（自然地理学专业论文）厦门城市生态功能网络构建研究.pdf

福建师范大学郭宏斌硕士学位论文 h 咚 蠢 t 事夕” ， 摘要 a b s t r a c t c u r r e n t l y , i m p r o v i n g t h ec o n n e c t i o no fe c o l o g i c a lf t m e t i o nn e t w o r ki s m e a n i n g f u lt ot h ep r o m o t i o no ft h eu r b a ne c o s y s t e mf u n c t i o na n dv a l u e , a n dt h e r e s t r i c t i o no fu r b a np a t t e r n ss p e e di nu r b a nl a n d s c a p es y s t e m t a k i n gx i a m e na l sa n e x a m p l ea n da d o p t i n gr e m o t es e n s i n g 皿s ) a n dg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) t e c h n o l o g y , t h i sp a p e rm a k e st h em a po ft h el a n d s c a p et y p ei nt h er e s e a r c h i n ga r e a u s i n gf a c t o ra n a l y s i sa n dt h ee n t r o p ym e l h o c kt h ee c o l o g i c a lf u n c t i o nr e s i s t a n c e a m o n ga l lt h el a n d s c a p ec o m p o n e n t si nt h es t u d ya r e aw a se s t a b l i s h e d w i t ht h e a s s i s t a n c eo fg i ss o l 凸t w a r e , t h eo p t i m a lp a t ho fc o r r i d o r si ne c o l o g i c a lf u n c t i o n n e t w o r kw i t se x t r a c t e do nt h eb a s i so ft h e l e a s tc o s t m o d e l i n ga n dt h eo p t i m i z e d f r a m e w o r ko fe c o l o g i c a lf u n c t i o nn e t w o r kw a sc o n f i r m e db yt h en e t w o r ks t r u c t u r a l a n a l y s i s o nt h i sb a s i s ，o p t i m i z a t i o na n dc o n s t r u c t i o np r o j e c t sa b o u te c o l o g i c a l f u n c t i o nn e t w o r kw e r ep u tf o r w a r d t h er e s u l t si n d i c a t e d 弱f o l l o w s ：( 1 ) a m o n gv a r i o u sl a n d s c a p ep a t t e r nm e l r i e s ， t h ea r e a la n dd e n s i t ym e t r i c s ，p r o x i m i t ya n dc o n t a g i o nm e t r i c sa n ds h a p em e t r i c sh a v e p a r t i a lc o r r e l a t i o n ( 2 ) c a 、p d 、i j i 、m e s h 、s p l i t 、a i 、l s i 、p a r a - m n 、p a r a c v 、 f r a c - a mi n d e xa n de s vw e r ec h o s e n 鹤t h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fe c o l o 百c a l f u n c t i o nr e s i s t a n c ei nt h es t u d ya r e a ( 3 ) f r o ma n a l y s e so ft