深圳市绿色基础设施网络演变与驱动机制研究.pdf

环境生态学第 卷第 期 年 月深圳市绿色基础设施网络演变与驱动机制研究唐正宇冯 舒俞 露夏 丽闫 攀胡晓飞(.深圳市城市规划设计研究院股份有限公司深圳.广东省数字城市规划和空间配置工程技术研究中心深圳)摘要:城市绿色基础设施()作为维系城市人居安全的重要支撑系统是缓解城市快速扩张下生态问题、提升城市生态系统服务能力和绿色可持续发展水平的重要途径 基于景观连通性和地理探测器分析方法探讨了 年深圳市 时空演变特征及其驱动因素结果表明:)深圳市 年 规模呈现持续缩减趋势且区域差异显著差异显著的区域主要分布于大鹏区、盐田区、罗湖区和坪山区)深圳市 年 斑块连通性持续降低构建全域 网络的合理距离阈值变大)深圳市 网络连接市域范围内的山、水、林、湖等绿色生态要素构成贯穿东西的网络主轴)单因子探测显示对 网络影响最显著的因素分别为土地利用强度、夜间灯光交互因子探测显示土地利用强度与其他因子对 的交互影响呈现显著双因子增强或非线性增强的特征 研究结果有助于推动 网络的保护与优化为深圳市绿色生态空间的规划建设和可持续发展提供参考关键词:绿色生态空间景观格局地理探测器模型形态学空间格局()中图分类号:文献标识码:文章编号:().(.).().:.:.:收稿日期:基金项目:国家重点研发计划项目()资助作者简介:唐正宇()男贵州黔西南州人硕士工程师主要研究方向为国土空间生态修复、生态安全格局、数字城市规划通讯作者:俞露:.绿色基础设施()是由生态景观要素相互连通构成的绿色空间网络包括森林、河流、湿地等自然空间和城市公园、水库等半自然蓝绿空间 具有多样化的城市服务功能既能保障城市生态系统的适应性和可持续性也能为城市居民提供休闲和游憩场所对城市生态要素保护、资源利用和维系城市人居安全具有重要意 年唐正宇等:深圳市绿色基础设施网络演变与驱动机制研究义 随着城市化进程加快城市无序蔓延、建设用地快速扩张和资源配置错位等问题日益凸显不断侵蚀和分割城市绿色空间导致城市绿色景观要素结构和生态功能遭到破坏降低了城市生态系统服务供给能力和绿色可持续发展水平对 的研究可追溯至 年研究的核心内容包括公共环境改善、游憩服务和公共审美提升等缺乏系统和科学的理论方法支撑 随着环保运动的开展和生态基础设施()的提出出现以生态系统保护和生物多样性维护为目标的生态网络、生态廊道等概念加之土地保护、低影响开发等相关研究的不断深化 研究与国土空间规划、城市生态环境保护和绿色发展等领域的融合得以推动并于 年前后在中国、欧盟和加拿大等区域广泛传播 近年来学者围绕 的空间格局、网络构建与优化、供需分析和影响因素等方面展开了广泛研究覆盖城市绿地系统规划、雨洪调蓄、适应性城市建设和城市环境提升等重要领域形成了“源地识别网络构建空间优化与保护”的研究范式 在技术层面主要基于生态系统服务功能、生境质量等指标或形态学空间格局()识别源地斑块通过电路理论、图论法、最小累积阻力模型()等方法构建 网络 经过 余年发展 研究取得了丰富的成果但多集中于网络构建、优化和效用评估对时空序列演变与驱动因素关注相对较少也鲜有研究采用定量分析方法探索 网络演变及其内在驱动机制 研究 网络时空演变特征及其驱动因素能够深化对城市 的认知与理解有助于协调城市建设用地扩张与 保护的矛盾促进城市系统与绿色空间和谐永续发展图 研究区概况.深圳市(图)作为高密度、高强度发展的典型代表在粤港澳大湾区、深圳先行示范区“双区”驱动和深圳经济特区、深圳先行示范区“双区”叠加的背景下对城市绿色生态空间品质的高质量发展需求日益显著 研究利用 识别 景观要素基于景观连通性分析 年深圳市 网络的时空特征并通过地理探测器模型探测 网络演变的驱动因素以期为深圳市绿色生态空间规划、建设、保护和优化提供参考 数据与方法 数据来源研究涉及数据包括土地利用类型、高程、人口、路网、夜间灯光、经济密度、气象等(表)数据空间分辨率分为 类:一是 网络构建部分分辨率统一为 二是 网络时空变化驱动因子探测部分分辨率统一为 所有数据投影方式统一为 