徐文彬, 尹海偉,*, 孔繁花

1 南京大學建筑與城市規(guī)劃學院,南京 210093 2 南京大學國際地球系統(tǒng)科學研究所,南京 210023

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基于生態(tài)安全格局的南京都市區(qū)生態(tài)控制邊界劃定

徐文彬1, 尹海偉1,*, 孔繁花2

1 南京大學建筑與城市規(guī)劃學院,南京 210093 2 南京大學國際地球系統(tǒng)科學研究所,南京 210023

以南京都市區(qū)為例,通過生態(tài)敏感性分析獲取了研究區(qū)既有的高生態(tài)敏感空間,采用最小費用路徑方法辨識了對研究區(qū)具有重要生態(tài)意義的潛在生態(tài)廊道和生態(tài)關(guān)鍵區(qū),采用圖譜理論中的景觀連接度指數(shù)輔助確定生態(tài)廊道寬度,構(gòu)建了研究區(qū)潛在的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上,整合既有和潛在生態(tài)空間,科學劃定生態(tài)控制邊界,實現(xiàn)了研究區(qū)現(xiàn)存和潛在的重要自然生態(tài)空間保護。研究結(jié)果表明：1)生態(tài)敏感性分析能夠識別出研究區(qū)既有的高生態(tài)敏感性區(qū)域,并指出其呈現(xiàn)出“大而孤立,小且分散,連接性不佳”的空間特征。2)遴選出的71處生態(tài)源地、119條重要廊道和61個關(guān)鍵生態(tài)斑塊共同組成了研究區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò),顯著提升了原有生態(tài)空間的景觀連接性和研究區(qū)域的總體生態(tài)安全水平。3)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析可以彌補敏感性分析只考慮既有自然生態(tài)空間的局限,二者的組合使用可為不同尺度上生態(tài)控制邊界的劃定提供簡明的分析框架。研究結(jié)果可為南京都市區(qū)生態(tài)控制線劃定和生態(tài)環(huán)境保護提供重要的參考,對其他城市生態(tài)控制邊界的劃定也具有一定的借鑒意義。

生態(tài)敏感性；生態(tài)網(wǎng)絡(luò)；最小路徑方法；圖譜理論

改革開放以來我國經(jīng)歷了快速的城鎮(zhèn)化進程,城鎮(zhèn)建設(shè)用地劇增,非建設(shè)用地向城市建設(shè)用地快速轉(zhuǎn)換,導致城市生境日益破碎化、生物多樣性顯著下降、熱島效應不斷增強等諸多生態(tài)環(huán)境問題,嚴重影響城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),危及城市的可持續(xù)發(fā)展[1- 2]。為了防止開發(fā)建設(shè)的無序蔓延,有效保護自然生態(tài)資源和保障城市與區(qū)域的生態(tài)安全,劃定生態(tài)控制邊界業(yè)已成為城市管理者和規(guī)劃師一項重要的空間管控手段[3- 4]。

生態(tài)控制邊界是對保障城市或區(qū)域生態(tài)安全、維護生態(tài)系統(tǒng)完整性和連續(xù)性、促進可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義的生態(tài)區(qū)域的保護界線[5-7]。它框定了生態(tài)價值較高、生態(tài)系統(tǒng)比較敏感和具有關(guān)鍵生態(tài)功能的區(qū)域,不僅是城市與區(qū)域生態(tài)安全的“底線”,也是重要物種資源生存與可持續(xù)發(fā)展的保障和人居環(huán)境與經(jīng)濟社會發(fā)展的生態(tài)基礎(chǔ)[8-9]。由于國內(nèi)對生態(tài)控制邊界研究的歷史時間相對較短,其理論基礎(chǔ)還很不完善,技術(shù)方法也不統(tǒng)一,相關(guān)管理政策也處于探索階段[10-12]。在劃定方法上,當前研究多從生態(tài)敏感性或脆弱性、生態(tài)功能重要性、環(huán)境災害危險性等視角出發(fā),對研究區(qū)自然生態(tài)的現(xiàn)狀進行評估,然后將評價得分較高的區(qū)域作為生態(tài)控制邊界范圍[6,13-14]。這些研究主要關(guān)注既有自然生態(tài)空間的辨識和保護,往往忽略了對維護城市與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡具有重要生態(tài)連接功能的潛在生態(tài)空間,致使劃定的生態(tài)控制單元多成為城市內(nèi)的生境孤島,難以充分發(fā)揮整體生態(tài)空間的協(xié)同增效效應。

