戰(zhàn)明松

朱京海

在快速城鎮(zhèn)化時期，由于增量發(fā)展對發(fā)展空間的訴求，一度出現(xiàn)過生態(tài)環(huán)境向經(jīng)濟效益讓步的扭曲價值位序，從而導致生態(tài)空間被侵占和退化等生態(tài)問題[1]。而隨著中國城鎮(zhèn)化進入品質提升的存量優(yōu)化時期，為保證城市要素集聚區(qū)生態(tài)斑塊的持續(xù)演替以及避免生態(tài)“孤島”的產(chǎn)生，相關研究者基于景觀生態(tài)學、城市規(guī)劃學、風景園林學等理論開展了大量關于生態(tài)廊道的研究，嘗試重塑城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的共生關系。城市中心區(qū)作為城市活動的核心集聚區(qū)，其生態(tài)環(huán)境與自然環(huán)境存在顯著差別。因此，將城市生態(tài)空間廊道作為城市生態(tài)系統(tǒng)運行的重要網(wǎng)絡，對其進行識別和優(yōu)化成為城市生態(tài)環(huán)境品質提升的一項關鍵內容。

1 相關概念界定與研究內容框架

1.1 城市生態(tài)空間

黨的十八大首次提出要按照“三生空間”的空間劃分形式來進行城鄉(xiāng)空間結構的合理規(guī)劃，即根據(jù)土地利用類型以及其主導功能來進行空間劃分，將城鄉(xiāng)空間結構劃分為生產(chǎn)、生活以及生態(tài)空間(以下簡稱“三生空間”)。此后十八屆三中全會進一步提出劃定“三生空間”的開發(fā)管理界限[2]。相關學者從土地多功能利用[3]、城市空間管控體系[4]、“三生空間”劃定方法[5]等開展了大量有關“三生空間”劃定和利用路徑的研究。“三生空間”中的城市生態(tài)空間包括城市公園綠地、風景名勝用地、園地、草地、水系等，并與休閑、健康、文化等產(chǎn)業(yè)活動緊密相關，因此對于城市生態(tài)空間的研究需要將生態(tài)空間與城市多元要素進行統(tǒng)籌考慮，既有研究中也不乏通過“生態(tài)融城”理念建構城市生態(tài)網(wǎng)絡[6]的嘗試。此外，對于城市生態(tài)空間的劃定和評價主要以土地利用規(guī)劃中的土地性質為基礎，并通過強化城市土地和空間利用指標的分解、管控、落實[7]，并發(fā)現(xiàn)了城鎮(zhèn)建設用地侵占生態(tài)空間、導致其破碎、低效利用等問題[8]?？梢姡行某菂^(qū)生態(tài)空間的識別、織補和利用直接關系到城市空間品質的改善。

1.2 生態(tài)空間廊道

本研究中的生態(tài)空間廊道理念源自生態(tài)廊道。生態(tài)廊道是景觀生態(tài)學的基本概念之一，對于生態(tài)廊道的研究最早出現(xiàn)在19世紀末，此后在特羅爾提出的“斑塊、廊道、基質”理論中再次強調生態(tài)廊道對城市生態(tài)系統(tǒng)的重要作用[9]。生態(tài)廊道廣泛應用在景觀格局的識別和保護、重要生態(tài)斑塊、生態(tài)用地潛力挖掘中[10-12]。此外，對生態(tài)廊道的改進及原理研究不斷豐富[13-16]，但對于城市復合空間中的城市生態(tài)廊道研究相對較少。

因此，本研究結合城市“三生空間”和“生態(tài)廊道”理論提出生態(tài)空間廊道概念，即在城鄉(xiāng)“三生空間”中，生態(tài)信息在生產(chǎn)、生活空間中流動時為使阻力最小化而形成的帶狀或網(wǎng)狀空間類型。區(qū)別于生態(tài)廊道，生態(tài)空間廊道的構成要素不僅包括綠廊、河流等生態(tài)要素，而且還涵蓋中心城區(qū)部分低阻力的生產(chǎn)、生活空間。識別生態(tài)空間廊道的目的是通過建設生態(tài)空間廊道網(wǎng)絡使原本分散在高開發(fā)強度地區(qū)中相對孤立的生態(tài)空間向整體性、系統(tǒng)性的網(wǎng)絡格局方向優(yōu)化。