环 境 生 态 学第 期表 数据类型及来源 数据精度数据来源备注土地利用:/./林地、耕地、草地、水体、建设用地及其他(重分类):/./人口密度:/./基于七普、六普和五普数据修正路网:/./:/./利用、和 年数据替代、和 年道路数据夜间灯光:/./中国改进时间序列 类数据集经济密度:/./年经济密度数据用 年替代气象数据:/./:/./研究方法 基于 的景观要素识别基于形态学空间格局分析()方法将林地、草地、湿地和水体设置为前景对土地利用类型数据进行二值化处理利用 软件的八邻域图像细化工具将前景数据划分为核心区、桥接区、岛状斑块、支线、边缘区、环道区和孔隙 种景观类型初步筛选面积大于 的核心区作为 网络的备选源地 基于连通性的距离阈值分析基于景观连通性评估 的连通特征参考景观连接数()、景观组分数()和最大景观组分斑块数量等因子明确景观要素连通的距离阈值根据整体性连通指数()和可能连通指数()设定、共 个距离阈值基于 软件计算不同距离阈值下景观连接度的变化趋势景观连通性分析结果显示景观连接数()随距离阈值增大呈显著增加趋势而景观组分数()则与之相反 当距离阈值为 时 年的 值为 值为 最大组分包含 个斑块占总斑块面积的 说明该距离阈值下斑块间连通性较差 当距离阈值为 时 值为 值为 最大组分包含 个斑块占总斑块面积的 说明该距离阈值下斑块连通性较好 随着距离阈值继续增加 值的变化趋于稳定接近饱和 因此 年合理距离阈值范围为 (图)同理得出、年合理距离阈值范围均为 图 年不同距离阈值下景观连接度的变化趋势.为进一步明确景观要素连接度的合理距离阈值利用 和 指数分析 年的景观要素连通性 设定 、共 个距离阈值分析连通性的变化趋势 当距离阈值为 时所有景观要素的 和 指数变化趋势最为一致因此设定 为 年的合理距离阈值 同理得出、年的合理距离阈值均为 考虑研究需求选取 作为后续连通性评估和源地斑块筛选的距离阈值并将连通概率设置为 计算 年核心区斑块的连通性参考城市尺度研究常用的景观连通性、面积阈值指标选择面积大于 、值大于 的核心区作为 年的源地斑块 基于 的 网络构建 网络通过最小累积阻力路径连通源地斑块与生物迁徙的自然适应现象类似 选用土地利用、海拔、坡度、人口密度、与生态源地的距离和与道路的距离 个因子构建景观阻力面 基于源地斑块和景观阻力面利用 的 年唐正宇等:深圳市绿色基础设施网络演变与驱动机制研究 模拟源地斑块之间的最小阻力路径提取最小阻力路径通道作为 网络连通的最优廊道 利用 模块的 模式提取 网络的夹点位置利用 工 具 诊 断 网 络 的 障 碍点以 为步长在 等距设置 个搜索半径诊断阻碍 网络内生态流运行的障碍区域 基于地理探测器的驱动因素分析地理探测器()是探测空间分异并揭示其背后驱动力的一种统计模型用 值度量探测自变量()对因变量()的影响程度和空间格局的相似性 研究采用因子、交互作用探测 网络时空变化与驱动因素的内在机制 因变量()使用 网络数据处理为二值数据自变量()选取海拔、土地利用强度、温度、降雨、人口密度、经济密度、夜间灯光、与道路的距离 个影响因素 利用自然断点法对自变量进行离散化处理获得地理探测器的 组有效输入数据 具体计算方式如下:/()()式中:为驱动因子对 网络影响程度的探测指标 为变量 或因子 的分层 和 为全域和层 的单元数和 分别是层 和全域 值的方差 结果与分析 绿色基础设施规模分析 年深圳市 规模呈现持续减少的趋势(表)总面积由 年的 降低到 年的 年景观要素斑块数量减少主要受面积较小的破碎斑块减少的影响 景观斑块数量增加主要受景观要素斑块破碎化程度加剧的影响 此外 年深圳市 面积占市域总面积的比重由 降低到 人均 面积由 降低至 主要受城市建成区扩大、人口规模快速扩张等因素影响表 年绿色基础设施规模变化 年份小于 大于 总计面积/斑块数量/个面积/斑块数量/个面积/斑块数量/个面积/斑块数量/个 年深圳市各区 面积总体呈现减少趋势且具有显著的区域差异(表)差异显著的区域主要分布于大鹏区、盐田区、罗湖区和坪山区 