生態(tài)安全格局構(gòu)建就是在充分了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上,科學判定對維護區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康、完整和安全最為關(guān)鍵的景觀要素,進而通過景觀要素之間的空間聯(lián)系而共同構(gòu)成一個多層次、完整的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系[15-16]。因而,將生態(tài)安全格局理念融入生態(tài)控制邊界的劃定過程中,能夠更好地實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的格局優(yōu)化,促進區(qū)域生態(tài)環(huán)境的有效保護,已經(jīng)成為陸地生態(tài)系統(tǒng)保護與修復的重要途徑[17]。本文以南京都市區(qū)為例,基于生態(tài)安全格局理念,嘗試將生態(tài)敏感性和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析方法相結(jié)合,為研究區(qū)生態(tài)控制邊界的綜合劃定提供簡明的分析框架,從而實現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)既有的和潛在的重要自然生態(tài)空間的有效保護。

1 研究區(qū)概況

本文研究范圍為《南京市城市總體規(guī)劃(2010—2020年)》中確定的南京都市區(qū)(圖1),總面積約為4388 km2。研究區(qū)內(nèi)江河湖泊眾多,地貌以低山崗地和地勢低平的河谷平原為主。山體海拔在200—450 m之間；河谷平原較為低平,海拔在5—10 m；在山地和平原之間,分布著海拔20—60 m的黃土崗地；沿長江有海拔均不到10 m的濱江濕地和江心洲[18]。

近年來南京城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速,城市范圍不斷擴大,導致大量農(nóng)田、水域等自然生態(tài)空間向城鎮(zhèn)建設(shè)空間快速轉(zhuǎn)換,致使自然生態(tài)空間的斑塊數(shù)量與面積逐漸減少、日益破碎化。盡管2000年以來南京市實施了一系列“綠色南京”戰(zhàn)略性工程,城市綠地、生態(tài)林地面積顯著增加,但自然生態(tài)斑塊之間依然缺乏有機聯(lián)系,景觀連通性水平不高,城市生態(tài)安全、生態(tài)系統(tǒng)的完整性仍面臨重大挑戰(zhàn)[19- 20]。

圖1 研究區(qū)范圍及土地利用情況Fig.1 Map of location and land use of the study area

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與預處理

研究采用的主要數(shù)據(jù)有：2013年南京市Landsat 8 OLI 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、南京市ASTER GDEMV2數(shù)字高程數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源于中國科學院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺http://www.gscloud.cn),研究區(qū)1∶50000地形圖,以及規(guī)劃局、環(huán)保局等部門的水源保護區(qū)、自然保護區(qū)等相關(guān)專題數(shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)的預處理主要包括：將所有數(shù)據(jù)坐標系統(tǒng)定義為西安80坐標系,高斯-克呂格投影；使用研究區(qū)地形圖對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行精校正(均方根誤差小于1個像元)；基于ENVI軟件平臺,對校正后的遙感數(shù)據(jù)進行輻射定標與大氣校正,采用支持向量機(Support Vector Machine, SVM)的分類方法進行監(jiān)督分類,將研究區(qū)土地利用類型劃分為建設(shè)用地、草地、林地、耕地、道路、水域和裸地7類(圖1)。以同年高分辨率谷歌影像圖作為驗證數(shù)據(jù),從中選取驗證樣本進行混淆矩陣分析,結(jié)果顯示研究區(qū)土地利用分類的總體精度為93.64%,Kappa系數(shù)為0.92。

