基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的區(qū)域生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)格局及穩(wěn)定性測度

李子豪 陳卉 萬山霖 盧江林

摘要： 研究以長三角地區(qū)為例，綜合多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價(jià)識別生態(tài)源地，運(yùn)用最小成本路徑模型構(gòu)建生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)并概化為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，將生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性測度進(jìn)行拆解，靜態(tài)上對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)性特征、斑塊與廊道的中心性進(jìn)行評價(jià)，動(dòng)態(tài)上借助節(jié)點(diǎn)移除實(shí)驗(yàn)，模擬隨機(jī)自然災(zāi)害和刻意人為破壞2種情景，分析其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化趨勢。研究結(jié)果表明：1）長三角內(nèi)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)“一核多廊”的空間格局，以浙皖交界的山地為核心向外擴(kuò)展;2）生態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)特征，不具備小世界特性，能量流動(dòng)存在一定的滯塞性;3）長三角生態(tài)網(wǎng)絡(luò)受城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展的脅迫較大，相較于隨機(jī)自然災(zāi)害情景，人為破壞下生態(tài)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性變化更加敏感;4）維持一定規(guī)模的生態(tài)空間并重點(diǎn)保護(hù)高中心性的節(jié)點(diǎn)和廊道，均可保障生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性?；谏鲜鼋Y(jié)論，研究提出重點(diǎn)保護(hù)宣城—南京—常州和大別山—黃山2條重要的生態(tài)廊道，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性測度的閾值提出生態(tài)空間差異化的管控策略。

關(guān)鍵詞： 生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定性測度，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，長三角地區(qū)

DOI： 10.12169/zgcsly.2021.04.25.0002

Spatial Pattern and Stability Measurement of Regional Ecological

Space Network Based on Complex Network Theory：

A Case Study of Yangtze River Delta

Li Zihao1Chen Hui1Wan Shanlin1Lu Jianglin2

（1.College of Architecture and Urban Planning， Tongji University， Shanghai， 200092， China;

2.School of Architecture and Urban Planning， Chongqing University， Chongqing， 400030， China）

Abstract： Taking the Yangtze River Delta as an example， this study integrates a number of ecosystem services evaluation to identify the ecological source， and uses the minimum cost path model to construct the ecological space network and then generalize it into a topological structure. Based on the complex network theory， the measurement of ecological network stability is disassembled to statically evaluate the structural characteristics of the ecological network and the centrality of patches and corridors， and dynamically simulate the 2 scenarios of random natural disasters and deliberate human destruction with the help of node removal experiments to analyze the changing trend of the network structure for both scenarios. The results show that： 1） The ecological network in the Yangtze River Delta presents a spatial pattern of “one core and many corridors”， which spreads with the mountainous areas at the junction of Zhejiang and Anhui provinces as the core; 2） The topological structure of ecological network has the scale-free network characteristics， which does not have the characteristics of small world， and there is a certain stagnation in energy flow; 3） The ecological network in the Yangtze River Delta is more threatened by urban development， and compared with the random natural disaster scenario， human destruction makes the stability of ecological network more sensitive;4） Maintaining a certain scale of ecological space and focusing on the protection of nodes and corridors with high centrality can ensure the stability of ecological networks. Based on the above conclusions， we propose the prioritized protection of two important ecological corridors， such as Xuancheng-Nanjing-Changzhou line and Dabieshan-Huangshan line， and the threshold of network stability measurement should be taken into consideration to clarify the management strategies of ecological spatial differentiation.

Keywords：ecological space network， stability measurement， complex network theory， Yangtze River Delta

科學(xué)謀劃國土空間開發(fā)保護(hù)格局，探討城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)三類功能用地在空間上的配置，尋求一條生態(tài)環(huán)境與城市發(fā)展相耦合的道路，成為新時(shí)期國土空間規(guī)劃的必然趨勢[1-7] 和構(gòu)建全域全要素管理的關(guān)鍵步驟[8] ?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能測度的結(jié)論，如何實(shí)現(xiàn)地域功能優(yōu)化分區(qū)及指導(dǎo)“三區(qū)三線”的劃定，仍然是現(xiàn)階段國土空間規(guī)劃實(shí)踐中亟需解決的問題[9-10] 。在此背景下，本文試圖運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中的相關(guān)研究方法，以長江三角洲（以下簡稱為長三角地區(qū)）為例，探討區(qū)域生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)格局架構(gòu)與特征，通過網(wǎng)絡(luò) 特征分析和穩(wěn)定性測度進(jìn)行結(jié)構(gòu)性解析，從而引申出區(qū)域生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究和實(shí)踐的相關(guān)思考。

