城市綠地生態網絡概念辨析及構建方法探析

張 浪 仲啟鋮 張 瑞 張桂蓮

（1.上海市園林科學規劃研究院，上海 200232；2.金陵科技學院建筑工程學院，南京 211169；3.南京林業大學風景園林學院，南京 210037）

中國城市建設在近50年取得了輝煌成就，但快速城市化過程也導致了生境破碎、生物多樣性下降、生態系統服務功能低效等問題。在國土空間生態保護修復和城市高質量轉型發展背景下，城市綠地生態網絡的建設對提升生態系統服務功能及構建城市生態安全格局具有重要意義。研究旨在辨析城市綠地生態網絡的概念及內涵，總結城市綠地生態網絡的主要特征，梳理其發展歷程，提出城市綠地生態網絡主要構建方法；同時，明確其作為應對城市生態環境脅迫和挑戰的重要途徑之一，及未來發展的主要方向。以期進一步完善城市綠地生態網絡理論，為中國城市綠地網絡建設提供參考。

城市綠地；生態網絡；識別；評價；優化

自工業革命以來，隨著全球人口激增和社會經濟的持續發展，全球城市化水平快速提高，目前世界城市化率已超過55%[1]。中國城市化水平由1978年的17.9%增至2019年的60.6%，預計到2030年城市人口將達68.7%[2]。快速城市化及無序建設導致了生境斑塊的破碎化、生態系統結構嚴重失衡，制約了區域物種擴散、遷移、基因信息傳遞等關鍵生態過程的正常運行，給城市化地區的生態安全帶來極大挑戰，制約城市的高質量發展[3]。

城市生態空間為城市提供改善氣候、保護生物多樣性、滿足居民休閑游憩等重要生態服務功能[4]，為城市生態安全及人居環境質量提供保障。城市綠地是城市生態空間中的核心要素，構建城市綠地生態網絡是確保城市綠地充分發揮其復合生態效能的必要途徑[5]。中國正處于生態文明建設和綠色低碳發展的關鍵階段，城市綠地生態網絡已成為在國土空間尺度上統籌協調城市化區域的要素-結構-功能關系，應對城市化帶來的生態環境威脅和挑戰的重要手段。城市綠地生態網絡的概念雖有不同學者進行定義，但隨著中國城市綠地分類、范疇的變化及城市綠地生態網絡功能的逐步深入認識，城市綠地生態網絡的概念需進一步統一及明確。因此，針對用地緊缺且要素復雜的城市化區域，文章旨在進一步明晰城市綠地生態網絡概念，挖掘其內涵，并對其實踐發展脈絡以及當前的研究內容及方法進行綜述，進一步強調在國土空間規劃、城鄉統籌背景下，完善城市綠地生態網絡的理論方法和戰略對城市生態安全及城市的可持續發展具有的重要意義。

1 城市綠地生態網絡的概念辨析

網絡是一種由點和線連接組成的系統結構，其將孤立的節點或區域通過線性空間連接起來，促進各要素間的相互連通，具有整體性和復雜性特征[6]。在景觀生態學中，將由斑塊和生態廊道所組成的網狀生態結構稱為生態網絡（ecological network），其被作為生物多樣性保護的措施納入可持續景觀發展的建設之中[7]。生態網絡可以解決土地使用加劇和破碎化的問題，保護自然種群和生境。自20世紀90年代以來，學者們開始在不同空間尺度上研究生態網絡對生物多樣性保護以及生態系統恢復的重要作用[8]。

在城市規劃和景觀規劃中，網絡往往與空間水平維度的視覺連接有關。城市生態網絡（urban ecological network）是生態網絡的一個分支，也有學者稱景觀生態網絡[8]。城市生態網絡融合了生態學、城鄉規劃等多學科，不同學科的定義和意義各不相同，其概念相對復雜且不斷發展變化。通過對城市生態網絡的概念梳理得知，雖不同學者對其概念描述不盡相同，但多強調其是由斑塊/節點、廊道及基質環境共同構成的網絡空間，以保證生態過程的完整性和連續性，強調其保護生物多樣性的功能。

