王鈺雯 趙兵

摘要：科學構建城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡，對區(qū)域生態(tài)安全、城市可持續(xù)發(fā)展及生物多樣性保護具有重要意義。本文基于對現(xiàn)有綠地生態(tài)網(wǎng)絡規(guī)劃方法及其不足的梳理，引入InVEST模型的生境質量模塊，提出構建以綠地生態(tài)本底功能與結構空間相結合的綠地生態(tài)網(wǎng)絡整體優(yōu)化的概念與方法框架，為城市生物多樣性的保護、生態(tài)系統(tǒng)服務功能的發(fā)揮以及城市綠地生態(tài)空間的合理規(guī)劃等提供科學依據(jù)。

關鍵詞：InVEST模型;城市綠地;生態(tài)網(wǎng)絡;電路理論;阻力面

中圖分類號：TU984.115 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）02-0-03

隨著城市發(fā)展的快速推進，城市綠地建設的工作重心向城鄉(xiāng)一體化的綠化建設轉變[1]。城市綠地具有強大的功能特征，是推進城市生態(tài)建設的核心，對于改善人與自然的關系具有重要意義[2-3]。城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡的發(fā)展規(guī)劃亟須更科學性、合理化、整體性的指導。探討城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡的構建，有利于促進城市生態(tài)規(guī)劃的可持續(xù)發(fā)展。

1 綠地生態(tài)網(wǎng)絡研究

綠地是構成城市生態(tài)空間規(guī)劃的重要組成部分。綠地生態(tài)網(wǎng)絡（Urban Green Space Ecological Network）是指將分散的生態(tài)斑塊如城市公園、森林公園、風景名勝區(qū)、街頭綠地、濕地綠地等通過生態(tài)廊道進行連接[4]，組成一個自然高效的、連續(xù)完整的、并具有一定自我調節(jié)能力的復合生態(tài)網(wǎng)絡。綠地生態(tài)網(wǎng)絡構建是一種生態(tài)保護和空間應用思想，從功能和空間兩個方面解決環(huán)境問題。其在功能上強調生態(tài)作用和社會作用，在空間布局上強調連續(xù)性和網(wǎng)絡化。

2 InVEST模型生境質量評估原理

InVEST模型（Integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs）即“生態(tài)系統(tǒng)服務功能與權衡交易綜合評價模型”[5]。

在城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡的構建中，對城市生態(tài)系統(tǒng)的服務功能進行評價是選取重要生態(tài)空間的基礎。近年來，國內(nèi)外有關生態(tài)系統(tǒng)服務的研究越來越多，隨之出現(xiàn)了很多相關的評價方法。目前主要有能值分析法、物質量評估法和價值量評估法三種評估方法[6-7]，但是這三種方法的計算結果是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能的大小，不能反映空間異質性[6];InVEST模型實現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)服務功能的空間可視化表達，更為直觀地為研究數(shù)據(jù)的提取提供了科學依據(jù)。InVEST模型與其他模型相比，不僅具有情景預測功能，還能清晰顯現(xiàn)各生態(tài)系統(tǒng)服務功能之間的相關關系[8]。

本文借鑒InVEST模型在生境質量上的評估，主要研究InVEST模型在綠地生態(tài)網(wǎng)絡中的阻力面構建方面的應用。InVEST生境質量模型是結合土地利用數(shù)據(jù)和生物多樣性威脅因素等信息，通過衡量由各個威脅因子造成的生境斑塊退化程度來評估生境斑塊的質量。威脅影響隨距離變化的函數(shù)表達式為：

if linear

if exponential

在上面兩式中，dxy為柵格x和y之間的線性距離，dr max代表的是威脅因子r的最大作用距離。生境的退化程度通常使用具體的某一類型的生境在具體的柵格的總的威脅水平指數(shù)Dxj來表示，通過生境退化程度最后得出生境質量Qxj：

在上式中，Sjr為類型的生境對威脅r的敏感性，Hj代表的是類型的生境適宜程度，Z=2.5，k 表示半飽和常數(shù)。

3 城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡構建方法研究

3.1 生態(tài)源地的識別及重要生態(tài)斑塊提取

生態(tài)源地是滿足區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展生態(tài)需求的最小面積生態(tài)用地，區(qū)域生態(tài)源地的選擇對城市生態(tài)系統(tǒng)的連接性和自我調節(jié)能力具有重大意義。生態(tài)源地的識別?；谏锒鄻有载S富度和生態(tài)系統(tǒng)服務重要性的考慮[9]，主要有關鍵生態(tài)資源選擇法、功能優(yōu)先法和空間優(yōu)先法這三種識別方法。

