綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展

于 強(qiáng) 張啟斌 牛 騰 王 戈 馬 駿 楊林哲

(1.北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院， 北京 100083； 2.河北工程大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院， 邯鄲 056038)

0 引言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使城市化率迅速升高，根據(jù)聯(lián)合國(guó)人居署發(fā)布的《2020年世界城市報(bào)告》，全球城市人口比例將在2030年達(dá)到60.4%[1]，其中96%的城市增長(zhǎng)將發(fā)生在東亞、南亞和非洲地區(qū)[2]。我國(guó)第七次人口普查數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)城市化率已達(dá)63.89%，且仍處在較快發(fā)展區(qū)間[3]。高速的城市化進(jìn)程改變了地表景觀的結(jié)構(gòu)與功能，由此引發(fā)了動(dòng)植物棲息地破碎、景觀連通性降低等現(xiàn)象，使得生物多樣性降低，生態(tài)服務(wù)功能遭到破壞，城市人居環(huán)境惡化[4]。如何緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)間的矛盾，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

近年來(lái)，一些學(xué)者從景觀連通性與生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能完整性的角度出發(fā)，提出了生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的概念與基本原理[5]，綜合評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的自然與人文因素，以區(qū)域內(nèi)重要生態(tài)資源斑塊為節(jié)點(diǎn)，以生態(tài)資源斑塊間的帶狀廊道為邊，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)，以緩解生境破碎、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下降的問(wèn)題，改善城市人居環(huán)境[6-7]。綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的概念最早源自綠道系統(tǒng)，自提出以來(lái)不斷發(fā)展完善，如今已經(jīng)成為城市規(guī)劃、景觀生態(tài)學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科的研究熱點(diǎn)[8]。當(dāng)前生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)包括生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能研究、生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)與優(yōu)化等，在城市規(guī)劃[9]、水文規(guī)劃與管理[10]、防風(fēng)固沙、礦區(qū)生態(tài)重建[11]、動(dòng)物保護(hù)[12]等領(lǐng)域進(jìn)行了大量實(shí)證研究。

本文在總結(jié)已有研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)相關(guān)概念的提出和發(fā)展、綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)和研究方法、綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行闡述，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，以期為綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)概念與特征

1.1 綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)概念與功能

綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)是景觀生態(tài)學(xué)重要的內(nèi)容，目前綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)研究是景觀生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)[13]。綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)對(duì)于保護(hù)生物多樣性、維持生態(tài)平衡、增加景觀連接度具有重要意義[14]。根據(jù)不同的角度，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)含義，如表1所示。

表1 綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的多種概念解釋Tab.1 Various conceptual explanations of ecological networks

根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)的重要性程度，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)可以理解為一個(gè)連接城市空間與鄉(xiāng)村空間的循環(huán)系統(tǒng)，它是一個(gè)開(kāi)放的空間。在綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)中，生態(tài)廊道是最為基本也最為重要的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)廊道連接性的不同，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)也可以理解為連接自然保護(hù)區(qū)、居民點(diǎn)、各種景觀的一種開(kāi)放的空間結(jié)構(gòu)[15-16]。

綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)具有多重作用，這是由于綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)中的生態(tài)要素也是由多種不同類型的生態(tài)系統(tǒng)組成的。從綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)中生態(tài)系統(tǒng)的多重穩(wěn)定性角度，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的含義可以理解為：綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)景觀鏈，具有文化穩(wěn)定性、生態(tài)穩(wěn)定性和娛樂(lè)穩(wěn)定性等多重特性[17-18]。

綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。在這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中，存在著多種生態(tài)過(guò)程。生態(tài)過(guò)程具有一致性和不一致性。根據(jù)生態(tài)過(guò)程的一致性，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)可以理解為一個(gè)為了維持這種一致性和完整性而存在的復(fù)雜系統(tǒng)。綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)主要受到人類的干擾，在各種干擾下，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)要素之間相互影響，共同抵抗這些干擾?？梢?jiàn)，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多種類型的生態(tài)節(jié)點(diǎn)和生態(tài)廊道組成的空間連貫的開(kāi)放系統(tǒng)[19-21]。

綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)是具有一定生態(tài)功能的網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)實(shí)中，大多數(shù)的綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)都是人為規(guī)劃設(shè)計(jì)出來(lái)的。根據(jù)土地規(guī)劃和綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的功能性，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)可以理解為一個(gè)土地網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有多種生態(tài)功能。除了生態(tài)功能，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)還具有交通運(yùn)輸?shù)墓δ芎托蓍e娛樂(lè)的功能。從景觀設(shè)計(jì)角度，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)還具有美學(xué)功能。從功能的角度，結(jié)合實(shí)際情況而進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的用途而對(duì)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理[22]。

綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由多種類型生物組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。不同的綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的生物多樣性不同，人們對(duì)生物多樣性的保護(hù)也是不相同的。根據(jù)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)中生物多樣性的保護(hù)程度，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)可以理解為為了保護(hù)生物多樣性，降低人為干擾的復(fù)雜系統(tǒng)。可以說(shuō)，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)能夠解決生物多樣性保護(hù)和人類對(duì)生物資源利用之間的矛盾[23]。

1.2 綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程與特點(diǎn)

綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)這一概念出現(xiàn)較晚，但在早期的城市規(guī)劃與景觀生態(tài)學(xué)研究中已經(jīng)出現(xiàn)了其思想的萌芽。生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程大致可以概括為3個(gè)階段。18世紀(jì)到20世紀(jì)60年代是生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的孕育和啟蒙階段，在這一階段，景觀規(guī)劃領(lǐng)域出現(xiàn)了軸線、林蔭大道以及城市公園體系的規(guī)劃理念。OLMSTED[24]借鑒軸線和林蔭大道的設(shè)計(jì)理念，基于城市公園的鑲嵌分布構(gòu)建了城市公園體系，取得了較好的景觀與生態(tài)效果。20世紀(jì)60年代到20世紀(jì)80年代是生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)思想快速發(fā)展階段，這一階段出現(xiàn)了大量有關(guān)開(kāi)放空間規(guī)劃的研究，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究發(fā)展迅速，綠色網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境廊道等概念開(kāi)始出現(xiàn)[25]，20世紀(jì)80年代，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)被首次提出，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究與規(guī)劃得以更加廣泛的展開(kāi)[26]。20世紀(jì)80年代至今是綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的熱點(diǎn)研究階段，這一階段中，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究開(kāi)始出現(xiàn)多目標(biāo)、多功能與多尺度的特點(diǎn)，所涵蓋的生態(tài)功能越來(lái)越多，在城市規(guī)劃、景觀生態(tài)學(xué)等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[27]。