h ee c o l o g i c a lf t m e t i o n n e t w o r ks e tu ph i e r a r d a i c a l l yu s i n gt h e l e a s tc o s t m o d e l i n g ，i ts h o w e dt h a tm o s t u r b a nf o r e s ta n dp u b l i cg r e e ns p a c ed i s t r i b u t i o nv a r yi ns p a c e c o n s i d e r e d 鹤t h e e c o l o g i c a ls t e p p i n g - s t o n ei nt h ec u r r e n tu r b a na r e a s ，s o m l 。u r b a ng r e e ns p a c ew 鹤 i s o l a t e di nb o t hs p a c ea n df u n c t i o ni su n a b l et of o r me f f e c t i v en e t w o r kc o v e r a g e s o m ee c o l o g i c a lf u n c t i o nn o d e si nc u r r e n tm b a na r e ah a v el o w e rq u a l i t y s t a b i l i t yo f t h ee c o l o g i c a ls y s t e mi sp o o l a n dt h ee c o l o g i c a lf u n c t i o nf l o wc a n n o tc o n n e c tv e r y w e l l k e y w o r d s 1 a n d s c a p ee c o l o g y , e c o l o g i c a lf u n c t i o nn e t w o r k , l e a s t - c o s t m o d e l i n g , x i a m e ne i t y 福建师范大学郭宏斌硕士学位论文 i v ， - - 中文文摘 中文文摘 城市景观具有很大的非稳定性，在不断的发展过程中，新旧城市都在不断的 进行着功能更新。随着全球经济一体化、多极化不断深入，世界各国的市场经济 日趋成熟，社会发展日新月异，在发展中国家，对土地的利用和开发同时面临新 征开发和置换更新使用两个过程，土地覆被变化频繁。由此形成的景观格局缺乏 基本的生态功能连续性，对生态系统的边缘化效应日益严重，威胁着城市系统中 生境和物种的多样性，干扰着城市生态过程的动态稳定。藉此，应从城市系统内 各景观组分的功能和空间结构入手，依据各景观组分的不同功能进行空间配置， 在各生态斑块间建立网络连接，增强各生态单元在空间和功能上的联系，通过网 络覆盖来实现城市生态系统的连续性和完整性，维持整体生态功能的高效性和稳 定性。借助网络的网格效应对城市功能组分网格化，控制城市用地的无限蔓延及 浪费，降低人类活动对城市生态规律的干扰，实现社会、经济和生态的可持续发 展。 本文在国内外相关研究成果的基础上，以厦门市为例，采用因子分析法剔除 格局信息重复的景观格局指数，对研究区进行景观格局分析和各类型景观的生态 服务价值评价，确立研究区各景观组分的生态功能阻力评价指标体系；运用熵值 法分析不同景观类型的结构和功能( 即评价指标体系) 对于城市生态功能流的影 响程度并依据权重制作研究区的生态功能耗费梯度表面；在g i s 软件辅助下， 计算各个生态功能结点的生态阻力趋势面，分级构建研究区显性和潜在生态功能 流，并依据最小耗费距离模型计算其最小生态功能耗费的路径，藉此构建生态功 能网络中廊道的最佳路径；通过网络结构分析，确定生态功能网络的最优框架， 并评价目前研究区构建生态功能网络体系存在的问题。最终根据研究结果提出生 态功能网络优化及建设方案，使各网络要素的景观生态功能得到整体提升，促进 城市景观结构以及物种、生境的多样性和稳定性，最大程度改善城市环境，维持 厦门市的生态安全。本研究的方法和结果可为城市生态功能网络研究的定量分析 及网络的建设提供科学依据和参考。 文章总共分为六章，具体内容如下： 第一章，城市生态功能网络概念综述。从城市生态功能网络的内涵、功能、 构建原则和途径三方面入手，简单概括城市生态功能网络及其规划的含义和意 义，并为下文的网络优化措施提供理论依据。 v 福建师范大学郭宏斌硕士学位论文 第二章，研究的理论方法与研究方案。论述研究理论方法，介绍构建生态功 能网络最小耗费的相关理论、景观格局指数的因子分析法、熵值法、最小耗费距 离模型基本原理和具体实现方法及网络结构分析相关原理。同时，还概括了本文 的研究内容、方法，并给出技术路线，为下文研究的展开做好了铺垫。 