范春苗,王志泰,2,*,湯 娜,鄧國(guó)平

1 貴州大學(xué) 林學(xué)院,貴陽(yáng) 550025 2 貴州大學(xué) 風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心,貴陽(yáng) 550025

快速城市化進(jìn)程伴隨著高強(qiáng)度土地開(kāi)發(fā)與利用,嚴(yán)重影響了區(qū)域景觀(guān)生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展,使原本脆弱的城市生態(tài)環(huán)境更趨于惡化[1]。針對(duì)當(dāng)前面臨的各類(lèi)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,各級(jí)政府持續(xù)推動(dòng)了各個(gè)層面的國(guó)土空間治理,強(qiáng)調(diào)“自然資源整體保護(hù)”與“科學(xué)布局生產(chǎn)空間、生活空間、生態(tài)空間”的指導(dǎo)思想[2]。貴陽(yáng)市作為西南巖溶地區(qū)中心城市之一,是典型的喀斯特多山城市,可建設(shè)用地少,人口壓力大,發(fā)展更加集中。近年來(lái)貴陽(yáng)市中心城區(qū)城市化加劇,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受損、土地利用結(jié)構(gòu)失衡,生態(tài)安全以及可持續(xù)發(fā)展受到極大威脅[3]。而中心城區(qū)內(nèi)的山地環(huán)境具有高度異質(zhì)化的生境、相對(duì)較低的人類(lèi)干擾強(qiáng)度,是生物多樣性保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域[4]。針對(duì)這類(lèi)巖溶地區(qū)多山城市的城-山鑲嵌體景觀(guān)特征,為緩解喀斯特山地城市生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾,探索喀斯特多山城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模式具有重要意義,研究結(jié)果將對(duì)喀斯特山地城市綠地生態(tài)系統(tǒng)空間格局優(yōu)化和綠地系統(tǒng)規(guī)劃提供依據(jù)和參考。

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)以景觀(guān)生態(tài)學(xué)為理論基礎(chǔ),融合島嶼生物地理學(xué)、干擾生態(tài)學(xué)等其他相關(guān)理論,以連接景觀(guān)空間中破碎化的景觀(guān)斑塊為目的,依托線(xiàn)性生態(tài)廊道的連接而構(gòu)建的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系,具有維持景觀(guān)空間內(nèi)的生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性等功能[5—7],是提升自然資源整體保護(hù)與區(qū)域生態(tài)安全的有效途徑。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)起源于20世紀(jì)80年代的歐洲,最開(kāi)始是由生態(tài)節(jié)點(diǎn)、廊道、緩沖區(qū)以及自然保護(hù)區(qū)等組成的網(wǎng)絡(luò)狀景觀(guān)[1]。發(fā)展至今,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已趨于成熟,學(xué)術(shù)界對(duì)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的研究已形成基本模式：生態(tài)源地識(shí)別、綜合生態(tài)阻力面構(gòu)建與潛在生態(tài)廊道提取。對(duì)生態(tài)源地識(shí)別,現(xiàn)有研究多以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[8]、生態(tài)安全[9]、景觀(guān)連通性[10]、生態(tài)功能重要性[11]等因素作為評(píng)價(jià)依據(jù),或直接根據(jù)斑塊面積與屬性選取適宜生態(tài)斑塊[12]。綜合阻力面多基于阻力賦值[5]或構(gòu)建相關(guān)評(píng)價(jià)體系[13]獲得,近年來(lái)有學(xué)者利用夜間燈光數(shù)據(jù)[14]、地形位指數(shù)[15]、地質(zhì)災(zāi)害敏感性[16]來(lái)修正綜合阻力面,使評(píng)價(jià)結(jié)果更具客觀(guān)性。提取潛在生態(tài)廊道的方法廣泛地使用最小累積阻力模型(MCR)[17—19]和電路理論[20],并基于重力模型[9]研判相對(duì)重要生態(tài)廊道。喀斯特地區(qū)作為生態(tài)研究熱點(diǎn)區(qū)域,但喀斯特多山城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究目前少見(jiàn)報(bào)道,同時(shí)喀斯特地區(qū)城市建成環(huán)境中遺存了大量生態(tài)用地,在城市中具有重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,傳統(tǒng)方法僅用單一行政區(qū)域尺度識(shí)別生態(tài)網(wǎng)絡(luò),無(wú)法發(fā)揮建成環(huán)境內(nèi)生態(tài)斑塊的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,因此,根據(jù)不同空間尺度上生態(tài)問(wèn)題的差異性,針對(duì)性構(gòu)建多尺度生態(tài)網(wǎng)絡(luò)并疊置識(shí)別重要銜接空間,在滿(mǎn)足較大尺度上生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,考慮小尺度環(huán)境中遺存生境的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,是目前喀斯特多山城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃亟待優(yōu)化的方法路徑。

