LA专题 | 樊柏青 成玉宁 | 乡村生态景观识别与生境网络优化
全文刊登于《风景园林》2023年第4期 P27-33
樊柏青，成玉宁.乡村生态景观识别与生境网络优化：以南京市江宁区为例[J].风景园林，2023，30（4）：27-33．
乡村生态景观识别与生境网络优化——以南京市江宁区为例
樊柏青
女 / 东南大学建筑学院在读博士研究生 / 研究方向为风景园林规划设计、数字景观及技术
成玉宁
男 / 博士 / 东南大学建筑学院景观学系主任、特聘教授、博士生导师、风景园林学科带头人 / 本刊编委 / 研究方向为风景园林规划设计、景园历史与理论、数字景观及技术
摘要
【目的】三生融合是乡村景观空间的基本格局，识别生态格局、优化生境网络是保护生物多样性、修复乡村生态环境的基本途径。【方法】基于土地覆被类型遥感解译，识别乡村三生空间及生境类型分布；依托MSPA方法识别生态斑块，采用InVEST模型评价斑块的生境质量，并结合三生空间类型提取生态源地；综合运用ArcGIS的栅格计算器及Linkage Mapper工具箱进行生态廊道、夹点、障碍点的识别。【结果】进一步整合出江宁区四片区-五组团-多廊道-多节点的多层级复合式生境网络格局，将其作为构建区域乡村生态本底的基础。【结论】在尊重三生空间融合的前提下，基于定量及空间定位与定性研究，初步形成乡村生境优化的路径。
关键词
乡村生态景观；国土空间规划；生物多样性；三生空间；生境质量；生境网络
江宁区位于南京市东南部（图1），域内地形地貌类型丰富，具有典型亚热带北部气候与植被特征。南京市的发展对乡村及其生态环境不可避免地产生了一定影响，江宁区作为南京都市边缘地带，随着城镇建设和农业生产对土地的改造，自然的生态本底被扰动、生态环境被改变，生境的脆弱性和生物多样性保护成为亟待解决的问题。
1 南京市江宁区地理区位
本研究聚焦南京市江宁区的用地构成与生境质量，并在国土空间规划语境下，结合三生空间与生境的分布特征，探索区域生态环境保护和城乡建设持续发展的依据。
本研究以定量为基础、以定位为抓手，在此基础上生成定性决策的研究思路，探讨江宁区乡村生境空间的识别、保护与规划。首先，通过对江宁区的土地覆被类型进行遥感解译，分析三生空间及生境类型分布状况；其次，融合生态与形态因素，综合运用形态学空间格局分析（morphological spatial pattern analysis, MSPA）方法（聚焦景观形态）和InVEST模型（聚焦生境质量），并结合三生空间与生境类型提取生态源地；再次，运用ArcGIS的Linkage Mapper工具箱识别生态廊道、夹点、障碍点，形成由生态源地、源间生态廊道、生态节点构成的多层级生态网络。在此基础上探讨以乡村生物多样性保护为目标的空间优化策略（图2）。
2 乡村生态景观识别与生境网络优化途径
1 基于Sentinel-2A遥感影像的乡村三生空间及生境类型的识别
1.1 乡村三生空间识别
依托于自然，农业生产与人类生活共同融合的乡村生态环境逐渐形成，具有明显的复合性和镶嵌性特征。不同的景观单元对于生物多样性具有不同的影响，其中，耕地作为人工植被景观，具有生产的功能属性，但由于植被类型单一，其间的野生物种较少；自然山林区域则具有良好的生态本底和较丰富的物种多样性。本研究以空间分辨率为10 m的Sentinel-2A遥感影像数据作为原始数据解译江宁区的地表覆被类型，将下垫面分为林地、草地、建设用地、耕地、裸地、水域6个类型，识别江宁区的三生空间类型分布特征（图3）。
3 江宁区三生空间类型识别结果
1.2 乡村生境类型识别