第三章，研究区概况。从自然环境与生态状况、社会和经济状况两方面概述 了厦门市的基本状况。 第四章，生态功能阻力评价体系。采用因子分析法剔除格局信息重复的景观 格局指数，对研究区进行景观格局分析和各类型景观的生态服务价值评价，确立 研究区各景观组分的生态功能阻力评价指标体系；运用熵值法分析不同景观类型 的结构和功能( 即评价指标体系) 对于城市生态功能流的影响程度并依据权重制 作研究区的生态功能耗费梯度表面；结果表明，面积密度指数类型中，研究区的 斑块类型面积与景观丰富度及以斑块周长为主要标准的指数所表征的格局信息 是一致的，斑块密度指数相对独立。在研究区内利用斑块的总面积和边晃密度无 法准确反映斑块的破碎化程度；在邻近度和蔓延度指数类型中，m e s h 和s p l i t 指数基本可以代表其它几种指数所表征的格局信息。对于u i 及a i 所表征的信息， 在这类型指数中具有相对独立性，说明研究区内根据单一景观类型的空间分布 特征无法预测不同景观类型间的镶嵌和组合状况；在形状指数类型中，同种意义 的参数选取和不同的计算方法得出了不同的结果，由此可见，在研究区各景观类 型中，有一种或几种类型的景观斑块总体形状与单个斑块形状的变化趋势不一 致。最终确定c a 、p d 、i j i 、m e s h 、s p l i t 、a i 、l s i 、p a r a - m n 、p a r a c v 、 f r a c - a m 指数及e s v 值为研究区景观生态功能阻力的评价指标体系，并赋予 权重。 第五章，厦门最小耗费生态功能网络。在g i s 软件辅助下，利用研究区生 态功能耗费梯度表面数据计算各个生态功能结点的生态阻力趋势面，分级构建研 究区显性和潜在生态功能流，并依据最小耗费距离模型计算其最小生态功能耗费 的路径，藉此构建生态功能网络中廊道的最佳路径；最终通过网络结构分析，确 定生态功能网络的最优框架，并评价目前构建生态功能网络体系存在的问题。研 究结果表明：如只在最适宜生态功能流通过的耗费级别上建立网络，网络要素基 本处于分散和被孤立状态，根本无法实现城市生态功能流的迁移循环；尽管降低 阻力限制可以提升网络的可达性，但在局部建成区内仍无法形成有效地网络覆 盖；部分廊道为寻求最小耗费路径导致迂回路线过长。由此可见，研究区大部分 - 卜 中文文摘 城市森林及公共绿地在空间上分布不均，建成区内作为生态“垫脚石”的部分城 市绿地在空间和功能上被孤立，在生态功能薄弱区域无法形成有效的网络覆盖， 同时也表明建成区内部分生态功能结点质量较低，生态系统稳定性差，生态功能 流无法形成良好的衔接。 第六章，厦门城市生态功能网络优化对策。这是依据第一章的相关理论和第 四、五章的分析，针对当前构建网络存在的问题，提出了厦门城市生态功能网络 优化的措施与建议。 第七章，结论与展望。对研究结果进行概括和总结，指出研究的不足，并对 该研究未来进行展望。 福建师范大学郭宏斌硕士学位论文 目录 目录 中文摘要i a b s t r a c t 中文文摘。 目录：i x 绪论：。1 1 研究背景及意义 研究背景 1 1 2 研究意义2 2 国内外相关研究进展3 2 1 城市生态功能网络理论的发展及国外相关研究成果3 2 2 城市生态功能网络国内相关研究成果。二。6 第一章城市生态功能网络概念综述。 1 城市生态功能网络的概念。 ；9 9 1 1 城市生态功能网络的涵义。：9 1 2 城市生态功能网络的空间功能单元o 。1 0 2 城市生态功能网络的功能。 2 1 环境与生态功能。 2 2 社会功能。 1 1 1 1 3 城市生态功能网络构建的原则和途径。1 2 3 1 城市生态功能网络构建的原则 3 2 城市生态功能网络构建的途径 第二章研究理论方法与研究方案 1 研究理论方法。 1 2 1 1 构建生态功能网络最小耗费的相关理论。1 5 1 2 景观格局指数的因子分析法。 1 3 熵值法 1 4 最小耗费距离模型原理。 1 6 1 5 最优城市生态功能网络结构分析。 2 研究内容、方法和技术路线 i x 1 8 福建师范大学郭宏斌硕士学位论文 研究内容 2 2 研究方法。o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o2 l 2 3 技术路线 第三章研究区概况。2 3 l 自然环境与生态概况。 1 0 ! 地理位置与面积 10 2 地质地貌 1 0 3 土壤植被。 1 0 4 气候状况 1 5 水文状况。 2 社会和经济状况。 第四章生态功能阻力评价体系 l 景观生态功能阻力评价参量 1 0 l 生态功能流影响因子的选取 1 0 2 评价指标的相关性分析 2 景观格局分析 2 1 ； 2 ! ； 3 景观生态功能阻力评价指标的权重。3 3 4 本章小结 第五章厦门最小耗费生态功能网络 1 基于最小耗费距离模型的网络构建 2 网络结构分析 3 本章小结。 3 4 3 7 3 7 第六章厦门城市生态功能网络优化对策 l 厦门城市景观生态存在的问题。 