“廊道优先”理念下城市生态格局功能修复性构建路径研究

　　文／汪聪海福州大学建筑与城乡规划学院

　　郁珊珊厦门大学建筑与土木工程学院助理教授

　　王朕石家庄铁道大学建筑与艺术学院硕士研究生

　　王亚军福州大学建筑与城乡规划学院副教授博士（通讯作者）

　　福建省国土空间分析与模拟数字技术重点实验室

　　摘要：基于新型城镇化背景下我国城市生态体系问题，提出“廊道优先”理念并初步解读其科学意义；分析城市生态格局研究动态表明，“廊道优先”理念下城市生态格局与功能修复性构建是新的发展途径，城市廊道系统构成的生态网络是城市生态格局实现功能修复的重要途径；研究指出，城市生态格局与功能修复性构建的途径主要包括城市生态格局时空演化分析、模拟与预测，城市生态格局功能性评估，城市生态网络与生态格局的整体耦合。

　　关键词：“廊道优先”理念；生态格局与功能；生态网络；修复性构建

　　1新型城镇化背景下我国城市生态体系问题

　　党的十八大明确提出“新型城镇化”概念，由此“新型城镇化”成为各方关注的焦点，以人为本是新型城镇化的核心价值观念。截至2021年末，我国常住人口城镇化率达64%以上，至2050年预测达到70%以上，城市得到全面快速的发展。中国城镇化过程的特点是发展快、影响面广，由此产生的问题也使得城市研究面临新课题和新要求[1]。城市生态体系是城市生态格局和城市自然生态化的基础，城市生态格局是城市生态体系的结构性内容，也是城市绿色基础设施的主体框架。研究表明，我国城市生态格局方面普遍存在以下共性问题。

　　1.1城市与自然之间缺乏有机联系

　　从城市与自然的关系来看，城市化必然导致城市对自然影响的加剧。城镇化过程在社会、经济和环境等多个层面产生巨大影响[2,3]，其区域尺度上的表现为城镇体系的蔓延和区域景观的演变[4]。随着城镇化进程的推进，城镇化的影响已超出有形的城市边界及其物化形态，永久地改变了城市所属区域的景观面貌[5,6]。研究表明，自然从“作为对象”走向自然“作为过程”，自然特征对城市整体结构和形态极其重要，城市需要与自然融合。对“道法自然”“天人合一”“山水人文”“山水城市”等传统城市营造自然观、人文观的继承与发展，已经发展成为中国城市营建的传统思维基础，也是认知开展城市规划研究和实施的思想优势。功能主义城市，缺乏人与自然的有机融合，呈现机械式、高密度式、摊大饼式发展，城市自然环境的基础性作用未能得到充分重视和维护，未能因地制宜充分利用城市地域的自然条件挖掘和塑造城市整体空间形态特色，引起城市形态、格局和秩序失衡，人与自然环境之间的关系呈现明显冲突，城市与自然的割裂性较强。因此，从生态格局的角度研究如何构建城市自然生态化体系是实现城市与自然融合的关键环节。

　　1.2城市生态格局与功能存在缺陷

　　城市生态格局是城市生态体系构建中战略统筹与规划引领的核心环节，保障城市生态格局与功能的整体性和系统性尤为重要。在过去的快速城市化过程中，城市生态格局被动地适应规划和建设的需要，城市生态格局零散、破碎、连接度差，各种自然资源遭到严重破坏、威胁等，引起城市生态网路破碎，导致城市生态空间格局结构性体系存在缺陷，以致其在时空尺度的演变过程中难以充分发挥其系统效能。

　　综合来看，新型城镇化阶段是我国城市化高速发展、转型、提质的关键时期，城市规划转向存量更新为主导的方向，控制城市边界、提升生态品质、修复生态功能成为塑造城市生态格局的内在要求。如何从“地理-生态”视角探究土地与生态系统类型的演变？如何从“格局与功能”视角构建有机发展的生态网络系统？如何从“生态过程”视角解决生态格局功能有序平衡问题？这些都是亟待探讨解决的问题。

　　2“廊道优先”理念及其科学意义

　　2.1“廊道优先”理念解读

　　城市生态系统是受人类活动和自然环境共同驱动的生态系统，受人类活动和改造的影响形成其特殊的环境特征和生态问题。以景观生态学为依据，针对城市自然系统的现状特征，构建城市生态网络是解决城市自然系统现状问题，实现城市自然化的重要途径。生态网络通过整体性的方式连接破碎状生态空间，整合城市生态资源，促进城市系统的生态化，修复城市生态格局。同时，通过功能复合的方式协调城市中的人与自然的生态需求，应对城市环境的多样性，形成高效可持续的城市空间格局。然而，为应对城市自然系统的复杂性和城市生态网络的复合性特征，需要一种具有科学性和可操作性的生态网络构建模式。