綜上所述,本研究以貴陽(yáng)市中心城區(qū)為研究區(qū)域,基于主成分分析確定研究區(qū)綜合阻力面,利用形態(tài)學(xué)空間格局分析法(MSPA)和景觀(guān)連通性識(shí)別中心城區(qū)生態(tài)源地,通過(guò)綜合評(píng)價(jià)識(shí)別建成區(qū)生態(tài)源地,基于MCR模型、重力模型、水文分析等方法構(gòu)建并疊置中心城區(qū)行政區(qū)和建成區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別關(guān)鍵銜接廊道及節(jié)點(diǎn),最后對(duì)研究區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。旨在為貴陽(yáng)市中心城區(qū)在國(guó)土空間規(guī)劃和城市開(kāi)發(fā)建設(shè)中協(xié)調(diào)生態(tài)保護(hù)與城市發(fā)展提供科學(xué)合理的參考。

1 研究區(qū)概況

貴陽(yáng)市作為我國(guó)西南地區(qū)重要中心城市之一,位于貴州省中部(106°07′—107°17′E,26°11′—26°55′),是貴州省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科教、交通中心和西南地區(qū)重要交通、通信樞紐,工業(yè)基地及商貿(mào)旅游服務(wù)中心。其地處黔中山原中部典型喀斯特地貌區(qū),地跨長(zhǎng)江水系烏江支流與珠江水系紅水河支流分水嶺。近年來(lái)貴陽(yáng)市城市化加劇,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受損、土地利用結(jié)構(gòu)失衡,生態(tài)安全以及可持續(xù)發(fā)展受到極大威脅。建設(shè)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)保證區(qū)域生態(tài)安全可對(duì)其生物多樣性保護(hù)起到直接的促進(jìn)作用。本研究分中心城區(qū)行政區(qū)和建成區(qū)兩個(gè)尺度,中心城區(qū)行政區(qū)包括南明區(qū)、云巖區(qū)、花溪區(qū)、烏當(dāng)區(qū)、觀(guān)山湖區(qū)、白云區(qū)(市轄區(qū)),總面積為2529.38 km2,中心城區(qū)建成區(qū)為以上6個(gè)市轄區(qū)范圍內(nèi)實(shí)際建成或正在建成的、相對(duì)集中分布的地區(qū),至2018年,面積為368.24 km2,建成區(qū)內(nèi)有527座城市山體遺存[21],本研究在疊置兩尺度生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上構(gòu)建并優(yōu)化貴陽(yáng)市中心城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與預(yù)處理

圖1 研究區(qū)土地利用分類(lèi)Fig.1 Land use classification in the study area

本研究采用的數(shù)據(jù)包括貴陽(yáng)市中心城區(qū)2018年5月Pleiades高分辨率歷史遙感影像圖(0.5 m空間分辨率)、Landsat 8遙感影像數(shù)據(jù)、DEM高程數(shù)據(jù),來(lái)源地理數(shù)據(jù)空間云(http://www.gscloud.cn),行政區(qū)劃、主要公路分布、鐵路分布等其他基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)來(lái)源于全國(guó)地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)；自然保護(hù)區(qū)、山體公園分布等數(shù)據(jù)來(lái)源于貴陽(yáng)市相關(guān)規(guī)劃資料；土壤類(lèi)型數(shù)據(jù)來(lái)源于中科院環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。城市山體植物多樣性數(shù)據(jù)來(lái)源于野外調(diào)研及文獻(xiàn)查閱。本研究基于中科院土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分類(lèi),遙感影像進(jìn)行目視解譯后將用地分為林地、草地、水域、建設(shè)用地、耕地、未利用地6類(lèi)(圖1)。

2.2 研究方法

2.2.1基于空間主成分分析的生態(tài)阻力綜合評(píng)價(jià)

(1) 生態(tài)阻力約束因子

參考前人研究[22—23],結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況,從自然屬性和人類(lèi)活動(dòng)干擾兩方面選取坡度、高程、歸一化植被指數(shù)等10個(gè)指標(biāo)作為表征研究區(qū)綜合生態(tài)阻力的約束因子(圖2)。其中歸一化植被指數(shù)利用ENVI的Band Math計(jì)算得出,生境質(zhì)量和相對(duì)生境退化度通過(guò)InVEST模型計(jì)算得[14],土地利用類(lèi)型根據(jù)研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)分類(lèi)提取,建設(shè)用地密度由ArcGIS 10.2的核密度分析得出,距道路距離、距水體距離利用研究區(qū)道路與水體數(shù)據(jù)建立多環(huán)緩沖區(qū)。利用ArcGIS 10.2軟件,將各單因子評(píng)價(jià)結(jié)果通過(guò)自然斷點(diǎn)法重分類(lèi)為5級(jí)。最后將全部數(shù)據(jù)導(dǎo)出為30 m×30 m柵格。單因子生態(tài)阻力評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖2 綜合阻力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Comprehensive resistance evaluation index system