城市綠地（urban green space）作為城市生態空間的重要組成部分，在不同國家有不同的定義和范圍。西方國家的“開敞空間”或“開放空間”（open space）包含城市綠地的范疇，如英國的開敞空間包括公共公園、共有地、荒地和林地，美國的開敞空間包括游憩地、保護地、風景區及部分預留地等，強調了綠地的自然景觀屬性，具有娛樂價值、歷史文化價值、自然資源保護價值及風景價值[9]。日本通常使用“自由空地”的概念，指城市內未被建筑物所覆蓋的地方，涵蓋了公共綠地及私有綠地兩個主要部分[10]。在中國，隨著城鎮化由城市向“城鄉統籌”轉變，同時在“多規合一”的理念下，綠地的范疇及發展目標也發生了變化。根據《城市綠地分類標準》（CJJ/T85-2017），城市綠地被定義為城市行政區域范圍內以植被為主要存在形態的用地，城市綠地不僅包含建設用地范圍內的綠化用地，如公園綠地、防護綠地、廣場用地及附屬綠地，還包含城市建設用地之外的區域綠地。

綠地生態網絡（green space ecological network）的概念和思想已被各國廣泛接受，雖不同國家有不同的稱謂，但其內在涵義相似。中國學者張慶費[11]于2002年對城市綠色網絡進行定義，其范圍包含了所有生態空間，強調其自然生態過程和特征。劉濱誼等[12]強調城市綠地生態網絡所具有的連續性、網絡化特征，并逐步與城市綠地空間實體相對應，將對象范圍聚焦于各類城市綠地上。在新的時代背景下，張浪[13]指出城市綠地生態網絡是指由具有一定連接度的帶狀廊道連接而成的網絡系統，強調其是一個多層次、多功能、多尺度的復合生態系統，具有保護生態、提高生物多樣性、提升景觀品質等多功能需求。

城市綠地生態網絡（urban green space ecological network）除了具有城市生態網絡的維護生物多樣性作用之外，其所具有的滿足大眾戶外保健、游憩娛樂等作用也愈加得到重視，強調其生態-社會綜合功能[14]。因此，本文認為，城市綠地生態網絡是指在城市及其影響范圍內，以提供生態與社會服務雙重功能為目的，以城市建設用地內的城市綠地及城市建設用地外影響城市生態安全格局的林地、濕地等生態空間為要素，以連續性生態廊道為聯結，所形成的網狀空間系統。與傳統綠地系統的概念不同，城市綠地生態網絡更強調城市生物多樣性保護需求，兼顧公眾人居生態環境需求，提高人居環境的生態質量，強調營造、維護和恢復多樣化、層次化、系統化的城市生態空間網絡體系。

城市綠地生態網絡的主要特征是城市內外關聯性、組分要素多元性、空間結構系統性、服務功能復合性（圖1）。

圖1 城市綠地生態網絡的范疇及特征Fig.1 Scope and characteristics of the urban green space ecological network

（1）城市內外關聯性。城市建設用地范圍內的綠地與城市建設用地之外的綠地是一個有機整體，不同尺度、層級下的城市綠地生態網絡相互嵌套與協同，才能提供穩定的生態系統服務。

（2）組分要素多元性。與自然區域不同，受城市用地類型多樣性的影響，城市綠地生態網絡呈現出內部組成要素的高度異質化、斑塊化和破碎化，組分要素呈現出多元化。

（3）空間結構系統性。在復雜的城市化環境下，綠地相對破碎，城市綠地生態網絡利用形態上連續的線狀/帶狀廊道或“踏腳石”連接綠地斑塊，強調空間結構的網絡化、系統性。

（4）服務功能復合性。城市綠地生態網絡不僅為城市內部生物多樣性提供支持，也是區域生態網絡的組成部分，同時還要滿足城市內部人居環境及游憩需求，提供了多樣的生態系統服務價值。因此，城市綠地生態網絡具有高度的服務功能復合性。

2 城市綠地生態網絡的發展歷程

在城市規劃及景觀規劃領域，城市綠地是人們較早關注的城市生態空間。十六至十八世紀的歐美國家，城市綠地被普遍認為是城市美化及改善城市公共環境及衛生的手段。這個時期的城市綠地并沒有統一的空間規劃，其主要依附于城市設計的需要，在城市綠地布置時無科學依據，軸線和遠景的創造主要為強調視覺上的聯系[15]。