　　景观生态学理论体系中“斑块-廊道-基质模式”是描述和构成景观空间格局的基本模式。在生态优先、网络优先、格局优先的客观需求背景下，斑块分布、廊道系统、基质背景三大生态结构性要素中，廊道系统的作用最为突出，它是构成网络的根本性条件。综合有关文献资料后发现，不同学者对廊道的解读几乎都表达了廊道的线性、连接性等关键特征。廊道最大特性就是其连接、贯通和辐射特性。此特性保证廊道可以整合人类需求与自然利益，并依据条件和需求对二者进行平衡调节。全球不同国家、区域对廊道及其系统的研究与理解存在多种涵义。多样的廊道类型提供了更多连接贯通的思路、方法和具体手段，有利于提高构建廊道系统的可操作性和科学合理性。因此，提出“廊道优先”理念，是针对目前连接城市破碎状生态空间模式的想法，而进行的一种理念上的推进和强化。

　　2.2“廊道优先”理念的科学性

　　生态网络是对多个廊道系统的叠加，其在结构和功能上具有复合性和综合性的特点。城市生态网络与廊道的功能具有一致性，城市生态网络作为一种具有综合性、复合性特征的网络体系，廊道是城市生态网络的重要结构，同时廊道系统的功能和承载的生态过程也是生态网络功能的重要驱动力。廊道系统与生态网络同样以廊道为空间载体，在结构上同样基于景观生态学的“斑块-廊道-基质”理论，强调廊道的连接性。但廊道系统以功能为导向，侧重强调某种功能，在结构上通过线性空间的连接，形成连续高效的网络系统，目的在于实现对特定功能的强化。

　　城市生态格局宏观尺度上应与自然类型要素、土地利用、城市空间发展形态和结构、区域生态管制、交通结构及生态服务功能等之间建立协同发展关系，如何协同发展是要解决的新问题。景观格局与功能原理阐明了格局与功能的核心科学意义，也提供了针对城市生态体系问题的一种整体性思维，从格局与功能的角度开展城市自然生态体系梳理，是保护、调整、提高和构建城市生态格局稳定的基本认知。因此，“廊道优先”理念下提出的基于城市自然生态基础构建城市生态格局体系，强调网络系统与生态格局的内在关系，在“生态优先”的基础上建立“格局优先”是保护城市生态体系的关键，并使其具有“格局-结构”的整体框架内容、“贯通-流通”的生态过程内涵、“保护-修复”的生态功能作用，形成健全稳定的“格局-过程-功能”生态格局体系。因此“廊道优先”理念区别于“生态优先”“开放空间优先”原则，实施导向更加明确，更具有现实意义和实践意义。

　　3城市生态格局研究动态

　　因应生态问题，逐步产生了“生态网络”思想。全球不同国家和区域的学者从多元视角开展了生态网络的研究和应用，并在实践的基础上提出多种概念[7]。国内外相关研究及论著较多，有关线性空间的规划建设思想可以追溯到数十年前。随着规划范式的逐步引入和实践，我国逐步引入绿道、廊道等生态理念，城市线性、带状绿地形成的生态空间规划实践在中国得到较大的发展和实践应用。复合性、综合性、融合性的城市生态格局与功能研究与实践还不多见。基于“廊道优先”理念的多尺度功能复合的城市生态格局与功能修复性构建是现阶段解决城市生态格局问题的理性认知，也是面向“城市生态优先、网络优先、格局优先”的一个实践性应对途径。

　　3.1城市生态格局定量化研究

　　城市化过程影响下，城市生态体系组分、网络特征、结构性要素的识别与研读，是城市生态格局时空动态分析的基础，也是开展一系列定量化研究的依据。一些学者已从模型建构与识别、采用地理信息技术开展生态辨识与模拟、推进生态网络规划模式、强化城市空间与生态有机耦合等多方面、多视角开展了一系列研究与实践[8-10]。目前针对城市生态体系定量化研究主要包括以下方法：时间变化检测方法、景观指数分析方法、网络分析方法、可达性分析方法、梯度分析方法、形态学空间格局分析（MSPA）、基于图论的分析方法、基于垂直生态过程的叠加分析方法（“适宜性”分析方法）、基于水平生态过程的空间分析方法等。例如，采用“最小费用距离”模型在构建生态空间格局方面，用于识别、评价和确定潜在的廊道位置，并由此构建廊道格局。土地利用演化预测模型研究侧重研究土地利用/土地覆盖变化（Land-Use and Land-Cover Change，简称LUCC），由此识别和评估土地覆盖变化情况。基于元胞自动机（Cellular Automaton，简称CA）的土地利用时空演化模拟也是当前应用研究的热点，在研究和评估城市逐步增长、不断扩张下的土地利用时空演化方面具有重要意义。城市生态格局分析可利用相关模型进行模型构建与模拟预测。总体而言，现阶段城市生态空间系统性定量分析方面，存在方法不足和应用不强等问题。