江宁区生境类型可分为人工生境、半自然生境、自然生境3种（图4）。其中，1）人工生境主要包括建设用地（532.42 km2）、裸地（99.03 km2）、部分草地以及人工坑塘、水库等。2）半自然生境主要包括145 km2耕地，多分布于西部和南部的山地周边平原以及中部和东南部平原地带。3）自然生境则主要包括长江、秦淮河、溧水河、句容河等水域及其沿岸湿地以及林地。自然及人工林地具有良好的生态本底，有利于生物多样性保护，可以作为生境网络中的生态源地。研究区域内的林地面积共计582.78 km2，草地面积共计40.59 km2，水域面积共计164.01 km2。
4 江宁区生境类型识别结果
2 乡村生态景观关键地段提取
为了科学地梳理生境网络，需要提取与识别江宁区生态景观中包括生态源地、生态廊道、生态节点在内的关键地段，其中生态源地是最关键的要素。
2.1 融合MSPA与InVEST提取生态源地
MSPA方法常被用于生态网络研究，可识别大型且连续的自然斑块（核心区）作为生态源地，利用此方法能从形态上提取生态源地的边界。生态源地作为多种乡土物种的栖息地，宜为面积较大且较为完整、生境质量较高的斑块，然而MSPA方法是从形态间接反映生态状况，无法直接判断景观斑块生境质量。因此，利用能够评价生境质量的InVEST模型评估各“核心区”的生境质量，可以弥补用MSPA方法进行生态源地提取的不足。
本研究首先运用MSPA方法提取有潜力成为生态源地的“核心区”，再采用InVEST模型评价江宁区的整体生境质量，进而计算各“核心区”的生境质量平均值并进行排序，同时结合三生空间的识别结果选取生态源地（图5、6）。
5 MSPA 景观空间分布
6 生境质量空间分布
利用ArcGIS中的分区统计工具，选择面积＞3 km2的核心区斑块，统计每个核心区斑块的生境质量栅格数据平均值并对其进行排序（图7），提取生境质量的平均值＞0.7且主要以生态空间为主的核心区斑块作为生态源地，共计9个，空间上形成分散式布局，且其尺度、类型各异。
7 面积＞3 km2的核心区生境质量空间分布
2.2 乡村生态廊道与节点识别
运用Linkage Pathways工具识别促进生态源地间连通性的复合走廊作为生态廊道；Pinchpoint Mapper工具通过调用Circuitscape程序识别生物移动过程中经过概率或频率较高的生态夹点区域；运用Barrier Mapper工具则可识别出位于廊道附近对生物活动和移动阻力较大的生态障碍点区域。
2.2.1 生态廊道识别
识别生态廊道首先需要进行生态阻力面的构建，选取对生物多样性影响较大的土地覆被类型（图8-1）、路网密度（图8-2）、坡度（图8-3）作为权重叠加因子，并从生物多样性保护角度，对各类阻力因子进行赋值（表1）和计算，可得出江宁区生态阻力面构建结果（图9）。
8 生态阻力面权重叠加因子
9 生态阻力面构建结果
表1 生态阻力面各因子赋值及权重
进一步利用ArcGIS软件平台的Linkage Mapper工具箱中的Linkage Pathways工具，以生态源地和生态阻力面为源数据，生成源地之间生物流和能量流的低阻廊道，最终选出17条源间生态廊道（图10）。
10 江宁区生态关键地段识别结果
2.2.2 生态夹点识别
生态夹点在空间上分布于生态源地附近以及源间生态廊道交集处，是生物移动过程中的关键区域。利用ArcGIS平台的Pinchpoint Mapper工具进行江宁区生态夹点的识别，按照电流密度值可划分出4个一级夹点与8个二级夹点（图10）。结合遥感卫星影像，根据江宁区夹点区域的景观特征，可将其分为生态空间类、生活与生产空间类、空闲地与裸土地类。
2.2.3 生态障碍点识别
生态障碍点是生物迁徙和移动过程中遇到阻力较大的区域，识别生态障碍点并进行人为干预，通过调整用地、恢复植被等措施可以修复并有效增强区域的景观连通性。利用ArcGIS平台的Barrier Mapper工具在已有廊道的基础上，进行江宁区生态障碍点区域的识别，同时依据卫星影像，根据其用地类型和地物特征将识别后的13个生态障碍点（图10）分为居住用地类、农业设施建设用地类、空闲地与裸地类、交通运输及工业用地类。
3 乡村生境网络优化