當(dāng)前，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為景觀生態(tài)學(xué)、城市規(guī)劃、地理學(xué)等領(lǐng)域的熱點(diǎn)。然而，由于起步較晚，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的概念仍在不停發(fā)展變化中，各學(xué)者根據(jù)自己的理解從不同角度開(kāi)展研究，研究?jī)?nèi)容與達(dá)成的目標(biāo)較為多樣，但是都認(rèn)為，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)至少應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：①連接性，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該通過(guò)線狀景觀元素連接區(qū)域中的生態(tài)資源斑塊，增強(qiáng)景觀連接性。②功能性，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備維護(hù)物種多樣性、調(diào)節(jié)氣候等多種生態(tài)服務(wù)功能。③發(fā)揮重要連接功能的生態(tài)廊道應(yīng)該是線性的。④整體性，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)、邊與基質(zhì)應(yīng)該形成一個(gè)整體的系統(tǒng)。⑤應(yīng)該在有效減少人類活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)干擾的同時(shí)，最大限度地發(fā)揮自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能[28]。根據(jù)以上特點(diǎn)，本文將綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的特征概括為：基于景觀生態(tài)學(xué)和保護(hù)生態(tài)學(xué)原理，以保護(hù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的完整性及充分發(fā)揮其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為目的，利用線性的空間廊道將區(qū)域生態(tài)資源斑塊有機(jī)連接成系統(tǒng)整體。

在實(shí)際應(yīng)用中，綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)分為潛在綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)和實(shí)際綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際中的綠地斑塊、林帶、道路兩側(cè)綠籬等組成了實(shí)際綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)，現(xiàn)實(shí)中真實(shí)存在的綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)就是實(shí)際綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)，比如具有生態(tài)功能的道路網(wǎng)絡(luò)、河流網(wǎng)絡(luò)、森林網(wǎng)絡(luò)等。而潛在綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)是指抽象存在的綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)，潛在綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)中的廊道，在現(xiàn)實(shí)中可能并不存在，但是生態(tài)能量的流動(dòng)與傳播卻是沿著這個(gè)廊道而進(jìn)行的。這種生態(tài)能量的傳播看不到，卻是真實(shí)存在的。潛在綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)可以理解為一個(gè)具有傳播功能的結(jié)構(gòu)?？梢詫撛诰G色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)理解為基于現(xiàn)狀土地利用，提取出來(lái)的生態(tài)能量流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。潛在綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)也可以理解為實(shí)際綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的一種優(yōu)化模式，但是由于是基于現(xiàn)狀所提取的，這種優(yōu)化是不完全的優(yōu)化，故潛在綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)還有必要進(jìn)行再一次的優(yōu)化，這也是未來(lái)研究中的重點(diǎn)。

2 綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、分析與優(yōu)化

2.1 綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)識(shí)別與構(gòu)建

一個(gè)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)完整性與優(yōu)劣性決定了其功能是否能夠正常發(fā)揮。目前，在園林學(xué)中，國(guó)外的綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)類型主要包括荷蘭國(guó)家生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、自然2000網(wǎng)絡(luò)、綠寶石網(wǎng)絡(luò)、歐盟生態(tài)網(wǎng)絡(luò)等[29-30]。另外針對(duì)不同的對(duì)象，潛在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究大多集中在森林生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、濕地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、城市綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、森林生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、濕地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和沙漠區(qū)防護(hù)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)等[31-35]。例如針對(duì)中國(guó)西北干旱半干旱生態(tài)脆弱區(qū)所構(gòu)建的綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)是典型的沙漠區(qū)防護(hù)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)[36]。中國(guó)西北地區(qū)生態(tài)脆弱區(qū)具有荒漠化嚴(yán)重、景觀斑塊破碎、生態(tài)環(huán)境極其脆弱等特征，防護(hù)型潛在綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)連接破碎生境，形成完整的景觀網(wǎng)絡(luò)，從而保證區(qū)域生態(tài)安全。

生態(tài)源地一般指景觀中為相鄰生態(tài)系統(tǒng)提供能量、物質(zhì)和生物有機(jī)來(lái)源的區(qū)域，它是構(gòu)建生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，是多種生物進(jìn)行物質(zhì)傳遞和能量流動(dòng)的重要場(chǎng)所[37]。當(dāng)前有關(guān)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的研究中，學(xué)者所使用的生態(tài)源地提取方法存在較大差別，但大致可以歸納為以下4類：①直接識(shí)別法，根據(jù)研究區(qū)的自然生態(tài)特征選取面積較大的水域、植被或者重要的生物棲息地作為生態(tài)源地[38]。②指標(biāo)評(píng)價(jià)法，以生態(tài)服務(wù)功能與價(jià)值等指標(biāo)作為依據(jù)，選取符合條件的斑塊作為生態(tài)源地[39]。③形態(tài)學(xué)空間分析法(Morphological spatial pattern analysis，MSPA)，該方法通過(guò)腐蝕、膨脹、開(kāi)閉運(yùn)算等形態(tài)學(xué)處理方法對(duì)研究區(qū)域的土地利用柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[40]，可以較為精確地識(shí)別出區(qū)域內(nèi)的核心區(qū)、孤島、空隙、邊緣區(qū)、橋接區(qū)、環(huán)島與支線共7類景觀。④綜合識(shí)別法，從景觀連通性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及自身生境等方面綜合分析，通過(guò)景觀格局指數(shù)、空間聚類分析、空間疊加分析等方法識(shí)別具有重要生態(tài)功能的斑塊作為生態(tài)源地[41]。生態(tài)源地的提取是構(gòu)建區(qū)域生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，它一方面應(yīng)該是物質(zhì)、能量、信息的來(lái)源，另一方面還應(yīng)該起到流動(dòng)和傳遞的作用，因此其提取過(guò)程應(yīng)該從景觀結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能兩方面考慮，上述提取方法中綜合識(shí)別法可以較好的考慮到這兩方面，但在具體操作層面仍存在較大的任意性，如何科學(xué)合理的提取生態(tài)源地，仍然是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。許多學(xué)者利用面積、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值等對(duì)生態(tài)源地等級(jí)劃分進(jìn)行了研究，分級(jí)的衡量因子較為單一[42]。能值分析理論能夠?qū)?fù)雜系統(tǒng)中的不同種類的物質(zhì)流、能量流、貨幣流轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的能值指標(biāo)來(lái)分析和比較，其能夠綜合多源數(shù)據(jù)對(duì)生態(tài)源地進(jìn)行等級(jí)劃分，但是能值分析理論計(jì)算復(fù)雜，數(shù)據(jù)要求量極大[43]。

