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        城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與優(yōu)化
        ——以徐州市為例

        2021-07-08 07:57:28梁鑫斌郭娜娜連洪燕周寶娟
        重慶建筑 2021年6期
        關(guān)鍵詞:源地主城區(qū)徐州市

        梁鑫斌,郭娜娜,連洪燕,周寶娟

        (1安徽科技學(xué)院 建筑學(xué)院,安徽蚌埠 233100;2中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 力學(xué)與土木工程學(xué)院,江蘇徐州 221116)

        0 引言

        城市生態(tài)用地是城市空間的重要組成部分,會(huì)對(duì)城市氣候環(huán)境產(chǎn)生直接影響[1]。在城市化進(jìn)程中,大量的城市生態(tài)用地被建設(shè)用地所侵占,造成生態(tài)空間規(guī)模降低、生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)不斷被重構(gòu)等問題。如何理解和定量研究城市生態(tài)用地及其空間結(jié)構(gòu),最大程度地發(fā)揮城市生態(tài)用地的生態(tài)效益、提升生態(tài)網(wǎng)絡(luò)效能成為地理學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)及城市規(guī)劃領(lǐng)域內(nèi)的重要研究方向。

        生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是生態(tài)空間形態(tài)與功能的有機(jī)結(jié)合,對(duì)城市建設(shè)和發(fā)展具有一定的導(dǎo)向作用[2]。準(zhǔn)確識(shí)別生態(tài)源地、科學(xué)構(gòu)建生態(tài)廊道是城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)的重要步驟。現(xiàn)階段的研究成果中,生態(tài)源地識(shí)別主要利用地理信息系統(tǒng)、遙感圖像、土地利用現(xiàn)狀圖等空間信息數(shù)據(jù),通過斑塊重要性指數(shù)[3]、景觀連通度指標(biāo)(dPC)[4-5]、形態(tài)空間格局分析(MSPA)[3-4,6]等單獨(dú)或綜合判斷。生態(tài)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(gòu)建。

        徐州市主城區(qū)在城市化快速推進(jìn)過程中,土地利用結(jié)構(gòu)不斷變化,建設(shè)用地比重逐漸增加,生態(tài)用地比重逐漸減少[8-9]。以徐州市主城區(qū)為研究載體,通過探索生態(tài)源地和廊道,構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò),可以更好地把握徐州市主城區(qū)生態(tài)空間特征,為進(jìn)一步明確生態(tài)環(huán)境改善的著力點(diǎn)提供科學(xué)有效的綜合指導(dǎo)。

        1 案例城市概況

        徐州市是我國(guó)典型的中等規(guī)模城市,其城市化水平經(jīng)歷了恢復(fù)性增長(zhǎng)期(1983—1993年)、波浪式進(jìn)展期(1994—2003年)和直線上升期(2004年—)三個(gè)主要階段[10]。至2019年,全市城鎮(zhèn)化率為66.7%,縣域城鎮(zhèn)化率57.2%。城市化發(fā)展帶來城市建設(shè)空間的擴(kuò)展以及城市生態(tài)空間的變化,主城區(qū)作為用地蔓延式擴(kuò)展的主要空間,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的變化尤為明顯,同時(shí)伴隨著城市由資源型向生態(tài)型的轉(zhuǎn)型發(fā)展。因此,選取徐州市主城區(qū)作為研究對(duì)象進(jìn)行城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)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(duì)優(yōu)越,適宜各類作物的栽培,植被覆蓋率大于43%,整體的生態(tài)環(huán)境較好。結(jié)合徐州市總體規(guī)劃,將研究區(qū)劃定在市域范圍的中部,具體界定為泉山區(qū)邊界以東,廟山鎮(zhèn)以西,連霍高速公路和云龍區(qū)邊界以北,云龍區(qū)和鼓樓區(qū)邊界以南,面積約573km2。具體矢量范圍以徐州市城市總體規(guī)劃中心城區(qū)的矢量邊界范圍為基準(zhǔn),以便于現(xiàn)狀主體的城市建成區(qū)能被覆蓋且利于后期策略制定與規(guī)劃管控的有效銜接。

        2 徐州市主城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

        “生態(tài)源地”和“生態(tài)廊道”是生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本組成要素?;谛熘菔兄鞒菂^(qū)生態(tài)空間資源空間分布,通過生態(tài)源地的甄選、生態(tài)廊道的提取,構(gòu)建徐州市主城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