十九世紀社會民主化導致私家花園公開化，其服務功能也由面向個別人群的休閑娛樂轉變為面向普通公眾服務。1843年英國伯肯海德公園的建設標志著第一個城市公園的誕生，這也是最早進行的有規劃的城市公園建設。人們開始利用“林蔭大道”將城市內新建的綠地與已有的開放綠地連續起來，此時城市內的綠廊以滿足人們通過、使用和視覺體驗的功能為主[16]。在工業革命之后，城市規模擴大，內部環境污染加劇，城市發展與城市環境問題引起重視，“城市公園運動”“城市美化運動”“田園城市理論”等一系列有影響力的城市綠地規劃思想和理論相繼出現。這一時期，城市綠地因其自然屬性及其具有的生態功能而得到重視，城市綠地規劃已考慮到綠地結構的系統性，同時綠地的游憩性也逐漸得到認可。

進入二十世紀，特別是在六七十年代，全球掀起了生態環境保護熱潮，生態學的理論、方法很快被接納到城市規劃領域，城市綠地的功能、在城市規劃中的地位及其存在的問題得到廣泛討論。城市綠地規劃開始注重綠地的多功能性及整體的系統布局形式，如歐洲的生態網絡、北美的綠道網絡。中國也由傳統的點、線、面綠地布局結構，逐漸向環狀放射型模式、綠心模式、結合山水格局模式、以功能性為主導的模式發展，形成多樣的城市綠地系統布局模式，并制定各類綠地指標。至此，城市綠地開始成為城市的有機組成部分，改變了以往其在城市建設中的從屬地位。但這一時期的城市綠地主要追求結構性指標或綠地自身內部建設，而對影響綠地生態功能發揮的綠地空間格局的研究相對較少。

進入二十一世紀之后，隨著對綠地生態空間的生態補償價值的認識，加上地理科學與計算機技術的發展，大量的地質、地貌、地理、水文、土壤物理等數據已成為生態網絡設計的主要依據。中國的城市綠地生態網絡建設起步相對較晚，但發展速度卻相當迅猛。回溯至2000年，建設部首次制定了《創建國家園林城市實施方案》以及《國家園林城市標準》。隨后，在2004年6月，建設部發布了《關于印發創建“生態園林城市”實施意見的通知》，提出了從“園林城市”向“生態園林城市”的發展方向，標志著園林城市向生態城市建設的轉變，從而推動了中國城市生態環境的改善。黨的十八大、十九大分別提出了“五位一體”生態文明國家戰略及“城市雙修”，強調要加強生態系統保護力度。隨后，2020年，《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃（2021 - 2035年）》明確了全面提升國家生態安全屏障質量、促進生態系統良性循環和永續利用的總體目標。同時，與之相關的《城市生物多樣性框架研究》更進一步提出將城市生物多樣性理念納入到國土空間規劃中，以構建具備整體性和多層次特征的生態網絡[17]（圖2）。

圖2 城市綠地生態網絡發展歷程Fig.2 History of the development of the urban green space ecological network

綜上，從城市綠地生態網絡建設實踐上看，經過多年發展，城市綠地生態網絡的功能由最初的強調綠色空間視覺上的聯系，到滿足步行可達性和游憩使用性，再到防止城市無序擴張以及生態系統保護等，目前已經逐步進入構建更加綜合的多目標城市綠地生態網絡的發展階段。

3 城市綠地生態網絡的構建方法

構建有效的城市綠地生態網絡是平衡城市建設與城市生態保護二者關系的有效途徑。近20年來，城市綠地生態網絡的學科研究活力較高，且隨著科技發展和學科交叉融合，其研究方法也不斷深入，愈加重視城市綠地空間的布局結構、功能的定量研究。相較于國外，中國城市綠地生態網絡的研究較晚，早期主要是圍繞宏觀布局及定性分析，注重平面空間結構的網絡構建，對具體網絡功能以及城鄉一體化的研究較少。隨著景觀生態學、地理學等技術方法的引入，國內的研究也逐漸將生態環境規劃納入城市規劃中。