1.3 研究內容框架

本研究以中心城區(qū)中生態(tài)斑塊為原點，結合生產(chǎn)空間和生活空間中業(yè)態(tài)布局，模擬具有形成生態(tài)空間廊道可能的復合化城市空間。利用興趣點(POI)數(shù)據(jù)具有獲取難度低、樣本量大、精度高以及更新快等優(yōu)勢[17]，結合既有研究方法對城市“三生空間”中的生態(tài)(混合)空間進行識別，并將POI數(shù)據(jù)作為生態(tài)信息流動產(chǎn)生相對阻力的依據(jù)，模擬沈陽市中心城區(qū)三級生態(tài)空間廊道，并提出城市中心區(qū)生態(tài)空間廊道空間布局優(yōu)化策略。

2 中心城區(qū)生態(tài)空間廊道識別

2.1 研究區(qū)概況

沈陽市地處中國東北地區(qū)、遼寧中部，地理位置位于東經(jīng)122°25′9″～123°48′24″、北緯41°11′25″～43°2′13″，建成區(qū)面積633.8km2，常住人口831.6萬人，城鎮(zhèn)人口673.6萬人，城鎮(zhèn)化率81%[18]。沈陽市屬于溫帶半濕潤大陸性氣候，地處長白植物區(qū)系、蒙古植物區(qū)系和華北植物區(qū)系交匯地帶。本研究選取沈陽市中心城區(qū)為研究區(qū)，范圍包括沈河區(qū)、和平區(qū)、皇姑區(qū)、大東區(qū)、鐵西區(qū)、于洪區(qū)、沈北新區(qū)、渾南區(qū)以及蘇家屯區(qū)九區(qū)。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本研究POI數(shù)據(jù)來源包括2019年6月在百度爬取的沈陽市市域范圍內公園廣場、風景名勝、餐飲、公共服務設施等全部14類POI信息(包括ID、名稱、經(jīng)緯度、類型、位置等)，并根據(jù)“三生空間”的功能類型將其分為生態(tài)空間POI數(shù)據(jù)、生產(chǎn)空間POI數(shù)據(jù)和生活空間POI數(shù)據(jù)等3個大類、16個小類數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)已進行了清洗、降噪等預處理。中心城區(qū)邊界和行政區(qū)界來源于沈陽市自然資源局網(wǎng)站公布的全市行政區(qū)區(qū)劃，并經(jīng)過配準和矢量化等預處理。本研究的空間信息均經(jīng)過了投影轉換處理。在參考《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準》(GB 50137—2011)中對各類建設用地配置的相關數(shù)據(jù)基礎上，通過兩兩比較得出各類型POI數(shù)據(jù)的相對占地面積。

2.3 城市生態(tài)空間廊道識別方法

本研究的技術路線主要分為5個部分，分別為POI數(shù)據(jù)處理與漁網(wǎng)創(chuàng)建、“三生空間”識別、生態(tài)阻力生成、生態(tài)空間廊道體系構建和生態(tài)空間廊道布局優(yōu)化等(圖1)。

圖1 研究技術路線

1)POI數(shù)據(jù)處理與漁網(wǎng)創(chuàng)建。首先通過層次分析法確定各小類POI數(shù)據(jù)的相關度(注：相關度用來表示各類型POI要素與“三生空間”類型的相關度，如居住區(qū)比餐飲服務更能反映生活空間性質)[19]。再用POI數(shù)據(jù)的相關度與其相對占地面積的乘積來表示該要素的綜合權重p(表1)。之后，基于沈陽市中心城區(qū)街區(qū)尺度，在ArcGIS 10.2中利用漁網(wǎng)模塊，以200m×200m的漁網(wǎng)將研究區(qū)劃分為27 875個基本單元，再將基本單元與其內的POI數(shù)據(jù)關聯(lián)。