1 0 l 城市景观格局不合理 1 0 2 城市生态脆弱性强 4 1 2 厦门城市生态功能网络优化的措施和建议 2 0 l 强化生态功能网络要素的生态建设 2 2 加快城市生态恢复。 2 3 优化城市生态功能网络结构 2 4 生态功能网络与城市功能网络的拟合 x 4 5 4 6 4 8 4 9 目录 第七章结论与展望。 1 主要结论 5 1 2 研究展望。一5 2 参考文献。 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果 致 个人简历o 。 6 1 福建师范大学硕士学位论文独创性和使用授权声明6 5 福建师范大学郭宏斌硕士学位论文 一 绪论 绪论 1 研究背景及意义 1 1 研究背景 工业革命以来，人类科学技术有了长足的进步，社会和经济的发展进程达到 了跳跃式的水平，但伴随着城市化进程的不断加快，人类对于自然资源的消耗也 已经到达了历史上空前的水平，日益严重的大气污染、水污染、生物多样性锐减 等一系列生态、环境问题和越来越尖锐的土地、能源及各种资源的枯竭危机已经 从城市中心区蔓延到了乡村。由此，世界各国的人们愈加清楚的认识到，正确的 处理人与自然的相互关系是人类社会经济发展必须予以考虑的问题，是一种必须 予以协调的根本关系。经过了“田园城市 、“城市公园”、“草原式景观 等 众多的理论探讨和实践，现代生态规划的理念和相关理论应运而生，并得到了世 界各国的普遍认同，生态理念迅速被贯彻到各个层面和各个行业。 早在1 9 世纪中叶，人们就开始思考应如何利用科学的方法对城市进行改造， 已达到保护自然和集约利用土地资源的目的。2 0 世纪5 0 年代，频繁的工业污染 和大规模的开发建设重创了自然生态系统，给人们的日常生活带来了前所未有的 巨大影响，面对如此严重的环境问题，人们不得不开始广泛关注如何对人居环境 进行科学的规划，力求在有限的资源支撑下进行社会经济发展和生态治理。1 9 世纪中叶到2 0 世纪初，“城市公园运动一、“带型城市一、“田园城市一、“卫 星城镇 等生态规划构想相继被提出，并在世界得到广泛的响应；1 9 7 2 年联合 国斯德哥尔摩人类环境会议通过了 后，全球环保运动不断扩大 深入，全球广泛展开了以追求人与自然和谐共处为目标的“绿色革命一；1 9 7 6 年“人居环境 的概念在人居大会上被提出，它阐述了人类生活的舒适程度不仅 限于室内或小范围周边地区，而是涉及到人类生产生活所涉及的大尺度环境范 围；1 9 7 8 年“可持续发展的概念以及1 9 8 7 年 我们共同的未来报告的提出， 为生态经济社会复合系统的协调发展以及集约利用、管理自然资源提供了纲领 性的建议【l 硼，联合国环发大会倡导的可持续发展思想得到全球各国的赞同，大 多数国家已将其纳入到了经济、社会发展的基本战略中。 受恢复和改善生态、环境思潮的影响，现代的城市生态建设运动已全面展开， 针对生态脆弱性较强的城市系统，其内部的生态功能系统已受到各相关学科学者 们的高度重视。世界各国相关研究人员不断尝试运用更为科学的研究手段揭示人 福建师范大学郭宏斌硕士学位论文 类行为对生态和环境的影响，并采取有效的规划设计方法协调人与自然的关系， 缓解环境污染、生态破坏及资源短缺等问题。 1 2 研究意义 城市景观具有很大的非稳定性，在不断的发展过程中，新旧城市都在不断的 进行着功能更新。随着全球经济一体化、多极化不断深入，世界各国的市场经济 日趋成熟，社会发展日新月异，在发展中国家，对土地的利用和开发同时面临新 征开发和置换更新使用两个过程，土地覆被变化频繁，尤其是城郊的过渡带，成 了城市中心区向外扩张过程中景观变化最为剧烈的区域。在这种情况下，需在土 地利用格局调整的过程中采取科学的空间优化配置方式，合理调整自然景观在城 市系统中的配置结构，尽量减少人为社会经济活动对自然景观的干扰，增强景观 斑块间功能的联系程度，避免社会经济的发展不断对原有自然景观造成破坏导致 生态效益的降低和城市景观单一化的趋势。 在第三次信息革命的推动下，交通、信息和网络技术迅猛发展，冲击着人类 传统的生活模式，人类的工作生活空间不再强调区位的统一性，而是日趋个性化、 多元化，出于对生活环境品质的追求，城市空间布局越来越分散。且由于资源消 费异地化的影响，许多原料加工和产品生产都逐渐向城市以外转移，建设用地大 量残蚀城郊和远郊的原始自然景观，严重威胁着对城市具有重要生态价值的各类 生态系统和原始生境 2 1 。由此形成的景观格局缺乏基本的生态功能连续性，对生 态系统的边缘化效应日益严重，威胁着生境和物种的多样性，干扰着生态过程的 动态稳定藉此，急需在各种尺度范围内建立由自然、半自然景观组分构成的生 态功能网络体系，以此增强各类型生态系统在空间和功能上的联系，构建一个自 然高效且具有一定自我维持能力的大范围生态功能系统，以此来保护具有重要价 值的生态要素，并促进生境结构以及物种的多样性和稳定性，维持城市生态安全。 