生態(tài)廊道則是綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的骨架，是生態(tài)能量流動(dòng)的通道。生態(tài)廊道是景觀的重要組成部分，是景觀生態(tài)流發(fā)生的主要通道，對(duì)區(qū)域生態(tài)過(guò)程、景觀美學(xué)特征和生態(tài)功能的發(fā)揮都具有重要意義[44]。在生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中，生態(tài)廊道的提取是必不可少的[45]。MCR模型由Kanppen提出[46]，起初該模型運(yùn)用在物種遷徙模擬中，我國(guó)學(xué)者俞孔堅(jiān)將其應(yīng)用于景觀格局分析中[47]，該模型的構(gòu)建主要考慮源地、阻力面和累積代價(jià)3個(gè)要素，通過(guò)提取生態(tài)流在源地間流動(dòng)的最小阻力路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)生態(tài)廊道的構(gòu)建。MCR模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、算法明晰，已經(jīng)成為生態(tài)廊道提取的主流方法[48]。電路理論于2006年由MCRAE提出，該方法把景觀看作一個(gè)導(dǎo)電表面，把復(fù)雜景觀中的物種或生態(tài)流看作一個(gè)隨機(jī)游走者。模型中的電阻相當(dāng)于累積阻力模型中的阻力面，阻力越大，生態(tài)流游走過(guò)程中面臨的阻力越大；電流的強(qiáng)弱表示物種或生態(tài)流到達(dá)目標(biāo)斑塊時(shí)通過(guò)某條路徑的概率。相比于MCR模型，電路理論結(jié)合了隨機(jī)游走理論，可以顯示廊道冗余度，可通過(guò)電流的強(qiáng)弱判斷生態(tài)源地和廊道的相對(duì)重要程度等信息，逐漸被越來(lái)越多的應(yīng)用到國(guó)內(nèi)外生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中。

生態(tài)節(jié)點(diǎn)一般指生態(tài)廊道中具有重要生態(tài)學(xué)意義或者生態(tài)敏感性較高的點(diǎn)位。根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)中的踏腳石原理，景觀中大型斑塊之間存在的小斑塊可構(gòu)成踏腳石系統(tǒng)，促進(jìn)生物的遷徙及物質(zhì)能量的流動(dòng)，這種踏腳石系統(tǒng)一般面積較小，但具有較強(qiáng)的實(shí)用性[49]。在生態(tài)廊道中識(shí)別生態(tài)節(jié)點(diǎn)，可起到很好的生態(tài)踏腳石作用[50]。當(dāng)前生態(tài)節(jié)點(diǎn)的提取方法一般可歸納為兩種：基于先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行，將廊道途經(jīng)的重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域、生態(tài)敏感區(qū)域作為生態(tài)節(jié)點(diǎn)；基于MCR模型中的累積阻力面進(jìn)行，通過(guò)水文學(xué)分析方法提取累積阻力面中的山脊線，通過(guò)山脊線與生態(tài)廊道的交點(diǎn)即廊道中生態(tài)阻力最大處確定為生態(tài)節(jié)點(diǎn)[51]。一般情況下，結(jié)合兩種方法可以對(duì)生態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更加準(zhǔn)確的識(shí)別。起到踏腳石作用的生態(tài)斑塊節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)從結(jié)構(gòu)的聯(lián)通到功能的聯(lián)通，生態(tài)斑塊節(jié)點(diǎn)的提取方法主要包括景觀阻力分析、網(wǎng)絡(luò)分析、生態(tài)阻力面模型、形態(tài)學(xué)空間格局模型等，其中生態(tài)阻力面模型通過(guò)提取阻礙生態(tài)流的最小耗費(fèi)路徑和最大耗費(fèi)路徑的交叉點(diǎn)以及生態(tài)廊道最薄弱的點(diǎn)來(lái)確定生態(tài)斑塊節(jié)點(diǎn)，其被廣泛應(yīng)用于生態(tài)斑塊節(jié)點(diǎn)提取的研究中。

2.2 綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

針對(duì)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。在針對(duì)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相關(guān)研究中，GOLDSTEIN等[52]通過(guò)模型算法以及統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分析了鳥(niǎo)類活動(dòng)的規(guī)律，得出了鳥(niǎo)類保護(hù)生態(tài)廊道的寬度，并且分析了生態(tài)廊道結(jié)構(gòu)與周邊環(huán)境之間的耦合關(guān)系，認(rèn)為綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的聯(lián)通性是最為重要的。JONGMAN[53]研究了歐洲15個(gè)國(guó)家的綠地網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)在歐洲綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)主要以保護(hù)為核心。此外，景觀格局指數(shù)、聯(lián)通度指數(shù)、景觀可視化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)、障礙影響指數(shù)等被廣泛的應(yīng)用在綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分析以及優(yōu)化評(píng)價(jià)中。MONTIS等[54]提出了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)建模的綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)研究和建模方法框架，使用了網(wǎng)絡(luò)屬性和中心度量，并且通過(guò)引入相應(yīng)的加權(quán)中心度量來(lái)考慮分散能力，通過(guò)從3個(gè)角度監(jiān)測(cè)擴(kuò)散能力和聯(lián)通數(shù)量來(lái)模擬綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化。YAN等[55]利用生物多樣性與生物量之間的關(guān)系，探討了理論網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的特點(diǎn)。UPADHYAY等[56]對(duì)喜馬拉雅地區(qū)森林物種的生態(tài)信息流進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)物種棲息綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)，且具有小世界特性。