表1 各類型POI要素綜合權重

2)“三生”空間識別。利用式1計算各基本單元內生產(chǎn)、生活和生態(tài)類POI數(shù)據(jù)的累計綜合權重Si。再利用式2識別沈陽市中心城區(qū)“生態(tài)空間”(圖2)[19]，其中將Kt∈[50%，1]的單元格視為生態(tài)空間，將Ks∈[33.3%，50%)的單元格視為生態(tài)混合空間，

圖2 生態(tài)空間識別

式中，Si為基本單元i內的累積綜合權重；n為基本單元i內的POI數(shù)據(jù)數(shù)量；pa為基本單元i內的第a個要素的綜合權重。

式中，Kt為第i個基本單元中生態(tài)要素所占比例；Si為第i個基本單元中“三生”要素的綜合值總和；St為第i個基本單元中生態(tài)要素綜合值總和。

3)生態(tài)阻力值生成。利用層次分析法比較生態(tài)信息在不同POI要素中的相對通行能力p，并用ra=1/pa表示生態(tài)流動時所需克服的相對阻力值(表2)，利用式3計算各基本單元的累計阻力值。

表2 各類型POI要素相對阻力值

式中，Ri為第i個基本單元的生態(tài)阻力值；ra為第a類POI要素的生態(tài)阻力值；ka為第a類POI要素占其所在基本單元的全部要素綜合權重總量的比例；t為第i個基本單元內共有t個小類的POI數(shù)據(jù)。

4)生態(tài)空間廊道體系構建。選取怪坡景區(qū)、國家森林公園、世博園等共21處城市級公園和規(guī)模較大的風景名勝作為路徑成本計算的源點，在既有最小累積阻力模型[20]基礎上，利用式4[21]在ArcGIS 10.2中識別沈陽市中心城區(qū)生態(tài)空間廊道的空間位置。再利用重力模型[22]模擬斑塊與斑塊之間的相互作用力的矩陣(圖3)，經(jīng)多次試驗，最終以作用力大于0.015作為閾值篩選生態(tài)空間廊道(式5)。

圖3 基于重力模型的斑塊間作用力矩陣

式中，MCR為生態(tài)斑塊間生態(tài)流動的最小累計阻力值；Dij為斑塊i、j之間的空間距離；Ri來源于式1；n、m為中心城區(qū)中2個不同景觀斑塊。

式中，F(xiàn)cd為斑塊c與斑塊d之間的相互作用力；Mc與Md分別為斑塊c與斑塊d的生態(tài)要素占比；Dcd為斑塊c與斑塊d之間的廊道距離。

5)空間布局優(yōu)化。將原本以“斑塊-廊道”為主的生態(tài)空間廊道結構向以“斑塊-網(wǎng)絡”為主的空間布局方向優(yōu)化，通過建立網(wǎng)絡格局來提高各斑塊間及域內外生態(tài)信息的流動能力。此外遵循“共生”原則，將城市其他要素類型與生態(tài)要素進行融合，賦予生態(tài)要素更多的生產(chǎn)、生活功能，同時延伸生態(tài)空間供給范圍。

3 潛在生態(tài)空間廊道識別研究

3.1 生態(tài)斑塊與城市要素阻力面形成

從景觀生態(tài)學角度，阻力面則是對生態(tài)信息流動過程起到抑制作用的空間類型。用不同POI要素在各基本單元內的阻力累積結果表示城市要素阻力面(圖4)。由圖4可知，阻力呈現(xiàn)出由中部向周邊地區(qū)逐漸遞減趨勢。中部地區(qū)零散分布有北陵公園、沈水灣公園、五里河公園等低阻力斑塊，但彼此間存在大量高阻力的基本單元。周邊地區(qū)生態(tài)阻力普遍較低，除西北方向的于洪區(qū)外，其他低阻力地區(qū)具有呈帶狀相連的趨勢。

