城市生態網絡構建與優化
——以徐州市為例

梁鑫斌，郭娜娜，連洪燕，周寶娟

（1安徽科技學院 建筑學院，安徽蚌埠 233100；2中國礦業大學 力學與土木工程學院，江蘇徐州 221116）

0 引言

城市生態用地是城市空間的重要組成部分，會對城市氣候環境產生直接影響[1]。在城市化進程中，大量的城市生態用地被建設用地所侵占，造成生態空間規模降低、生態空間網絡不斷被重構等問題。如何理解和定量研究城市生態用地及其空間結構，最大程度地發揮城市生態用地的生態效益、提升生態網絡效能成為地理學、景觀生態學及城市規劃領域內的重要研究方向。

生態網絡是生態空間形態與功能的有機結合，對城市建設和發展具有一定的導向作用[2]。準確識別生態源地、科學構建生態廊道是城市生態網絡建構的重要步驟。現階段的研究成果中，生態源地識別主要利用地理信息系統、遙感圖像、土地利用現狀圖等空間信息數據，通過斑塊重要性指數[3]、景觀連通度指標（dPC）[4-5]、形態空間格局分析（MSPA）[3-4，6]等單獨或綜合判斷。生態廊道主要采取最小阻力模型（Minimum Cumulative Resistance，MCR）[7]、最小成本距離法[4]、電路理論[3]等方法構建。

徐州市主城區在城市化快速推進過程中，土地利用結構不斷變化，建設用地比重逐漸增加，生態用地比重逐漸減少[8-9]。以徐州市主城區為研究載體，通過探索生態源地和廊道，構建生態網絡，可以更好地把握徐州市主城區生態空間特征，為進一步明確生態環境改善的著力點提供科學有效的綜合指導。

1 案例城市概況

徐州市是我國典型的中等規模城市，其城市化水平經歷了恢復性增長期（1983—1993年）、波浪式進展期（1994—2003年）和直線上升期（2004年—）三個主要階段[10]。至2019年，全市城鎮化率為66.7%，縣域城鎮化率57.2%。城市化發展帶來城市建設空間的擴展以及城市生態空間的變化，主城區作為用地蔓延式擴展的主要空間，生態網絡的變化尤為明顯，同時伴隨著城市由資源型向生態型的轉型發展。因此，選取徐州市主城區作為研究對象進行城市生態網絡的研究具有較好的可行性和代表性。

徐州市地處暖溫帶南緣，氣候資源相對優越，適宜各類作物的栽培，植被覆蓋率大于43%，整體的生態環境較好。結合徐州市總體規劃，將研究區劃定在市域范圍的中部，具體界定為泉山區邊界以東，廟山鎮以西，連霍高速公路和云龍區邊界以北，云龍區和鼓樓區邊界以南，面積約573km2。具體矢量范圍以徐州市城市總體規劃中心城區的矢量邊界范圍為基準，以便于現狀主體的城市建成區能被覆蓋且利于后期策略制定與規劃管控的有效銜接。

2 徐州市主城區生態網絡構建

“生態源地”和“生態廊道”是生態空間網絡結構的基本組成要素。基于徐州市主城區生態空間資源空間分布，通過生態源地的甄選、生態廊道的提取，構建徐州市主城區生態網絡。

2.1 生態源地

生態源地一般是生態空間中主要的景觀斑塊，城市區域以人類活動為主，因此，土地利用類型成為識別城市生態源地的重要依據。結合已有研究，本文主要以2019年土地利用現狀為基礎，借助形態空間格局分析（MSPA）和生態空間的景觀連通性指標dPC值分析來甄選生態源地，最終篩選出135個生態源地，其中最小面積為0.004km2，最大面積為7.054km2。將通過形態空間格局分析（MSPA）所得到的核心區進行景觀連通性運算，所得結果數值大小代表該核心區斑塊對中心城區整體景觀連通性所體現的貢獻大小，本研究構建的生態網絡需要在宏觀層面和微觀層面都可以起到維護生態系統服務功能及量化用地布局的效應。綜合考慮核心區連接度重要值的結果和本研究的目的，借鑒已有經驗[11-14]，選取dPC≥0.01的核心區作為生態源地。通過連通性軟件Conefor2.6計算各核心區的重要性，得到重要性分類圖（圖1）。

圖1 徐州市主城區核心區重要性（dPC）分類圖

2.2 生態廊道

生態廊道是指生態空間中供各種生物活動和能量流通所使用的狹帶狀空間，能促進生態源地間各類型生物因素的運動并有效降低景觀破碎化程度，將分散的生態源地連接起來，給生態系統提供物質循環和能量流動的通道，從而可以增強生態系統穩定性[15]。由于生態廊道的連通性和功能與各個生態源地之間的距離以及生態源地之間連通路徑的阻力有關[16]，因此，采用MCR模型作為構建徐州主城區生態廊道的方法。