在景觀和生態規劃領域，出現了越來越多的相關技術。這些技術可以為生態網絡的建設和管理提供理論支撐和技術手段。已開發的遙感（RS）和地理信息系統（GIS）已被用于獲取各種城市土地利用的高精度空間數據。此外，形態空間格局分析（MSPA）、最小成本模型、圖論和電路理論已被用于構建結構生態網絡和功能生態網絡。中國也借鑒并使用相關技術方法于城市綠地生態網絡方面的研究，如孔繁花和尹海偉[18]利用最小路徑方法識別提取了潛在廊道，并利用重力模型和連接度指數評價生態網絡的結構；熊春妮等[19]將連接度指數應用于綠地系統結構的連接度評估中；周媛、許峰等[20-21]基于MSPA與最小路徑法，構建了城市綠地生態網絡、城市生態網絡；劉佳等[22]使用電路理論分析斑塊及廊道的重要性。近年來，越來越多地使用兩種或多種方法的組合模擬方法，使城市綠地生態網絡的構建方法也由早期的定性分析向定量化研究轉變。總結而言，城市綠地生態網絡的研究主要集中在要素識別及提取、網絡分析評價及格局優化三個方面。

3.1 城市綠地生態網絡要素識別及提取

城市綠地生態網絡是由生態源斑塊及生態廊道等主體要素組成，準確識別及提取當前城市綠地生態網絡要素是對其進行分析及優化的前提與基礎，其主要包括生態源的選取與廊道的識別。

（1）生態源的選取。“生態源”是指城市區域內生態環境脆弱、生態敏感性較高或具有重要生態系統服務功能的土地。生態源斑塊的選擇取決于生態斑塊對于生物多樣性保護的貢獻、特定的焦點物種和詳細的分布數據[23]，但城市化地區物種豐富，且焦點物種往往缺乏精確的數據。因此，目前在選擇生態源時，多選取城市區域內面積較大或作為生物熱點的生態區域，從斑塊用地屬性與面積選擇生態源[24]。近年來，學者不斷拓展生態源選擇的影響因素，考慮生境質量、人類干擾程度等因素，或模擬適宜棲息地的物種存在數據，構建生態源的適宜性評價體系等。隨著對空間系統結構與功能重要性的逐步認識，斑塊位置重要性也逐步融入生態源的評價體系中。許峰等[21]、楊志廣等[25]進行MSPA分析，并利用Conefor評估核心區的景觀連接度，從位置重要性方面判斷源地；孔陽等[26]還將MSPA分析結果與阻力面構建結合；湯峰等[27]結合生態敏感性評價與生態系統服務價值評估結果來選取生態源；李方正等[28]利用InVEST模型的棲息地質量模塊，通過棲息地及其脅迫源之間的相互作用，對其進行生境質量的評估，從而選取生態源。

（2）生態廊道的識別。城市生態廊道包括形態上連續的線狀/帶狀走廊和由“踏腳石”構成的潛在廊道[29]。對廊道的規劃方法往往使用適宜性分析、結構指數方法和基于生態過程的方法，因前兩者往往不能與復雜的生態過程相關聯，故廊道規劃越來越依賴于基于過程的方法，即潛在廊道提取。潛在生態廊道的提取通常采用最小成本路徑分析的方法，目前已用于國內外多個城市，如中國武漢、濟南、上海、深圳等多個城市綠地生態廊道和生態網絡構建研究[30-33]，該方法的主要困難之一是如何分配阻力。阻力面（成本面）揭示了景觀對生物運動的便利性或阻礙性，是用于確定成本最低路線的主要因素。因此，阻力面的構建就尤為關鍵。多項研究表明，土地利用/覆蓋類型是阻力面的主要影響因素，海拔、坡度、人為干擾、綠地距離等越來越多的因素被考慮[34-35]，而MSPA分析結果也開始被嘗試應用到阻力面的構建中[36]。此外，Mcrae等[37]在2007年將電路理論引入，提出景觀連接度模擬的新方法。該方法結合生物隨機移動特性，模擬其在復雜景觀基質環境中的運動路徑。

總體來看，近年來對生態源及阻力面評估方面的影響因素考慮越來越多，結合兩種及以上方法的城市綠地生態網絡的綜合模擬法使用頻率漸高，這為更準確的網絡要素識別及提取奠定基礎。

