從而為網絡的構建與優化提供更加具體的建議。

4.3 復雜網絡理論分析方法

復雜系統與復雜性科學被譽為21世紀的科學，“復雜系統理論”是復雜科學下的子領域[117]。不同視角下復雜系統的特征不盡相同，復雜系統以不同形式、不同狀態、不同規模廣泛存在于地理學(土地覆蓋類型-景觀系統)、生態學(生物個體-生態系統)、社會學以及經濟學等研究領域[118-121]。土地景觀系統是典型的復雜系統，其除了具有無序性、動態性等基本特征外，還具有多層次性、自組織適應性、異質性與相互作用性、控制性與突發涌現性[122]。

復雜網絡的抽象研究方法成為目前復雜系統研究的新熱點，其是從一個新的角度和方法來研究復雜系統，復雜網絡所關注的研究對象是系統中個體相互關聯作用的拓撲結構[123]。

復雜網絡的研究方法已經被廣泛的應用到如WWW網絡、社交網絡、專家網絡、航空網絡、交通網絡等領域[124-125]。在景觀地理學領域，基于景觀生態學理論的生態網絡是一種特殊的復雜網絡，可以理解為區域內生態源地、生態廊道和生態節點3種景觀格局要素所組成的復雜網絡，它的結構、功能以及兩者之間的聯系一直是網絡科學以及景觀生態學的一個研究重點。

復雜網絡分析方法是在圖論的基礎上發展而來的，錢學森認為，具有小世界特征、自相似特征、自組織特征和無標度特征中的一個或多個特征的網絡都可以稱為復雜網絡[126]，生態空間網絡具有明顯的無標度特性。可以看作復雜網絡的一種，其特性可以利用復雜網絡的相關理論進行分析[127]。復雜網絡分析中的度、度分布、平均路徑長度、聚類系數、介數、核數、連通度等統計指標可以很好的反映生態空間網絡的基本靜態特征，其中度、介數、核數、聚類系數等統計指標可以很好的識別網絡中重要的源地和廊道。度-度相關性、聚-度相關性等統計指標可以很好的反映網絡的同配性和層次性。同時，生態空間網絡的動態特征也可以采用復雜網絡的分析方法進行研究，例如于強等[128]以磴口縣為研究區，分析了縣域生態空間網絡在隨機打擊與惡意打擊下網絡魯棒性的動態變化。基于復雜網絡理論的生態空間網絡研究方法可以更加全面地從多個角度研究生態空間網絡的靜態與動態特征，正逐漸成為該領域的熱點方向。

5 綠色生態空間網絡研究應用

當前，生態空間網絡的研究范圍越發廣泛，從最初的城市規劃、自然空間規劃、動物保護領域逐漸擴展到防風固沙、礦區重建、水生態保護等領域。如陳春姊等[129]采用最小費用模型和圖論分析相結合的方法對新西蘭基督城生態空間網絡功能性連接的辨識和優先恢復途徑進行了探討；高宇等[130]利用MSPA、可能性連接指數、網絡密度分析等方法構建了招遠市綠色空間生態空間網絡并進行了優化；諸葛海錦等[131]利用最小累積阻力模型等生態空間網絡分析方法，研究了青藏高原高寒荒漠區藏羚羊的潛在廊道分布特征，并基于此提出了管控建議；于強等[132]以烏蘭布和沙漠東北緣沙漠-綠洲交錯帶為研究區，模擬了不同發展策略下生態空間網絡的拓撲結構和統計特征，為區域防風固沙、生態建設與經濟發展提供借鑒。侯宏冰等[133]基于復雜網絡增邊策略，對鄂榆典型礦區的生態空間網絡進行優化，為礦區生態修復提供宏觀上的參考與借鑒；SUNDARESAN等[134]通過對Bangalore和 Madurai濕地生態空間網絡的分析，對城市的未來發展與管控提供了指導與借鑒。這些研究拓寬了綠色生態空間網絡的研究范圍，為綠色生態空間網絡研究的多學科交叉提供了良好的思路。

當前，生態空間網絡已經成為景觀生態規劃的重要理論體系之一，在生態空間網絡規劃中，以提取生境斑塊與生物廊道為核心要點。生態空間網絡進行生物保護時，首要因素是整個網絡結構的大小，其與所保護的生物多少直接相關，進而影響到食物網以及整體生態系統。要確定生態空間網絡大小，關鍵就是提取需要的生境斑塊以及廊道。生境斑塊需要依據所選擇保護對象來確定，而廊道布局則應與功能性廊道相一致[135-136]。生態空間網絡規劃往往與區域發展規劃或土地利用規劃相結合[137]，—般運用在中大尺度上，如市級、省級、國家，乃至洲級[138]。

近年來，我國的生態空間網絡研究逐漸受到關注。但由于起步較晚，基礎理論研究相對匱乏，所以應結合國外的研究動態，建立適合中國特色的生態空間網絡，制定完善的景觀規劃評價體系，進而保護生物的棲息環境、完善景觀格局。

6 展望

生態空間網絡經歷了從萌芽、起步到進入快速發展階段的過程，研究方法逐步趨于集成化、定量化、先進化。研究重點從生態空間網絡的提取構建逐步發展到網絡空間與拓撲結構特征分析及生態空間網絡優化，在城市、水文、防風固沙、土壤保持、礦區重建、動物保護等領域取得了眾多研究成果。未來的研究重點主要包括：

(1)基礎理論的發展完善。生態空間網絡的相關研究出現時間較短，理論體系尚不健全，眾多核心概念仍沒有在學界達成共識。相關研究中“生態空間網絡”、“綠色基礎設施網絡”、“景觀生態空間網絡”等相近概念仍然根據研究者的個人習慣混雜使用，對于學術交流與學科發展造成了一定程度的阻礙。厘清相關概念的內涵與外延，建立一套完備的理論體系，將是未來的研究重點。

(2)研究方法的改進與提升。景觀格局分析、最小累積阻力模型、電路理論、形態學分析法、圖論與復雜網絡指數分析方法構成了生態空間網絡相關研究的主要方法體系。相關研究方法在解決具體問題的同時也暴露出一些問題。部分方法或模型的主觀性較強，輸出結果受研究者本身知識水平的限制較大，如最小累積阻力模型中阻力值的設定、生態源地篩選標準的設定、形態學分析中前景與背景地類的選取等；部分模型的運行效率不高，如最小累積阻力模型、復雜網絡指數提取所花費的時間過長。提升生態空間網絡提取、分析與優化中相關研究方法的科學性、客觀性及運行效率，是該領域面臨的挑戰之一。

(3)時空尺度的拓寬。當前有關生態空間網絡的研究往往選定某一研究區域，在某一時間斷面采用固定的空間尺度展開，缺少空間尺度上的對比研究與時間尺度上的演變與預測研究，生態空間網絡結構與功能的尺度效應仍然有待揭示，隨著生態空間網絡相關領域的發展，研究的時空尺度將不斷拓寬。

(4)生態空間網絡與其他空間網絡的關聯。生態空間網絡作為一種空間網絡，與交通網、水網、電力網、動物遷徙網等其他空間網絡必然產生相互影響。例如，生態空間網絡中的某個節點可能是路網中的重要樞紐，同時也發揮著生態功能與交通運輸功能。如何衡量網絡生態空間網絡與其他網絡的相互影響，構建“多層網絡”或“網絡的網絡”對其進行定量研究，將是未來的研究方向之一。