結合已有研究[17-19]，通過專家打分法綜合確定徐州市主城區生態空間的各生態阻力因子及權重，阻力因子以地形位等級、土地利用類型為基礎展開，并根據生態適宜性將各因子阻力值進行分級設定（表1）。同時，在ArcGIS中結合各阻力因子的空間分布，將其分別進行阻力值分級，并依權重進行空間疊加計算，構建生態阻力面（圖2）。

表1 生態阻力因子分類[20]及權重[21]

建設用地公共管理與公共服務用地 1000商業服務業設施用地 1000綠地與廣場用地公園綠地 30防護綠地 10村莊建設用地＞50 1000 20～50 600＜20 400特殊用地 1000工業用地土地利用類型一類居住用地 1000 0.8居住用地二類居住用地 1000三類居住用地 600道路與交通設施用地 1000公用設施用地 1000物流倉儲用地 1000非建設用地林、草地 5耕地 100水域 10其他 600

圖2 徐州市主城區綜合阻力面

綜合生態源地的前期甄別、生態阻力面的構建分析，借助Linkage Mapper軟件對主城區內各個生態源地之間的最小累積阻力通道進行繪制，生成徐州市主城區的生態廊道。結合徐州市主城區生態環境，共提取1186條生態廊道。將主城區內識別的各生態源地和繪制的生態廊道進行空間疊加，構建徐州市主城區的生態網絡結構（圖3）。

圖3 徐州市主城區生態網絡

3 徐州市主城區生態網絡評價

結合已有研究[22-26]，選取生態廊道網絡環度指數（α）、生態廊道網絡線點率指數（β）、生態廊道網絡連通度指數（γ）三個指數對所繪制的徐州市主城區生態廊道網絡展開評價。

3.1 生態廊道網絡環度指數（α）

生態廊道網絡環度指數α可以量化生態網絡的復雜程度、環通度，表征在生態網絡結構中連接各個節點的環路所存在的程度，α的取值區間為[0，1]，α=0代表生態網絡中沒有形成環路，只有盡端形式枝狀廊道存在，α=1代表生態網絡中具有最大可能的環路數量。具體公式如下：

3.2 生態廊道網絡線點率指數（β）

生態廊道網絡線點率指數（β）用于表示生態網絡中生態廊道節點之間互相聯系的難易程度大小，β數值越大，表示所形成的生態網絡結構越復雜，β取值范圍為[0，3]，β=0表示沒有生態網絡存在。公式如下：

3.3 生態廊道網絡連通度指數（γ）

生態廊道網絡連通度指數（γ）是生態網絡連通性測度指標，取值為[0，1]，γ=0表示生態廊道網絡中各個節點之間沒有連接，γ=1表示所形成的生態廊道網絡中各個節點之間兩兩互相連接。γ取值為[1/3，1]，當γ接近1/3時，網絡呈樹形，當γ接近1時，網絡結構則近似于最大平面網絡，3*（V-2）則表示生態網絡中可能存在的最大生態廊道數目。具體公式如下：

以上公式中L表示當前生態網絡中實際存在的生態廊道連線數，V則為生態網絡中的生態廊道的節點數。

分析結果顯示，徐州市主城區生態廊道網絡環度指數（α）結果為0.28，表明生態網絡有著較低的連接度，生態網絡中的各種物質和能量流動過程較為不通暢，網絡回路分布不均勻。徐州市主城區生態廊道網絡線點率指數（β）計算結果為1.55，表明生態網絡處于中等復雜的水平，生態網絡中各個生態源地能夠相對容易地進行相互聯系和溝通。生態廊道網絡連通度指數（γ）計算結果為0.52，表明主城區內部生態網絡中有超過一半的生態源地為生態廊道所連接溝通，其整體的網絡效能尚可。

4 徐州市主城區生態網絡優化建議

從生態網絡的評價來看，徐州市主城區的生態網絡已基本形成，但在優化改善方面的潛力仍然較大。（1）主城區的北部以及東部區域的生態源地分布較少，且空間分布多呈現孤立散布的特征。建議適當增加生態源地數量，并通過生態廊道的連接增強各生態源地之間的聯系，補充生態連接的薄弱環節，實現生態網絡中各物質與能量流動的強度和順暢度，提升整體生態效能，實現生態安全。（2）結合國土空間規劃的契機，建議優化用地結構，適當提升生態用地的比重，注重生態環境修復及建設，以生態廊道的系統化、層級化梳理和打造為導向，提高主城區內部生態系統網絡內部的有效關聯。將徐州市主城區生態網絡優化與城市建設開發有機結合，通過合理安排建設時序、確定開發保護目標、高效綜合利用綠地等方式實現生態網絡完善與科學開發的協同。

5 結語

在國土空間規劃推進的大背景下，城市生態空間是落實生態優先原則的基本載體。通過判別生態源地和生態廊道來量化分析城市生態網絡的構成和結構特征，并在此基礎上評價城市生態網絡效能，可以更為精確地把握完善生態網絡結構、提升生態安全格局的建設施力點，并進一步提高城市生態系統服務功能。