目前，人们普遍认为，城市作为高密度的人类活动中心，社会经济活动与各 类生态系统的矛盾尤为突出，缓解诸多社会经济发展所产生的连锁问题，首先要 调整城市景观格局，改善城市景观生态功能，尽可能降低人类干扰对自然生态和 人工生态产生负效应，同时增强城市内部生态系统的自我维持能力，从根本上解 决城市生态系统的恢复和保护问题。必须突破针对城市中个别生态系统和生态问 题的研究框架，避免重视局部生态而忽略整体生态，应将研究重点着眼于城市系 统内部的整体生态过程刚藉此，应充分发挥景观生态学的应用价值，从城市 系统内各景观组分的功能和空间结构入手，依据各景观组分的不同功能进行空间 2 绪论 配置，在各生态斑块间建立网络连接，增强各生态单元在空间和功能上的联系， 通过网络覆盖来实现城市生态系统的连续性和完整性，维持整体生态功能的高效 性和稳定性。借助网络的网格效应对城市功能组分网格化，控制城市用地的无限 蔓延及浪费，降低人类活动对城市生态规律的干扰，实现社会、经济和生态的可 持续发展。 2 国内外相关研究进展 2 1 城市生态功能网络理论的发展及国外相关研究成果 2 1 1 “点、线”式城市生态功能服务系统 1 9 世纪中叶，欧洲的城市化问题逐渐引起各发达国家的广泛关注，人们普 遍意识到，在城市系统中，必须进行生态恢复才能改善和缓解快速工业发展对环 境的影响。北美语言学家gp m a r s h 首次用科学观点阐述了城市中盲目的土地利 用开发给生态系统造成的影响，受到了世界各地城市规划和土地规划学界的普遍 认同，自然生态要素首次成为了城市规划的主体部分。1 8 4 9 年，美国的“城市 公园运动 兴起。f l o l m s t e d 和c v a u x 在纽约设计了第一个城市公园，该公 园改善了附近区域的生态环境，提升了该区域的美学价值，并增加了土地利用的 税金收入；在美国的老工业城市波士顿，c e l i o t 利用湿地、山地等景观类型及 其地形差异在闲置土地上建立了一个休闲娱乐公园，这个开放式空间系统既集约 的保护了城市中珍贵的自然生态系统，又为城市居民提供了游憩和亲近自然的机 会。1 8 8 2 年，西班牙工程师a r t u r os o f i a y m a t a 提出了“带型城市 理论【3 1 ，他 将城市中的建设用地设计成带状分布，绿地系统夹着建设用地随之不断延伸。直 到今天，这类城市的生态绿化仍比周围其它区域强很多，被誉为第一代花园城市。 1 8 9 8 年，英国城市环境恶化严重，e h o w a r d 和r u n w i n 认为，高污染、高密 度的城市环境己不适合人类居住，并提出了“田园城市 的构想 3 , 4 1 。这个构想 认为，应缩小城市的规模，并用环带状的郊区包围城市，将城市人口迁移到具有 广阔农田的郊区，通过便利的交通系统与城市中心相连接。这样既不影响社会经 济的发展，又改善了人居环境，并在一定程度上缓解工业污染和土地浪费。莫斯 科市的第一个市政建设总体规划其中一项内容就是在城市用地外围建立1 0 k m 宽 的森林公园带【3 】，以此缓解城市生态的压力。 直到2 0 世纪初期，“城市公园 和“田园城市 仍是世界各国构建城市生态 体系的主要思想，这种思潮促进了城市近郊、远郊的发展，导致城市中心区逐渐 衰弱，出现了逆城市化现象。处在这一时期的城市生态建设集中保护了城市内部 3 福建师范大学郭宏斌硕士学位论文 和城郊具有重要价值的生态系统，为发展城市生态服务系统，改善城市环境奠定 了基础但这种生态服务系统尚未形成网络体系，无论是生态斑块还是条带状的 生态廊道，其存在意义仅限于附近区域的生态恢复和环境改善，各个生态单元较 为孤立，只是由点状和线状生态要素组成的镶嵌式系统。这种系统无法对密集的 建成区形成良好的覆盖，无法从根本上解决城市化所带来的问题，也难以适应新 时代城市发展的需求。 2 1 2 城市生态功能服务系统“网络化一 从2 0 世纪中期开始，由于社会经济的发展，城市系统中各类型景观组分的 空间位置日趋分散，原有的点状和线状生态功能要素已无法在现有的城市景观格 局下满足城市的生态需求。因此，对于城市生态功能服务系统的建设已有意识的 朝着网络化的方向发展。伺时，人们也开始广泛认识到，作为一个由多种复杂要 素构成的城市景观系统，其内部各组分间存在着一定的联系，如改变某一部分， 必然会对其他部分产生影响。在构建网络化的城市生态功能服务系统过程中，应 充分考虑社会经济发展所需的景观格局及这种格局对生态过程产生的影响，调节 生态功髭斑块和城市功能斑块的整体空间配置，以实现城市功能和生态功能的协 调发展。 1 9 4 5 年，华沙在进行城市规划的过程中，决定扩大城市绿地面积，扩展绿 化走廊和沿河走廊，并利用形成的网络结构限制城市用地的扩张【3 1 。2 0 世纪6 0 年代末，w h y t e 首次提出了“绿道 的概念，他认为，在交通沿线两侧或重要的 生态系统间都应设置生态通道，构成完整的网络体系，实现城市生态过程的完整 性。