导读

2023年9月24日，作为2022/2023中国城市规划学会的重要活动之一，由城市生态规划专业委员会承办的专题会议十三“创新生态规划、涵养美丽中国”在湖北武汉成功举办。中国城市规划学会城市生态规划专委会委员，南京大学地理与海洋科学学院教授孔繁花作了题为《生态网络构建研究与规划应用》的报告。报告介绍了生态网络构建的重要意义，国际和国内的研究进展以及生态网络系统构建的规划研究应用，最后对生态网络构建的研究与实践前景进行了展望。

孔繁花  中国城市规划学会城市生态规划专委会委员，南京大学地理与海洋科学学院教授

01  生态网络构建的意义与构建方法进展

生物多样性是所有生态系统及其服务的基础，对所有生命形式的存在和正常运作至关重要。然而，IPBES（2019）评估报告指出，人类活动已经导致近百万种生物的丧失。^[1]物种的生存取决于他们在整个环境中安全移动来寻找食物、繁殖和迁移的能力；然而人类的建设导致一些生物栖息地丧失，或者导致迁移和交流的通道被破坏，引起生境破碎化；生境消失和破碎化是生物多样性丧失的重要原因。另外，气候变化也加剧了生物多样性的丧失，极端的高温驱使生物为找到适宜的生境而迁移。一些研究表明，物种在空间区域上可能往北纬或者往高海拔地区温度稍微低的区域迁移，这就导致这些空间原来居住的生物和新迁入的生物之间产生竞争，这种竞争可能导致更多的物种丧失。

连通性是保护生物多样性的重要途径。世界自然保护联盟（IUCN）2020年发布了《通过生态网络和生态廊道保护连通性的指南》，《保护野生动物迁徙物种公约》（CMS）第13次缔约方大会提出，维护和恢复生态连通性是CMS的首要任务之一，连通性成为全球生物多样性保护的重要途径之一。《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》中明确提出，生态网络的构建是形成联通的生态系统和增强生态系统韧性的关键；生态网络的构建应该是多尺度、多维度、综合嵌套的系统，其中城市生态网络主要以植被带、河流等重要生态要素组成，在综合评估气候变化和城市化对生物多样性影响的基础上，进行多维度和多功能生态网络的构建是城市生物多样性保护的重要途径之一。

我国在生境的保护、生态网络的构建、生态系统的修复等方面起步比较早。70年代我国就开展了一系列工程措施进行生态修复，保护生物多样性，包括实施防护林、退耕还林还草工程，并在2013年提出统筹山水林田湖草沙系统治理等一系列措施；2017年，习近平总书记在十九大报告中提出“构建生态廊道和生物多样性保护网络，提升生态系统质量和稳定性”，2020年召开的十九届五中全会进一步提出“实施生物多样性保护重大工程”。2019年自然资源部关于全面开展国土空间规划工作的通知明确将“生态廊道和生态系统保护格局”列入了国土空间规划报批审查的要点。自1998年，美国及其他国家，包括不丹、印度、坦桑尼亚等，均要求针对重要保护物种绘制不同尺度的生境连通性地图，以帮助减少能源开发、城市化和公路项目等开发建设活动对物种保护的潜在不良影响。

总体来讲，生态网络的构建方法主要包括以下四种：

1.GIS空间叠置法

该方法主要通过识别关键的生境区域进行空间叠置实现适宜生境性评价；

2.最小路径法（LCP）

该方法基于阻力面构建并借助最小路径与重力模型等来识别生境连接的关键廊道；

3.图论分析和形态学空间格局分析法（MSPA）

该类方法主要是基于遥感数据图斑的识别，重点关注廊道结构的连接；

4.电路理论（Circuit theory）方法

该方法将景观面看作一个电导面，用电子在电路中随机游走的特性来模拟物种个体或基因在景观中的迁移扩散过程，从而识别景观面中多条具有一定宽度的可替代路径，更符合物种运动的真实情况，为理解和评价景观连通性提供了理论基础与方法支撑。

02 生态网络构建研究与规划应用案例

1.城市绿地生态网络格局构建与优化

该案例采用最小成本路径法对济南市潜在廊道进行了识别，并基于图论和重力模型优化了城市绿地网络格局。空间分析表明，该规划减少了碎片化，增加了连通性。广场和路边绿地是增加的主要绿地类型，但对生态网络和生物多样性的改善作用较弱。潜在的生态网络构建与模拟能够辨识当前绿化规划中存在的问题。基于图论和重力模型构建的绿地网络对复杂景观进行了简化和系统化，有助于识别每个绿地斑块的意义，更好地指导城市规划与保护生物多样性。^[2]