圖4 城市POI要素生態(tài)阻力分布

3.2 生態(tài)空間廊道識別

根據(jù)上文所述研究方法，在ArcGIS 10.2中對生態(tài)空間廊道進行識別，生態(tài)空間廊道的連接點如果在生態(tài)空間內，則被視其為生態(tài)斑塊，若不在生態(tài)空間內則是被視為潛在生態(tài)斑塊。由此，共得到50條城市生態(tài)空間廊道和34個(潛在)生態(tài)斑塊(圖5)，共計275.38km，平均長度為5.51km(表3)，連接度指數(shù)的閉合度為0.66、點線率為1.52、連接度為0.53，由此可知，城市生態(tài)空間廊道的成環(huán)度較高，環(huán)繞中部地區(qū)。水平網(wǎng)絡連接較為復雜，周邊地區(qū)大部分的斑塊與其他斑塊具有連通的可能，但中部地區(qū)各生態(tài)空間廊道連接方式較為單一，呈線狀連接各生態(tài)斑塊。

表3 中心城區(qū)生態(tài)空間廊道編號及規(guī)模統(tǒng)計

圖5 沈陽市中心城區(qū)城市生態(tài)空間廊道

連通成本方面，根據(jù)《城市綠化設計規(guī)范》(GBT 51346—2019)[23]中關于城市綠地寬度的要求進行模擬，統(tǒng)計40m以內不同生態(tài)空間廊道寬度覆蓋的(除公園綠地和風景名勝，另外，在40m的范圍內未見倉儲物流的POI要素分布，所以不將其納入統(tǒng)計范圍內)POI要素總量(圖6)。由圖6可知，當生態(tài)空間廊道寬度達到10～15m后，其覆蓋范圍內POI要素數(shù)量顯著增加。因此為控制中心城區(qū)生態(tài)空間廊道的廊道建設成本，可將10m范圍內的城市要素融入城市生態(tài)空間廊道建構中。

圖6 生態(tài)空間廊道覆蓋POI數(shù)量統(tǒng)計

3.3 潛在生態(tài)空間廊道分類

在參考《上海市生態(tài)廊道體系規(guī)劃(2017—2035年)》對生態(tài)廊道劃定基礎上，本研究將生態(tài)空間廊道分為城市級、城市副級和區(qū)級廊道3類(表4)。其中，城市級廊道3條，規(guī)模超過15km，主要分布于建成區(qū)以外，以具有較高連通性的城市綠地、防護綠地、水系、風景名勝區(qū)等生態(tài)斑塊為基礎，且距離工廠、倉儲物流集建區(qū)不小于50m，主要起到劃定城市開發(fā)邊界、通過廊道建設串聯(lián)各個成片生態(tài)空間的作用；城市副級廊道19條，規(guī)模為5～15km，依托城市主干道、城市公園、開放空間的綠化隔離帶及渾河，連接2個及以上行政區(qū)，生態(tài)阻力值較低的城市空間，是生態(tài)信息跨行政區(qū)流動的重要通道；區(qū)級廊道28條，規(guī)模為5km以下，一端連接一處“生態(tài)孤島”且難以延伸，另一端連接城市副級生態(tài)空間廊道或其他生態(tài)斑塊，是行政區(qū)內生態(tài)斑塊間生態(tài)信息流動的主要通道。

表4 潛在生態(tài)空間廊道分類

4 生態(tài)空間廊道布局網(wǎng)絡優(yōu)化

由上文可知，現(xiàn)階段沈陽市生態(tài)空間廊道存在2個方面困境：1)現(xiàn)有生態(tài)空間廊道布局解結構主要以線性為主，但連接度有限；2)現(xiàn)有生態(tài)空間廊道主要以生態(tài)空間作為空間供給的載體，缺少對生產(chǎn)、生活空間中各要素的生態(tài)化利用。針對上述問題，本研究從網(wǎng)絡布局優(yōu)化和延伸空間供等兩方面提出生態(tài)空間廊道布局網(wǎng)絡優(yōu)化策略。

