范春苗,王志泰,2,*,湯 娜,鄧國平

1 貴州大學 林學院,貴陽 550025 2 貴州大學 風景園林規(guī)劃設計研究中心,貴陽 550025

快速城市化進程伴隨著高強度土地開發(fā)與利用,嚴重影響了區(qū)域景觀生態(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]。針對當前面臨的各類生態(tài)環(huán)境問題,各級政府持續(xù)推動了各個層面的國土空間治理,強調(diào)“自然資源整體保護”與“科學布局生產(chǎn)空間、生活空間、生態(tài)空間”的指導思想[2]。貴陽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,可建設用地少,人口壓力大,發(fā)展更加集中。近年來貴陽市中心城區(qū)城市化加劇,生態(tài)系統(tǒng)服務功能受損、土地利用結(jié)構失衡,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、相對較低的人類干擾強度,是生物多樣性保護的重點區(qū)域[4]。針對這類巖溶地區(qū)多山城市的城-山鑲嵌體景觀特征,為緩解喀斯特山地城市生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展之間的矛盾,探索喀斯特多山城市生態(tài)網(wǎng)絡構建模式具有重要意義,研究結(jié)果將對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)絡以景觀生態(tài)學為理論基礎,融合島嶼生物地理學、干擾生態(tài)學等其他相關理論,以連接景觀空間中破碎化的景觀斑塊為目的,依托線性生態(tài)廊道的連接而構建的生態(tài)網(wǎng)絡體系,具有維持景觀空間內(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與區(qū)域生態(tài)安全的有效途徑。生態(tài)網(wǎng)絡起源于20世紀80年代的歐洲,最開始是由生態(tài)節(jié)點、廊道、緩沖區(qū)以及自然保護區(qū)等組成的網(wǎng)絡狀景觀[1]。發(fā)展至今,生態(tài)網(wǎng)絡結(jié)構已趨于成熟,學術界對生態(tài)網(wǎng)絡構建的研究已形成基本模式：生態(tài)源地識別、綜合生態(tài)阻力面構建與潛在生態(tài)廊道提取。對生態(tài)源地識別,現(xiàn)有研究多以生態(tài)系統(tǒng)服務[8]、生態(tài)安全[9]、景觀連通性[10]、生態(tài)功能重要性[11]等因素作為評價依據(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]或構建相關評價體系[13]獲得,近年來有學者利用夜間燈光數(shù)據(jù)[14]、地形位指數(shù)[15]、地質(zhì)災害敏感性[16]來修正綜合阻力面,使評價結(jié)果更具客觀性。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]研判相對重要生態(tài)廊道。喀斯特地區(qū)作為生態(tài)研究熱點區(qū)域,但喀斯特多山城市生態(tài)網(wǎng)絡構建研究目前少見報道,同時喀斯特地區(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)服務價值,傳統(tǒng)方法僅用單一行政區(qū)域尺度識別生態(tài)網(wǎng)絡,無法發(fā)揮建成環(huán)境內(nèi)生態(tài)斑塊的生態(tài)系統(tǒng)服務價值,因此,根據(jù)不同空間尺度上生態(tài)問題的差異性,針對性構建多尺度生態(tài)網(wǎng)絡并疊置識別重要銜接空間,在滿足較大尺度上生態(tài)網(wǎng)絡結(jié)構基礎上,考慮小尺度環(huán)境中遺存生境的生態(tài)系統(tǒng)服務價值,是目前喀斯特多山城市生態(tài)網(wǎng)絡規(guī)劃亟待優(yōu)化的方法路徑。

綜上所述,本研究以貴陽市中心城區(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)學空間格局分析法(MSPA)和景觀連通性識別中心城區(qū)生態(tài)源地,通過綜合評價識別建成區(qū)生態(tài)源地,基于MCR模型、重力模型、水文分析等方法構建并疊置中心城區(qū)行政區(qū)和建成區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡識別關鍵銜接廊道及節(jié)點,最后對研究區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡進行優(yōu)化。旨在為貴陽市中心城區(qū)在國土空間規(guī)劃和城市開發(fā)建設中協(xié)調(diào)生態(tài)保護與城市發(fā)展提供科學合理的參考。

