生态网络构建研究进展与展望

曹小朱宋钰红李世英

(1.西南林业大学园林园艺学院，云南 昆明 650224；2.国家林业与草原局西南风景园林工程技术研究中心，云南 昆明 650224)

引言

生态网络[1]是由不同类型的生态节点连接起来的分散的生境网络，这些生态节点通过生态廊道相互连接。生态网络思想源于18世纪的城市美化[2]，如今其理念逐渐演变为修复破碎生境及物种栖息地，提高生态网络的生态服务功能[3]。近年来，随着城市人口的增加和城市的无节制扩张，城市与乡村生境空间的分配更加倾向于生产建设，城市用地零乱，城乡资源的供给不充足以及分配不均匀、物种的生存环境恶化、“三废”等重大环境污染、城乡之间的贫富差距扩大等问题不断出现[4]。城镇化和建设用地的不断扩张，导致大型绿地生境斑块被不断侵占、蚕食，连接生态用地间的廊道也被隔断，导致景观之间连通性降低，城市化与生态环境之间冲突愈加凸显，人类正常生产与生活及生物多样性受到严重冲击[5]。部分生态环境问题不仅威胁到群众的生命健康安全，同时也对国家的安全发展构成了威胁。20世纪70年代以来，国际上出台很多生态环境保护相关的政策，见表1。1972年，国际上开始重视人类生态环境的保护，其中对生态网络的政策保护相对较早的是2020年IUCN(世界自然保护联盟)发布的《通过生态网络和生态走廊保护连通性的指南》。

表1 国际生态环境相关政策

我国一直把对生态的重视程度和保护力度放在重要的位置，近十几年出台了一系列法规政策和作出了重要讲话，见表2。在党的二十次全国代表大会上，习近平总书记明确提出“绿水青山就是金山银山的理念，坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，全方位、全地域、全过程加强生态环境保护生态环境保护发生历史性、转折性、全局性变化，我们的祖国天更蓝、山更绿、水更清”。面对一系列的生态问题，国内外生态学家陆续着手研究环境生态问题并提出有助于加强生态系统建设策略，如何识别绿地中可利用的斑块并进行整合连接，构建有效的生态网络空间进而加强生态廊道的建设，为生态环境优化提供动力。

表2 国内生态环境相关政策

1 生态网络构建文献计量分析

在中国学术期刊网站中国知网(CNKI)上以“生态网络”为主题词或关键词，截至2023年3月共检索到5731篇文献，其中，中文文献有3069篇，英文文献有2678篇。通过在SCI来源期刊、EI来源期刊、核心期刊、CSSCI来源期刊、CSCD来源期刊范围内进行精确检索共得到751篇。在中国硕博士学位论文数据库中，共检索到901篇相关学位论文。在Web of science上以“Ecological network”进行检索，精确检索到20084篇文献。此外，在百度学术(主要包括知网、维普、万方等)以“生态网络”为主题词共检索到文献126000篇。由图1可知，关于生态网络的发文量自1993年开始出现，核心期刊和CSSCI文献数量目前处于上升的状态且达到了峰值，具有较大的研究价值。硕博论文2002年开始出现并一直处于上升趋势，硕博论文出现比学术论文较晚，且增加幅度小于学术论文。

图1 CNKI“生态网络”研究文献增长趋势变化

由图2可知，随着生态网络研究不断深入，从20世纪40年代出现了景观格局、城市绿地系统、重力模型、景观生态学、风景园林等相关研究点，其中关联度较高的是网络分析。由图3可知，国内关于生态网络研究主要聚焦于生态网络、网络分析、网络构建、生态安全格局、森林生态网络等方面，重点研究主要聚焦于绿地系统。由图4可知，国外关于生态网络相关的研究主题词有动物、生态系统、人类、保护自然资源、生物多样、生态学等，其中最主要的研究主题是动物，其次是生态系统。通过对国外相关文献梳理，国外关于生态网络研究的主要聚焦点在于考虑动物栖息地生境的保护与恢复。由图5可知，生态网络相关主题研究中“网络构建”与“生态网络”共现次数最多，为69次，说明“生态网络”研究中“网络构建”是主要的研究热点。