        2.1 生態(tài)源地

        生態(tài)源地一般是生態(tài)空間中主要的景觀斑塊,城市區(qū)域以人類活動(dòng)為主,因此,土地利用類型成為識(shí)別城市生態(tài)源地的重要依據(jù)。結(jié)合已有研究,本文主要以2019年土地利用現(xiàn)狀為基礎(chǔ),借助形態(tài)空間格局分析(MSPA)和生態(tài)空間的景觀連通性指標(biāo)dPC值分析來甄選生態(tài)源地,最終篩選出135個(gè)生態(tài)源地,其中最小面積為0.004km2,最大面積為7.054km2。將通過形態(tài)空間格局分析(MSPA)所得到的核心區(qū)進(jìn)行景觀連通性運(yùn)算,所得結(jié)果數(shù)值大小代表該核心區(qū)斑塊對(duì)中心城區(qū)整體景觀連通性所體現(xiàn)的貢獻(xiàn)大小,本研究構(gòu)建的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)需要在宏觀層面和微觀層面都可以起到維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及量化用地布局的效應(yīng)。綜合考慮核心區(qū)連接度重要值的結(jié)果和本研究的目的,借鑒已有經(jīng)驗(yàn)[11-14],選取dPC≥0.01的核心區(qū)作為生態(tài)源地。通過連通性軟件Conefor2.6計(jì)算各核心區(qū)的重要性,得到重要性分類圖(圖1)。

        圖1 徐州市主城區(qū)核心區(qū)重要性(dPC)分類圖

        2.2 生態(tài)廊道

        生態(tài)廊道是指生態(tài)空間中供各種生物活動(dòng)和能量流通所使用的狹帶狀空間,能促進(jìn)生態(tài)源地間各類型生物因素的運(yùn)動(dòng)并有效降低景觀破碎化程度,將分散的生態(tài)源地連接起來,給生態(tài)系統(tǒng)提供物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的通道,從而可以增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性[15]。由于生態(tài)廊道的連通性和功能與各個(gè)生態(tài)源地之間的距離以及生態(tài)源地之間連通路徑的阻力有關(guān)[16],因此,采用MCR模型作為構(gòu)建徐州主城區(qū)生態(tài)廊道的方法。

        結(jié)合已有研究[17-19],通過專家打分法綜合確定徐州市主城區(qū)生態(tài)空間的各生態(tài)阻力因子及權(quán)重,阻力因子以地形位等級(jí)、土地利用類型為基礎(chǔ)展開,并根據(jù)生態(tài)適宜性將各因子阻力值進(jìn)行分級(jí)設(shè)定(表1)。同時(shí),在ArcGIS中結(jié)合各阻力因子的空間分布,將其分別進(jìn)行阻力值分級(jí),并依權(quán)重進(jìn)行空間疊加計(jì)算,構(gòu)建生態(tài)阻力面(圖2)。

        表1 生態(tài)阻力因子分類[20]及權(quán)重[21]

        建設(shè)用地公共管理與公共服務(wù)用地 1000商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地 1000綠地與廣場(chǎng)用地公園綠地 30防護(hù)綠地 10村莊建設(shè)用地>50 1000 20~50 600<20 400特殊用地 1000工業(yè)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(shè)施用地 1000公用設(shè)施用地 1000物流倉(cāng)儲(chǔ)用地 1000非建設(shè)用地林、草地 5耕地 100水域 10其他 600

        圖2 徐州市主城區(qū)綜合阻力面

        綜合生態(tài)源地的前期甄別、生態(tài)阻力面的構(gòu)建分析,借助Linkage Mapper軟件對(duì)主城區(qū)內(nèi)各個(gè)生態(tài)源地之間的最小累積阻力通道進(jìn)行繪制,生成徐州市主城區(qū)的生態(tài)廊道。結(jié)合徐州市主城區(qū)生態(tài)環(huán)境,共提取1186條生態(tài)廊道。將主城區(qū)內(nèi)識(shí)別的各生態(tài)源地和繪制的生態(tài)廊道進(jìn)行空間疊加,構(gòu)建徐州市主城區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖3)。

        圖3 徐州市主城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)

        3 徐州市主城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)

        結(jié)合已有研究[22-26],選取生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)環(huán)度指數(shù)(α)、生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)線點(diǎn)率指數(shù)(β)、生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)連通度指數(shù)(γ)三個(gè)指數(shù)對(duì)所繪制的徐州市主城區(qū)生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)展開評(píng)價(jià)。