　　3.2驱动因素分析研究

　　统计研究文献，发现生态格局构建和生态网络实践中对环境、自然资源、自然生态等自然要素的重视程度较高且较普遍。人类是城市建设和实践的主导者，对“人类”的历史人文、文化价值、人本需求等关注较少。在生态格局斑块、廊道等生态要素的评价和识别中，增加对人本需求、历史人文价值、人文要素与人类活动等方面的统计、分类和解析，关注和识别城市及其周边区域自然与人文双重价值属性普遍较高的多源斑块、廊道系统，逐步优化和提升生态网络格局属性及其价值，构建复合型自然人文属性较强的城市生态格局体系，形成自然与人文双重属性的城市廊道网络系统，是构建城市生态格局的重要方面。

　　3.3发展动态分析

　　（1）从形态结构演进来看，城市生态体系系统化、网络化、整体化和融合化是演化和发展趋势。格局形态和格局结构是外在分析结论，功能作用和关联效应是内在机制，格局与功能的内在作用机理是城市生态规划亟待解决的突出问题。

　　（2）从功能效应内涵来看，涵盖了环境、生态、人文各方面因素。多因素、多功能需求的城市生态体系，面对的系统性内容存在综合性、复杂性特征，必须对土地利用方式、格局特征、演进特征有深刻的认知和系统的解析与调控。

　　（3）从空间层级关系来看，基于城市生态体系形成的城市生态格局尺度和层次，呈现出多尺度、错层级关系，必须从城市区域-城市-片区等多元尺度研究城市生态格局及其系统。

　　（4）从规划建设实践来看，我国城市生态网络规划和系统性建设处于转型阶段。在河流廊道、道路廊道、绿道、蓝道等方面的实践逐步加大，但真正的网络系统和城市生态格局营建处于深度转型阶段。因此，如何把定量化分析和研究与具体规划结合，使生态格局与功能分析能够为城市生态空间规划实践提供科学依据，是要关注的重要方面。

　　4城市生态格局构建与功能性修复性路径

　　结合廊道系统的特性以及城市自然系统存在客观问题，从科学性以及可操作性的角度对生态优先理念在自然空间规划方面进一步深化，城市自然系统格局修复应该以廊道修复和构建为主要路径，通过识别、保护、构建和修复多尺度和类型的城市生态廊道来引导城市与自然系统的融合。在“廊道优先”的原则下，城市生态格局与功能修复性构建的途径主要包括城市生态格局时空演化分析、模拟与预测，城市生态格局功能性评估，城市生态网络与生态格局的整体耦合。

　　4.1城市生态格局时空演化分析、模拟与预测

　　城市生态格局是一个时空动态变化的巨系统，对该复杂系统的研究不能局限于简单和静态的描述，更应该侧重于分析生态格局的构成、产生的原因及演化的趋势。以城市生态学、景观生态学、地理学等基本理论为研究基础，以地理空间信息分析、景观分类体系、景观建模以及有针对性的生态调查为主要技术手段来开展工作。

　　4.1.1建立生态环境多源GIS数据库

　　收集整理有关区域地形地貌、用地类型的各期遥感数据，利用不同时相的卫星遥感数据，地理、地形、地貌、水文、气象、地质等自然环境数据和人口、经济等人类活动统计数据，建立生态环境多源GIS数据库。

　　4.1.2城市生态格局时空演化分析、模拟与预测

　　从土地利用/土地覆盖变化（LUCC）时空演变出发，运用元胞自动机模型（CA-Markov）开展城市生态格局演变情景模拟与预测。主要有：

　　（1）分析土地利用与生态格局的关联关系，对生态格局指标、生态格局状况进行量化表达，从“地理-生态”角度进行生态影响分析评估，科学预测城市发展和城市生态格局演化趋势和情景。（CA-Markov元胞自动机模型对城市未来发展演变趋势中土地利用的数量特征和演变特征进行准确预测与评估，通过复杂关系分析和解析，强化城市空间格局演进特征的预测与模拟，有效对土地利用结构数量及空间分布进行预测。）

　　（2）根据景观生态学理论中的“生态格局-生态过程-生态功能”理论体系框架与相关实践应用，从城市生态格局的空间分布和时间演化两个方面着手，借助景观指数分析，解析和刻画在不同时期（多年段）城市生态格局特征和演化过程。