美国德克萨斯州w o o d l a n d 镇的绿道规划对原始的河流和冲积平原进行加工， 使之成为城市在树林中的延伸，这些绿道网络的设置不但保护了动植物栖息地， 还改良了大部分地区的生态状况，并在一定程度上削弱了洪水的危害【5 】。目前， 各国对于绿道的建设通常指根据需要为城乡范围内的线型开敞空间划定一定范 围的生态敏感区、农业生产用地或绿化缓冲区作为城市生态廊道或隔离带，如河 流溪谷、铁路公路沿线或城市街道等，连接城乡景观要素并形成网络体系，是一 种集环境保护、生态恢复、休闲游憩于一体的有效载体 6 - 9 1 。荷兰景观生态学界 提出了景观生态规划的重要研究手段g e m 模型，其基本思想是揭示人类社会与 自然之间的相互作用。该模型可以根据城市中各类自然生境的特点和功能，评价 其实现各自生态功能所具有的适宜性和能力，并最终结合区域社会经济发展做出 适宜的生态功能系统规划。7 0 年代，美国马萨诸塞大学研究组对波士顿大城市 4 绪论 区域进行研究，发展了m e t l a n d 规划模型，实现了在对生态功能网络各要素 进行规划的过程中，同时纳入了社会经济发展适宜性以及生态相容性两种评价体 系【。i h a l p 血在滨海农场住宅的开发项目中，充分保留该区域生态网络的原 始自然过程，并通过规划将之反映出来，取得了开创性的成果。p h l e w i s 在对 威斯康星洲某一公园系统进行规划的过程中，发现该区域沿州内河流分布的廊道 地区是最需要保护的地方，应该将所有景观空间和资源镶嵌在河流生态廊道组成 的网络框架上，将自然过程与人文过程有机的融合【2 】。l h a l p r i n 和p l e w i s 因地 制宜的设计方案为生态功能网络的建设提供了新思路。 城市生态功能服务系统网络化是城市景观格局发展的必然趋势，在这期间， 对于网络要素之间的联系程度和与其它类型景观间的相互作用得到了普遍重视， 人们开始探讨生态功能网络结构、功能和生态过程之间的关系，使其成为更稳定、 多样性更强的开放空间系统，生态功能网络理论研究日渐成熟。 2 1 3 城市生态功能网络的多层次、多功能拟合 随着世界各国对城市生态功能网络研究的不断深入，人们除传统的对宏观网 络结构进行研究外，还将研究重点集中于对网络要素、网络等级及功能拟合等方 面。通过对类型及特征各异的网络要素进行研究，探讨其对网络中生态功能流的 影响：并结合生物学、植物学等相关理论研究城市内各景观组分的内部生态学过 程，揭示生态功能斑块之间及其与城市功能斑块之间相互作用的机制和过程；分 析网络中各组分基于不同目标的功能价值，在不同的层次上进行分级网络构建， 并进行拟合。力求建立一个多层次、多目标、功能高度复合、自我维持和恢复能 力更强的生态功能网络。 f b o n a 以意大利西北部阿尔卑斯山的两个流域为例，运用地理信息系统的 地统计分析方法研究生态功能网络中各部分的线性网络要素对鹿群生物量的影 响，并推测出不同的影响所产生的鹿群生存适宜性。c o s t a n z a 依据大气成分调节、 气候调节、抗干扰能力、水调节、水土保持控制、土壤过滤、物质循环、物质生 产、潜在资源、休闲娱乐等1 7 种指标，基于全球范围对各类型生态系统进行生 态服务功能价值的评价，并使用u s h a 作为量化的标准【1 0 1 。美国林业署开发的 c i t yg r e e n 模型对城市生态功能网络中各要素的生态效益进行评价，对适宜的土 地利用方式进行探索，研究结果能够指导城市生态功能网络的规划【1 1 1 3 1 ，进而有 效地协调社会经济发展与城市生态功能的关系，实现土地利用的生态服务高效 能。s k l n r 和c o n s t a r m a 利用重力模型分析生态功能网络中结点之间的相互作用， 福建师范大学郭宏斌硕士学位论文 根据作用的大小权衡结点间潜在生态廊道的可行性【1 4 1 5 】，作为构建生态功能网络 的依据。h o c t o r t s 以佛罗里达州生态功能网络为例，借助g i s 软件操作平台， 将目标种群的主要栖息地、珍稀生态群落、湿地、河漫滩等主要生态斑块的土地 利用信息和资料作为基础数据，集成决策支持系统，利用差距分析模型和决策支 持模型鉴别大范围区域内潜在生态廊道和需优先保护的生态斑块【1 6 1 。e a c o o k 利用对生态功能网络中斑块和廊道的大小、类型、内部植物构成及多样性、外环 境及网络结构进行综合评价，用以探讨美国菲尼克斯市生态功能网络的自我维持 和恢复能力旧。 2 2 城市生态功能网络国内相关研究成果 基于国内城市生态状况与环境问题，在国外景观生态学研究思潮的影响下， 国内对于城市生态功能网络的研究也出现了很多具有普遍和特殊意义的研究理 论和成果。 肖笃宁认为，城市发展所带来的诸多生态和环境问题，很大程度上是由于景 观布局不合理，造成了城市景观系统各组分之间的不协调，从而使城市生态系统 的功能削弱。