圖3 研究區(qū)單因子阻力面Fig.3 Single factor resistance surface in the study area

(2) 空間主成分分析

空間主成分分析(SPCA)則是在ArcGIS空間分析功能支持下,以柵格數(shù)據(jù)為基本操作單元,通過(guò)PCA將相關(guān)的空間變量對(duì)因變量的影響程度分配到相應(yīng)的主成分因子上[24]。本文運(yùn)用ArcGIS 10.2的Principal Components工具,將生態(tài)阻力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)柵格依次輸入進(jìn)行空間主成分分析,得到每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的空間載荷圖和各主成分的累積貢獻(xiàn)率,通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法得到各評(píng)價(jià)因子權(quán)重,將各個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行加權(quán)求和,得到研究區(qū)綜合生態(tài)阻力空間分布。具體公式如下：

E=a1x1+a2x2+a3x3+…+anxn

(1)

式中,E為生態(tài)阻力綜合結(jié)果,an為主成分分析的權(quán)重,xn為研究區(qū)單因子阻力面。

2.2.2生態(tài)源地識(shí)別

(1) 行政區(qū)生態(tài)源地識(shí)別

MSPA方法強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)性連接,能從像元層面更加精確地分辨出景觀(guān)的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)[25],將研究用地按形態(tài)輸出為互不重疊的七類(lèi)(核心區(qū)、橋接區(qū)、邊緣區(qū)、孔隙、孤島、環(huán)道區(qū)、支線(xiàn))。為保證景觀(guān)要素完整性并結(jié)合研究區(qū)范圍大小,本文選擇30 m×30 m柵格作為研究單元,選取林地、水域、草地作為MSPA分析的前景數(shù)據(jù)[26],其他土地利用類(lèi)型為背景數(shù)據(jù),利用ArcGIS 10.2軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類(lèi),前景值設(shè)置為2,背景值設(shè)置為1,缺失數(shù)據(jù)設(shè)置為0,導(dǎo)入MSPA分析軟件后輸出TIF圖并對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。通過(guò)計(jì)算整體連通性指數(shù)(ICC)和可能連通性指數(shù)(PC)來(lái)表征研究區(qū)生態(tài)斑塊的景觀(guān)連通性水平,在斑塊重要性指數(shù)(dPC)的基礎(chǔ)上識(shí)別研究區(qū)生態(tài)源地[27],各指數(shù)計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

dPC=(PC-PCremove)/PC×100%

(4)

結(jié)合研究區(qū)情況,提取面積大小前30的核心區(qū)斑塊進(jìn)行景觀(guān)連通性分析,借助景觀(guān)連通性分析軟件Conefor 26,設(shè)置連通概率為0.5,計(jì)算斑塊連通性指數(shù)(dPC),選擇dPC> 4.0的核心區(qū)斑塊作為生態(tài)源地。

(2) 建成區(qū)生態(tài)源地識(shí)別

貴陽(yáng)市具有典型喀斯特生態(tài)環(huán)境,形成特殊的“城中有山,城山鑲嵌”格局,城市中自然山體具有重要生態(tài)學(xué)意義。本文對(duì)貴陽(yáng)市建成區(qū)內(nèi)527座城市遺存山體進(jìn)行斑塊重要性指數(shù)、斑塊形狀指數(shù)、生物多樣性指數(shù)綜合評(píng)價(jià),以此為依據(jù)進(jìn)行建成區(qū)生態(tài)源地識(shí)別。首先利用ArcGIS 10.2中Coverage工具,設(shè)置距離500 m,對(duì)527座山體斑塊進(jìn)行聚合。利用Conefor 26軟件計(jì)算景觀(guān)連通性指數(shù)(dPC),表征生境斑塊對(duì)潛在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的相對(duì)重要性；測(cè)算各山體斑塊形狀指數(shù),表征建成區(qū)內(nèi)自然山體的形狀復(fù)雜程度；通過(guò)實(shí)地調(diào)研計(jì)算得到建成區(qū)分區(qū)植物多樣性均值。最后將斑塊連通性指數(shù)、斑塊形狀指數(shù)、植物多樣性指數(shù)三者等權(quán)疊加,通過(guò)自然斷點(diǎn)法將建成區(qū)自然山體按重要程度分為5類(lèi),提取極重要和重要斑塊作為建成區(qū)內(nèi)生態(tài)源地。