3.2 城市綠地生態網絡的分析評價

網絡的分析評價主要包括對網絡結構及功能的評價，而城市綠地生態網絡連接度的評價是近年來的研究熱點。在20世紀80年代，生態連接度（ecological connectivity）已經成為物種保護和景觀規劃的“關鍵詞”，尤其是在發達國家。連接度（connectivity）被稱為是一種復雜的非線性現象，包括物種水平上的多種運動（擴散、遷移等）和更高生態水平的過程[38]。生境破碎化是不同空間尺度上生物多樣性的主要威脅之一，生態網絡作為一個規劃手段，連接度作為一個概念，為維持健康的生態系統提供了途徑[39]。連接度被廣泛認為是影響多種生態過程至關重要的因素，連接度的分析評價已成為城市綠地生態網絡的研究熱點[40]，主要采用以下方法：

（1）最小成本模型。最小成本模型于1992年由荷蘭生態學家Knappen提出，因其同時兼顧了垂直方向上的景觀單元間的空間流動，實現了垂直方向和水平方向上生態過程的統一，是連接度和運動廊道研究的一個重大進展[41]。最小成本模型因其簡單的數據結構、快速的運算方法以及直觀的結果表達，被廣泛應用于景觀功能連接評價與生態廊道模擬的研究中。

（2）基于圖論的連接度指數。圖論的研究對象是圖，而圖的定義為由若干個不同頂點與連接其中某些頂點的邊所組成的圖形，因此，圖論可以提供一種構建和評估連接性特征的可操作方法。圖論指數主要是從拓撲學的角度來反映生態空間網絡的連通情況，如整體連接度指數（IIC）和連接度概率指數（PC）都是基于圖形結構和在景觀尺度上測量棲息地可用性的概念[42-43]，可以度量單個斑塊或鏈接丟失后圖的連接性變化的響應，適用于各種空間尺度。

（3）電路理論。電路理論是利用電子在電路中隨機游走的特性來模擬在某一異質性景觀面中的基因流和生物體的擴散或運動過程及路線[44]。該方法的主要優勢在于其能夠找到斑塊間的所有替代路徑，且通過計算電流密度能有效識別對景觀連接度有重要作用的景觀要素。近年來，電路理論逐漸成為連接度研究中的核心支撐方法，目前國外多位學者已將電路理論應用到連接度模擬及生物保護等方面，并取得了一系列成果，該理論在國內也開始逐漸應用到城市生態安全格局與綠地生態網絡中[45-46]。

3.3 城市綠地生態網絡的格局優化

國內外針對城市綠地生態網絡優化進行了不同深度的研究，早期對城市綠地生態網絡往往提出整體性的優化策略或建議。隨著城市綠地生態網絡對城市生態空間布局的指導作用的突顯，城市綠地生態網絡格局優化也迫切需要更明確的空間范圍及相應的優化或改造方法。目前，城市綠地生態網絡的格局優化主要從以下幾個方面進行：

（1）網絡整體性優化策略。依據城市綠地生態網絡的結構或功能方面的整體性評價結果，提出網絡的整體性優化策略。周媛等[5]利用連接度指數評價成都市不同行政區的連接度水平，根據研究區用地分布分析導致連接度空間差異的原因，并提出建立更多空間連通節點、提高綠地斑塊與生態廊道網絡的空間連接密度等優化策略。趙晨洋等[47]根據南京仙林綠地生態網絡構建結果，從生態廊道、綠帶布局、棕地修復等角度提出綠地生態網絡的優化策略。

（2）重要網絡要素的優先保護。在具體建設及保護分析中，通過識別承載生態過程的關鍵城市綠地生態網絡要素，制定要素保護等級。吳榛等[48]利用重力模型判斷斑塊間的作用關系，判斷重要斑塊位置。魏家星等[49]使用空間句法模型，利用選擇度和整合度值進行優先級評價，進而確定優先保護和建設的網絡中心及廊道。Clauzel等[50]利用鳥類統計數據，對多個物種的景觀適宜性進行分析，判斷核心生態源，通過圖論模型分析了網絡連接度，找到需優先進行保護的最具戰略意義的景觀類型，為大多數物種同時保護土地管理行動提供指導。