图2 生态网络相关研究点分析

图3 CNKI“生态网络”检索研究内容

图4 Web of science中“Ecological network”主题词分布

图5 CNKI生态网络相关研究主题共现矩阵分析

2 生态网络构建研究进展

2.1 生态网络构建国外研究进展

生态网络是景观生态学的研究重点，生态网络结构耦合景观格局、生态过程能够发挥重要的生态系统服务功能，对于维持生物多样性具有重要的意义，一个区域生态网络结构的完整性和优劣性决定了生态服务功能的正常发挥[6，7]。国外对生态网络的研究可以追溯到18世纪80年代，对如何更好地联系斑块进行研究。Mac等提出在区域空间的尺度上进行生态廊道的规划，来更好地联系不同生态斑块类型，增加生物迁徙路径的同时保证生物的生存空间。生态网络构建体系和相关的构建思路在20世纪90年代逐渐成熟，国外以欧洲和美国为主要代表，主要经历以下3个阶段。

19世纪中期—20世纪初期，以美国和欧洲为代表的西方国家掀起一场公园运动的狂潮，如美国景观设计之父奥姆斯特德的纽约中央公园、波士顿翡翠项链公园，其中波士顿翡翠项链公园体系是最好的景观绿道，利用周边的河流水体、绿地、森林等自然景观作为纽带，将沿途多个城市公园联系起来形成一条绵延十几公里的景观绿带，使该体系中的植物、动物、人文等资源相互联系并得到更好的保护[8]。该案例打破了西方传统的方正规则式景观布局的局限，虽然当时没有生态网络的概念，但该公园体系表达的核心思想与生态网络的概念十分谋和。

20世纪初期—20世纪中期，绿地空间规划进入开敞式空间规划时期，西方学者更多开始研究开放式空间尺度规划。其中，麦克哈格的《设计结合自然》中首次提到开放绿色空间和生态廊道规划系统，并于1928年在美国提出了第1个全面的跨洲绿地规划，这影响了流域生态规划的兴起。1929年Cannon提出生态系统稳态概念，1935年Tansley提出生态系统概念，1940年Cabral提出的“自然连续体”理论等都是生态网络思想的基础[9]。

20世纪中期至今，生态网络(Ecological Network)在20世纪80年代起源于物种保护，一开始的侧重点在于视觉的连接性和生物之间的信息、能量、物质的流动，研究到至今的主张修复破碎化生境及物种栖息地，重视生态网络多样的服务功能，生态网络的相关研究蓬勃发展[10]。国外学者对于生态网络的研究逐渐成熟并借助相关理论及软件构建相对完善的研究体系，形成了“生态基底分析—生态源地提取—廊道节点提取—生态网络构建与优化”的生态网络构建模式。如，Linehan等[11]和Conine等[12]归纳了构建生态网络的具体步骤，主要包括土地利用评价、野生动物评价、生境适宜性分析、节点及连接度分析和网络整体评估。

随着生态网络研究的深入，相关模型理论也被提出并成熟运用到生态网络的研究之中，常用的方法模型有形态学空间格局分析(MSPA)方法、最小累积阻力(MCR)模型、图论理论、电路理论、InVEST模型等，为生态网络的研究提供了理论支撑与技术支持。如，Knaapen等提出了最小成本距离模型(MCR)，并用于研究分析生物物种在迁徙过程中的最佳路径，加强对物种生存空间的保护[13]。Ritters等基于形态学空间格局分析(MSPA)方法对研究地进行景观格局演变分析研究和对生态源地的识别[14]。Schwaida等运用成本分析工具和AHP方法，为2处重要生态斑块间构建了一条供大中型哺乳动物迁徙的走廊[15]。Barnett等针对物种分布如何应对气候变化的认识，使用最小成本和电路理论方法，以北美大型保护区之间最少的人类改造的土地为例，建立了多尺度的连通性模型，确定了大型保护区之间的优先走廊，描述了网络的结构[16]。Thinley等通过预测老虎的适宜性生境，识别了老虎迁徙潜在走廊，构建了点线结合的老虎保护区网络，对网络的有效性进行了评估[17]。

总体而言，国外生态网络构建研究的范围有大有小，相关的研究方法和途径也比较多，同时也构建了较为完整的网络构建框架。但是侧重基于物种活动轨迹和生长位置等特性识别某一具体目标物种的生态迁徙廊道，对于生态源地、生态重要节点的识别研究较少。