2.2.3生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

MCR模型通過(guò)計(jì)算物種在景觀(guān)阻力面上從源點(diǎn)到目標(biāo)所需克服的最小累積阻力,獲取二者間的最低成本路徑,該路徑可視為物種在兩地間遷移擴(kuò)散的最優(yōu)路徑[14]。將生態(tài)阻力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果作為MCR分析的成本數(shù)據(jù),利用ArcGIS 10.2軟件的成本路徑工具,依次計(jì)算每個(gè)源點(diǎn)到其他源點(diǎn)的最小耗費(fèi)路徑,生成潛在生態(tài)廊道?；谥亓δＰ陀?jì)算生態(tài)源地間的相互作用矩陣[28],依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果將潛在生態(tài)廊道分為極重要廊道、重要廊道和一般廊道。

(5)

式中,Gab表示源地a、b間的相互作用強(qiáng)度；Na、Nb分別為源地a和源地b的權(quán)重系數(shù)；Dab為源地a、b間潛在生態(tài)廊道標(biāo)準(zhǔn)化值；Pa和Pb分別為源地a和b的整體阻力值；Sa和Sb分別為源地a和源地b的面積；Lab表示源地a和源地b之間的生態(tài)廊道累積阻力值；Lmax為研究區(qū)所有生態(tài)廊道的最大阻力值。

將研究區(qū)生態(tài)廊道與阻力脊線(xiàn)的交點(diǎn)作為一類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn),生態(tài)廊道與生態(tài)廊道的交點(diǎn)作為二類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)。疊加生態(tài)源地、生態(tài)廊道及生態(tài)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成研究區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)果與分析

3.1 中心城區(qū)行政區(qū)生態(tài)阻力評(píng)價(jià)

中心城區(qū)行政區(qū)生態(tài)阻力指數(shù)經(jīng)過(guò)主成分變換后的結(jié)果如下(表1),前9個(gè)主成分特征值大于1,前6個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率累積超過(guò)了總方差的85%,提取前6個(gè)主成分可以合理地反映貴陽(yáng)市行政區(qū)生態(tài)阻力格局組成。分析各主成分在原始指標(biāo)上的載荷(表2)顯示：生境質(zhì)量、植被覆蓋、土地利用在第一個(gè)主成分上的載荷較大,這些指標(biāo)可以概括為自然生境影響因子；生境退化、建筑密度、距道路距離在第二個(gè)主成分上載荷較大,這些因子反映人類(lèi)活動(dòng)影響；距道路距離在第三個(gè)主成分中載荷較大,說(shuō)明第三個(gè)主成分與人類(lèi)活動(dòng)相關(guān)程度高；植被覆蓋、距水體距離在第四個(gè)主成分中載荷較大,為自然影響因子；坡度指標(biāo)在第五個(gè)主成分載荷較大；坡度、高程、植被覆蓋度在第六個(gè)主成分中載荷較大。第六第五主成分相關(guān)程度高的指標(biāo)為地形因子。因此,可將研究區(qū)生態(tài)阻力評(píng)價(jià)指標(biāo)概括為3類(lèi)影響因子：自然生境影響因子、人類(lèi)活動(dòng)影響因子、地形影響因子。因研究區(qū)屬于典型喀斯特地貌區(qū),形成了獨(dú)特的“城中有山、城山鑲嵌”格局,自然生境是影響其綜合生態(tài)阻力的重要因子,城市化發(fā)展帶來(lái)植被的破壞,導(dǎo)致生態(tài)斑塊破碎化,對(duì)研究區(qū)資源環(huán)境和整體生態(tài)安全造成重要影響；人類(lèi)活動(dòng)也是影響研究區(qū)生態(tài)阻力格局的重要因子,近年來(lái)貴陽(yáng)市城市化加劇,建設(shè)用地密度增大,城市外部和內(nèi)部的生態(tài)斑塊均受到不同程度的侵蝕,在城市發(fā)展的同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了極大破壞；另一個(gè)重要的影響因子為地形因子,特殊的喀斯特地貌一定程度上影響了研究區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響生態(tài)阻力綜合布局。

表1 主成分的特征值及其累積貢獻(xiàn)率

由研究區(qū)生態(tài)阻力等級(jí)空間分布圖(圖4)可知,高阻力區(qū)主要集中在研究區(qū)中部,呈放射狀向外擴(kuò)散,這是由于該區(qū)為老城區(qū),城市化水平高,交通體系發(fā)達(dá),建設(shè)用地密集,植被覆蓋率較低且生態(tài)斑塊破碎。低阻力區(qū)主要分布在研究區(qū)周邊,以大型林地斑塊為主,人為干擾程度低,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高。這種中部高、周邊低的阻力空間格局,影響了城市內(nèi)部與外部生境斑塊之間的物質(zhì)流動(dòng)和物種遷移,對(duì)研究區(qū)進(jìn)行生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建可以增強(qiáng)生境斑塊間的景觀(guān)連通性。