南山区、龙华区和宝安区面积减少幅度较大分表 深圳市各区 年绿色基础设施规模变化 行政区面积/比例/面积/比例/面积/比例/减少面积/减少比例/宝安区 大鹏区 福田区 光明区 龙岗区 龙华区 罗湖区 南山区 坪山区 盐田区 环 境 生 态 学第 期别降低了 、和 大鹏区、盐田区和 罗 湖 区 面 积 减 少 幅 度 较 小 分 别 降 低 了、和 此外在总体 规模持续下降的背景下大鹏区、福田区、坪山区和盐田区 占全市 总面积的比重略有增加 绿色基础设施网络分析 年深圳市 源地呈现逐渐减少的趋势(表)变化较大的区域主要为宝安区和南山区大鹏区、盐田区和罗湖区变化较小(图)年南山区西南、南部沿海区域的城市建设范围扩张造成深圳湾公园、南山公园和深圳华侨城旅游度假区等重要绿地景观斑块面积缩减 年宝安区提出涵盖活力海岸带建设的“三带两心”规划蓝图加之广深沿江高速、宝安国际机场扩建等占用了部分源地斑块深圳市 网络以七娘山、排牙山、求水岭、观音山、马峦山、梧桐山、仙湖植物园、深圳水库、银湖山、塘朗山、阳台山、铁岗水库、凤凰山等为主线连接山、水、林、湖等绿色景观要素形成贯穿东西方向的网络主轴 年 网络包括 个源地斑块、条廊道、个夹点和 个障碍点(表)沿主轴连通南山、深圳湾、铁仔山、观澜湖、大屏障森林公园、罗田水库、杨屋马鞍山、八仙岭等地覆盖了深圳市全域的 (图)随着建成区范围扩展源地面积不断减少网络连通性降低沿主轴连接的 支线持续减少至 年 网络覆盖范围降至 深圳市 网络的夹点区域主要分布于龙岗区、龙华区和宝安区覆盖范围为廊道上阻力较小的区域如城市公园绿地、水域等主要呈现狭长条状源地斑块间存在连通的“瓶颈”(图)网络的障碍点面积持续增加但数量呈减少趋势广泛分布于表 深圳市 年绿色基础设施网络构成要素 要素源地廊道夹点障碍点数量/个面积/数量/条长度/面积/数量/个面积/数量/个面积/()年 网络()年 网络()年 网络图 深圳市 年绿色基础设施网络格局.年唐正宇等:深圳市绿色基础设施网络演变与驱动机制研究源地间的连通廊道区域主要用地类型为建设用地、道路交通用地、水域和散布的绿地等表明障碍点越来越集中规模持续增加(图)()夹点分布()障碍点分布图 深圳市 年绿色基础设施网络夹点、障碍点分布.绿色基础设施网络变化驱动因素分析 绿色基础设施网络变化单因子探测 年不同时期单因子驱动下 网络格局的主导影响因子为土地利用强度、经济密度和夜间灯光(图)年 网络格局的影响()单因子探测()年双因子探测()年双因子探测()年双因子探测图 深圳市 年绿色基础设施网络变化驱动因子探测.因素排序为土地利用强度()年均温度()经济密度()夜间灯光()与道路的距离()海拔()人口密度()年降雨量()年土地利用强度与年均温度因子对环 境 生 态 学第 期 格局的影响程度降低而经济密度、人口密度和夜间灯光等因素的影响则呈现增加的趋势年除土地利用强度因子()的影响程度持续降低外年均温度()、夜间灯光()、经济密度()和人口密度()等因子对 网络格局的影响程度持续增强 总体而言深圳市不同土地利用强度很大程度上影响了 网络的基础格局随着城市的建设与扩张人口密度、经济密度和夜间灯光等因子的影响不断增强对 网络格局演变产生影响 绿色基础设施网络变化交互因子探测 年任意 个因子之间均呈现交互双因子增强或交互非线性增强未出现交互独立和减弱的关系(图)说明深圳市 网络的时空演变是多个影响因素综合作用的结果单一因子探测并不能全面阐述 网络格局的变化特征具体而言 年交互作用对 网络影响最强的 组因子分别是土地利用强度年均温度()和土地利用强度经济密度()年土地利用强度与其他 个因子交互作用的 值均大于 影响程度最大的交互因子为土地利用强度经济密度()年土地利用强度与人口密度、经济密度、夜间灯光、与道路距离的交互影响作用较大 值均大于 年土地利用强度与其他 个因子交互作用的 值均大于 影响程度最大的交互因子为土地利用强度经济密度()土地利用强度与其他因子之间的交互影响强度明显大于其他因子之间的交互影响强度尤其是与经济密度和夜间灯光的交互作用具有显著增强的效果 