（3）關鍵位置的優化。其主要是通過分析獲取具有關鍵作用的斑塊位置并提出規劃建設建議，或對結構、功能上的生態斷裂點或障礙點進行修復，以促進生態過程及能流順暢。Ehlers Smith等[51]同時考慮了樹木、鳥類和哺乳動物，結合其生物學特性，依據自然環境、農業及城市提供的生態系統服務價值，繪制具有連通性概率的廊道圖，找到最小成本路徑及關鍵點，為相關管理人員提供土地建設和保護依據。Thorne等[52]使用電路理論對現有的城市綠地生態網絡電流密度進行評價，找到連接度低的區域，再以300 m的漁網網格為單位，疊加城市中對公園綠地及行道樹需求高的區域，進而找到城市中最優先建設的綠地位置，以優化城市綠地生態網絡格局。

4 總結與展望

在中國生態文明建設及城市高質量轉型發展的要求下，構建科學合理的城市綠地生態網絡已成為調節城市生態環境、實現人與自然和諧共生的重要一環。城市綠地生態網絡的概念及內涵伴隨著公眾對城市綠地的認識及城市綠地系統逐漸發展完善而愈發明晰。城市綠地生態網絡在保護城市化地區的生物多樣性、提升城市生態系統服務和維持生態安全格局等方面具有關鍵作用。近年來，針對城市綠地生態網絡的研究活力較高，優化城市綠地生態網絡建設也已成為應對城市化帶來的生境破壞的重要手段。

面臨城市用地緊缺現狀，中國城市綠地生態網絡建設應遵循高效、可實施性原則。故在具體實踐中，可從城市綠地生態網絡整體、網絡要素個體、網絡要素內部及城市綠地生態網絡多功能融合等方面綜合考慮、系統實施。首先，結合城市現狀生態基底條件及城市生態發展需求，從城市整體角度對城市綠地生態網絡進行規劃，優化、調整整體網絡結構及布局；其次，在整體城市綠地生態網絡布局的基礎上，明確各要素的基本邊界、彈性邊界及緩沖區范圍，針對不同邊界范圍制定不同保護策略；再者，通過優化城市綠地生態網絡要素內部用地構成及植物配置、降低外部環境干擾等措施，有效提升網絡整體生境質量；另外，城市綠地生態網絡兼具社會-生態功能，根據不同區域的功能需求，實踐中應合理劃分不同主體的活動空間，保證城市綠地生態網絡多種功能的有序運行。

通過對城市綠地生態網絡實踐及理論發展的研究，總結未來城市綠地生態網絡研究還應注意以下問題：

（1）目前城市綠地生態網絡的研究與實踐仍相對脫節，雖然城市綠地生態網絡的研究強調網絡對保護城市生態空間及生物多樣性的作用，但在具體實踐中，仍然多只注重城市中各類綠地對人的直接的服務價值，如提供的游憩體驗功能、對居民身心健康的影響、以人為絕對主體考慮綠地布局的公平性。因此，在未來的研究及實踐中，統籌、協調生物多樣性保護和社會生態系統服務的多重需求，構建功能復合的城市綠地生態網絡，將是城市生態規劃的重點。

（2）近年來，學者從不同角度考慮城市綠地生態網絡構建的影響因素，多準則分析和多種技術手段的結合使其科學性日益增加。但以往的因素主要集中在綠地斑塊本身的屬性上，忽略了其在城市整體基質中的位置重要性及其與周邊環境的關系。因此，需要綜合考慮多維度因素，進一步優化針對城市復雜基質環境的更綜合的綠地生態網絡識別及提取方法，為準確掌握城市綠地生態網絡現狀、進一步分析評價奠定基礎。

（3）早期的城市綠地生態網絡的格局優化多注重整體性優化策略的研究，現已逐步聚焦在更明確的優化要素類別及優化范圍。但面臨城市土地資源緊缺、城市發展與生態保護用地矛盾的現狀，對城市綠地生態網絡布局優化方法提出了更高的要求。城市綠地生態網絡不僅要結合城市已有資源及未來發展需求，構建更明確的基于空間位置的優化方法，同時要考慮網絡建設的投入與產出，構建高效的城市綠地生態網絡，這對提高城市綠地生態網絡的有效性和落地性具有重要意義。

注：文中圖片均由作者繪制。