表2 主成分載荷矩陣

分區(qū)域統(tǒng)計(jì)研究區(qū)阻力均值,得到研究區(qū)分區(qū)阻力等級(jí)劃分圖(圖5),根據(jù)阻力大小分為高阻力區(qū)(4.78—5.63)、較高阻力區(qū)(4.03—4.77)、一般阻力區(qū)(3.48—4.02),其中云巖區(qū)為高阻力區(qū),較高阻力區(qū)為南明區(qū)和白云區(qū),花溪區(qū)、烏當(dāng)區(qū)、觀(guān)山湖區(qū)阻力相對(duì)較低。分析表明,云巖區(qū)阻力最高是由于其為貴陽(yáng)老城主體部分,發(fā)展定位以現(xiàn)代生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)為主,區(qū)內(nèi)主要生態(tài)斑塊為小規(guī)模城市山體公園,人為干擾嚴(yán)重,同為老城區(qū)的南明區(qū)雖地處城市交通樞紐地帶,交通體系發(fā)達(dá),但其中部尚存大型生態(tài)斑塊,且東部地區(qū)城市化水平較低,因此其生態(tài)阻力低于云巖區(qū)；花溪區(qū)、烏當(dāng)區(qū)、觀(guān)山湖區(qū)處于城市化擴(kuò)張階段,區(qū)內(nèi)現(xiàn)存大量未經(jīng)人為干擾的山體生態(tài)斑塊,自然條件良好,生態(tài)阻力低；白云區(qū)為全國(guó)最大的鋁工業(yè)基地之一,工業(yè)發(fā)展一定程度影響了該區(qū)的生態(tài)斑塊,因此該區(qū)生態(tài)阻力較高。

圖4 研究區(qū)綜合阻力面Fig.4 Comprehensive resistance surface in the study area

圖5 研究區(qū)區(qū)域阻力等級(jí)劃分Fig.5 Division of regional resistance level

圖6 研究區(qū)形態(tài)學(xué)空間格局Fig.6 Morphologically spatial pattern of the study area

3.2 中心城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)要素識(shí)別與提取

3.2.1生態(tài)源地選取

(1)中心城區(qū)行政區(qū)生態(tài)源地選取

通過(guò)提取研究區(qū)生態(tài)用地進(jìn)行MSPA分析,識(shí)別出7類(lèi)景觀(guān)結(jié)構(gòu)(圖6),由MSPA分類(lèi)統(tǒng)計(jì)(表3)可知,行政區(qū)生態(tài)用地共1533.43 km2,占研究區(qū)的60.03%。其中核心區(qū)面積1160.23 km2,占生態(tài)用地面積的75.66%,在七類(lèi)景觀(guān)結(jié)構(gòu)類(lèi)型中占比最大,其次為邊緣區(qū)。整體來(lái)看,生態(tài)用地核心區(qū)主要分布在東北部和南部,中部核心區(qū)斑塊面積小且分散,破碎化程度較高。篩選dPC≥ 4共計(jì)15個(gè)核心區(qū)斑塊作為生態(tài)源地(表4、圖8),可以看出其分布呈“南北相望”格局,南部生態(tài)源地面積較小,北部面積大而集中,中部地區(qū)景觀(guān)連通性低,不利于物種遷移和物質(zhì)流動(dòng),需要加強(qiáng)對(duì)原有生態(tài)斑塊的保護(hù)并增加生態(tài)源地。

(2)建成區(qū)生態(tài)源地提取

通過(guò)對(duì)建成區(qū)527座遺存自然山體斑塊的重要性指數(shù)、斑塊形狀指數(shù)、生物多樣性進(jìn)行等權(quán)疊加,通過(guò)自然斷點(diǎn)法將結(jié)果分為5級(jí),得到建成區(qū)自然山體斑塊綜合評(píng)價(jià)(圖7)。選取極重要、重要斑塊共28個(gè)作為建成區(qū)生態(tài)源地,主要分布在云巖區(qū)、南明區(qū)、觀(guān)山湖區(qū),包含了建成區(qū)內(nèi)10座綜合公園,其中,黔靈山公園、阿哈湖國(guó)家濕地公園、花果園濕地公園所在斑塊綜合評(píng)價(jià)值最高,應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)。

表3 形態(tài)學(xué)空間格局分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

表4 核心區(qū)斑塊重要性指數(shù)排序

圖7 建成區(qū)遺存自然山體綜合評(píng)價(jià)Fig.7 Comprehensive evaluation of remnant natural mountain in built-up area