1 研究區(qū)概況

貴陽市作為我國西南地區(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、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)旅游服務中心。其地處黔中山原中部典型喀斯特地貌區(qū),地跨長江水系烏江支流與珠江水系紅水河支流分水嶺。近年來貴陽市城市化加劇,生態(tài)系統(tǒng)服務功能受損、土地利用結(jié)構失衡,生態(tài)安全以及可持續(xù)發(fā)展受到極大威脅。建設生態(tài)網(wǎng)絡保證區(qū)域生態(tài)安全可對其生物多樣性保護起到直接的促進作用。本研究分中心城區(qū)行政區(qū)和建成區(qū)兩個尺度,中心城區(qū)行政區(qū)包括南明區(qū)、云巖區(qū)、花溪區(qū)、烏當區(qū)、觀山湖區(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個市轄區(qū)范圍內(nèi)實際建成或正在建成的、相對集中分布的地區(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)絡的基礎上構建并優(yōu)化貴陽市中心城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與預處理

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

本研究采用的數(shù)據(jù)包括貴陽市中心城區(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地理數(shù)據(jù)來源于全國地理信息資源目錄服務系統(tǒng)；自然保護區(qū)、山體公園分布等數(shù)據(jù)來源于貴陽市相關規(guī)劃資料；土壤類型數(shù)據(jù)來源于中科院環(huán)境科學數(shù)據(jù)庫。城市山體植物多樣性數(shù)據(jù)來源于野外調(diào)研及文獻查閱。本研究基于中科院土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)分類,遙感影像進行目視解譯后將用地分為林地、草地、水域、建設用地、耕地、未利用地6類(圖1)。

2.2 研究方法

2.2.1基于空間主成分分析的生態(tài)阻力綜合評價

(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)實際情況,從自然屬性和人類活動干擾兩方面選取坡度、高程、歸一化植被指數(shù)等10個指標作為表征研究區(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計算得出,生境質(zhì)量和相對生境退化度通過InVEST模型計算得[14],土地利用類型根據(jù)研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)分類提取,建設用地密度由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,將各單因子評價結(jié)果通過自然斷點法重分類為5級。最后將全部數(shù)據(jù)導出為30 m×30 m柵格。單因子生態(tài)阻力評價結(jié)果見圖3。

圖2 綜合阻力評價指標體系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PCA將相關的空間變量對因變量的影響程度分配到相應的主成分因子上[24]。本文運用ArcGIS 10.2的Principal Components工具,將生態(tài)阻力綜合評價指標柵格依次輸入進行空間主成分分析,得到每個主成分所對應的空間載荷圖和各主成分的累積貢獻率,通過數(shù)理統(tǒng)計方法得到各評價因子權重,將各個評價因子進行加權求和,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為主成分分析的權重,xn為研究區(qū)單因子阻力面。

2.2.2生態(tài)源地識別

(1) 行政區(qū)生態(tài)源地識別

MSPA方法強調(diào)結(jié)構性連接,能從像元層面更加精確地分辨出景觀的類型與結(jié)構[25],將研究用地按形態(tài)輸出為互不重疊的七類(核心區(qū)、橋接區(qū)、邊緣區(qū)、孔隙、孤島、環(huán)道區(qū)、支線)。為保證景觀要素完整性并結(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],其他土地利用類型為背景數(shù)據(jù),利用ArcGIS 10.2軟件將數(shù)據(jù)進行重分類,前景值設置為2,背景值設置為1,缺失數(shù)據(jù)設置為0,導入MSPA分析軟件后輸出TIF圖并對結(jié)果進行統(tǒng)計。通過計算整體連通性指數(shù)(ICC)和可能連通性指數(shù)(PC)來表征研究區(qū)生態(tài)斑塊的景觀連通性水平,在斑塊重要性指數(shù)(dPC)的基礎上識別研究區(qū)生態(tài)源地[27],各指數(shù)計算公式如下：

(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)斑塊進行景觀連通性分析,借助景觀連通性分析軟件Conefor 26,設置連通概率為0.5,計算斑塊連通性指數(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)源地識別

貴陽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)學意義。本文對貴陽市建成區(qū)內(nèi)527座城市遺存山體進行斑塊重要性指數(shù)、斑塊形狀指數(shù)、生物多樣性指數(shù)綜合評價,以此為依據(jù)進行建成區(qū)生態(tài)源地識別。首先利用ArcGIS 10.2中Coverage工具,設置距離500 m,對527座山體斑塊進行聚合。利用Conefor 26軟件計算景觀連通性指數(shù)(dPC),表征生境斑塊對潛在生態(tài)網(wǎng)絡結(jié)構的相對重要性；測算各山體斑塊形狀指數(shù),表征建成區(qū)內(nèi)自然山體的形狀復雜程度；通過實地調(diào)研計算得到建成區(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)三者等權疊加,通過自然斷點法將建成區(qū)自然山體按重要程度分為5類,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)絡構建