应对城市的空间环境进行合理组织，实现城市生态系统的生态良性 循环、与外部空间有机联系及景观组分间的和谐【l 】。生态功能网络是实现这一构 想的最佳途径，结点与廊道组成的线性网络体系既能将相互分离的简单系统连接 起来形成完整系统；又可以有效地促进能流的移动，还可以限制斑块的扩张。 邬建国认为，作为生态功能网络的重要组成部分，廊道的宽度、曲度及内环 境等形态和功能特征是制约生态功能流传导、过滤、源汇的主要因素；而在斑块 与廊道之间，若二者的生态结构相似，就可以满足内部种的迁移需要，如植物区 系构成较为相似，则效果会更理想；若二者相互排斥，则会抑制生态功能流的扩 散【1 8 】。韩博平将生态功能流在生态功能网络中的宏观分布随时间的变化定义为时 间链，他以m a r k o v 过程理论为基础，利用转移矩阵对网络中的生态功能流及随 机行为进行描述，并给出其时间链的分析方法。研究结果表明，时间链可以直观 的反映生态功能网络中物质、能量在迁移过程中的流失和耗散行为【1 9 】。同时，他 通过对两个较为典型的生态网络进行研究，认为对网络中信息指标及其灵敏度进 行分析可以更深入的了解网络整体特征【2 0 1 ；李秀珍将生态过程模型与g i s 分析 功能相结合，建立了湿地净化的空间模拟模型，研究了不同景观空间格局对湿地 氮磷等营养物质截留过程和效果的影响【2 m 3 1 。王岩等应用费用效益分析方法 ( c b a m ) 对城市绿地的补偿价值货币化进行计算，建立了用以计算城市绿地补偿 绪论 价值的公式，将城市发展中占用绿地的生态功能以另一种形式表现出来，使其不 会随经济的发展减弱或丧失绿地补偿的意义，以期为城市生态功能网络构建和维 护提供参考【2 4 1 。这些关于生态要素功能价值的研究为网络的构建和功能的优化提 供了重要的参考依据。 傅伯杰从斑块多样性、景观类型多样性和景观格局多样性三个方面入手，揭 示各自的生态学意义【2 5 】，为构建不同等级的城市生态功能网络提供了依据。宗跃 光以北京市区为例，利用廊道效益分界点的位移及廊道模型，分析自然廊道顶点 与锋面的形变过程，建议在人工廊道之间建立生态廊道，并利用生态斑块构建楔 形绿地插入建成区，以充实城市生态功能网络，强化城市生态恢复和环境建设【2 6 1 。 王海珍分别利用分枝网络和环形网络的结构形态构建城市生态功能网络，并运用 网络分析选取最优方案【2 7 1 。熊建新以滨湖地区城市为例，通过对生态功能网络中 结点的连接性和通达性进行分析，以此评价网络的结构和功能的完整性【2 s 1 。张小 飞在对城市功能网络与生态功能网络的研究中，建议跨尺度构建景观功能网络， 对功能相似或相辅相成的景观结构进行拟合，依据网络等级确立各景观结构与组 分的功能等级e 2 9 。一旦生态建设与城市发展发生冲突，可进行景观功能协调与结 构调整，以维持经济发展与生态稳定【3 0 1 。郭荣朝利用生态学原理分析城市群生态 空间结构与经济社会发展之间的互利共生和协同进化机制，构建生态功能网络与 城市功能网络的优化组合模式，并对全球尺度、国家尺度、省级尺度和地区尺度 等不同层次上的城市群进行实证分析【3 1 1 。这些基于网络结构的研究为合理建设城 市生态功能网络的空间结构体系提供了指导性的意见。 7 福建师范大学郭宏斌硕士学位论文 8 第一章城市生态功能网络概念综述 第一章城市生态功能网络概念综述 1 城市生态功能网络的概念 对于城市中的生态功能网络这一概念，国内外不同的研究学者有不同的名称 定义，如城市绿道网络、绿地生态网络等。这种结构体系是一种立足于改善城市 生态和人居环境的城市规划空间概念，将城市系统中的自然、半自然生态要素和 部分人工生态要素纳入其中组成网络结构，构成一个动态的景观生态功能体系， 保证城市生态系统的良性循环，促进社会经济生态协调发展。 1 1 城市生态功能网络的涵义 不同的学者为城市生态功能网络给出了不同的概念解释，其内涵可以做如下 概括【3 2 - 3 9 】：城市生态功能网络是一个以自然、半自然景观组分为核心、以生态 功能为支撑的人工生态系统，是城市中的社会经济活动与生态系统、人类与周围 生物和非生物环境相互作用形成的动态网络结构体系，体现了人类对自然景观组 分的适应、加工和改造，反映了城市系统中各生态因子之间生态过程的具体化所 形成的关系形式。构成要素是作为网络功能结点的生态斑块，如城市公园、自然 风景区、公共绿地、居民单位绿地、苗圃、农田等；以及作为网络连线的生态廊 道，河流、滨河绿化带和道路绿化带、城市绿化缓冲带等。城市生态功能网络中 包含了多种类型的生态系统，如森林生态系统、农田生态系统、湿地生态系统、 湖泊生态系统及海洋生态系统等，为城市系统提供大部分的能量及物质。城市生 态功能网络为城市中各种类型生态系统相互作用产生的显性和潜在生态功能流 提供了载体，对改善城市环境、维护城市生态稳定、引导城市空间格局合理发展 具有重要的意义。 和自然生态网络相比，城市生态功能网络具有三个特点：首先，网络的整体 结构和功能都是以人类活动为中心形成的，并与城市功能网络相互作用，相辅相 成，易受人为活动干扰，又需要人为活动对其进行维护。