讨论 绿色基础设施网络研究从城市绿色生态空间视角结合 和 构建 年深圳市 网络能够为城市 的规划建设与保护优化提供支撑 首先在源地识别方面通过 与连通性分析的模式避免源地选择的主观性源地面积与吴茂全等、等的研究结果基本一致说明研究采用的技术方法科学有效 其次研究考虑土地利用类型、海拔、坡度、与道路的距离、与生态源地的距离和人口密度等阻力因子结合 工具构建深圳市 网络格局与最小累积模型等方法相较能够综合考虑绿色空间中存在的多条路径更加契合物种迁移和扩张的随机性特征 同时本研究 网络格局与深圳市公园建设总体规划暨三年行动计划(年)草案公布的“一脊”(生态游憩绿脊)和“二十廊”(景观通廊)的生态骨架基本一致能够为推进深圳市山海连城、生态筑城、公园融城等行动计划和提升绿色生态空间品质提供参考 绿色基础设施网络的影响因素通过地理探测器分析 网络时空变化的驱动因素有助于识别 网络格局的影响因子 在驱动因素探测中对 网络格局影响较大的因子分别为土地利用强度、夜间灯光、年均温度和经济密度对 网络格局演变的解释度(的均值)均大于 土地利用强度能够直接表征人类活动对生态空间的影响程度是推动城市绿色空间格局变化的重要驱动力在高密度发展背景下土地资源限制和城市空间需求增加导致土地利用强度提高从而影响城市 网络格局 夜间灯光的亮度能够诠释城市扩张态势而建设用地快速扩张将会导致城市绿色空间受到挤压对生态环境产生负向影响间接影响城市绿色生态空间的格局 年均温度能够表征城市 分布区和城市集中建成区“冷岛”和“热岛”效应年均温度的格局变化一定程度上反映了深圳市 面积减少和生态空间景观功能减弱的特征 城市经济活动主要由城市建成区承载经济密度的变化能够诠释城市建成区变化的格局从而间接体现城市绿色生态空间变化的格局和趋势 绿色基础设施网络保护与修复生态“夹点”是 网络中景观生态流迁移的关键区域生态“障碍点”是源地间联系存在阻碍的区域重点围绕“夹点”和“障碍点”开展修复工作能够提高 网络的连通性、整体性与系统性 研究区“夹点”和“障碍点”覆盖的用地类型主要是建设用地(道路交通、居住区)、水域(河流、水库)和林地(公园绿地、林地)主要分布于平湖、布吉、东晓、光明、松岗和公明等街道(表)针对修复区不同的用地类型可采用以下措施为国土空间生态修复提供指引:一是在道路沿线构建缓冲带和隔离带提高道路两旁的植被覆盖度以及植物多样性提升生态稳定性二是结合城市更新和海绵城市建设工程遵循“重保护强修复善利用严管控”的思路促进居住区建设用地结构优化提高局部区域的绿地率和公园覆盖率三是改善河道和水库周边植被生境质量加强水系、水库和湿地保护力度落实“水 年唐正宇等:深圳市绿色基础设施网络演变与驱动机制研究岸共治”的理念连通河库湿地系统打造蓝绿交织的网络空间四是开展林地生态修复提高生态系统服务能力针对低效林地和疏林地调整优化树种结构提高林地质量提升碳汇能力 此外源地作为 网络的关键景观要素主要包括森林公园、自然保护区等重要的生态空间土地利用强度、经济密度和人口密度等的影响程度整体较低应采取生态空间管控措施从严保护以自然修复为主实施天然林保护工程 廊道作为景观生态流迁移的通道应从国土空间规划建设与保护的视角强化廊道沿线绿化改善廊道区域的生境质量在廊道与道路的交叉节点设置野生动物生态保护廊道重新连接被阻断的生境表 深圳市国土空间生态修复的重要区域 类型行政区分布位置土地利用现状生态夹点南湾街道、平湖街道布吉三联郊野公园东部下李朗公园求水顶周边、水官高速两侧(横跨)建设用地(道路交通)、林地东湖街道、东晓街道、清水河街道银湖山郊野公园与深圳水库之间建设用地(居住)、林地布吉街道布吉三联郊野公园西部、清平高速与水官高速交叉口周边建设用地(道路交通)平湖街道平湖生态园与雁田水库之间沈海高速南侧建设用地(道路交通)生态障碍点横岗街道、龙城街道、龙岗街道马峦山郊野公园、清林径森林公园和松子坑森林公园之间建设用地(居住和道路交通)、林地、水域(水库)公明街道、松岗街道、沙井街道凤凰山森林公园、石岩湿地公园和莲塘水库之间建设用地(居住和道路交通)、林地、水域(河流)光明街道、石岩街道阳台山森林公园、大屏障森林公园之间建设用地(道路交通)、林地、水域(水库)平湖街道、布吉街道、南湾街道梧桐山自然保护区、布吉三联郊野公园、平湖生态园、雁田水库之间建设用地(居住和道路交通)、林地 