城市生态网络构建与优化研究——以重庆市中心城区为例

作     者：贾振毅 

作者单位：西南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周文佐;陈春娣

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 0833[工学-城乡规划学] 0834[工学-风景园林学（可授工学、农学学位）] 

主      题：生态网络 乡土树种 景观连接度 最小费用模型 景观格局 

摘      要：城市是人类文明高度发展的产物,城市化是生产力水平提高和社会进步的必然结果。伴随着社会经济的迅速发展和城市数量、规模不断扩大,自然景观格局发生了急剧变化,大量生态用地被挤占,城市建设和生态保护之间的用地矛盾日益尖锐。从而导致生境斑块的破碎丧失,生物多样性和生态系统服务功能的下降,这都给城市未来可持续发展带来了严峻挑战。绿地景观作为城市中最主要的生态基础设施,它为保育城市物种丰富度、改善人居环境提供了重要的生态空间,故保障城市绿地安全是城市生态空间优化的重要前提。研究表明,生态网络是一种高效的生境组织方式,它对保护生物多样性、维持生态平衡、增强景观连接度具有重要意义。因此,本文在当前中西部经济快速崛起,城市化进程不断加快,栖息地破碎与部分生境消失不可避免的背景下,从促进乡土树种子传播再定居过程来维护城市生态系统健康的视角,以重庆市中心城区为典型城市代表,研究促进生态功能与过程的网络格局,探讨生态空间格局优化途径,以保障城市生态安全。本文以GIS平台为技术支撑,将景观格局分析(Landscape pattern analysis)和最小费用模型(Least-cost model)纳入到城市生态网络构建中。首先,利用景观指数对重庆市中心城区的现状生态空间和绿地景观格局进行评价,揭示其空间格局特征;其次,基于现状城市绿地,利用最小费用模型模拟城市生态网络,然后以代理树种黄葛树(Ficus virens Ait.***.sublanceolata(Miq.)Corner)种子传播距离(2000 m)为网络连接阈值,利用图论功能连接度指数(IIC/PC)评价网络整体连接水平和各网络组成要素的重要性,辨识出其中对网络连接度起关键作用的斑块/路径,进行优先保护恢复。同时,基于网络模拟和评价结果,分别创设备选网络、枝形网络、环形网络和基于环形网络调整后的优化网络4种情景,通过定量分析网络结构指数,确定研究区最优生态网络预案。最后,比较网络优化前后城市绿地景观格局特征,验证基于生态网络模拟的生态空间优化方法对缓解城市用地矛盾,改善区域生态安全的有效性。本文的研究方法和结果可为今后开展城市生态规划研究和建设提供参考和借鉴。主要研究结果如下:(1)重庆市中心城区生态空间约占区域总面积的56%,从斑块类型角度分析,农田和林地景观是构成城市生态空间的主要景观类型。进一步分析2014年现状城市绿地景观(林地、草地、人工绿地)和政府规划绿地(2020年)的景观格局指数可知,现状绿地面积总量显著低于规划绿地,且人工绿地景观尤为明显,但自然绿地面积相差不大;其中,现状人工绿地比规划人工绿地斑块密度较高,且最大斑块面积和平均斑块面积较小,表明现状绿地景观破碎度高的特点。景观水平上的指数表现出相同趋势,现状绿地的景观多样性指数为0.52,低于政府规划绿地的0.65,其连接度指数(2.97)也低于规划绿地的3.74,综合反映了重庆市中心城区现状绿地格局较为恶化的特征背景。(2)从斑块结构特征和群落特征两个方面对研究区现状城市绿地进行生态质量评估,共筛选出163块符合生态网络构建的源斑块,其面积占研究区绿地面积总量的15.44%。在黄葛树种子传播距离为2000 m条件下,共识别出278条连接路径。按照网络组成要素的重要性划分等级,其中重要等级高的斑块主要以大型公园、风景名胜区为主,且外部形态多表现为条带状。然后进一步分析斑块重要值与斑块面积之间的关系,发现两者之间存在相关性(Pearson=0.589,P0.01),但仍有部分小型绿地斑块占据较高等级,它们在空间上多为网络连接的关键节点和跳脚石斑块。重要级高的路径连接多为网络通过区的唯一连接通道,不存在其他冗余路径,若被移除,整体网络将被分割为多个景观亚组分,影响生态网络功能的发挥。其中最重要的连接路径为Core1—Core,即红岩村绿地和鸿恩寺之间,该路径是沟通“江陵江—渝中半岛两侧景观组分的唯一通道,若被移除,网络整体连接度将下降22.16%;其次为路径Core2—Core2,两端分别连接义渡公园和沿江带状分布的花溪河滨公园,其连通了大渡口区长江两岸的生态网络,若将其移除,网络连接度则下降15.14%。针对网络中斑块/连接的不同重要级,可以结合通过区下垫面现状,采取不同优先顺序、不同强度,因地制宜地进行优化恢复。(3)在生态网络模拟与评价基础上,创设备选网络(A)、分支网络(B)、环形网络(C)和优化网络(D)4种规划情景。其中,情景A多项指标都为最佳,但其成本比较高,内部存在较多连接冗余,导致实际建设过程中将占据大量建设用地,可能加重用地矛盾。情景D的α(闭合度)、β(线点率)、γ(环通度)和cost tatio(成本比)指标较之情景B、C都处于较高水平,虽然比情景A的α、β、γ指标低,但其成本比也更小,网络也更为开放,在对社会经济支撑需求适中的条件下保持了较高的连通度和复杂性。综合比较,情景D是最优生态网络预案。(4)将网络优化后的城市绿地与现状绿地(2014年)、政府规划绿地(2020年)进行景观格局比较,发现网络优化后的绿地面积增加量仅为政府规划绿地面积增加量的一半,且斑块密度进一步降低,多样性指数由0.64增加到0.68,连接度指数也较原来提高为3.94。这综合反映了在当前城市建设与生态保护用地矛盾日益紧张的背景下,基于生态网络模拟的生态空间优化方法可用较少的生态用地取得比政府绿地系统规划更佳的效果。