2.2 研究方法

2.2.1 基于多因子疊置分析的研究區(qū)生態(tài)敏感性分區(qū)

生態(tài)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對區(qū)域內(nèi)自然和人類活動干擾的敏感程度,是評價生態(tài)系統(tǒng)健康活力、恢復力和進行生態(tài)功能區(qū)劃的重要指標[21- 22]。首先,本文根據(jù)研究區(qū)自然生態(tài)環(huán)境特點并結(jié)合數(shù)據(jù)的代表性與可獲取性,選取了地形、水域緩沖區(qū)、植被與土地利用和政策限制四大類共9項典型指標(表1)來綜合表征研究區(qū)的生態(tài)敏感程度。對于一般性約束指標,采用層次分析法計算各因子的權(quán)重；對于強限制性因子,則不參與加權(quán)疊加分析,而是將具有此類屬性的區(qū)域直接劃入相應等級的敏感區(qū)。然后,結(jié)合研究區(qū)實際情況并參照相關(guān)研究成果,采用專家咨詢等方法確定所選因子的等級劃分標準,并基于GIS進行生態(tài)敏感性的單因子評價。最后,通過因子的疊置分析得到研究區(qū)綜合生態(tài)敏感性評價結(jié)果,采用自然斷點法將其劃分為極高、高、中、低和極低5個等級(圖2,表2),提取出高和極高等級的敏感區(qū),并采用ArcGIS中的聚合面(Aggregate Polygons)工具,將建設(shè)用地與道路作為障礙要素,對距離小于100 m的高敏感生態(tài)斑塊進行空間聚合,從而實現(xiàn)基于用地性質(zhì)與空間距離的鄰近斑塊的整合,形成研究區(qū)的生態(tài)底線區(qū)(圖2)。與以往敏感性分析研究中因子加權(quán)疊加和最大值法不同,本文采用一般約束性因子加權(quán)疊加結(jié)果與強約束性因子進行最大值鑲嵌的方法來計算研究區(qū)的綜合生態(tài)敏感性(表1),以減少單純多因子疊置分析對強約束性因子影響的削弱作用和單純最大值法對一般約束性因子影響的增強作用,以更為客觀地表征不同敏感因子的相對重要性程度。

表1 生態(tài)敏感性評價指標體系

表2 研究區(qū)生態(tài)敏感性分類結(jié)果

圖2 研究區(qū)生態(tài)敏感性分析結(jié)果與基礎(chǔ)底線區(qū)空間分布Fig.2 The result of eco-sensitivity evaluation and the distribution of basic ecological area