        3.1 生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)環(huán)度指數(shù)(α)

        生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)環(huán)度指數(shù)α可以量化生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度、環(huán)通度,表征在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中連接各個(gè)節(jié)點(diǎn)的環(huán)路所存在的程度,α的取值區(qū)間為[0,1],α=0代表生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中沒有形成環(huán)路,只有盡端形式枝狀廊道存在,α=1代表生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中具有最大可能的環(huán)路數(shù)量。具體公式如下:

        3.2 生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)線點(diǎn)率指數(shù)(β)

        生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)線點(diǎn)率指數(shù)(β)用于表示生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中生態(tài)廊道節(jié)點(diǎn)之間互相聯(lián)系的難易程度大小,β數(shù)值越大,表示所形成的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,β取值范圍為[0,3],β=0表示沒有生態(tài)網(wǎng)絡(luò)存在。公式如下:

        3.3 生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)連通度指數(shù)(γ)

        生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)連通度指數(shù)(γ)是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)度指標(biāo),取值為[0,1],γ=0表示生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間沒有連接,γ=1表示所形成的生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間兩兩互相連接。γ取值為[1/3,1],當(dāng)γ接近1/3時(shí),網(wǎng)絡(luò)呈樹形,當(dāng)γ接近1時(shí),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則近似于最大平面網(wǎng)絡(luò),3*(V-2)則表示生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中可能存在的最大生態(tài)廊道數(shù)目。具體公式如下:

        以上公式中L表示當(dāng)前生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際存在的生態(tài)廊道連線數(shù),V則為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的生態(tài)廊道的節(jié)點(diǎn)數(shù)。

        分析結(jié)果顯示,徐州市主城區(qū)生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)環(huán)度指數(shù)(α)結(jié)果為0.28,表明生態(tài)網(wǎng)絡(luò)有著較低的連接度,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的各種物質(zhì)和能量流動(dòng)過程較為不通暢,網(wǎng)絡(luò)回路分布不均勻。徐州市主城區(qū)生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)線點(diǎn)率指數(shù)(β)計(jì)算結(jié)果為1.55,表明生態(tài)網(wǎng)絡(luò)處于中等復(fù)雜的水平,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)生態(tài)源地能夠相對(duì)容易地進(jìn)行相互聯(lián)系和溝通。生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)連通度指數(shù)(γ)計(jì)算結(jié)果為0.52,表明主城區(qū)內(nèi)部生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中有超過一半的生態(tài)源地為生態(tài)廊道所連接溝通,其整體的網(wǎng)絡(luò)效能尚可。

        4 徐州市主城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建議

        從生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)來看,徐州市主城區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)已基本形成,但在優(yōu)化改善方面的潛力仍然較大。(1)主城區(qū)的北部以及東部區(qū)域的生態(tài)源地分布較少,且空間分布多呈現(xiàn)孤立散布的特征。建議適當(dāng)增加生態(tài)源地?cái)?shù)量,并通過生態(tài)廊道的連接增強(qiáng)各生態(tài)源地之間的聯(lián)系,補(bǔ)充生態(tài)連接的薄弱環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中各物質(zhì)與能量流動(dòng)的強(qiáng)度和順暢度,提升整體生態(tài)效能,實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全。(2)結(jié)合國(guó)土空間規(guī)劃的契機(jī),建議優(yōu)化用地結(jié)構(gòu),適當(dāng)提升生態(tài)用地的比重,注重生態(tài)環(huán)境修復(fù)及建設(shè),以生態(tài)廊道的系統(tǒng)化、層級(jí)化梳理和打造為導(dǎo)向,提高主城區(qū)內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的有效關(guān)聯(lián)。將徐州市主城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與城市建設(shè)開發(fā)有機(jī)結(jié)合,通過合理安排建設(shè)時(shí)序、確定開發(fā)保護(hù)目標(biāo)、高效綜合利用綠地等方式實(shí)現(xiàn)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)完善與科學(xué)開發(fā)的協(xié)同。

        5 結(jié)語

        在國(guó)土空間規(guī)劃推進(jìn)的大背景下,城市生態(tài)空間是落實(shí)生態(tài)優(yōu)先原則的基本載體。通過判別生態(tài)源地和生態(tài)廊道來量化分析城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特征,并在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)效能,可以更為精確地把握完善生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、提升生態(tài)安全格局的建設(shè)施力點(diǎn),并進(jìn)一步提高城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

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