　　（3）通过对城市土地利用与覆盖类型的分期回溯，模拟城市生态格局的演化历程（历史-现在-未来），探究其随城镇化进程的演变规律。

　　4.1.3城市生态格局演变的主导驱动力因素分析

　　结合社会生态、经济发展的统计数据，以聚类分析、相关分析和多元回归分析等多种统计分析方法为主要技术分析手段，甄别筛选城市生态格局演变进程中影响生态格局的自然、人文等主要驱动因子。开展城市生态格局驱动力关联机制分析，厘清生态胁迫综合因子（自然地理、土地利用、城市化演变、人文系统）及其演化的内在规律机制。

　　4.2城市生态格局与功能评估

　　选择并建立有效的评估体系，对影响城市生态格局的核心要素开展定性评价和定量化分析，是城市生态格局构建的有效手段。依托定性分析和定量化研究方法，从自然和人文两个方面筛选评价指标，构建城市生态格局与功能评估体系。

　　4.3构建城市生态格局整合体系

　　在前述城市生态格局时空演变分析、描述、模拟和演变预测的基础上，将系统论中的整合观点和“廊道优先”理念相结合，并将其作为生态格局构建中解决城市与自然矛盾的核心理念，构建城市生态格局整合体系。

　　4.3.1城市生态资源与廊道分类

　　功能和形态是廊道类型划分的重要依据，其中根据功能进行分类则更能满足对廊道系统的划分。按照构建城市廊道所依托的不同生态资源类型，在功能导向下城市中的廊道系统可以划分为以景观、游憩功能为导向的人文景观廊道系统，以生态保护为功能导向的生态廊道系统以及城市中保留的河流廊道三类，以实现生态保护保育、历史人文资源保护和景观游憩三种主要目标。

　　4.3.2城市生态格局与廊道系统有机耦合

　　（1）步骤一，生态资源分类分级：以生态分类引导功能修复、以空间分类引导格局构建，对构建城市廊道的主要依托资源进行分类分级。

　　（2）步骤二，城市生态格局解析：基于不同历史时期的城市遥感影像数据，选取适当的景观指数分析城市生态格局，尤其是关键自然地理与生态要素的时空演变特征，评判其格局和形态特征。

　　（3）步骤三，辨识生态关键空间：采用景观生态格局识别与分析方法，剖析城市区域范围内主要自然生态过程，辨识维护该生态过程的关键空间位置及其空间联系，绘制生态地图。

　　（4）步骤四，优先确定廊道体系：在数据处理的基础上，采用MSPA与最小路径方法首先进行生态网络分析，确定结构性生态要素、识别结构性生态廊道，并基于重力模型、图谱理论和相对生态重要性确定廊道系统。

　　4.3.3建立城市生态格局与功能整合修复模式

　　从“地理-生态”视角、“格局与功能”视角、“自组织”视角出发，提出规划与设计的主动方式，即通过“整合-重塑-修复-调控”的主动性方式，改变城市发展中自然生态体系被动性适应城市建设现状，建立城市生态格局与功能修复性构建模式。该模式是一种基于演进的主动技术手段和基于功能的主动机制，通过规划与设计的主动性方式，恢复生态进程与功能作用，实现有机城市化。

　　（1）整合，是一种综合提取的过程，提取相关因素，获得结构性和系统性生态资源条件，是一个前提。

　　（2）重塑，并非一种发明，而是要去重新挖掘、梳理、塑造已经存在的生态结构。

　　（3）修复，是一种基于演进的主动技术手段，通过主动性设计修复，恢复进程与功能作用。

　　（4）调控，是一种基于功能的主动机制，使结构在进程中发挥主动功能，发挥系统化功能作用。适应自然进程的功能结构调控，表现为地域特征的重构，从而稳定平衡生态体系，符合自然进程运行需要，并促进城市发展。

　　结语

　　综合前述研究背景得出如下判断：从生态格局的角度构建城市自然生态化体系是实现城市与自然融合的关键环节；城市生态格局构建必须对土地利用方式、生态系统类型等有深刻解析与整体调控；从“格局与功能”视角构建生态网络、从“地理-生态”视角探究土地与生态系统类型的演变是探究城市生态格局构建与功能修复的新视角；构建既体现“自然生态”又体现“人文生态”的生态格局体系，是中国城市建设的重要体现，也是中国朴素自然人文观念和山水精神的体现；梳理“生态优先、生态网络、格局优先、结构优先”，提出“廊道优先”理念是实现城市生态格局与功能修复性构建的先导性实践。

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