3.2.2生態(tài)廊道提取

基于MCR模型,總計(jì)得到105條行政區(qū)生態(tài)廊道和378條建成區(qū)生態(tài)廊道,面積分別為18.93 km2和5.98 km2。從生態(tài)廊道景觀(guān)構(gòu)成類(lèi)型表可以看出(表5),兩個(gè)尺度的生態(tài)廊道中占比最多的景觀(guān)類(lèi)型均為林地,分別占比84.06%和65.83%,說(shuō)明林地是聯(lián)系各生態(tài)斑塊并保證生態(tài)遷移的關(guān)鍵景觀(guān)類(lèi)型。行政區(qū)生態(tài)廊道景觀(guān)類(lèi)型中,耕地占比第二,建成區(qū)生態(tài)廊道中建設(shè)用地占比第二,主要是因?yàn)樵谛姓^(qū)尺度上,耕地占研究區(qū)面積21.89%且阻力較小,而在建成區(qū),建設(shè)用地為主要景觀(guān)類(lèi)型。因此,針對(duì)不同尺度上的生態(tài)廊道建設(shè)其側(cè)重點(diǎn)應(yīng)有不同。

表5 生態(tài)廊道景觀(guān)構(gòu)成類(lèi)型表

通過(guò)重力模型計(jì)算識(shí)別到行政區(qū)極重要、重要、一般廊道數(shù)分別為15、21、69。其中極重要廊道集中分布在研究區(qū)北部,這些廊道連接的源地間相互作用強(qiáng)度較高且斑塊分布密集,為物種遷移提供了良好的環(huán)境。連接行政區(qū)南北部生態(tài)源地的廊道較長(zhǎng),部分穿過(guò)建成區(qū)內(nèi)部,這些廊道易受到外界干擾而發(fā)生斷裂,在后期的規(guī)劃中應(yīng)采取相應(yīng)措施以提升廊道穩(wěn)定性。連接行政區(qū)西北和東北的生態(tài)廊道長(zhǎng)度較短,且主要位于核心區(qū)內(nèi)部,穩(wěn)定性高,應(yīng)注意對(duì)周邊林地的保護(hù)。

識(shí)別到建成區(qū)極重要、重要、一般廊道數(shù)分別為37、113、227條。極重要廊道主要分布在建成區(qū)中部,南部和北部少見(jiàn)分布,南部源地斑塊與其他斑塊間形成了明顯隔離,未形成連通廊道,后期規(guī)劃應(yīng)著重加強(qiáng)與其他斑塊間的聯(lián)系,保護(hù)現(xiàn)有南北連通廊道的同時(shí)利用周邊生態(tài)源地形成廊道網(wǎng)絡(luò),以提升建成區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)整體連通性。

3.2.3生態(tài)節(jié)點(diǎn)

識(shí)別到行政區(qū)一類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)29個(gè),主要分布在花溪區(qū)、烏當(dāng)區(qū)、觀(guān)山湖區(qū),其中林地19個(gè),占一類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)的65.52%,耕地6個(gè),占20.69%。識(shí)別到二類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)33個(gè),各區(qū)均見(jiàn)分布,二類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)中,林地20個(gè),占60.1%,耕地9個(gè),占27.27%。識(shí)別到建成區(qū)一類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)25個(gè),主要分布在生態(tài)源斑塊密集的觀(guān)山湖區(qū)和云巖區(qū),一類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)林地占18個(gè),占一類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)的72%,其次為建設(shè)用地3個(gè),占12%。建成區(qū)二類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)17個(gè),主要分布在建成區(qū)周邊,其中林地占14個(gè),占生態(tài)節(jié)點(diǎn)總數(shù)的82.35%。兩類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)都是生態(tài)功能薄弱的關(guān)鍵點(diǎn),要加強(qiáng)保護(hù)。

圖8 行政區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)Fig.8 Ecological network of the administrative area

3.3 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

分別將行政區(qū)與建成區(qū)兩個(gè)尺度上識(shí)別到的生態(tài)源地、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疊加,初步得到貴陽(yáng)市中心城區(qū)行政區(qū)和建成區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)(圖8、圖9)。