2.2.2 基于最小路徑與圖譜理論的研究區(qū)潛在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

通過生態(tài)廊道連接破碎化的生境斑塊,構(gòu)建具有空間完整性的生態(tài)網(wǎng)絡(luò),既能維護城市生態(tài)系統(tǒng)的空間格局,提高自然生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量和保護生物多樣性,又可以在城市景觀格局動態(tài)演化過程中前瞻性地保護城市生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵區(qū)域,有效地緩解城市生態(tài)保護與發(fā)展建設(shè)之間的矛盾[28- 30]。目前,最小費用路徑(Least-cost path)方法和圖譜理論(Graph Theory)已廣泛應用于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程中[31-32]。本文首先將研究區(qū)內(nèi)的林地斑塊按面積進行排序,選取占林地總面積50%的大型斑塊,初選出源地67個；并通過疊加相關(guān)部門已確定的生態(tài)保護區(qū)、森林公園等具有重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域,因二者空間上存在重疊,最終一共遴選出71個生態(tài)源地(圖3)。然后,參考謝高地等[33]對各類生態(tài)用地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量的估算結(jié)果,選取生態(tài)用地支持服務(wù)中的生物多樣性服務(wù)價值當量作為本文生態(tài)適宜性的定量表征,對林地、草地和耕地等用地進行景觀阻力賦值；建設(shè)用地和其他非生態(tài)用地根據(jù)其生境適宜性情況賦予相對的成本阻力；考慮到長江等大型水體對陸生生物遷移擴散具有隔離作用,故對其設(shè)置了較高的阻力值(表3)。其次,基于Graphab軟件平臺[34]采用最小費用路徑方法,計算獲取研究區(qū)119條潛在生態(tài)廊道的矢量路徑(圖3),并利用該軟件的指數(shù)分析模塊,采用整體連通性指數(shù)(Integral Index of Connectivity,IIC,式1)計算所有廊道和源地的連通重要值(ΔI, Delta metrics of connectivity,分別記為ΔIIC_link、ΔIIC_pacth,式2),用于評價各要素在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的相對重要性程度,進而通過聚類分析,將二者的連接重要值劃分為5類(圖3)。參照朱強等[35]對國內(nèi)外生態(tài)廊道寬度相關(guān)研究的總結(jié)(30 m廊道寬度基本可以滿足動植物遷移和傳播及生物多樣性保護的功能,且隨廊道寬度增加,其內(nèi)部的生境質(zhì)量、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、物種豐富度也會得到提升),鑒于研究區(qū)是高度城市化區(qū)域的實際情況,根據(jù)廊道連接重要值的等級(從低到高)分別設(shè)定了30、60、100、150、200 m 的基礎(chǔ)廊道寬度(圖4)。最后,根據(jù)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的空間位置特征,識別出61處對生物交流起到關(guān)鍵作用的生態(tài)節(jié)點(生態(tài)關(guān)鍵區(qū)),結(jié)合其周邊用地情況分別設(shè)置5—18 hm2不等的生態(tài)修復與保護范圍(圖4)。由篩選出的生態(tài)源地、賦予相應寬度的生態(tài)廊道、識別的生態(tài)關(guān)鍵區(qū)共同組成了研究區(qū)完整的陸地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)(圖4)。

圖3 研究區(qū)潛在生態(tài)廊道空間分布生態(tài)網(wǎng)絡(luò)圖譜及其連通性評價Fig.3 Ecological corridors identified by using least cost path method, Ecological networks developed based on graph theory

圖4 研究區(qū)完整生態(tài)網(wǎng)絡(luò)及局部細節(jié)Fig.4 The developed ecological networks of the study area and selected zoned areaa—h為局部代號

(1)

(2)

式中,n表示景觀中斑塊連接的總數(shù),ai和aj分別表示斑塊i和斑塊j的面積,lij表示斑塊i和斑塊j之間的連接距離(本文采用最小成本距離),I為某一景觀的連接度指數(shù)值(本文指整體連通性指數(shù));Iremove為將某斑塊從該景觀中剔除后,景觀的連接度指數(shù)值[36-37]。

表3 不同土地利用類型的景觀阻力值

*水域在本研究中被視為陸地生物遷移的主要阻力因素,故未采納此項參考值

2.2.3 基于生態(tài)安全理念的研究區(qū)生態(tài)控制邊界的整合劃定

首先,基于連接性評價結(jié)果完善基礎(chǔ)底線區(qū)內(nèi)重要廊道與源地周邊地區(qū)的生態(tài)修復范圍。然后,基于生態(tài)安全理念,采用空間疊置方法將構(gòu)建的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與基礎(chǔ)底線區(qū)進行疊合,從而實現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)既有的和潛在的需要保護的自然生態(tài)空間的整合,得到研究區(qū)最初的生態(tài)控制邊界。最后,結(jié)合研究區(qū)高分辨率衛(wèi)星影像,將其與道路、溪流、林地等地物的邊界相匹配,以提升其可識別性與可實施性,從而最終劃定了都市區(qū)尺度下的生態(tài)控制邊界(表4,圖5)。