1 生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)涵與研究進(jìn)展

1.1 生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法研究

人類活動(dòng)導(dǎo)致的景觀破碎化和生境面積萎縮已經(jīng)嚴(yán)重危害了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的完整性[11-12] 。生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)能有效聯(lián)系各類生態(tài)斑塊主體，從而維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的完整性與可持續(xù)性[13-14] 。國內(nèi)外學(xué)者從20世紀(jì)90年代開始關(guān)注生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)研究，在生物多樣性保護(hù)[15] 、景觀規(guī)劃[16] 等方面有較多的研究積累，逐漸形成了“源地識別—阻力面構(gòu)建—廊道提取—判定安全格局”的基本范式[17] 。確定生態(tài)源地的方法主要分為3類：一是直接選取自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)或大面積林地[18] ;二是從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)角度構(gòu)建指標(biāo)體系對斑塊的重要性進(jìn)行評價(jià)[19] ;三是基于景觀連接度，運(yùn)用形態(tài)學(xué)空間格局分析 （MSPA）進(jìn)行篩選[20] 。而在廊道識別方法上，基于用地類型的阻力面賦值并利用最小阻力模型（MCR）剖析景觀生態(tài)安全格局已經(jīng)成為主流[18，20-23] 。目前較多研究聚焦于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)識別及生態(tài)空間規(guī)劃方案。而在后續(xù)的生態(tài)空間管控治理中，基于要素評價(jià)搭建的區(qū)域生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的效益仍然值得探討。

1.2 圖論視角下生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)特征研究

基于圖論法的景觀連接度模型相較于基于個(gè)體的模型，具有較簡單的結(jié)構(gòu)模式，近年來成為定量分析生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征的重要手段[11，24] 。現(xiàn)有計(jì)算模型主要分為2種類型：其一，以節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的靜態(tài)屬性，如節(jié)點(diǎn)度、中心性、流入流出通量等指標(biāo)，確定斑塊的保護(hù)等級，并通過實(shí)證研究證實(shí)其與重要性評價(jià)結(jié)果具有一致性[25] ;其二，從節(jié)點(diǎn)對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)整體連接度的影響力出發(fā)，引入整體連通性指數(shù)（IIC）和可能連通性指數(shù)（PC），定量測度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化中每一斑塊對維持景觀連接度及網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的貢獻(xiàn)，從而評價(jià)斑塊的重要性[26] 。

這些方法均局限在研究斑塊對系統(tǒng)形態(tài)連接的靜態(tài)影響程度，并未將人類活動(dòng)的干擾納入考慮，所以生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)在面對城市建設(shè)擴(kuò)張的脅迫下，網(wǎng)絡(luò)整體效能能否繼續(xù)保持穩(wěn)定仍不確定。此外，從國土空間規(guī)劃的管理邏輯上看，生態(tài)效益最大化往往并不意味著綜合效益最高[27] ，故在實(shí)際治理中需尋找可保障生態(tài)安全的閾值，即在保持生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的前提下，尋找人類活動(dòng)與之的最佳耦合關(guān)系。基于這一判斷，本文在現(xiàn)有生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)研究的基本框架上，引入人類活動(dòng)干擾的變量設(shè)計(jì)移除實(shí)驗(yàn)，衡量不同情景下生態(tài)網(wǎng)絡(luò)效能的變化趨勢，從而識別出對維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有重要作用的斑塊和廊道，實(shí)現(xiàn)更具針對性及差異化的管控，以期為區(qū)域生態(tài)規(guī)劃和治理提出理論依據(jù)和引導(dǎo)。

2 研究區(qū)域與研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

長三角地區(qū)包括上海市、江蘇省、浙江省、安徽省全域。全區(qū)國土面積35.8萬 km2 ，約占全國土地總面積的3.73%。地勢南高北低，地形以平原為主，絕大部分地區(qū)海拔100 m以下，西南和南部有低丘、山地分布。境內(nèi)河流水系豐富，江河湖泊密布。