國(guó)內(nèi)針對(duì)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究也較多，曾琦芳[57]基于點(diǎn)線面的構(gòu)建模式在華僑大學(xué)廈門(mén)校區(qū)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建研究中對(duì)該校區(qū)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、脈絡(luò)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，將綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為核心型、軸線型和勻質(zhì)型，為新校區(qū)建設(shè)帶來(lái)新的規(guī)劃。段飛[58]以青島、深圳的高校為例，對(duì)濱海地區(qū)高校綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究，為其他濱海地區(qū)高校生態(tài)規(guī)劃建設(shè)提供參考。傅強(qiáng)等[59]基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的CL-PIOP評(píng)價(jià)方法，對(duì)青島市綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，該方法能快速統(tǒng)計(jì)重要位置的廊道，判斷廊道的不可替代程度，為相關(guān)規(guī)劃中的生態(tài)用地保護(hù)、恢復(fù)提供理論依據(jù)。劉耕源等[60]基于熱力學(xué)流核算方法研究大連市綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確立該城市的代謝系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各組分進(jìn)行研究，為城市健康可持續(xù)發(fā)展提供研究依據(jù)。閆維等[61]將GIS與景觀格局分析、斑塊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析相結(jié)合，研究濱海新區(qū)規(guī)劃對(duì)區(qū)域綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響，并提出濱海新區(qū)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的改進(jìn)建議。

2.3 綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對(duì)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化一般需要基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能的分析結(jié)果進(jìn)行，因此生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的各種分析方法常常同時(shí)作為對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化的手段或優(yōu)化結(jié)果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。其中，基于景觀格局分析與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)法的研究較多[62-64]。

然而，當(dāng)前基于景觀格局分析以及各類網(wǎng)絡(luò)指數(shù)的優(yōu)化研究中，仍然沒(méi)有形成領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的優(yōu)化策略，具體的優(yōu)化方法往往由研究者根據(jù)自己的理解構(gòu)建，不同研究之間的差別也比較大，并且有部分研究只給出管控建議，沒(méi)有具體的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案。例如：有的學(xué)者研究采用不同的網(wǎng)絡(luò)模型分別構(gòu)建了生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)比不同模型下生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的生態(tài)廊道數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)中廊道面積和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)，篩選最優(yōu)的生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方案[65]；AN等[66]根據(jù)生態(tài)廊道與生態(tài)源地的空間分布特征、網(wǎng)絡(luò)連接指數(shù)，在生態(tài)廊道的斷裂處選取核心源地斑塊構(gòu)建生態(tài)踏腳石，實(shí)現(xiàn)了對(duì)研究區(qū)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化；而張萌等[67]的研究中只給出了綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的管控建議，沒(méi)有具體的優(yōu)化方案。

基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法仍處在起步階段，僅有少量研究出現(xiàn)，如張啟斌[39]基于度低者優(yōu)先的原則，構(gòu)建了烏蘭布和沙漠東北緣潛在生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的增邊優(yōu)化策略。裴燕如等[68]綜合考慮生態(tài)節(jié)點(diǎn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以及節(jié)點(diǎn)度中心性，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略，實(shí)現(xiàn)了鄂榆地區(qū)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化?？偟膩?lái)講，這些研究都是通過(guò)構(gòu)建不同優(yōu)先原則的增邊策略實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

利用3S技術(shù)進(jìn)行綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的研究較多。例如，郭慧慧[69]將3S技術(shù)與常用的景觀格局計(jì)算方法相結(jié)合，對(duì)慈溪市綠地綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，最終從4種綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃預(yù)案中選出最佳的綠地綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案。張遠(yuǎn)景等[70]將GIS與CA-Marcov模型相結(jié)合，對(duì)哈爾濱中心城區(qū)進(jìn)行綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)模擬優(yōu)化。吳榛等[71]基于RS與GIS技術(shù)，通過(guò)分析連通性指數(shù)確定綠地斑塊節(jié)點(diǎn)，對(duì)綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析，針對(duì)性地提出揚(yáng)州市綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建議。陳濤等[72]基于城市綠地綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)相關(guān)理論與城區(qū)內(nèi)林鳥(niǎo)連接度的情況，對(duì)長(zhǎng)沙市寧鄉(xiāng)縣中心城區(qū)綠地綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，針對(duì)寧鄉(xiāng)縣中心城區(qū)綠地中存在的林鳥(niǎo)連接度問(wèn)題提出生態(tài)優(yōu)化途徑，同時(shí)增加“踏腳石”途徑以及人文繁榮途徑進(jìn)行優(yōu)化。賈振毅等[73]采用景觀格局分析與最小費(fèi)用模型模擬城市網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

除此之外，有研究者通過(guò)分析生態(tài)節(jié)點(diǎn)或生態(tài)源地的輻射范圍來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)源地的合理布局，如張遠(yuǎn)景等[70]采用地理空間網(wǎng)格法統(tǒng)計(jì)空間網(wǎng)格中生態(tài)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，從而識(shí)別生態(tài)盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化布局；于強(qiáng)等[43]采用泰森盲區(qū)多邊形形心優(yōu)化(BCBS)模型進(jìn)行生態(tài)盲區(qū)識(shí)別，構(gòu)建了生態(tài)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化部署策略。

3 綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)研究相關(guān)理論

3.1 島嶼生物地理學(xué)原理

島嶼生物地理學(xué)認(rèn)為島嶼上物種的豐富度與其面積存在一定的數(shù)量關(guān)系，這一理論在維持物種多樣性、解決由生境破碎化造成的物種保護(hù)問(wèn)題等方面發(fā)揮了重要作用[74]。

島嶼是島嶼生物地理學(xué)中的重要概念，在島嶼生物地理學(xué)中，島嶼的定義可以被理解為：某一區(qū)域中，明顯區(qū)別于基底的，許多生物集中生活的生境斑塊，類似于本研究中荒漠中間的綠洲，這些生境斑塊可以是大小各異、多種多樣的，包括海洋中散布的島嶼、城市中的自然保護(hù)區(qū)、森林中的林窗等，因此可以將島嶼看作一個(gè)具有明顯邊界的生態(tài)系統(tǒng)，而其大小、類型等性質(zhì)并不是形成“島嶼”的必要條件[75]。

島嶼生物地理學(xué)認(rèn)為，在氣候條件相對(duì)一致的一定區(qū)域內(nèi)，島嶼上的物種數(shù)目會(huì)隨著島嶼面積的增加而增加。例如，當(dāng)某一島嶼的面積增加到原來(lái)的10倍，其上的兩棲、爬行類生物數(shù)量將翻倍。有研究表明，這一規(guī)律在不受外界擾動(dòng)的島嶼中十分明顯。1913年，GRINNEL和SWARTH提出了種類-面積方程[76]