關鍵生態(tài)資源也稱生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)，是指對城市區(qū)域具有重要生態(tài)意義的綠地或其他自然要素，包括主要河流及重要水體、森林公園、風景名勝區(qū)、山地丘陵、大型濕地、自然保護區(qū)、基本農(nóng)田保護區(qū)等。該方法較為簡單，而且由于區(qū)域內(nèi)自然生態(tài)系統(tǒng)組成結構、不同類型的生態(tài)功能以及時空變化特征等易受到自然與人為因素的影響，所以單一依靠關鍵生態(tài)資源識別生態(tài)源地存在信息更新不及時、考慮因素過于單一且內(nèi)部差異性容易被忽略等問題。

功能優(yōu)先法以識別功能優(yōu)先空間為核心，其選取常從空間適宜性評價、生態(tài)重要性評價、生態(tài)系統(tǒng)服務價值三個角度來確定?？臻g適宜性評價包含棲息地適宜性分析評價、生態(tài)環(huán)境敏感性分析、生態(tài)連通性指數(shù)分析;生態(tài)重要性評價常以生物多樣性保護、土壤保持、碳儲量、水源涵養(yǎng)等指標進行確定;生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究內(nèi)容包括能值分析、價值評估、供給服務、指標測度、等效因子法等。功能優(yōu)先法的選取雖然較為全面地考慮了生態(tài)空間本身的價值及其對周邊環(huán)境的生態(tài)服務功能與價值，但缺乏明確的空間評價指標，在生態(tài)空間結構上缺少權衡，使通過功能優(yōu)先法選擇出的生態(tài)空間不能落實到具體的城市用地空間上。

空間優(yōu)先法是基于特定目的識別將有效且高效的生態(tài)空間作為修復生態(tài)斑塊破碎化嚴重與強化城市生態(tài)空間的重要生態(tài)斑塊，多關注城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡的空間分布與格局，主要采用景觀異質性評價、景觀格局指數(shù)[10]、景觀中心度評價、形態(tài)學空間格局分析等方法進行綠地空間結構分析，從而選取生態(tài)源地及重要生態(tài)節(jié)點。該方法重視區(qū)域生態(tài)空間結構的相互關系，但是缺少對生態(tài)功能的考慮，使規(guī)劃的網(wǎng)絡缺乏針對性，無法促進城市建設空間與綠地生態(tài)空間形成積極互動。

在應用研究中，單一的識別方法無法保證源地識別的完整性和科學性，而且存在忽略內(nèi)部差異性等問題，無法更科學合理地進行識別與構建。因此研究通常綜合多個方法識別生態(tài)源地，如Zetterberg A等從城鎮(zhèn)綠地生態(tài)系統(tǒng)評估、區(qū)域景觀格局分析和城鎮(zhèn)公園空間分析三種尺度，對研究區(qū)域綠地生態(tài)網(wǎng)絡進行了優(yōu)化分析[11]。部分學者基于MCR模型和景觀功能結構理論，結合生態(tài)系統(tǒng)服務價值、綠地類型、景觀格局指數(shù)等方法分析了該地區(qū)綠地生態(tài)功能的空間差異[12]。結合研究，本文提出基于InVEST模型的生境質量高值區(qū)評估，結合形態(tài)學空間格局分析（MSPA）和生態(tài)連接度，并以當?shù)卣C布的生態(tài)紅線區(qū)域保護規(guī)劃作為參考，選取綠地生態(tài)網(wǎng)絡構建的生態(tài)源地及重要生態(tài)節(jié)點，可以從區(qū)域生態(tài)功能和綠地空間結構兩個方面保證生態(tài)源地識別的科學性及完整性。

3.2 基于InVEST模型的阻力面的構建

阻力面的構建是識別及提取生態(tài)廊道的核心。阻力面反映了不同物種在穿過各類型空間時需要克服的景觀阻力，阻力面的賦值常結合研究區(qū)域基礎地形、土地覆蓋類型、植被類型及覆蓋程度、人類行為活動以及距離進行確定。不同的景觀阻力賦值對生態(tài)廊道的識別具有不同的影響[13]。

目前阻力面的構建常根據(jù)不同的土地利用類型結合相關文獻進行經(jīng)驗分配，但單一地利用土地覆被類型進行賦值，無法考慮到同一用地類型的內(nèi)部差異性，忽視了城市生態(tài)與人類社會經(jīng)濟之間的相互作用，無法準確表現(xiàn)社會行為活動影響下的復雜生態(tài)本底特征。因此，學者們相繼在土地覆被類型阻力值的基礎上，結合自然因素[14]、自然災害因素以及人文因素構建景觀阻力因子指標評價體系[15]。生境質量評估反映了研究區(qū)域的環(huán)境適宜性，基于InVEST模型的生境質量模塊確定空間生境質量分布情況，用其倒數(shù)表示物種流動的阻力，并結合基礎地形分析以及植被覆蓋度作為指標構建生態(tài)過程流通的阻力面，實現(xiàn)潛在生態(tài)廊道的提取和篩選，可以為后續(xù)生態(tài)廊道的識別提供更為科學合理的景觀阻力面。