長三角地區(qū)作為我國城鎮(zhèn)化程度最高的地區(qū)之一，區(qū)域內(nèi)人類活動(dòng)對生態(tài)空間的逐步蠶食已經(jīng)造成區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力降低、生物多樣性遭到威脅、水土流失與雨洪調(diào)節(jié)等生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)日趨嚴(yán)重等問題[28-31] ，亟須構(gòu)建合理的生態(tài)安全格局，以解決人與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展問題，《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》（以下簡稱為《發(fā)展綱要》）中亦明確提出在全區(qū)內(nèi)構(gòu)建跨區(qū)域跨流域的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

2.2 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)處理

本研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括土地利用現(xiàn)狀、多年平均降雨數(shù)據(jù)、土壤類型、植被類型、歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品（NDVI），植被凈初級生產(chǎn)力數(shù)據(jù)（NPP），數(shù)字高程模型（DEM）、地表蒸散發(fā)數(shù) 據(jù)、生態(tài)系統(tǒng)類型、國家級及省級自然保護(hù)區(qū)名錄、生態(tài)功能區(qū)劃等，柵格分辨率統(tǒng)一為1 km×1 km。

2.3 研究方法

本研究通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性評價(jià)，結(jié)合自然保護(hù)地體系和生態(tài)功能區(qū)劃進(jìn)行校正以提取生態(tài)功能極重要區(qū)斑塊作為生態(tài)源地，運(yùn)用最小成本路徑模型，構(gòu)建生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提取。基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，選擇相應(yīng)指標(biāo)對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)特征及斑塊與廊道的中心性進(jìn)行評價(jià)，了解生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的層級、效率和連接度，明晰不同斑塊、廊道在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的作用?；谏鲜鼋Y(jié)論對生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化布局。

2.3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評價(jià)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評價(jià)是在分析區(qū)域主要生態(tài)系統(tǒng)類型及生態(tài)過程的基礎(chǔ)上，確定對保障區(qū)域生態(tài)安全格局與維護(hù)特殊生態(tài)功能較為重要的區(qū)域分布[32-33] 。本文選取水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性3類服務(wù)，具體評價(jià)模型參考生態(tài)環(huán)境部于2017年5月公布的《生態(tài)保護(hù)紅線劃定指南》。

2.3.2 區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

運(yùn)用Guidos軟件對極重要區(qū)斑塊進(jìn)行MSPA分析，提取其核心區(qū)作為生態(tài)源地。生態(tài)廊道采用最小成本路徑模型提取，生態(tài)阻力面參考張豆等[21] 、鄧金杰等[34] 對高度城市化地區(qū)生態(tài)廊道的相關(guān)研究，按照景觀用地類型進(jìn)行賦值，以生態(tài)源地的質(zhì)心互為源匯目標(biāo)，生成最小成本路徑。進(jìn)一步將生態(tài)源地視為節(jié)點(diǎn)、生態(tài)廊道視為邊進(jìn)行拓?fù)浠幚?，后續(xù)拓?fù)湫螒B(tài)分析均借助Python語言中的NetworkX包進(jìn)行運(yùn)算。

2.3.3 生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)特征分析

取節(jié)點(diǎn)度及度分布、平均路徑長度和聚類系數(shù)作為測度指標(biāo)對網(wǎng)絡(luò)基本靜態(tài)特征進(jìn)行描述。指標(biāo)計(jì)算時(shí)選擇無向網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中邊的長度為累計(jì)阻力值。

生態(tài)節(jié)點(diǎn)度是指生態(tài)節(jié)點(diǎn)所連接的廊道數(shù)量，其統(tǒng)計(jì)學(xué)特征可說明生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的層級結(jié)構(gòu)關(guān)系[35-36] 。平均路徑長度是對于網(wǎng)絡(luò)中任意2個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑長度進(jìn)行計(jì)算后得到的平均值，當(dāng)路徑長度過大時(shí)，維持該生態(tài)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)轉(zhuǎn)也需要消耗更多能量，故可表征整個(gè)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)物質(zhì)流動(dòng)的暢通性[37] 。聚類系數(shù)反映的是節(jié)點(diǎn)與各鄰接點(diǎn)之間的聯(lián)系程度，聚類系數(shù)越大則節(jié)點(diǎn)的鄰接點(diǎn)之間的聯(lián)系越頻繁，平均聚類系數(shù)越大則生態(tài)節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系越緊密[25] 。