疊加行政區(qū)與建成區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò),兩個(gè)尺度生態(tài)網(wǎng)絡(luò)間重合生態(tài)廊道10條,重合長(zhǎng)度2.52 km,面積2.27 km2,占行政區(qū)潛在生態(tài)廊道的11.98%,占建成區(qū)潛在生態(tài)廊道37.82%,兩尺度生態(tài)節(jié)點(diǎn)共重合5個(gè),其中2個(gè)位于建成區(qū)內(nèi)部。因行政區(qū)生態(tài)源地主要分布在南北兩側(cè)而中部建成區(qū)景觀(guān)連通性較差,結(jié)合行政區(qū)中部斑塊空間分布和斑塊連通性指數(shù),將斑塊連通性值較大的兩個(gè)核心區(qū)斑塊作為新增的生態(tài)源地,并模擬4條生態(tài)廊道與其它生態(tài)源地連通。踏腳石斑塊能作為距離較遠(yuǎn)的生態(tài)源地間生物暫棲地,對(duì)提升生態(tài)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性具有重要作用,較長(zhǎng)生態(tài)廊道中部及生態(tài)節(jié)點(diǎn)集中區(qū)域需要設(shè)置踏腳石斑塊以保證生態(tài)網(wǎng)絡(luò)功能的發(fā)揮[10]。研究區(qū)南北部分生態(tài)源地距離較遠(yuǎn),連通性差,中部區(qū)域綜合阻力值高,生態(tài)廊道易斷裂,故在建成區(qū)中部位于生態(tài)廊道附件的4個(gè)二類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)作為踏腳石斑塊以提升生態(tài)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。最終形成貴陽(yáng)市中心城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)如圖10所示。

4 討論

4.1 喀斯特山地城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法

貴陽(yáng)市作為典型的喀斯特地貌多山城市,是我國(guó)第一批森林城市之一,其建成環(huán)境內(nèi)遺存有大量自然山體,是非常重要的生態(tài)斑塊資源[29]。現(xiàn)有研究多從市域、省域、城市群等單一大尺度進(jìn)行生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建[1],喀斯特多山城市環(huán)境下的遺存生境對(duì)整體生態(tài)網(wǎng)絡(luò)功能效益的發(fā)揮與銜接作用往往被忽略。本文針對(duì)性構(gòu)建行政區(qū)-建成區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò),在滿(mǎn)足較大尺度上生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,考慮喀斯特城市建成環(huán)境中遺存生境,能有效推動(dòng)喀斯特多山城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的合理構(gòu)建與優(yōu)化?；谥鞒煞址治鰳?gòu)建研究區(qū)的阻力面,能有效減少數(shù)據(jù)冗余、客觀(guān)性更強(qiáng)[30],通過(guò)本文研究發(fā)現(xiàn),影響貴陽(yáng)市行政區(qū)綜合阻力的因子主要為自然影響因子、人類(lèi)活動(dòng)影響因子、地形影響因子,這一結(jié)果符合喀斯特區(qū)域空間特征[31],同時(shí)分區(qū)統(tǒng)計(jì)阻力發(fā)現(xiàn)各區(qū)阻力等級(jí)呈中心高周?chē)偷膽B(tài)勢(shì),與肖楊等對(duì)貴陽(yáng)市生態(tài)安全格局研究結(jié)果基本一致[32],說(shuō)明基于主成分分析構(gòu)建的阻力面可以有效表征研究區(qū)生態(tài)安全水平,實(shí)現(xiàn)了定性與定量結(jié)合的深入研究。

圖9 建成區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)Fig.9 Ecological network of the built-up area

圖10 貴陽(yáng)市中心城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)Fig.10 Ecological network of the central urban of Guiyang city

4.2 喀斯特山地城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間保護(hù)與修復(fù)建議

(1)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)空間分類(lèi)管控

國(guó)家十四五規(guī)劃提出構(gòu)建國(guó)土空間保護(hù)新格局,再次從戰(zhàn)略目標(biāo)層面對(duì)國(guó)土空間開(kāi)發(fā)保護(hù)提出新要求[33],對(duì)生態(tài)功能空間的保護(hù)與利用是高質(zhì)量發(fā)展國(guó)土空間開(kāi)發(fā)保護(hù)的重要途徑[2],生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建結(jié)果區(qū)分出生態(tài)源地、生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn),根據(jù)其空間分布特征,實(shí)施空間分類(lèi)管控,能有效指導(dǎo)生態(tài)空間優(yōu)化。從行政區(qū)空間尺度來(lái)看,生態(tài)源地是生態(tài)保護(hù)的核心區(qū)域,是保障自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的最小生態(tài)用地底線(xiàn)[34],研究篩選出15個(gè)斑塊作為行政區(qū)生態(tài)源,涵蓋了青巖油杉自然保護(hù)區(qū)、香紙溝風(fēng)景名勝區(qū)、相思河風(fēng)景名勝區(qū)、百花湖風(fēng)景名勝區(qū)等典型生境,是保證生態(tài)安全的重要戰(zhàn)略點(diǎn),這類(lèi)生態(tài)源地基本與貴陽(yáng)市二環(huán)林帶在空間上疊加,應(yīng)編制控制性的詳細(xì)規(guī)劃,加強(qiáng)環(huán)城林帶的保護(hù)與管理；從建成區(qū)空間尺度來(lái)看,研究篩選出28個(gè)斑塊作為建成區(qū)生態(tài)源地,涵蓋了黔靈山公園、阿哈湖國(guó)家濕地公園、花果園濕地公園等城區(qū)公園綠地及部分未公園化利用的遺存山體生境,其中公園綠地具較高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的同時(shí)兼具美學(xué)價(jià)值,在提供游憩等服務(wù)功能的同時(shí)要考慮環(huán)境承載力,對(duì)森林植被、水資源等的保護(hù),應(yīng)當(dāng)提出相應(yīng)的規(guī)定以便實(shí)施統(tǒng)一管理,建成環(huán)境內(nèi)未公園化利用的遺存山體生境處于建設(shè)用地包圍之中,島嶼化嚴(yán)重,建議結(jié)合緩沖區(qū)設(shè)置保證其景觀(guān)連通性。