3 結(jié)果分析

3.1 既有自然生態(tài)空間(生態(tài)底線區(qū))的空間分布特征

基于生態(tài)敏感性評價而確定的基礎(chǔ)底線區(qū)是研究區(qū)既有高價值自然生態(tài)空間的集合,是維護城市生態(tài)安全、保障城市可持續(xù)發(fā)展的重要空間基礎(chǔ)。由研究區(qū)的生態(tài)敏感性評價結(jié)果(表2、圖2)可見,極高敏感區(qū)域所占研究區(qū)的比重最小(14.2%),主要分布在研究區(qū)中心城區(qū)周邊的山地區(qū)域和長江及其沿岸濕地等區(qū)域,陸域的極高敏感區(qū)呈現(xiàn)出斑塊分散孤立的空間分布形態(tài)。高敏感性區(qū)域占23.91%,空間分布較為廣泛,且無明顯集中趨勢,在形態(tài)上較極高敏感區(qū)更為破碎。因而,基于生態(tài)敏感性分析結(jié)果劃定的基礎(chǔ)底線區(qū)總體上也呈現(xiàn)出“大而孤立,小且分散,連接性不佳”的空間分布特征(圖2)。這主要與城鎮(zhèn)建設(shè)用地的不斷侵蝕、區(qū)域交通設(shè)施的分割、原有自然生態(tài)本底情況欠佳等因素有關(guān)。

3.2 潛在自然生態(tài)空間(生態(tài)網(wǎng)絡(luò))的空間分布特征

基于最小路徑與圖譜理論的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是研究區(qū)綠色基礎(chǔ)設(shè)施的重要結(jié)構(gòu)性要素,能夠保障重要自然生態(tài)空間的有效連接。由圖3可見,生態(tài)源地的空間分布極不均衡,西部、西南、東部地區(qū)依托山區(qū)良好的自然條件,為都市區(qū)提供了大面積的生態(tài)源地,而西北、東南地區(qū)用地類型多以耕地為主,缺乏高質(zhì)量的林地生態(tài)斑塊,因而區(qū)域內(nèi)的大型生態(tài)源地分布較少。由生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析圖譜(圖3)可見,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中各源地與廊道的連通重要值差異均非常顯著,但源地重要性值的內(nèi)部差異(數(shù)據(jù)的全距)更大,源地的連通重要值介于0.028%和34.51%之間,而廊道的則介于0.003%和4.76%之間；源地在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的連通重要性程度與其面積有著較強的相關(guān)性,并受到其在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中位置的重要影響,而廊道的連通重要性則主要取決于其在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的位置(圖3)。由于長江對陸地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的分割作用,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)總體上形成江北和江南兩部分,江北地區(qū)連通重要性較高的源地和廊道數(shù)量相對較少且多孤立,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也比較簡單,呈明顯的中心極化特征,江南地區(qū)連通重要性較高的源地和廊道數(shù)量較多,呈簇團狀集聚分布,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對較為復雜,呈多中心分布結(jié)構(gòu),但在中心城區(qū)除紫金山斑塊外幾乎沒有生態(tài)廊道連接(圖3)。潛在生態(tài)廊道的路徑位置與走向直接影響著生態(tài)關(guān)鍵區(qū)的分布,江南地區(qū)生態(tài)廊道縱橫交錯,關(guān)鍵區(qū)多位于廊道交匯處,江北地區(qū)生態(tài)廊道較為稀疏,生態(tài)關(guān)鍵區(qū)多設(shè)置于廊道轉(zhuǎn)折處(圖4 a—h)。

依據(jù)連通性評價結(jié)果設(shè)定的廊道寬度,在中心城區(qū)及其周邊多以30 m寬度為主,這主要與中心城區(qū)內(nèi)廊道的連通性相對較小,且用地十分緊張有關(guān)；而在中心區(qū)外圍、都市區(qū)邊緣等區(qū)域,則多以60 m寬度以上的廊道為主,這些區(qū)域的廊道連通性相對較高,廊道建設(shè)的用地條件也相對較好(圖4)。