2.3.4 生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)斑塊重要性測度

選取復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中的度中心性、中介中心性、鄰近中心性3個(gè)測度指標(biāo)，定量評價(jià)節(jié)點(diǎn)在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的相對重要性。度中心性指該節(jié)點(diǎn)連接到其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，表征斑塊連接的緊密性。中介中心性是網(wǎng)絡(luò)中任意2個(gè)節(jié)點(diǎn)最短路徑通過某節(jié)點(diǎn)的次數(shù)，是反映一個(gè)斑塊在其他2個(gè)斑塊最短路徑上擔(dān)任“橋梁”的次數(shù)。鄰近中心性反映在網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間的接近程度，以1個(gè)節(jié)點(diǎn)到其他各節(jié)點(diǎn)的最短路徑距離平均值的倒數(shù)表示，在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中可表明該節(jié)點(diǎn)處于相對中心位置，體現(xiàn)較強(qiáng)的可達(dá)性和踏腳石作用[23] 。

2.3.5 生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性測度

測度生態(tài)系統(tǒng)在遇到干擾時(shí)，維持生存及延續(xù)的特性，即穩(wěn)定程度，可在移除實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上參考通信工程、交通等領(lǐng)域魯棒性的相關(guān)方法[38-39] ，分為2種場景進(jìn)行移除實(shí)驗(yàn)。一種是隨機(jī)去掉節(jié)點(diǎn)的“隨機(jī)攻擊”策略，反映在遇到突發(fā)自然災(zāi)害情景下生態(tài)網(wǎng)絡(luò)效能的變化趨勢;另一種則是“刻意攻擊”，引入“人類活動(dòng)干擾半徑”控制情景模擬破壞的起始方向，將現(xiàn)有各類城鄉(xiāng)建設(shè)用地視為威脅源，依據(jù)吳健生等[40] 提出的建設(shè)用地發(fā)展對生態(tài)用地的最大影響半徑，以1 km，3 km，5 km， 10 km 為半徑進(jìn)行多環(huán)緩沖區(qū)分析，優(yōu)先攻擊易受人為活動(dòng)干擾的生態(tài)節(jié)點(diǎn)。在同一圈層內(nèi)的節(jié)點(diǎn)按照3種中心性標(biāo)準(zhǔn)化后的值取平均數(shù)由高到低排列，并基于上述2個(gè)步驟確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的移除次序，以觀察生態(tài)網(wǎng)絡(luò)效能的變化。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中全局效率值為網(wǎng)絡(luò)中每2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間距離倒數(shù)的平均數(shù)，可用于表示網(wǎng)絡(luò)內(nèi)物質(zhì)能量流的運(yùn)行能力。最大連接子圖大小的變化表征則可以反映網(wǎng)絡(luò)的整體破碎情況，故在移除實(shí)驗(yàn)過程中選擇這2個(gè)指標(biāo)來測度網(wǎng)絡(luò)效能的變化趨勢[38， 41] 。全局效率的公式為：

[38， 41] 。全局效率的公式為：

E= 2 N（N-1） ∑ i≤j1 d ij

（1）

式（1）中，N為節(jié)點(diǎn)總數(shù)，d ij 為2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離。

3 長三角地區(qū)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)特征與穩(wěn)定性

3.1 生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)格局

從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測度結(jié)果看，長三角地區(qū)水源涵養(yǎng)服務(wù)重要區(qū)主要位于南部山地丘陵地區(qū)及長江、太湖、杭州灣、巢湖等重要水域;水土保持服務(wù)重要區(qū)主要位于浙江南部及浙皖交界的山地及安徽西部的大別山區(qū);生物多樣性保護(hù)重要區(qū)則廣泛分布于各級重要的自然保護(hù)地周圍及區(qū)域重要的林地、濕地。這些地區(qū)整體上與自然生態(tài)系統(tǒng)類型密切相關(guān)，即植被覆蓋較好，城市建設(shè)擴(kuò)張等人類活動(dòng)干擾也較少，具有重要的區(qū)域生態(tài)價(jià)值。

將上述各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)測度所得的重要區(qū)疊加，進(jìn)行MSPA分析（圖1），對識別出的核心區(qū)斑塊按面積降序排列，遵從以最低限度的生態(tài)結(jié)構(gòu)維持最高效生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的原則[42] ，篩除大量小面積、零碎的生態(tài)空間，最終確定20個(gè)生態(tài)源地，其可提供區(qū)域約90%的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。 在此基礎(chǔ)上，共提取生態(tài)廊道總長度為11 289 km， 覆蓋范圍廣并連通所有生態(tài)源地。