结论研究基于连通性与地理探测器 综合分析 年深圳市绿色基础设施的规模变化、连通阈值、网络构建以及时空变化驱动因素主要结论如下:)年深圳市 规模呈现持续减少趋势总面积由 年的 降低到 年的 规模区域差异显著主要分布于大鹏区、盐田区、罗湖区和坪山区)深圳市 年 斑块连通性持续降低景观要素连通的合理距离阈值增加了 源地相互连通的难度有所增加)深圳市 网络以七娘山、排牙山、求水岭、观音山、马峦山、梧桐山、仙湖植物园、深圳水库、银湖山、塘朗山、阳台山、铁岗水库、凤凰山等为主线连接市域范围内的山、水、林、湖等绿色生态要素构成贯穿东西的 网络主轴)单因子探测显示对 网络影响最显著的因素为土地利用强度和夜间灯光交互因子探测显示土地利用强度与其他因子对 的交互影响呈现显著双因子增强或非线性增强的特征参考文献 陈晨徐威杰张彦等.独流减河流域绿色基础设施空间格局与景观连通性分析的尺度效应.环境科学研究():.赵万民冯矛李云燕等.生态文明视角下山地城市绿色基础设施规划研究 以重庆市九龙坡区新城为例.城市规划():.栾博柴民伟王鑫.绿色基础设施研究进展.生态学报():.吴晓周忠学.城市绿色基础设施生态系统服务供给与需求的空间关系 以西安市为例.生态学报():.魏琪力王诗源李春容等.重庆市辖区县绿色基础设施景观破碎化及驱动力分析.西部林业科学():.汪勇政李久林顾康康等.基于形态学空间格局分析法的城市绿色基础设施网络格局优化 以合肥市为例.生态学报():.:.环 境 生 态 学第 期 .():.:.():.().:.杨志广蒋志云郭程轩等.基于形态空间格局分析和最小累积阻力模型的广州市生态网络构建.应用生态学报():.():.吴健生罗可雨马洪坤等.基于生态系统服务与引力模型的珠三角生态安全与修复格局研究.生态学报():.赵海霞范金鼎骆新燎等.绿色基础设施格局变化及其驱动因素 以南京市为例.生态学报():.陈竹安马彬彬危小建等.基于 和 模型的南昌市生态网络构建与优化.水土保持通报():.张晓琳金晓斌韩博等.长江下游平原区生态网络识别与优化 以常州市金坛区为例.生态学报():.冯舒唐正宇俞露等.城市群生态网络协同构建场景要素与路径分析 以粤港澳大湾区为例.生态学报():.韦宝婧苏杰胡希军等.基于“”的生态廊道与生态节点综合识别研究.生态学报():.宋利利秦明周.整合电路理论的生态廊道及其重要性识别.应用生态学报():.覃彬桂林伊琳赵俊三等.基于 模型和电路理论的昆明市国土空间生态修复关键区域识别.中国环境科学():.王劲峰徐成东.地理探测器:原理与展望.地理学报():.吴茂全胡蒙蒙汪涛等.基于生态安全格局与多尺度景观连通性的城市生态源地识别.生态学报():.():.:.:.潘方杰万庆曾菊新等.城镇化进程中湖北省“生产生活生态”空间冲突演化及其影响因素.经济地理():.奥勇毋冰龙白召弟等.基于类 夜间灯光数据的粤港澳大湾区城市建成区时空动态特征.地球科学与环境学报():.焦胜刘奕村韩宗伟等.基于生态网络人类干扰的国土空间生态修复优先区诊断 以长株潭城市群为例.自然资源学报():.(上接第 页).(/):.许丽红.催化氧化芬顿法对皮革废水中 深度处理分析.皮革制作与环保科技():.陈华东刘强苏强等.流化床强化絮凝工艺深度处理制革废水的中试.净水技术():.栗玉鸿李伟光王勇等.氧化法去除皮革废水中单宁的试验研究.水处理技术():.程家迪刘锐李昌湖等.氧化法深度处理制革废水生化出水试验研究.给水排水():.高新红张玉华.制革企业污水处理系统改造工程实例.皮革科学与工程():.时绍玮王巍朱庆川.人工湿地废水处理脱氮研究浅析.城市建设理论研究(电子版)():.