3.3 生態(tài)控制邊界的用地構(gòu)成與空間分布特征

由表4可見,林地、耕地和水域是生態(tài)控制邊界內(nèi)(生態(tài)控制單元)的3個主要景觀構(gòu)成類型,分別占其總面積的36.75%、30.59%和19.28%,合占93.73%,這一構(gòu)成與各類用地的生態(tài)敏感性和生態(tài)功能密切相關(guān)。建設(shè)用地和道路用地所占比例雖小(分別為3.04%和1.69%),但其對生態(tài)控制單元的生態(tài)功能的隔離和阻隔作用不應被忽視,應通過有效手段對邊界內(nèi)現(xiàn)有的建設(shè)活動進行控制。此外,控制邊界內(nèi)還有27.66 km2的裸地(占1.53%),應該因地制宜做好生態(tài)修復工作。相對于最初確定的生態(tài)底線區(qū)(圖2),由于融入了生態(tài)網(wǎng)絡(luò)和對重點廊道與源地周邊地區(qū)的生態(tài)修復,研究區(qū)原本破碎的自然生態(tài)空間得到了有效連接,生態(tài)控制單元的空間完整性與連續(xù)性得到了有效提升(圖5)。特別是在城鎮(zhèn)建設(shè)與自然生態(tài)交錯的南部、西部地區(qū),生態(tài)網(wǎng)絡(luò)不僅給生物提供了遷徙通道,也成為該地區(qū)未來綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基本骨架。

表4 生態(tài)控制邊界內(nèi)的用地構(gòu)成

圖5 南京都市區(qū)生態(tài)控制邊界Fig.5 Ecological control boundaries of Nanjing Metropolis District

4 結(jié)論與討論

本文在生態(tài)安全格局理念的指導下,以南京都市區(qū)為例,基于生態(tài)敏感性和生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析,獲取了研究區(qū)的高生態(tài)敏感空間和潛在的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上,整合既有和潛在的自然生態(tài)空間,劃定了南京都市區(qū)的生態(tài)控制邊界,從而實現(xiàn)了研究區(qū)現(xiàn)存和潛在的重要自然生態(tài)空間的有效保護。研究結(jié)果表明：1)研究區(qū)既有的高生態(tài)敏感性區(qū)域呈現(xiàn)“大而孤立,小且分散,連接性不佳”的空間分布特征。2)遴選出的71處生態(tài)源地、119條重要廊道和61個關(guān)鍵生態(tài)斑塊共同組成研究區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò),顯著提升了原有生態(tài)空間的景觀連接性和研究區(qū)域的總體生態(tài)安全水平。3)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析可以彌補敏感性分析只考慮既有自然生態(tài)空間的局限,二者的組合使用可為不同尺度上生態(tài)控制邊界的劃定提供簡明的分析框架。

由于基于生態(tài)敏感性的生態(tài)控制邊界劃定多是基于現(xiàn)狀用地空間進行,多以水系作為連接廊道,往往忽視綠地景觀網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。本文基于生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析科學辨識了研究區(qū)潛在的生態(tài)廊道,進而識別了需要保護的潛在自然生態(tài)空間,從而增加了研究區(qū)破碎化綠地景觀的連接性。然而,本研究確定的生態(tài)控制邊界是保證研究區(qū)可持續(xù)發(fā)展的最小生態(tài)用地范圍,生態(tài)廊道連接數(shù)量少(均為最小費用路徑)、寬度小(根據(jù)連接重要性評價而確定的最小寬度)。因而,根據(jù)城市用地空間的實際情況,在有條件的區(qū)域適當增加廊道的數(shù)量和寬度、擴大生態(tài)關(guān)鍵區(qū)的數(shù)量和范圍,將更有利于區(qū)域生物多樣性的維持。另外,還需要注重自然生態(tài)空間功能的復合利用,在不破壞生態(tài)廊道生態(tài)功能的前提下復合游憩、社會、經(jīng)濟、教育等其他用途,形成復合型的城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)體系。