S=CAZ

(1)

兩端取對(duì)數(shù)可得

lgS=lgC+ZlgA

(2)

式中S——島嶼上所有生物物種的數(shù)量

A——島嶼面積

C——物種的空間分布密度

Z——統(tǒng)計(jì)指數(shù)

種類-面積方程中的Z值具有重要的生物學(xué)意義，例如當(dāng)Z=0.5時(shí)，只需將島嶼面積增加4倍即可將物種數(shù)目加倍，而當(dāng)Z=0.14時(shí)，必須使面積增加140倍才能達(dá)到相同的效果。

種類-面積方程是對(duì)島嶼面積與物種數(shù)量的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，難以解釋其機(jī)理，因此MACARTHUR和WILSON[77]于1967年提出了動(dòng)態(tài)平衡理論，豐富了物種-面積關(guān)系。平衡理論引入了遷入和滅絕兩個(gè)因素，而平衡則指的是遷入和滅絕這兩個(gè)因素的平衡。當(dāng)遷入大于滅絕，島嶼物種豐富度上升，反之則下降，平衡時(shí)，物種豐度維持穩(wěn)定。

伴隨人類影響范圍的不斷擴(kuò)大，自然生態(tài)空間由于受到人類活動(dòng)的影響已經(jīng)或正在成為生境島嶼，因此島嶼生物學(xué)理論在自然保護(hù)區(qū)的選址、設(shè)計(jì)和綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃等方面被廣泛應(yīng)用[78]。

3.2 景觀生態(tài)流與空間再分配原理

在某區(qū)域的景觀格局中，不同景觀組分之間存在著物質(zhì)、能量、物種和信息的交換，這一交換的內(nèi)容稱為景觀生態(tài)流[79-80]。景觀生態(tài)流一般表現(xiàn)為生態(tài)流的形式，景觀格局的演變必然引起物質(zhì)、能量與信息的流動(dòng)和空間再分配，因此生態(tài)流的運(yùn)行受到景觀格局的明顯影響[81-82]。

物質(zhì)、能量和信息的流動(dòng)勢(shì)必伴隨能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程，因此景觀生態(tài)流在景觀中的運(yùn)行必須克服阻力實(shí)現(xiàn)[83]。斑塊間的景觀生態(tài)流可視為在能級(jí)上的有序運(yùn)動(dòng)，斑塊的能級(jí)由其所處的環(huán)境參數(shù)決定，這些環(huán)境參數(shù)包括物質(zhì)組成、空間位置、生物因素等。景觀生態(tài)流的運(yùn)行過(guò)程可以表現(xiàn)為聚集和擴(kuò)散兩種趨勢(shì)。景觀中物質(zhì)、能量和信息的交換主要通過(guò)5種媒介或傳輸機(jī)制實(shí)現(xiàn)從某一個(gè)景觀組分向另外一個(gè)景觀組分的流動(dòng)，這5種媒介為：風(fēng)、水、飛行動(dòng)物、地面動(dòng)物和人類活動(dòng)[84]。在水平方向上，生態(tài)流受到擴(kuò)散、傳輸和運(yùn)動(dòng)3種力的驅(qū)動(dòng)。擴(kuò)散是一種隨機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，類似于熱力學(xué)中的布朗運(yùn)動(dòng)，它是一種低耗能過(guò)程，僅在小尺度發(fā)揮作用，是景觀呈現(xiàn)均質(zhì)化的主要?jiǎng)恿85]。傳輸指的是景觀生態(tài)流中的物質(zhì)流沿能量梯度下降方向的運(yùn)移過(guò)程，如河道水分的側(cè)滲過(guò)程對(duì)地下水的補(bǔ)給、水土流失過(guò)程等，它是景觀格局中物質(zhì)、能量、信息流動(dòng)的主要作用力。運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)通過(guò)消耗自身能量在景觀空間中的移動(dòng)過(guò)程，很明顯在這一過(guò)程中移動(dòng)的主體主要為動(dòng)物，這種遷移過(guò)程將導(dǎo)致物質(zhì)和能量在景觀中維持高度聚集狀態(tài)[86]。

綜上可知，擴(kuò)散過(guò)程使得景觀中的聚集格局減少，傳輸對(duì)于聚集格局不存在明顯的正向和負(fù)向影響，運(yùn)動(dòng)這一過(guò)程可形成最明顯的聚集格局。在景觀生態(tài)流的運(yùn)行過(guò)程中，景觀組分的邊界可對(duì)經(jīng)過(guò)景觀組分邊界的生態(tài)流進(jìn)行過(guò)濾，對(duì)生態(tài)流的性質(zhì)、方向和流量具有重要影響。

3.3 斑塊-廊道-基質(zhì)模型

斑塊(patch)、廊道(corridor)和基質(zhì)(matrix)是景觀生態(tài)學(xué)中用來(lái)描述景觀結(jié)構(gòu)及其功能性特征的基本模型，由FORMAN于1986年正式提出[87]，它普遍適用于荒漠、森林、草原、城市等多種景觀，景觀中的任意一點(diǎn)一定是落在斑塊、基質(zhì)或廊道上，不存在其他可能[88]。斑塊-基質(zhì)-廊道的組合是最容易理解、最常見(jiàn)的景觀模型，在景觀格局的分析、比較與規(guī)劃等方面發(fā)揮了重要作用[89]。以該模式為核心，發(fā)展出了一系列概念、理論和方法，已經(jīng)逐漸成為景觀生態(tài)學(xué)的重要方面[90]。

斑塊是景觀格局的基本組成單元，它指的是與周圍背景具有明顯區(qū)別的、非線性的、內(nèi)部相對(duì)均質(zhì)的地表空間范圍[91]。由于景觀中的斑塊具有不同的成因和演化路徑，其大小、形狀及外部特征各異[92]。斑塊既可以是存在生命的，如由植被覆蓋的林地、草地，也可以是不存在生命的，如建筑、裸巖等；它既可以是天然形成的，如天然形成的荒漠、綠洲，也可以是人為建設(shè)的，如果園、農(nóng)田等[93]。