2.2 生态网络构建国内研究进展

相比欧美国家，国内生态网络研究开始时间较晚，我国20世纪90年代才开始生态网络相关研究。1993年，韩博平首次在中国发表关于生态网络分析法的论文，阐述生态网络是对生态系统中物质、能量流动结构的模拟[18]；并于1995年发表的文章中指出，生态网络分析可以对网络节点间的相互作用过程及相互作用强度进行量化分析，并且可以揭示生态网络的形成机制，以此来分析生态系统的整体性、复杂性[19]。2009年，张妍和杨志峰首次将生态网络分析方法引入我国城市生态系统研究，并指出生态网络分析有助于城市生态系统间的相互作用，促进城市社会经济与自然生态间的协调共生[20]。

目前，我国的生态网络构建方法在融合国际生态网络规划的思想下逐步由定性分析走向定量构建，结合新兴的3S技术，生态网络构建的理论方法与模型趋于成熟，研究基本参照“生态源地识别—景观连通性评价—阻力面设置—潜在廊道模拟及优化”模式[21]。其中，基于MSPA与MCR模型构建生态网络构建己经成为公认的成熟的生态网络构建及优化方法[22]。在生态网络的研究规模上有国家尺度、地区尺度、城市尺度、社区尺度。如，成雨萍从生物过程、水文过程、人文过程角度考虑，构建了南方丘陵城市生境、水绿、游憩生态网络，最终通过叠加调整形成复合型生态网络，并提供具有可实施性的参考意见[23]。刘乙斐基于MSPA 和MCR模型以北京市延庆区为例，进行生态网络构建优化研究[24]。卿凤婷和彭羽运用RS与GIS技术，对北京顺义区生态网络进行构建[25]。李晟等基于生态敏感性、生态服务价值以及栖息地可达性角度，采用形态空间格局分析法(MSPA)、景观指数评价综合方法识别洞庭湖绿地生态关键区并进行空间生态网络规划[26]。

在生态网络构建过程中，对于生态源地识别、廊道识别、生态阻力面构建、生态节点的识别，基于研究区域数据的不同所使用方法也不尽相同。如，在生态源地识别方面，识别方法主要分为3种，直接选取生态用地或者自然保护地作为生态源地；基于生态重要性进行生态源地识别，提取出生态系统服务供给高值区域作为生态源地；基于景观连通性进行生态源地提取。在廊道识别方面，目前生态廊道的提取方法主要有最小累积阻力模型(MCR)和电路理论，这2种方法应用最为广泛。在生态阻力面构建方面，目前较多采用基于现状土地利用类型直接赋值和构建综合评价指标体系的方式构建阻力面[27]。生态节点识别方面，目前大多数学者基于MCR模型和Arc GIS中的空间分析工具进行识别，如李航鹤等将借助MCR模型识别出的生态廊道与累积阻力表面的“脊线”在Arc GIS中进行空间叠加分析，提取出了生态节点[28]。

综上所述，生态网络构建及优化主要基于土地利用方式、景观格局、目标物种等自然生境特征，交通基础设施、社会文化服务等自然与人文因素构建生态网络分析，生态网络构建在生态环境保护与修复实践方面发挥着积极作用，同时也为城市更新及建设提供理论依据，保护城市生物多样性。

3 展望

当前，国内外关于生态网络构建的研究案例很多，且开始由定性发展到定量探究，相关的研究方法体系与模型理论也很多。但生态网络构建与优化仍然存在很多问题与挑战，如将理论运用到生境质量保护与恢复的实践案例较少；鲜有统一的评价指标体系和能适应不同资源环境的生态网络界定标准；在相关指标选择与赋值方面主观性较强等，导致不同的研究学者对于不同区域、不同研究尺度下的研究结果存在明显差异。因此，探索建立一套生态网络构建与优化的标准体系对于环境生态保护与恢复以及相关管理政策的制定是非常重要的。根据以上问题提出3点建议：完善相关指标体系，提高生态网络构建与优化的科学性；加强对不同空间与区域生态过程的机制研究；借助学科交叉融合方法，探索新的研究方法体系与相关模型。