MCR模型通過計算物種在景觀阻力面上從源點到目標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散的最優(yōu)路徑[14]。將生態(tài)阻力綜合評價結(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,依次計算每個源點到其他源點的最小耗費路徑,生成潛在生態(tài)廊道?；谥亓δＰ陀嬎闵鷳B(tài)源地間的相互作用矩陣[28],依據(jù)評價結(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間的相互作用強度；Na、Nb分別為源地a和源地b的權重系數(shù)；Dab為源地a、b間潛在生態(tài)廊道標準化值；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)廊道與阻力脊線的交點作為一類生態(tài)節(jié)點,生態(tài)廊道與生態(tài)廊道的交點作為二類生態(tài)節(jié)點。疊加生態(tài)源地、生態(tài)廊道及生態(tài)節(jié)點構成研究區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡。

3 結(jié)果與分析

3.1 中心城區(qū)行政區(qū)生態(tài)阻力評價

中心城區(qū)行政區(qū)生態(tài)阻力指數(shù)經(jīng)過主成分變換后的結(jié)果如下(表1),前9個主成分特征值大于1,前6個主成分的方差貢獻率累積超過了總方差的85%,提取前6個主成分可以合理地反映貴陽市行政區(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、土地利用在第一個主成分上的載荷較大,這些指標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主成分上載荷較大,這些因子反映人類活動影響；距道路距離在第三個主成分中載荷較大,說明第三個主成分與人類活動相關程度高；植被覆蓋、距水體距離在第四個主成分中載荷較大,為自然影響因子；坡度指標在第五個主成分載荷較大；坡度、高程、植被覆蓋度在第六個主成分中載荷較大。第六第五主成分相關程度高的指標為地形因子。因此,可將研究區(qū)生態(tài)阻力評價指標概括為3類影響因子：自然生境影響因子、人類活動影響因子、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)展帶來植被的破壞,導致生態(tài)斑塊破碎化,對研究區(qū)資源環(huán)境和整體生態(tài)安全造成重要影響；人類活動也是影響研究區(qū)生態(tài)阻力格局的重要因子,近年來貴陽市城市化加劇,建設用地密度增大,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)展的同時對生態(tài)環(huán)境帶來了極大破壞；另一個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,進而影響生態(tài)阻力綜合布局。

表1 主成分的特征值及其累積貢獻率

由研究區(qū)生態(tài)阻力等級空間分布圖(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,建設用地密集,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)流動和物種遷移,對研究區(qū)進行生態(tài)網(wǎng)絡構建可以增強生境斑塊間的景觀連通性。

表2 主成分載荷矩陣

分區(qū)域統(tǒng)計研究區(qū)阻力均值,得到研究區(qū)分區(qū)阻力等級劃分圖(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)、烏當區(qū)、觀山湖區(qū)阻力相對較低。分析表明,云巖區(qū)阻力最高是由于其為貴陽老城主體部分,發(fā)展定位以現(xiàn)代生產(chǎn)性服務業(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,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)、烏當區(qū)、觀山湖區(qū)處于城市化擴張階段,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)域阻力等級劃分Fig.5 Division of regional resistance level

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

3.2 中心城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡要素識別與提取

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

通過提取研究區(qū)生態(tài)用地進行MSPA分析,識別出7類景觀結(jié)構(圖6),由MSPA分類統(tǒng)計(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%,在七類景觀結(jié)構類型中占比最大,其次為邊緣區(qū)。整體來看,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15個核心區(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)景觀連通性低,不利于物種遷移和物質(zhì)流動,需要加強對原有生態(tài)斑塊的保護并增加生態(tài)源地。

(2)建成區(qū)生態(tài)源地提取

通過對建成區(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)、生物多樣性進行等權疊加,通過自然斷點法將結(jié)果分為5級,得到建成區(qū)自然山體斑塊綜合評價(圖7)。選取極重要、重要斑塊共28個作為建成區(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、阿哈湖國家濕地公園、花果園濕地公園所在斑塊綜合評價值最高,應加強生態(tài)保護。