廊道是景觀中與兩側(cè)基質(zhì)存在明顯區(qū)別的狹長(zhǎng)的線性或帶狀地表空間，實(shí)際上，可以將廊道看作一種斑塊的特殊類型，只是其形狀是線性或帶狀的[94]。廊道既可以是對(duì)景觀空間產(chǎn)生分割作用的條狀區(qū)域，如人工道路、河流；也可能以逐漸過(guò)渡的形式與本底呈現(xiàn)區(qū)別，如更新過(guò)程中的帶狀采伐跡地等[95]。廊道的兩端通常連接著具有重要生態(tài)作用的大型斑塊，如道路兩端的居民點(diǎn)、河流兩端的湖泊、山嶺等[96]。廊道的這一特點(diǎn)使得它成為景觀生態(tài)流經(jīng)過(guò)的主要通道，對(duì)區(qū)域生態(tài)過(guò)程與生態(tài)功能的良好運(yùn)行具有重要作用。

基質(zhì)是景觀中的本底，對(duì)景觀的動(dòng)態(tài)變化發(fā)揮主要作用，決定了景觀的性質(zhì)，廣闊的草原、荒漠，大面積的森林都可以當(dāng)作基質(zhì)[97]。確定某一景觀類型是否為景觀的基質(zhì)，通常需要以下特點(diǎn)：①相對(duì)面積。是某一景觀類型在景觀總面積中所占的比例，景觀中相對(duì)面積最大的景觀類型往往也控制著景觀生態(tài)流的運(yùn)行。一般情況下，若景觀中某一景觀類型的相對(duì)面積大于50%或大于其他各類景觀類型的面積總和，那么該景觀類型可被認(rèn)為是基質(zhì)。③連通性。只用相對(duì)面積來(lái)判斷基質(zhì)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤判，因此引入連通性這一標(biāo)準(zhǔn)是必要的。若景觀中某一景觀類型連通性較高，且對(duì)其他景觀類型形成了環(huán)繞包圍的態(tài)勢(shì)，此時(shí)該景觀類型也可被認(rèn)為是基質(zhì)。③動(dòng)態(tài)控制作用。動(dòng)態(tài)控制作用指的是某一景觀類型對(duì)景觀整體的演化方向、速度和終點(diǎn)起到?jīng)Q定性作用。從生態(tài)意義上看，這種動(dòng)態(tài)控制作用是判斷某一景觀類型是否為基質(zhì)的根本標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際中，對(duì)基質(zhì)的判斷往往需要將上述3種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合使用，在計(jì)算比較各景觀類型的相對(duì)面積和連通性后若仍不能確定基質(zhì)，則需要查閱文獻(xiàn)或野外觀測(cè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行確定。

3.4 “源-匯”理論

“源-匯”理論最早用來(lái)分析大氣運(yùn)行過(guò)程，“源”和“匯”的概念為分析大氣污染物的產(chǎn)生、傳輸和匯集提供了有效手段[98-100]。在景觀生態(tài)學(xué)中，“源”指的是某種生態(tài)過(guò)程的源頭，即能提供各種物質(zhì)、能量或物種的景觀單元或生態(tài)系統(tǒng)[101]。“匯”是某個(gè)生態(tài)過(guò)程的重點(diǎn)，即各種物質(zhì)、能量和物種匯集的景觀單元或生態(tài)系統(tǒng)[102]。對(duì)于農(nóng)業(yè)面源污染來(lái)說(shuō)，施用化肥和農(nóng)藥較多的農(nóng)業(yè)用地就起到了景觀中“源”的作用，而下游方向的草地、林地和濕地等景觀要素起到了“匯”的作用，他們之間的一些景觀要素起到了傳輸通道的作用[103]。

很明顯，“源”和“匯”是兩個(gè)相對(duì)的概念，根據(jù)不同的生態(tài)過(guò)程，“源”和“匯”是可以相互轉(zhuǎn)化的[104]。例如水庫(kù)和湖泊，在降雨過(guò)程中，雨水朝水庫(kù)和湖泊匯集，對(duì)于這一生態(tài)過(guò)程來(lái)講，湖泊和水庫(kù)為景觀中的“匯”。而干旱缺水時(shí)，水庫(kù)、湖泊中的水又發(fā)揮了補(bǔ)枯的作用，不僅可改善其周邊的水文環(huán)境，還可以灌溉農(nóng)田，在這一生態(tài)過(guò)程中，湖泊與水庫(kù)又轉(zhuǎn)化為了“源”。經(jīng)上述分析可知，“源”和“匯”并不是絕對(duì)的，只有當(dāng)針對(duì)某一特定的生態(tài)過(guò)程時(shí)，它們才是明確的。因此，在識(shí)別景觀中的“源”和“匯”時(shí)，應(yīng)基于某生態(tài)過(guò)程進(jìn)行。

“源-匯”理論對(duì)景觀格局和生態(tài)過(guò)程進(jìn)行了深入的闡釋，使得對(duì)于景觀的分析從靜態(tài)、平面的分析轉(zhuǎn)移到動(dòng)態(tài)的過(guò)程分析中來(lái)[105]?；谀骋簧鷳B(tài)過(guò)程進(jìn)行“源”和“匯”的空間平衡分析，可以對(duì)生態(tài)過(guò)程調(diào)節(jié)、景觀格局優(yōu)化提供許多有益的借鑒[106]。當(dāng)前“源-匯理論”在面源污染控制、生物多樣性保護(hù)、緩解熱島效應(yīng)等方面已經(jīng)有大量應(yīng)用，同時(shí)也是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的重要理論基礎(chǔ)[107]。

3.5 生態(tài)安全格局理論

根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)的相關(guān)理論，格局和過(guò)程是相互影響的，因此一些基本的景觀改變和管理措施被認(rèn)為有利于區(qū)域的生態(tài)安全[108]。這些改變或管理措施包括核心棲息地斑塊保護(hù)、生態(tài)廊道的建立和生態(tài)重建等[109-110]。而核心生態(tài)斑塊識(shí)別、廊道構(gòu)建與建設(shè)新的棲息地斑塊是實(shí)際操作中需要首先考慮的問(wèn)題。生態(tài)安全格局理論可較好地回答這一問(wèn)題。