從空間格局上看，研究范圍內(nèi)南北呈現(xiàn)較大差異：南部地區(qū)斑塊面積大，廊道成短樹枝狀分布;而北部地區(qū)生態(tài)廊道則以帶狀自南向北、自西向東延伸。生態(tài)廊道穿越的用地類型以林地、濕地及農(nóng)田為主，但在蘇南地區(qū)也存在多條廊道穿越城市建成區(qū)的情況，說明長三角地區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)格局的確受到高密度城鎮(zhèn)化的影響，城市擴(kuò)展對生態(tài)空間的脅迫較強(qiáng)。

3.2 生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)特征

3.2.1 生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

對區(qū)域內(nèi)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行概化提取，共生成138個(gè)節(jié)點(diǎn)及225條邊（圖2），實(shí)現(xiàn)所有斑塊之間的全連通。其網(wǎng)絡(luò)平均度為3.15，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)平均與其他約3個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通性尚可。在大別山區(qū)和浙南山地等大型斑塊邊緣地帶，多條源內(nèi)廊道在此匯集并形成一條源間廊道向外延展，說明長三角地區(qū)整體的開發(fā)行為和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開發(fā)強(qiáng)度已經(jīng)較高，除不便于利用的山地丘陵地區(qū)外，其余用地中可選擇的廊道走向單一，冗余度不足。

從節(jié)點(diǎn)度分布看，長三角地區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)既不服從冪律分布也不服從泊松分布，卻又兼具兩者特征。一方面，節(jié)點(diǎn)度的分布較為均勻，多數(shù)生態(tài)節(jié)點(diǎn)度的值為3或4，即該節(jié)點(diǎn)與3或4個(gè)節(jié)點(diǎn)間有廊道相連;另一方面，度較高的節(jié)點(diǎn)明顯少于度較低的節(jié)點(diǎn)，少數(shù)節(jié)點(diǎn)對于整個(gè)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)仍起到重要的控制作用，但若將與斑塊相連接的所有源間 廊道視為與斑塊質(zhì)心直接相連，則其無標(biāo)度特征明顯，相較于斑塊面積最大的浙南山地，浙皖交界的山地丘陵在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中起中樞作用。網(wǎng)絡(luò)平均聚類系數(shù)為0.149，平均路徑長度為8.17，不具有小世界特性，說明區(qū)域內(nèi)潛在生態(tài)網(wǎng)絡(luò)能量流動(dòng)具有一定的滯塞性。

3.2.2 節(jié)點(diǎn)功能重要性

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的3個(gè)中心度指標(biāo)之間雖具有一定相關(guān)性，但高中心度節(jié)點(diǎn)分布特征在不同指標(biāo)間存在顯著差異（圖3），說明不同生態(tài)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著不同的功能。度中心性最高節(jié)點(diǎn)主要位于浙皖交界山地、大別山區(qū)的邊緣界面上，進(jìn)而圈層狀遞減，說明在長三角地區(qū)南部大型斑塊內(nèi)的各生態(tài)節(jié)點(diǎn)連接緊密性較強(qiáng)，但其余生態(tài)節(jié)點(diǎn)細(xì)碎且零散，連通性較差。中介中心性高值點(diǎn)則明顯以黃山、宣城為核心向北部帶狀延伸，其走向大致與《發(fā)展綱要》中所明確的寧杭生態(tài)走廊相同，部分節(jié)點(diǎn)串聯(lián)林地生態(tài)系統(tǒng)與城市聚落生態(tài)系統(tǒng)，承擔(dān)重要鉸接作用。鄰近中心性則呈現(xiàn)明顯層級分布特征，其最高值集中分布于浙皖交 界山區(qū)，浙南山區(qū)和大別山區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)次

之，江蘇北部各節(jié)點(diǎn)值較低。這說明浙皖山地要素流動(dòng)的可達(dá)性最高，在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中占控制性地位，其兩翼次之。根據(jù)3類中心性指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成綜合中心性評價(jià)，其整體結(jié)構(gòu)與中介中心性的結(jié)構(gòu)類似，節(jié)點(diǎn)重要性以黃山、宣城為核心向四周延伸遞減，等級較低節(jié)點(diǎn)主要分布于區(qū)域北側(cè)。