网络体系发展的驱动力 以人工选择为主，自然选择为辅。其次，大部分网络要素在城市人工景观系统内 部里镶嵌分布，属于半开放式的生态系统形式，网络中物质、能量、信息等生态 功能流的传播很难实现自然生态网络中流的环形扩散，只能依赖网络中的各网络 要素构成的线性路径进行迁移和循环。第三，由于传统同心圆式的城市发展模 式，位于城市边缘的生态功能网络密度较大，生态稳定性强，位于城市中心的网 络密度较小，生态系统脆弱性强，整体空间结构和功能不均匀。 9 福建师范大学郭宏斌硕士学位论文 1 2 城市生态功能网络的空间功能单元 从网络结构的抽象概念来看，生态功能网络的构成单元为网络结点和网络连 线。但在实际的城市景观系统中，构成网络的要素依据其功能属性可划分为核心 生态功能结点、生态“垫脚石 、生态缓冲区和生态廊道四种。其中核心生态功 能结点和生态“垫脚石 为网络的点状要素，生态缓冲区和生态廊道为线状要素。 核心生态功能结点指城市中对于内部种群来说具有一定规模的生境，其面积 大小能够维持内部生态系统的正常生态过程，具备一定的抗干扰能力和自我维持 能力，能够较好的实现与外界的生态功能流输入输出的生态斑块。这种空间功能 单元一般为城市中具有重要价值的生态系统或景观，如城市中的湿地、湖泊、森 林以及自然景观构成的公园、风景区等，形成机制主要以自然选择为主。这些功 能单元是发挥网络生态功能和维持城市生态过程的基础，是城市生态功能流的主 要源和汇。受城市土地利用驱动力的影响，这类功能单元空间上较为分散，相互 间的作用必须通过其它功能单元来实现。 生态“垫脚石一一般为半自然的人工生态组分，内部的生态过程依赖于外界 生态功能流的输入和人为干扰。这类功能单元基本在人为驱动力下形成，分布在 城市的各个区域，如单位绿地、居民区绿地、小型公共绿地等。构建这类功能单 元的目的主要是为城市生态功能流提供跳岛，将生态功能流渗透到人工景观密集 的建成区内，并为不同类型的生态功能流提供交流的空间，从而增强城市景观的 异质性和城市整体生态过程的稳定性。 生态缓冲区主要分布在网络结点的外围，目的是为了保护核心生态功能结点 和生态“垫脚石一免受人类活动的干扰。除过滤作用外，由于其位于功能结点边 缘，能够有机会形成部分边缘生境，成为一些边缘物种的源和汇，可以增加景观 的异质性。由于城市用地紧张，生态缓冲区在网络中的表现形式比较复杂，很少 能够形成独立的环状缓冲区结构。基于不同类型的功能结点及其所处的空间位置 和周围的环境因子，生态缓冲区可以是作为生态“垫脚石”的斑块，也可以是带 状的生态廊道，如一些河流、公园外围的公共绿地或绿化带等。在有些土地利用 空间非常紧张的区域，生态缓冲区甚至可以是那些对生态功能结点影响较小的非 生态功能网络景观要素。 生态廊道是网络中由自然或半自然景观构成的线状要素，主要功能是在各网 络结点间建立沟通，增强各结点的空间和功能联系程度，使城市系统中生态功能 流的迁移循环成为可能，同时也可以成为部分生态功能流的源和汇。生态廊道在 l o 第一章城市生态功能网络概念综述 网络中的表现形式也比较多样化，既可以是标准的条带状生态单元，如街道和公 路绿化带、林荫路等；也可以是线性的生态景观斑块，如河流、沟谷等。 2 城市生态功能网络的功能 2 1 环境与生态功能 城市生态功能网络中的自然景观对于调节城市小气候具有重要作用。绿地系 统改变了城市下垫面的结构和性质，通过植物对太阳辐射的截留和本身的蒸腾作 用，可以改变周围大气的热力和干湿特征，使周围温度低于其它区域，湿度高于 其他区域。而形成的热力梯度又可以导致城市局部空气的热力环流，促使网络要 素周围的水、热、光等能量、物质重新再分配，改善城市气候，有效地降低城市 熟岛和干岛效应t 4 l 4 3 1 。 城市生态功能网络加强了城市生态组分的联系程度，有助于保护城市中具有 重要价值的生态系统或生境，如城市河流、湿地等；增加了景观的异质性，为生 态功能流的迁移提供了更多的路径，促进了景观组分问物种、能量和营养物质等 的交流，有助于维持城市生境和物种的多样性，增强城市生态系统的稳定性。网 络要素中植物群落的涵养水源、固岸护坡作用对城市生态安全也具有重要意义 4 4 - 4 6 网络中的各生态要素还可以滞留和降低空气中粉尘和细菌的含量、降低城市 噪音，达到改善城市人居环境的作用。由于植物叶片表面的特性和本身的湿润性， 植物群落可以减缓气流流速，促使气流中颗粒较大的粉尘沉降，有效地减少空气 中的粉尘含量【4 7 , 4 8 1 。基于植物的生物化学功能，植物群落除可以吸收c 0 2 外，还 可以减少和灭杀空气中的细菌含量 4 9 , 5 0 ，尤其是群落中释放出的大量空气负离 子，可以杀菌、提高机体免疫力和调节机能平衡【5 1 1 ，保持了城市空气的清新洁净 和人居环境的健康。在降噪方面，植物通过叶片振动消耗长波声能、同时对短波 声能产生衍射以达到对声波的吸收作用。一般来说，