生態(tài)安全格局理論認(rèn)為，無(wú)論景觀是均質(zhì)的還是異質(zhì)的，景觀中的各點(diǎn)對(duì)于生態(tài)安全的意義是不同的，在這些點(diǎn)位中存在一些現(xiàn)有的或潛在的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)于控制區(qū)域的景觀生態(tài)過(guò)程具有關(guān)鍵作用，這些具有關(guān)鍵作用的點(diǎn)位就構(gòu)成了生態(tài)安全格局[111]。生態(tài)安全格局對(duì)于生態(tài)過(guò)程的戰(zhàn)略意義主要體現(xiàn)在3方面，分別是：主動(dòng)優(yōu)勢(shì)，即生態(tài)安全格局一旦被某種有利的生態(tài)過(guò)程占據(jù)，就可以以安全格局為基礎(chǔ)，影響控制全局的生態(tài)過(guò)程，且這一過(guò)程將會(huì)是自發(fā)的、主動(dòng)的；空間聯(lián)系優(yōu)勢(shì)，即生態(tài)安全格局有利于聯(lián)系孤立的景觀單元，促進(jìn)其物質(zhì)、能量、信息和物種的交換；高效優(yōu)勢(shì)，即生態(tài)安全格局對(duì)全局景觀生態(tài)過(guò)程的控制具有高效和經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)[112]。生態(tài)安全格局可以由源、緩沖區(qū)、源間連接、輻射道和戰(zhàn)略點(diǎn)等構(gòu)成，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)由生態(tài)源地、生態(tài)廊道與生態(tài)節(jié)點(diǎn)等部分構(gòu)成，也是生態(tài)安全格局的一種。

4 綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)相關(guān)分析方法

4.1 景觀格局分析法

景觀格局分析法是將生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的空間密度、網(wǎng)絡(luò)各組成部分的面積、斑塊形狀特征進(jìn)行定量化表示的一種方法[113]。這種方法可以較好的表征景觀格局狀況以及生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征，但是由于該方法僅考慮到密度、面積、形狀等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，難以對(duì)網(wǎng)絡(luò)的連通性進(jìn)行有效分析且對(duì)網(wǎng)絡(luò)生態(tài)功能的考慮較少，因此生態(tài)意義稍顯不足。

4.2 圖論分析法

基于圖論的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)包括：生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)綜合指數(shù)，由網(wǎng)絡(luò)環(huán)通度指數(shù)(α)、線點(diǎn)數(shù)(β)和連接度(γ)等指數(shù)構(gòu)成，利用這些指數(shù)可以較好地反映網(wǎng)絡(luò)整體的連接情況，可以為生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與優(yōu)化提供一定借鑒，然而卻難以對(duì)某一個(gè)生態(tài)源地或生態(tài)廊道的重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)[114-115]；基于圖論的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指數(shù)是網(wǎng)絡(luò)連接度指數(shù)，由PASCUAL-HORTAL等[116]于2006年提出，包括整體連接度指數(shù)(IIC)、可能性連接指數(shù)(PC)以及等效連接性指數(shù)(EC)等，該方法不僅能較好地反映網(wǎng)絡(luò)整體的連接性，而且可以定量的評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)中廊道、源地以及節(jié)點(diǎn)等要素對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體連接性的貢獻(xiàn)，從而為網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與優(yōu)化提供更加具體的建議。

4.3 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論分析方法

復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué)被譽(yù)為21世紀(jì)的科學(xué)，“復(fù)雜系統(tǒng)理論”是復(fù)雜科學(xué)下的子領(lǐng)域[117]。不同視角下復(fù)雜系統(tǒng)的特征不盡相同，復(fù)雜系統(tǒng)以不同形式、不同狀態(tài)、不同規(guī)模廣泛存在于地理學(xué)(土地覆蓋類型-景觀系統(tǒng))、生態(tài)學(xué)(生物個(gè)體-生態(tài)系統(tǒng))、社會(huì)學(xué)以及經(jīng)濟(jì)學(xué)等研究領(lǐng)域[118-121]。土地景觀系統(tǒng)是典型的復(fù)雜系統(tǒng)，其除了具有無(wú)序性、動(dòng)態(tài)性等基本特征外，還具有多層次性、自組織適應(yīng)性、異質(zhì)性與相互作用性、控制性與突發(fā)涌現(xiàn)性[122]。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的抽象研究方法成為目前復(fù)雜系統(tǒng)研究的新熱點(diǎn)，其是從一個(gè)新的角度和方法來(lái)研究復(fù)雜系統(tǒng)，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)所關(guān)注的研究對(duì)象是系統(tǒng)中個(gè)體相互關(guān)聯(lián)作用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[123]。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究方法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到如WWW網(wǎng)絡(luò)、社交網(wǎng)絡(luò)、專家網(wǎng)絡(luò)、航空網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域[124-125]。在景觀地理學(xué)領(lǐng)域，基于景觀生態(tài)學(xué)理論的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，可以理解為區(qū)域內(nèi)生態(tài)源地、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點(diǎn)3種景觀格局要素所組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，它的結(jié)構(gòu)、功能以及兩者之間的聯(lián)系一直是網(wǎng)絡(luò)科學(xué)以及景觀生態(tài)學(xué)的一個(gè)研究重點(diǎn)。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法是在圖論的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，錢學(xué)森認(rèn)為，具有小世界特征、自相似特征、自組織特征和無(wú)標(biāo)度特征中的一個(gè)或多個(gè)特征的網(wǎng)絡(luò)都可以稱為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)[126]，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)具有明顯的無(wú)標(biāo)度特性?？梢钥醋鲝?fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一種，其特性可以利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論進(jìn)行分析[127]。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析中的度、度分布、平均路徑長(zhǎng)度、聚類系數(shù)、介數(shù)、核數(shù)、連通度等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)可以很好的反映生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的基本靜態(tài)特征，其中度、介數(shù)、核數(shù)、聚類系數(shù)等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)可以很好的識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中重要的源地和廊道。度-度相關(guān)性、聚-度相關(guān)性等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)可以很好的反映網(wǎng)絡(luò)的同配性和層次性。同時(shí)，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特征也可以采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的分析方法進(jìn)行研究，例如于強(qiáng)等[128]以磴口縣為研究區(qū)，分析了縣域生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)在隨機(jī)打擊與惡意打擊下網(wǎng)絡(luò)魯棒性的動(dòng)態(tài)變化?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)研究方法可以更加全面地從多個(gè)角度研究生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特征，正逐漸成為該領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向。