表3 形態(tài)學空間格局分類統(tǒng)計

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價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)廊道景觀構成類型表可以看出(表5),兩個尺度的生態(tài)廊道中占比最多的景觀類型均為林地,分別占比84.06%和65.83%,說明林地是聯(lián)系各生態(tài)斑塊并保證生態(tài)遷移的關鍵景觀類型。行政區(qū)生態(tài)廊道景觀類型中,耕地占比第二,建成區(qū)生態(tài)廊道中建設用地占比第二,主要是因為在行政區(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),建設用地為主要景觀類型。因此,針對不同尺度上的生態(tài)廊道建設其側(cè)重點應有不同。

表5 生態(tài)廊道景觀構成類型表

通過重力模型計算識別到行政區(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,部分穿過建成區(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)劃中應采取相應措施以提升廊道穩(wěn)定性。連接行政區(qū)西北和東北的生態(tài)廊道長度較短,且主要位于核心區(qū)內(nèi)部,穩(wěn)定性高,應注意對周邊林地的保護。

識別到建成區(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)劃應著重加強與其他斑塊間的聯(lián)系,保護現(xiàn)有南北連通廊道的同時利用周邊生態(tài)源地形成廊道網(wǎng)絡,以提升建成區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡整體連通性。

3.2.3生態(tài)節(jié)點

識別到行政區(qū)一類生態(tài)節(jié)點29個,主要分布在花溪區(qū)、烏當區(qū)、觀山湖區(qū),其中林地19個,占一類生態(tài)節(jié)點的65.52%,耕地6個,占20.69%。識別到二類生態(tài)節(jié)點33個,各區(qū)均見分布,二類生態(tài)節(jié)點中,林地20個,占60.1%,耕地9個,占27.27%。識別到建成區(qū)一類生態(tài)節(jié)點25個,主要分布在生態(tài)源斑塊密集的觀山湖區(qū)和云巖區(qū),一類生態(tài)節(jié)點林地占18個,占一類生態(tài)節(jié)點的72%,其次為建設用地3個,占12%。建成區(qū)二類生態(tài)節(jié)點17個,主要分布在建成區(qū)周邊,其中林地占14個,占生態(tài)節(jié)點總數(shù)的82.35%。兩類生態(tài)節(jié)點都是生態(tài)功能薄弱的關鍵點,要加強保護。

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

3.3 生態(tài)網(wǎng)絡構建

分別將行政區(qū)與建成區(qū)兩個尺度上識別到的生態(tài)源地、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點進行疊加,初步得到貴陽市中心城區(qū)行政區(qū)和建成區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡(圖8、圖9)。

疊加行政區(qū)與建成區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡,兩個尺度生態(tài)網(wǎng)絡間重合生態(tài)廊道10條,重合長度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)點共重合5個,其中2個位于建成區(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的生態(tài)源地間生物暫棲地,對提升生態(tài)網(wǎng)絡穩(wěn)定性具有重要作用,較長生態(tài)廊道中部及生態(tài)節(jié)點集中區(qū)域需要設置踏腳石斑塊以保證生態(tài)網(wǎng)絡功能的發(fā)揮[10]。研究區(qū)南北部分生態(tài)源地距離較遠,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個二類生態(tài)節(jié)點作為踏腳石斑塊以提升生態(tài)網(wǎng)絡穩(wěn)定性。最終形成貴陽市中心城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡如圖10所示。

4 討論

4.1 喀斯特山地城市生態(tài)網(wǎng)絡的構建方法

貴陽市作為典型的喀斯特地貌多山城市,是我國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]?，F(xiàn)有研究多從市域、省域、城市群等單一大尺度進行生態(tài)網(wǎng)絡構建[1],喀斯特多山城市環(huán)境下的遺存生境對整體生態(tài)網(wǎng)絡功能效益的發(fā)揮與銜接作用往往被忽略。本文針對性構建行政區(qū)-建成區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡,在滿足較大尺度上生態(tài)網(wǎng)絡結(jié)構基礎上,考慮喀斯特城市建成環(huán)境中遺存生境,能有效推動喀斯特多山城市生態(tài)網(wǎng)絡的合理構建與優(yōu)化?；谥鞒煞址治鰳嫿ㄑ芯繀^(qū)的阻力面,能有效減少數(shù)據(jù)冗余、客觀性更強[30],通過本文研究發(fā)現(xiàn),影響貴陽市行政區(qū)綜合阻力的因子主要為自然影響因子、人類活動影響因子、地形影響因子,這一結(jié)果符合喀斯特區(qū)域空間特征[31],同時分區(qū)統(tǒng)計阻力發(fā)現(xiàn)各區(qū)阻力等級呈中心高周圍低的態(tài)勢,與肖楊等對貴陽市生態(tài)安全格局研究結(jié)果基本一致[32],說明基于主成分分析構建的阻力面可以有效表征研究區(qū)生態(tài)安全水平,實現(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Fig.9 Ecological network of the built-up area