4.1 網(wǎng)絡布局優(yōu)化策略

增設城市級生態(tài)空間廊道32.50km、城市副級生態(tài)空間廊道9.87km，區(qū)級生態(tài)空間廊道17.62km(圖7)，將原本孤立、破碎化的生態(tài)空間(包括生態(tài)混合空間)向“斑塊-網(wǎng)絡”方向進行優(yōu)化。城市級生態(tài)空間廊道方面，利用白塔公園、莫子山公園等優(yōu)質生態(tài)資源，在中心城區(qū)南部規(guī)劃新的市級生態(tài)廊道。城市副級生態(tài)空間廊道方面，整合生態(tài)要素，填補城區(qū)西北部生態(tài)空間廊道缺口，形成“閉環(huán)+網(wǎng)絡”的空間布局，優(yōu)化中部地區(qū)網(wǎng)絡格局。區(qū)級生態(tài)空間廊道方面，可對公園、社區(qū)綠地以及附屬綠地等生態(tài)要素進行整合和貫通，建構復合化生態(tài)信息網(wǎng)絡，變“孤島”為“網(wǎng)絡”。如利用于洪區(qū)環(huán)衛(wèi)工人園、渾河晚渡公園等要素將編號23、33和37的區(qū)級生態(tài)空間廊道整合升級，從而形成環(huán)狀城市副級生態(tài)廊道網(wǎng)絡。

圖7 生態(tài)空間廊道網(wǎng)絡布局優(yōu)化

4.2 延伸生態(tài)空間供給策略

由于城市中心區(qū)土地利用已經(jīng)呈現(xiàn)復合化，應遵循“共生”原則[24]，對城市要素復合化利用，以提升生態(tài)服務功能[25-26]?？蓮?個方面延伸生態(tài)空間供給：1)將其他POI要素進行生態(tài)轉型，如在衛(wèi)生中心引入療愈景觀、安撫景觀以及康復景觀等生態(tài)要素，使其被賦予生態(tài)服務功能；2)賦予生態(tài)要素以新的使用功能，使城市既有空間得到優(yōu)化升級，如將原東北制藥廠、東塔機場等地區(qū)將原本以防護、隔離為主要功能的防護林地賦予休憩、旅游、紀念等功能，使其向功能性城市生態(tài)空間轉變。無論是將生態(tài)要素賦予復合化應用功能，還是對城市空間的生態(tài)化更新，其目標是使生態(tài)空間供給實現(xiàn)復合化、多元化[27]，將原本破碎的生態(tài)資源通過網(wǎng)絡化的生態(tài)空間廊道連接。

5 結論與展望

本文以沈陽市9個行政區(qū)作為研究對象，在城市“三生空間”識別基礎上對生態(tài)空間廊道進行識別。結果表明，城市要素阻力構成方面，POI要素越豐富的地區(qū)生態(tài)阻力越高，且生態(tài)阻力的空間分布呈現(xiàn)出中心最高并逐漸向周邊減弱的趨勢；城市生態(tài)空間廊道構建方面，廊道的構建是基于各生態(tài)斑塊間的引力和城市要素的抑制力的共同作用。需要注意的是，城市POI要素集聚地區(qū)的生態(tài)斑塊在高抑制力下僅通過區(qū)級生態(tài)空間廊道與外界保持生態(tài)信息交換，但斑塊間缺少有效且通暢的生態(tài)信息流通。而該部分生態(tài)斑塊正是為提供公眾日常休閑、游憩的活動主要空間，在城市空間品質提升中，需要嘗試建構復合化生態(tài)信息網(wǎng)絡，來實現(xiàn)生態(tài)信息交換和能量流動。

注：本文圖片均由作者繪制。