5 綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)研究應(yīng)用

當(dāng)前，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的研究范圍越發(fā)廣泛，從最初的城市規(guī)劃、自然空間規(guī)劃、動(dòng)物保護(hù)領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展到防風(fēng)固沙、礦區(qū)重建、水生態(tài)保護(hù)等領(lǐng)域。如陳春姊等[129]采用最小費(fèi)用模型和圖論分析相結(jié)合的方法對(duì)新西蘭基督城生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)功能性連接的辨識(shí)和優(yōu)先恢復(fù)途徑進(jìn)行了探討；高宇等[130]利用MSPA、可能性連接指數(shù)、網(wǎng)絡(luò)密度分析等方法構(gòu)建了招遠(yuǎn)市綠色空間生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行了優(yōu)化；諸葛海錦等[131]利用最小累積阻力模型等生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)分析方法，研究了青藏高原高寒荒漠區(qū)藏羚羊的潛在廊道分布特征，并基于此提出了管控建議；于強(qiáng)等[132]以烏蘭布和沙漠東北緣沙漠-綠洲交錯(cuò)帶為研究區(qū)，模擬了不同發(fā)展策略下生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和統(tǒng)計(jì)特征，為區(qū)域防風(fēng)固沙、生態(tài)建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供借鑒。侯宏冰等[133]基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)增邊策略，對(duì)鄂榆典型礦區(qū)的生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，為礦區(qū)生態(tài)修復(fù)提供宏觀上的參考與借鑒；SUNDARESAN等[134]通過(guò)對(duì)Bangalore和 Madurai濕地生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的分析，對(duì)城市的未來(lái)發(fā)展與管控提供了指導(dǎo)與借鑒。這些研究拓寬了綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的研究范圍，為綠色生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)研究的多學(xué)科交叉提供了良好的思路。

當(dāng)前，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為景觀生態(tài)規(guī)劃的重要理論體系之一，在生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，以提取生境斑塊與生物廊道為核心要點(diǎn)。生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行生物保護(hù)時(shí)，首要因素是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大小，其與所保護(hù)的生物多少直接相關(guān)，進(jìn)而影響到食物網(wǎng)以及整體生態(tài)系統(tǒng)。要確定生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)大小，關(guān)鍵就是提取需要的生境斑塊以及廊道。生境斑塊需要依據(jù)所選擇保護(hù)對(duì)象來(lái)確定，而廊道布局則應(yīng)與功能性廊道相一致[135-136]。生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃往往與區(qū)域發(fā)展規(guī)劃或土地利用規(guī)劃相結(jié)合[137]，—般運(yùn)用在中大尺度上，如市級(jí)、省級(jí)、國(guó)家，乃至洲級(jí)[138]。

近年來(lái)，我國(guó)的生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)研究逐漸受到關(guān)注。但由于起步較晚，基礎(chǔ)理論研究相對(duì)匱乏，所以應(yīng)結(jié)合國(guó)外的研究動(dòng)態(tài)，建立適合中國(guó)特色的生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)，制定完善的景觀規(guī)劃評(píng)價(jià)體系，進(jìn)而保護(hù)生物的棲息環(huán)境、完善景觀格局。

6 展望

生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從萌芽、起步到進(jìn)入快速發(fā)展階段的過(guò)程，研究方法逐步趨于集成化、定量化、先進(jìn)化。研究重點(diǎn)從生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的提取構(gòu)建逐步發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)空間與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征分析及生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，在城市、水文、防風(fēng)固沙、土壤保持、礦區(qū)重建、動(dòng)物保護(hù)等領(lǐng)域取得了眾多研究成果。未來(lái)的研究重點(diǎn)主要包括：

(1)基礎(chǔ)理論的發(fā)展完善。生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究出現(xiàn)時(shí)間較短，理論體系尚不健全，眾多核心概念仍沒(méi)有在學(xué)界達(dá)成共識(shí)。相關(guān)研究中“生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)”、“綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)”、“景觀生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)”等相近概念仍然根據(jù)研究者的個(gè)人習(xí)慣混雜使用，對(duì)于學(xué)術(shù)交流與學(xué)科發(fā)展造成了一定程度的阻礙。厘清相關(guān)概念的內(nèi)涵與外延，建立一套完備的理論體系，將是未來(lái)的研究重點(diǎn)。

(2)研究方法的改進(jìn)與提升。景觀格局分析、最小累積阻力模型、電路理論、形態(tài)學(xué)分析法、圖論與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)指數(shù)分析方法構(gòu)成了生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究的主要方法體系。相關(guān)研究方法在解決具體問(wèn)題的同時(shí)也暴露出一些問(wèn)題。部分方法或模型的主觀性較強(qiáng)，輸出結(jié)果受研究者本身知識(shí)水平的限制較大，如最小累積阻力模型中阻力值的設(shè)定、生態(tài)源地篩選標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定、形態(tài)學(xué)分析中前景與背景地類的選取等；部分模型的運(yùn)行效率不高，如最小累積阻力模型、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)指數(shù)提取所花費(fèi)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。提升生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)提取、分析與優(yōu)化中相關(guān)研究方法的科學(xué)性、客觀性及運(yùn)行效率，是該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)之一。

(3)時(shí)空尺度的拓寬。當(dāng)前有關(guān)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的研究往往選定某一研究區(qū)域，在某一時(shí)間斷面采用固定的空間尺度展開(kāi)，缺少空間尺度上的對(duì)比研究與時(shí)間尺度上的演變與預(yù)測(cè)研究，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能的尺度效應(yīng)仍然有待揭示，隨著生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，研究的時(shí)空尺度將不斷拓寬。

(4)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)與其他空間網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)。生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)作為一種空間網(wǎng)絡(luò)，與交通網(wǎng)、水網(wǎng)、電力網(wǎng)、動(dòng)物遷徙網(wǎng)等其他空間網(wǎng)絡(luò)必然產(chǎn)生相互影響。例如，生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)可能是路網(wǎng)中的重要樞紐，同時(shí)也發(fā)揮著生態(tài)功能與交通運(yùn)輸功能。如何衡量網(wǎng)絡(luò)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)的相互影響，構(gòu)建“多層網(wǎng)絡(luò)”或“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”對(duì)其進(jìn)行定量研究，將是未來(lái)的研究方向之一。