乡村生态景观和生境网络的整合和优化需要建立在三生空间协同的基础上，当现状用地与生态关键地段存在冲突与矛盾时，需要严格保护基本农田范围及生态红线。须根据乡村生态景观关键生态地段的识别结果，保护并维系生态源地，以生态廊道连通各源地，并修复生态节点从而加强生态廊道的连通性。初步整合出江宁区四片区-五组团-多廊道-多节点的多层级复合式生境网络格局，共识别出生态源地共计9个、生态廊道共计17条、生态保护点12个、生态恢复点13个（图11）。
11 江宁区生境网络整合结果
3.1 保护生态源地，提升生境质量
依据江宁区下垫面的景观特征，可将生态源地分为生态湿地类、自然山林类、郊野公园类3种：1）以河道湿地为主的西北地带长江处的生态湿地类作为多种生物的栖息地，需要充分保护其湿地资源，提升水环境生态质量，注重蓝绿空间的协同保护；2）自然山林类位于江宁区的丘陵地带，需要严格控制自然山林及自然风景区的生态边界，维持低干预强度，以生态保育为主；3）人工营建的郊野公园类绿地应以低影响开发与保护为主，控制周边用地的发展，以保障蓝绿生态本底，服务于多种生物的栖息（图11）。
3.2 打通生态廊道，修复生态空间
以生态廊道连接各生态源地，南北向9条，东西向8条，形成了多线连面的生态景观空间格局。按照各生态廊道的景观类型可分为自然生态型廊道和综合型生态廊道，其中，自然生态型廊道应维持其原本的生境资源，对周边一定缓冲区范围内的区域需要采取低影响开发的建设策略；综合型廊道的保护需要在识别生态夹点、生态障碍点的基础上，维护原有的生态空间并改善堵点，为生物活动预留适宜的空间（图11）。
3.3 改善生态节点，提升景观连通性
结合国土空间规划用地类型与下垫面特征对江宁区生态节点（包括生态保护点和生态恢复点）进行分类，并对应图11中的编号（表2）。将识别出的一级夹点作为重点生态保护点，将二级夹点作为生态保护点。其中，生活与生产空间类中的生活空间需要控制人为开发强度，生产空间需根据农业开发边界予以保留，为生物预留出足够的活动空间；对于生态空间类主要采取保护、维持的措施；对于空闲地与裸土地类，则可通过转变用地、增加蓝绿空间的方式优化生境。
表2 生态节点分类及编号
在识别出生态恢复点具体障碍区域和地物特征的基础上，采取不同程度的措施对其进行优化以提升景观连通性。保留现状用地的生态恢复点包括居住用地、农业设施建设用地、工业用地等，可采取营建渗透型绿地的方式增加生物间的能量交换，亦可在附近区域增设绿带加强廊道连通性；需要重建的生态恢复点包括空闲地与裸土地类，可将其进一步规划为蓝绿生态空间；对于交通运输用地类生态恢复点，可通过在局部设置涵洞的方式改善空间连通度。
4 结论与讨论
三生空间和生境类型的识别可为生态源地的提取及生境网络的优化提供依据。应用InVEST模型进行生境质量评价，农田可能呈现较高生态水平，但农业生产景观作为乡村特有的斑块，由于人为干扰与植被物种的单一性，并不具备作为生态源地的功能和属性，因而需要审慎甄别。本研究首先综合MSPA方法与InVEST模型，同时结合三生空间的识别结果，选择以自然生境为主的景观斑块作为生态源地，融合生态与形态因素作为提取生态源地的依据，通过多元要素的互补改善研究结果的或然性。
随着传感器及物联网应用的普及，实时采集动态数据可更为全面地反映乡村生态环境的状况，能够进一步补强数据及信息的实时性，不仅可以增强研究的时效性，同时也可以极大地提升生态环境保护规划的科学性。
图表来源：
图 1 底图来源于 Sentinel-2A 遥感影像，其余图表均由作者绘制。
为了微信阅读体验，文中参考文献标注进行了删减，详见杂志。
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文章编辑 李清清
微信编辑 刘芝若
微信校对 刘昱霏
审核 曹娟
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