3.3 生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性

3.3.1 隨機(jī)攻擊情景

隨機(jī)攻擊情景下，最大連接子圖的變化整體上符合Logistics曲線變化趨勢（圖4），其曲線凹凸性變化點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)中移除21個(gè)節(jié)點(diǎn)，意味著當(dāng)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中失效節(jié)點(diǎn)數(shù)量小于14%時(shí)，其最大連接子圖的變化趨勢較小，整體上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以維持現(xiàn)狀;當(dāng)超過這個(gè)閾值（14%），即表明生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到巨大破壞，其破碎化程度快速提升。因此，可以判定14%節(jié)點(diǎn)失效比是維護(hù)網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵值。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效比達(dá)到40%，即移除網(wǎng)絡(luò)中55個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)完全處于癱瘓狀態(tài)，最大連接子圖所包含的節(jié)點(diǎn)數(shù)量已不足30個(gè)，生態(tài)節(jié)點(diǎn)之間相互連通性差，已導(dǎo)致信息無法傳遞。而網(wǎng)絡(luò)癱瘓前全局效率變化曲線整體較為平緩（圖5），其趨勢與節(jié)點(diǎn)的移除比例呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性。

3.3.2 刻意攻擊情景

刻意攻擊情景下，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性變化趨勢與隨機(jī)攻擊情景類似，但由于長三角地區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有一定無標(biāo)度的特征，其網(wǎng)絡(luò)脆弱性明顯高于隨機(jī)攻擊。從圖4、圖5的2種情景對比可知，在刪除相同比例節(jié)點(diǎn)時(shí)，其連接子圖及全局效率變化均快于隨機(jī)攻擊。此外，2條曲線隨刪除節(jié)點(diǎn)的增加，均表現(xiàn)出階梯狀下降趨勢，說明在刻意攻擊情境下，生態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的變化雖有一定影響，但是重要度較高節(jié)點(diǎn)的刪除對網(wǎng)絡(luò)完整性與效率有至關(guān)重要的作用，一旦其被破壞，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性會(huì)受到重創(chuàng)。因此，保障生態(tài)空間結(jié)構(gòu)良好和穩(wěn)定，既要維持一定的生態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)量，也要針對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行針對性的保護(hù)措施。

從刻意攻擊情景下曲線的階梯狀下降態(tài)勢看，綜合重要性排序?yàn)?，15，23，61的4個(gè)節(jié)點(diǎn)對于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性具有重要意義。節(jié)點(diǎn)7位于巢湖南岸，其起到連接江蘇北部的生態(tài)節(jié)點(diǎn)與大別山地區(qū)的重要作用;節(jié)點(diǎn)23位于寧杭生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶的核心區(qū)域，其周圍受到城市化發(fā)展的較強(qiáng)脅迫;節(jié)點(diǎn)15及節(jié)點(diǎn)61則位于浙皖山區(qū)重要廊道上，具有重要的生態(tài)價(jià)值。除節(jié)點(diǎn)15外，其他重要節(jié)點(diǎn)均不落在生態(tài)源地內(nèi)，說明部分未處于重要生態(tài)空間內(nèi)，且易被忽視為生態(tài)廊道的轉(zhuǎn)折點(diǎn)或交匯點(diǎn)（如點(diǎn)23），但是對生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)的整體穩(wěn)定性發(fā)揮重要作用，故在規(guī)劃時(shí)必須將其納入考慮范疇。

4 結(jié)論與策略

4.1 研究結(jié)論

本研究通過多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能測度和最小阻力模型，識別出長三角地區(qū)生態(tài)空間呈現(xiàn)“一核多廊”格局，以浙皖交界的山地為核心生態(tài)源地，沿多條重要生態(tài)廊道向外延展。受差異化的城鎮(zhèn)開發(fā)水平影響，長三角地區(qū)南部生態(tài)廊道多分布于源地內(nèi)部，源間廊道呈短樹枝狀分布，而北部地區(qū)生態(tài)廊道則以帶狀自南向北、自西向東延伸，部分穿越農(nóng)業(yè)與城鎮(zhèn)用地。