圖10 貴陽市中心城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡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)絡空間保護與修復建議

(1)生態(tài)網(wǎng)絡空間分類管控

國家十四五規(guī)劃提出構建國土空間保護新格局,再次從戰(zhàn)略目標層面對國土空間開發(fā)保護提出新要求[33],對生態(tài)功能空間的保護與利用是高質(zhì)量發(fā)展國土空間開發(fā)保護的重要途徑[2],生態(tài)網(wǎng)絡構建結(jié)果區(qū)分出生態(tài)源地、生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點,根據(jù)其空間分布特征,實施空間分類管控,能有效指導生態(tài)空間優(yōu)化。從行政區(qū)空間尺度來看,生態(tài)源地是生態(tài)保護的核心區(qū)域,是保障自然生態(tài)系統(tǒng)服務的最小生態(tài)用地底線[34],研究篩選出15個斑塊作為行政區(qū)生態(tài)源,涵蓋了青巖油杉自然保護區(qū)、香紙溝風景名勝區(qū)、相思河風景名勝區(qū)、百花湖風景名勝區(qū)等典型生境,是保證生態(tài)安全的重要戰(zhàn)略點,這類生態(tài)源地基本與貴陽市二環(huán)林帶在空間上疊加,應編制控制性的詳細規(guī)劃,加強環(huán)城林帶的保護與管理；從建成區(qū)空間尺度來看,研究篩選出28個斑塊作為建成區(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)服務價值的同時兼具美學價值,在提供游憩等服務功能的同時要考慮環(huán)境承載力,對森林植被、水資源等的保護,應當提出相應的規(guī)定以便實施統(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用地包圍之中,島嶼化嚴重,建議結(jié)合緩沖區(qū)設置保證其景觀連通性。

(2) 生態(tài)網(wǎng)絡關鍵銜接空間生態(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)絡識別到的銜接生態(tài)廊道還具有重要的結(jié)構與功能雙重銜接作用。本研究識別到銜接廊道主要位于建成區(qū)北部,結(jié)構上連通貴陽市一環(huán)林帶和二環(huán)林帶,應作為優(yōu)先保護與修復區(qū)域,可與城市公共空間建設協(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)點應以提升生態(tài)質(zhì)量為目標[28],研究識別到銜接節(jié)點5個,2個位于建成區(qū)內(nèi)部,被建設用地包圍,應劃定開發(fā)控制線,擴大緩沖區(qū)范圍,避免城市活動對其的破壞。建成區(qū)外部的銜接節(jié)點位于阿哈湖水庫水源保護區(qū),用地情況主要為林地和濕地,應以保護與修復為主,改善水質(zhì)和連通性。本文研究發(fā)現(xiàn)還存在以下不足：在對建成區(qū)生態(tài)斑塊的綜合評價上僅選擇了形狀指數(shù)、植物多樣性、斑塊連通性三個方面,受到模型、數(shù)據(jù)等不確定因素的限制,相關生態(tài)系統(tǒng)服務的需求并未納入指標體系,同時缺乏相關社會經(jīng)濟數(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,其次本文僅從識別銜接廊道及節(jié)點入手考慮兩個空間尺度生態(tài)網(wǎng)絡的綜合生態(tài)效益發(fā)揮,未來需要進一步考慮兩個空間尺度生態(tài)網(wǎng)絡的有效銜接。

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)境建設的珍貴資源,但由于城市建設用地緊張,這些城市遺存山體以及其它城市綠地斑塊的連通性很低。本研究基于景觀生態(tài)學原理,運用形態(tài)學空間格局和景觀連通性在研究區(qū)識別生態(tài)源地43塊,城市遺存山體是主要的生態(tài)源地貢獻者；綜合運用最小累積阻力模型、重力模型和水文分析等方法,識別行政區(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；識別行政區(qū)和建成區(qū)一類生態(tài)節(jié)點分別為29、25個,二類生態(tài)節(jié)點33、17個；通過兩個尺度生態(tài)網(wǎng)絡要素疊加,最終構建了貴陽市中心城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡。研究結(jié)果可為貴陽市中心城區(qū)在未來用地空間上協(xié)調(diào)生態(tài)保護與城市發(fā)展提供科學合理的參考。