(2) 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵銜接空間生態(tài)功能完善及拓展

生態(tài)廊道是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系中具有重要連通作用的帶狀區(qū)域[35],疊置行政區(qū)-建成區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別到的銜接生態(tài)廊道還具有重要的結(jié)構(gòu)與功能雙重銜接作用。本研究識(shí)別到銜接廊道主要位于建成區(qū)北部,結(jié)構(gòu)上連通貴陽(yáng)市一環(huán)林帶和二環(huán)林帶,應(yīng)作為優(yōu)先保護(hù)與修復(fù)區(qū)域,可與城市公共空間建設(shè)協(xié)同發(fā)展,依托二環(huán)林帶自然綠地屏障及一環(huán)林帶上的黔靈山生境斑塊,并將沿線(xiàn)的其他具有生態(tài)潛力的用地轉(zhuǎn)換為生態(tài)用地。銜接節(jié)點(diǎn)應(yīng)以提升生態(tài)質(zhì)量為目標(biāo)[28],研究識(shí)別到銜接節(jié)點(diǎn)5個(gè),2個(gè)位于建成區(qū)內(nèi)部,被建設(shè)用地包圍,應(yīng)劃定開(kāi)發(fā)控制線(xiàn),擴(kuò)大緩沖區(qū)范圍,避免城市活動(dòng)對(duì)其的破壞。建成區(qū)外部的銜接節(jié)點(diǎn)位于阿哈湖水庫(kù)水源保護(hù)區(qū),用地情況主要為林地和濕地,應(yīng)以保護(hù)與修復(fù)為主,改善水質(zhì)和連通性。本文研究發(fā)現(xiàn)還存在以下不足：在對(duì)建成區(qū)生態(tài)斑塊的綜合評(píng)價(jià)上僅選擇了形狀指數(shù)、植物多樣性、斑塊連通性三個(gè)方面,受到模型、數(shù)據(jù)等不確定因素的限制,相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求并未納入指標(biāo)體系,同時(shí)缺乏相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的支撐,因此提取的生態(tài)源地在一定程度上具有局限性,其次本文僅從識(shí)別銜接廊道及節(jié)點(diǎn)入手考慮兩個(gè)空間尺度生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的綜合生態(tài)效益發(fā)揮,未來(lái)需要進(jìn)一步考慮兩個(gè)空間尺度生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的有效銜接。

5 結(jié)論

多山城市建成區(qū)內(nèi)遺存的大量自然山體,是城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的珍貴資源,但由于城市建設(shè)用地緊張,這些城市遺存山體以及其它城市綠地斑塊的連通性很低。本研究基于景觀(guān)生態(tài)學(xué)原理,運(yùn)用形態(tài)學(xué)空間格局和景觀(guān)連通性在研究區(qū)識(shí)別生態(tài)源地43塊,城市遺存山體是主要的生態(tài)源地貢獻(xiàn)者；綜合運(yùn)用最小累積阻力模型、重力模型和水文分析等方法,識(shí)別行政區(qū)極重要、重要、一般廊道數(shù)分別為15、21、69,建成區(qū)極重要、重要、一般廊道數(shù)分別為37、113、227條；識(shí)別行政區(qū)和建成區(qū)一類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)分別為29、25個(gè),二類(lèi)生態(tài)節(jié)點(diǎn)33、17個(gè)；通過(guò)兩個(gè)尺度生態(tài)網(wǎng)絡(luò)要素疊加,最終構(gòu)建了貴陽(yáng)市中心城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。研究結(jié)果可為貴陽(yáng)市中心城區(qū)在未來(lái)用地空間上協(xié)調(diào)生態(tài)保護(hù)與城市發(fā)展提供科學(xué)合理的參考。