基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對長三角生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行概化，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)特征，不具備小世界特性，能量流動(dòng)存在一定的滯塞性。從攻擊場景的模擬結(jié)果看，長三角地區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡(luò)受城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展的脅迫較強(qiáng)，人為破壞對生態(tài)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的影響強(qiáng)于隨機(jī)自然災(zāi)害。維持一定規(guī)模的生態(tài)空間并重點(diǎn)保護(hù)高中心性的節(jié)點(diǎn)和廊道，均可保障生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

4.2 規(guī)劃策略

4.2.1 長三角地區(qū)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

目前，長三角核心區(qū)26個(gè)城市劃定限制開發(fā)區(qū)面積10.2萬m2 ，其中皖南—浙西—浙南和大別山生態(tài)屏障與本研究所識別的區(qū)域核心生態(tài)空間一致。但目前規(guī)劃中所提出的長江生態(tài)廊道和淮河—洪澤湖生態(tài)廊道沿線現(xiàn)有的生態(tài)空間仍較為缺乏，而且大多位于城市發(fā)展的密集區(qū)，生態(tài)源地間連接性較弱。根據(jù)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)格局識別結(jié)論，長江及淮河沿岸各城市應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注濱水地區(qū)生態(tài)維育，并預(yù)留南北向延伸的帶狀生態(tài)空間。

從網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性來看，長三角地區(qū)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)部分重要廊道空間受到城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展的脅迫較大且冗余度不足，當(dāng)受到破壞時(shí)往往對區(qū)域生態(tài)安全造成較大打擊。其中宣城—南京—常州線和大別山—黃山線尤為關(guān)鍵，二者均穿越了高密度的建成環(huán)境，其與生產(chǎn)、生活空間相鄰的界面易受到蠶食。在規(guī)劃中對于核心區(qū)域應(yīng)當(dāng)實(shí)行嚴(yán)格的管控措施，輔以生態(tài)修復(fù)策略以加寬廊道寬度，保障網(wǎng)絡(luò)整體生態(tài)安全。

4.2.2基于穩(wěn)定性測度的生態(tài)空間差異化管控

將生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性納入生態(tài)規(guī)劃考量范疇，可根據(jù)識別出的閾值，將長三角區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)設(shè)為3個(gè)保護(hù)等級（禁止開發(fā)區(qū)、重點(diǎn)保護(hù)區(qū)和一般保護(hù)區(qū)），實(shí)行差異化管控，以維持生態(tài)安全。

由于節(jié)點(diǎn)失效比達(dá)到40%時(shí)，區(qū)域生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)完全崩潰，故從生態(tài)底線角度來看，應(yīng)保障總節(jié)點(diǎn)數(shù)量的60%納入禁止開發(fā)區(qū)，實(shí)行嚴(yán)格的生態(tài)保護(hù)政策，限制人類開發(fā)活動(dòng)。在空間選擇上，應(yīng)綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價(jià)與網(wǎng)絡(luò)連通度，既包含具有突出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的重要斑塊，也要關(guān)注重要生態(tài)廊道上具有串聯(lián)及鉸接作用的小規(guī)模生態(tài)空間。

由于超過14%的節(jié)點(diǎn)失效，生態(tài)網(wǎng)絡(luò)效率和完整性巨幅下降，故允許有條件開發(fā)的一般保護(hù)區(qū)不應(yīng)超過總生態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的14%?？蛇x擇生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和連通度均較低的生態(tài)空間納入此類保護(hù)等級，禁止對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行具 有嚴(yán)重破壞的生產(chǎn)生活開發(fā)活動(dòng)，但是可以引入生態(tài)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行適當(dāng)開發(fā)，同時(shí)應(yīng)注重生態(tài)廊道的疏通。

其余生態(tài)空間應(yīng)當(dāng)納入重點(diǎn)保護(hù)區(qū)，作為禁止開發(fā)區(qū)向城市建成區(qū)和一般保護(hù)區(qū)的過渡地帶。一方面采取相應(yīng)措施約束人類開發(fā)行為，注重生態(tài)功能的修復(fù)與提高;另一方面可以考慮以生態(tài)公園、郊野公園等形式，在保護(hù)的前提下發(fā)揮其文化服務(wù)功能。

在國土空間規(guī)劃的大背景下，區(qū)域生態(tài)空間的規(guī)劃管控逐步成為空間治理的核心。未來，可以將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中各指標(biāo)的生態(tài)學(xué)意義進(jìn)一步與生態(tài)空間的具體管控策略結(jié)合，進(jìn)行更深入的思考。

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