2.城市三维生态网络促进绿化质量提升

目前大部分生态网络的构建都未能考虑三维城市环境对生态位的影响。该案例利用机载激光雷达获取的建筑环境和植被的三维结构信息，结合详细的土地利用数据，对南京38个已确定的核心生境的质量、生态位多样性和人为干扰进行了定量表征，并利用电路理论和Linkage Mapper软件，模拟了生境的连通性，确定了重要生态廊道的优先级，并使用电流中心性来评估了每个核心生境的贡献和促进连通性的作用，共绘制了64个链接。在研究区域的西部、南部和东北部，具有复杂三维结构的林地占主导地位，核心生境链接的价值最高；有些面积较小的核心生境斑块具有较高的中心性得分，表明它们可以作为连接源地的重要垫脚石；而核心生境之间有着狭窄而脆弱联系的区域，表明它们需要特殊的保护。我们的新框架能够充分传达空间明确的信息，以确定栖息地恢复的目标和物种运动和扩散的潜在途径。这些信息对于评估现有或潜在的栖息地和生态廊道，以及制定战略计划以平衡栖息地保护和其他土地利用的关系至关重要。^[3]

3.响应气候变化和人类足迹的生态网络格局动态

自然生境斑块之间的气候连通性可能促进气候变化导致的动植物物种迁移。因此，在制定更有效的保护策略时，重要的是分析气候变化和人类足迹驱动的气候连通性的时空变化，并考虑这些变化在未来可能发生的变化。通过绘制1980、2015和2050年长江三角洲城市群的人类足迹，量化了各自然生境斑块实现气候连通性的潜在能力，并确定了在持续变暖和干扰增加的情况下，每个自然生境斑块是否能够实现气候连通性。结果表明，尽管1980-2050年期间气候变暖和长江三角洲地区总体人类足迹增加，但实现气候连通性的潜力虽极具挑战但还是可能的。研究表明，具有“连接失败”和“连接中断”的自然生境斑块将逐渐增加，气候连通性的丧失将变得日益严重；生态廊道对气候连通性的影响越来越明显，若将最小成本路径作为生态廊道纳入气候连通性网络，就能够实现气候连通性。在这种情景下，“连接失败”的自然生境斑块相对于未考虑生态廊道的情景减少了82%。基于此，我们提出了一种基于多尺度嵌套生态网络的可持续生物多样性保护策略和平衡经济增长与生态保护的生态补偿制度，以增强景观连通性和稳定性。^[4]

03 生态网络构建研究方向与发展前景

生态网络构建是生态修复的重点内容，多尺度生态网络诊断与修复是保护生物多样性和增强生态系统适应气候变化能力的重要手段，是实现社会—生态系统可持续健康发展的重要决策保障。

但总体而言，尽管存在大量的栖息地连通性计划，但是通过实际行动来保护和恢复连通性却进展缓慢,研究与实施或者规划与实施仍存在很大差距。另外，生态网络构建与修复需要利益相关者在规划过程中的共同参与，目前我们还存在一些差距。此外，我们现在的一些量化手段，包括生物遥感、交通噪声、夜间灯光等，需要更加完善以更好地支撑生态网络的规划和建设。

在今天城市生态规划的主题之下，关于生态网络构建，我分享以下四个方面的思考：

第一，城市生态网络的构建需要科学理论的支撑。城市是生态位建设的密集投资场所，我们在不断地改变城市的空间环境，不管是在水平空间还是垂直空间。城市建成环境的改变，会在一定程度上影响物种的生境空间改变。这需要我们能够深入理解生态位及生物多样性保护的一些基本生态学理论，在科学理论的支撑下，充分考虑生态位的复杂性，实现生态网络的科学构建，进一步助力城市生物多样性的保护。

第二，生态网络的构建需要考虑城市环境的演化过程。城市生态网络的规划与建设的目标是创建应对环境扰动，包括气候变化、物种入侵和人类干扰，建设更具弹性的生态系统。然而，在全球气候变化和快速城市化的影响下，城市环境是在不断的演变的，生命个体对环境的适应能力也会存在很大差异，基于目标物种等构建的多功能生态网络需要顾及城市环境的演变。

第三，推动城市三维生态网络的构建。通过创建相互连接的绿色空间（如公园、绿色屋顶、垂直绿化），整合地面与立面生态空间，统筹构建城市三维生态网络，可以有效提升城市生物多样性保护的效果。目前，很多国家采取政府激励政策进行立体绿化的建设，如德国、美国、荷兰等，但总体上国内立体绿化的建设进展仍然比较缓慢，这需要地方多部门协作，科学评估立体绿化的功能与服务，以推动立体绿化建设，进一步完善城市的三维生态网络。

第四，基于人与自然和谐共生的理念，建设多功能生态网络。城市是人类重要的活动场所，但也是生物多样性保护的重要生境。因而，城市生态网络的构建需要同时满足人与自然的需求，这需要从人与自然和谐共生的理念，基于生态网络构建推动城市中人与生物的互惠共生。

我们在今年的生物多样性保护日上提出了“从协议到行动”，这是很重要的开端。基于健全的保护理论、详细真实的数据、可靠的技术、跨学科知识的融合、公众的广泛参与和政府的大力支持，生态网络的规划与建设就定会助力恢复生物多样性、增强生态系统的韧性、提升人类福祉和实现人与自然的和谐共生。

注释：

[1]IPBES, 2019

[2] Kong et al., 2010, landscape and urban planning

[3] Kong, et al., 2021, Conservation Biology.

[4] Su, et al., 2021. Landscape Ecology.

供稿单位：中国城市规划学会城市生态规划专业委员会