本文在生態(tài)敏感性分析時采用了加權(quán)求和與最大值相結(jié)合的方法,減少了不同類型因子對評價結(jié)果的潛在影響,但選擇的因子仍主要側(cè)重地形、水域、植被、土地利用和政策約束等方面,其客觀性、全面性、科學性還有待進一步驗證。另外,為了提高景觀阻力賦值的科學性,本文使用謝高地等[33]對不同用地類型單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量的評估結(jié)果[33]來定量表征該用地類型的生態(tài)適宜性。然而,本文并未針對研究區(qū)指示物種和焦點物種來進行生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建,有待深入研究,以期更好地指導城市與區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與建設(shè)。

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Development of ecological control boundaries in Nanjing metropolis district based on ecological security patterns

XU Wenbin1, YIN Haiwei1,*, KONG Fanhua2

1SchoolofArchitectureandUrbanPlanning,NanjingUniversity,Nanjing210093,China2InternationalInstituteforEarthSystemSciences,NanjingUniversity,Nanjing210023,China

Developing ecological control boundaries is an effective way to protect ecological space, maintain regional ecological security patterns, and control urban sprawl. However, previous studies on the methods to develop ecological control boundaries usually only considered the existing high ecological sensitive areas and neglected potential ecological spaces. Potential ecological spaces usually offer significant contribution in maintaining the balance of urban and regional ecosystems via ecological connectivity. By not considering potential ecological spaces, the designated ecological units become isolated habitat islands and the ecological vulnerability of the city or region increases. Taking the Nanjing metropolis district as a case study, and from the perspective of ecological security, the present study attempted to present a new method to develop ecological control boundaries by integrating ecological sensitivity analysis with ecological networks analysis. These ecological control boundaries aimed to protect the existing and potential important ecological spaces simultaneously in the study area. An eco-sensitivity index system was first established by selecting nine indexes based on local conditions, with the highly sensitive ecological spaces of the study area obtained with spatial analysis in Geographical Information System (GIS). The potential ecological networks were developed with the least-cost path method and supported by GIS. The results revealed that: 1) ecological sensitivity analysis was effective in identifying the existing high ecological sensitivity spaces, with the spatial pattern of high ecological sensitivity areas demonstrating that no matter how large or small, ecological sensitivity patches are usually isolated and scattered; and 2) by considering the ecological sensitivity areas simultaneously, 71 sources, 119 important corridors, and 61 key ecological patches were selected to develop the ecological networks. The developed ecological networks can significantly enhance the original landscape connectivity, and can effectively improve overall ecological security both at the urban and regional scales. After the analysis, further suggestions were provided for planning and improvement of the ecological control boundaries in the Nanjing metropolis district. The study indicated that ecological sensitivity analysis could capture the established natural status effectively but neglect the importance of potential ecological connectivity; however, ecological network analysis could make up for this shortcoming perfectly. Therefore, combining ecological sensitivity analysis with ecological networks analysis as performed in the present study is very useful and is a good method to develop ecological control boundaries on different scales.

ecological sensitivity; ecological networks; least-cost path method; graph theory

國家自然科學基金項目(51478217,31670470)

2017- 01- 23;

2017- 04- 01

10.5846/stxb201701230185

*通訊作者Corresponding author.E-mail: qzyinhaiwei@163.com

徐文彬, 尹海偉, 孔繁花.基于生態(tài)安全格局的南京都市區(qū)生態(tài)控制邊界劃定.生態(tài)學報,2017,37(12):4019- 4028.

Xu W B, Yin H W, Kong F H.Development of ecological control boundaries in Nanjing metropolis district based on ecological security patterns.Acta Ecologica Sinica,2017,37(12):4019- 4028.