生境質量模塊中需輸入的參數(shù)主要有當前土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)、區(qū)域主要生境脅迫因子及其影響范圍和權重、景觀類型對威脅源的敏感性程度參數(shù)以及生境適宜度參數(shù)等數(shù)據(jù)。本研究基于InVEST模型使用指南《生態(tài)系統(tǒng)服務評估與權衡（InVEST）模型（3.2.0 版本）》中的得分標準，結合相關學者的研究基礎，設計Habitat Quality模塊輸入?yún)?shù)表（表1和表2）。

3.3 生態(tài)廊道辨識及重要生態(tài)廊道選擇

生態(tài)廊道是一種聯(lián)系生態(tài)源地、重要生態(tài)節(jié)點以及結構性控制區(qū)的線狀斑塊區(qū)域，包括河流、山體林地、交通等廊道類型。篩選生態(tài)廊道可以維持和增加生境的連接，保持生態(tài)功能的完整性以及保護生物的多樣性。其識別方法主要分為關鍵生態(tài)資源選擇法和模型模擬法。

關鍵生態(tài)資源選擇法主要是選取對城市區(qū)域具有重要意義的具有線性特征的生態(tài)要素和生態(tài)實體，如城市綠化帶、主要河流及重要水體防風林帶等。

模型模擬法主要有最小累積阻力模型法（Minimal cumulative resistance， MCR）、電路理論法（Circuit Theory）[16]、生物流情景模擬分析、網(wǎng)絡分析法模型（Analytic Network Process，ANP）、空間句法分析（Space Syntax）[17]。通過建立景觀阻力面，模擬各類生物體通過不同生態(tài)空間的運動阻力來識別潛在生態(tài)廊道。對生態(tài)廊道進行初步提取之后，還需要采取廊道相對重要性分析，運用定量分析廊道的相對重要性，明確生態(tài)廊道的先后保護順序。

基于InVEST模型的生境質量評估建立景觀阻力面，再基于重力模型識別景觀面中多條具有一定寬度的路徑，并可通過生態(tài)節(jié)點之間電流的強弱，確定生態(tài)廊道的相對重要性，最后構建綠地生態(tài)網(wǎng)絡的方法更具有穩(wěn)定性和科學性。

3.4 生態(tài)節(jié)點的提取及其研究方法

生態(tài)節(jié)點是穩(wěn)定區(qū)域綠地生態(tài)網(wǎng)絡結構的景觀節(jié)點，分散布置在生態(tài)空間中，建立在各個生態(tài)廊道敏感區(qū)域，鞏固和強化了各個生態(tài)源地之間的聯(lián)系。

目前識別方法主要為基于各類阻力模型進行的空間結構分析，對通過各個生態(tài)廊道的電流強弱進行分析，識別電流值最高的區(qū)域為生態(tài)節(jié)點[18]。累計電流值越大的節(jié)點，對生態(tài)網(wǎng)絡結構的穩(wěn)定性及完整性就越重要。關鍵綠地節(jié)點的增加，可以提高綠地間的連通性，維持區(qū)域內(nèi)各生物的生存環(huán)境，進而保護生物多樣性[19]，形成更為完整、布局良好的綠地生態(tài)網(wǎng)絡。

4 結語

探索構建綠地生態(tài)網(wǎng)絡的新途徑，具有重大的學術和社會價值。城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡將區(qū)域各類型綠地作為城市空間規(guī)劃的一部分，探討生態(tài)功能效力和網(wǎng)絡空間結構的相互作用，引導城市用地合理化布局。

近些年，綠地生態(tài)網(wǎng)絡的研究主要是基于空間優(yōu)先級的思想，選取生態(tài)源生態(tài)廊道及生態(tài)節(jié)點等景觀網(wǎng)絡基本構成要素，相比較技術方法，利用生態(tài)威脅因子對空間適宜性評價、生態(tài)重要性評價、生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究較少，過于關注綠地空間結構的構建，而忽視了與生態(tài)功能的有效結合。因此，本文在總結學習上述學者研究方法的基礎上，提出引入InVEST模型的生境質量模塊，以形態(tài)學格局分析和當?shù)丶t線保護區(qū)域作為生態(tài)源地的提取依據(jù)，并以生境質量、植物覆蓋度以及基礎地形分析作為指標構建生態(tài)過程流通的阻力面，最后通過電路理論識別并優(yōu)化生態(tài)廊道及生態(tài)節(jié)點。這種方法科學評價了區(qū)域用地的生態(tài)服務功能，從生態(tài)本底功能和綠地空間結構兩個方面保證了綠地生態(tài)網(wǎng)絡構建的合理性和完整性，為相關綠地生態(tài)網(wǎng)絡的規(guī)劃實踐提供了指導與參考。

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作者簡介：王鈺雯（1995—），女，山東棗莊人，碩士在讀，研究方向：風景園林規(guī)劃與設計。

趙兵（1968—），男，浙江杭州人，博士，教授，系本文通訊作者，研究方向：城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃、風景園林工程新技術、城市綠地與健康。