【学术动态】生态网络韧性的量化比较方法 | 2023年第5期

本刊“学术动态（Planning Reviews）”栏目，推介国内外学术书籍和文献报告、关注国际研究动态和前沿热点、分享规划案例研究。本期“城乡可持续发展”专栏，向大家推介一篇量化研究生态网络韧性的文献。

（专栏编辑：干靓，同济大学建筑与城市规划学院副教授）

生态网络韧性的量化比较方法

来源：DE MONTIS A, GANCIU A, CABRAS M, et al. Resilient ecological networks: a comparative approach[J]. Land Use Policy, 2019, 89: 104207, https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2019.104207

（图片来源：https://www.sciencedirect.com/journal/land-use-policy）

1.研究背景

韧性指复杂系统在抵御异常扰动后保持系统原有特征并通过自组织和自适应来提升系统应对扰动的能力，其最早用于解释生态系统对于环境变化的应对能力。在过去的几十年中，韧性理念得到了巨大的发展，在景观规划、城市发展战略等相关领域得到广泛应用。然而，如何评价生态网络的韧性水平却缺少相应的研究。城市扩张、基础设施建设会破坏生态空间的连续性，造成生态空间的破碎化，生态网络也面临着韧性水平降低的挑战。因此亟需在城市土地利用规划中建立评估生态网络韧性水平的有效工具，为调整城市土地利用规划提供科学依据。本研究通过对生态网络进行建模，模拟其拓扑结构，并通过监测当节点受到攻击时的生态网络的变化特征来评估其韧性水平。这种对生态网络韧性水平的量化比较分析可以用于评估城市土地利用规划在生态网络保护方面的合理性。

本研究为作者团队系列研究的第三部分。第一部分建立了生态网络的建模方法，以位于意大利撒丁岛的努奥罗镇为案例，分析了其生态网络的特征，并基于剩余斑块连接度、生态网络完整性两个评估指标来分析努奥罗镇生态网络的韧性水平，成果于2016年发表在论文《Urban–Rural Ecological Networks for Landscape Planning》中。第二部分对比分析了努奥罗镇和同在撒丁岛的萨萨里镇的生态网络韧性差别，成果于2018年发表在论文《Comparative Ecological Network Analysis: An Application to Italy》中。第三部分成果则为本文《Resilient Ecological Networks: A Comparative Approach》，作者在其中进一步扩大完善了样本的数量和韧性评估指标，从而对努奥罗镇和萨萨里镇两个镇的生态网络进行更全面的对比分析。

2.研究方法

生态网络通过廊道将斑块连接为一个整体。研究选择努奥罗镇和萨萨里镇为研究对象，对比研究两个城镇生态网络的韧性水平。

首先，研究基于当地优势物种栎属冬青和油橄榄两种植物（优势物种） 以及为其传播种子的主要食果鸟类（例如欧洲松鸦） 作为斑块之间联系的媒介，将生态网络模拟为加权网络，其中节点代表植物生长所在斑块的质心，连线代表植物种子在斑块之间的传播路径。其次，研究按照不同攻击类型对斑块进行攻击并移除，来评估两个小镇的生态网络在受到外界干扰后的韧性水平。

本研究将攻击类型分为随机攻击、按照斑块中心性高低顺序的一类特定攻击、按照空间位置所受影响大小顺序的二类特定攻击三种。其中，随机攻击包括火灾、洪水、地震、动物疾病传播。一类特定攻击包括在中心斑块砍伐树木、建设休闲区、公共工程投资、金融危机导致中心生态斑块缺乏保护。二类特定攻击包括住宅区建筑改造、在农业区中部修建高速公路、污水管网建设、工业区的空气污染降低了动物媒介的频率。

评估生态网络韧性水平的指标包括植物物种总和值，剩余斑块总面积、生态网络完整性、剩余斑块连接度（植物种子在残余生态网络中传播扩散的可能性）四类。

3.研究结果

研究结果显示：努奥罗镇和萨萨里镇的生态网络呈现出不同的特征，努奥罗镇具有较多的高中心度斑块，其生态网络萨萨里镇具有更多的种子传播路径。努奥罗镇的生态网络呈现出中心结构，而萨萨里镇的生态网络则呈现出网络状的结构。

在受到随机攻击时，努奥罗镇和萨萨里镇都表现出非常好的韧性水平。其中，两个镇的生态网络中的植物物种总和值和斑块总面积以非常相似的线性趋势衰减。生态网络完整性方面，当90%以上的斑块受到攻击被移除时，萨萨里镇的生态网络完整性变化不大，而努奥罗镇的生态网络在大约80%的斑块受到攻击被移除时则会分解成两个子网络。剩余斑块连接度方面，两个镇的剩余斑块连接度呈现出按照指数趋势逐渐减小的特征，但努奥罗镇比萨萨里镇的剩余斑块连接度更高。

在受到一类特定攻击时。植物物种总和值方面，两个镇都呈现出急剧的线性衰减趋势。当20%的斑块受到攻击被移除时，植物物种总和值减半；在40%的斑块受到攻击被移除时，植物物种总和值接近于零。斑块总面积方面，两个镇都呈现出逐步下降趋势，但努奥罗镇的斑块总面积比萨萨里镇下降更为明显。生态网络完整性方面，当大约30%的斑块被移除时，两个城镇的生态网络开始呈现出破碎的趋势。剩余斑块连接度方面，两个镇的衰减速度和趋势相似，并在35%的斑块受到攻击被移除后趋于零，但努奥罗镇比萨萨里镇的剩余斑块连接度更强。

在受到二类特定攻击时。植物物种总和值方面，两个镇都以较慢的速度衰减。当大约70%的斑块受到攻击被移除时，两个镇的植物物种总和值减半。但萨萨里镇的植物物种总和值比努奥罗镇衰减更慢。斑块总面积方面，萨萨里镇在大约60%的斑块受到攻击被移除时才出现明显变化，努奥罗镇在大约80%的斑块受到攻击被移除时才出现明显变化。生态网络完整性方面，两个镇的生态网络完整性比受到随机攻击时更具韧性。剩余斑块连接度方面，两个镇都呈现出线性衰减的特征；但衰减速度比受到随机攻击时更慢。同时，努奥罗镇的生态网络比萨萨里镇具有更高的剩余斑块连接度。

4.讨论

本研究主要有以下三个方面的发现：①努奥罗镇和萨萨里镇的生态网络面对随机攻击时更具有韧性，但对于一类特定攻击的韧性水平较低，说明保护中心性高的斑块更有利于保护生态网络整体的韧性水平。②努奥罗镇的生态网络比萨萨里镇的生态网络更具有韧性。这是由于努奥罗镇比萨萨里镇具有更有利的植物物种生长条件，斑块之间的联系较强所造成的。③对于二类特定攻击，努奥罗镇和萨萨里镇的生态网络显示出较好的韧性水平，一方面说明生态网络的韧性与斑块的数量成正比，另一方面也说明面向生态网络保护导向的总体规划更有利于生态网络的韧性水平。

（供稿：凌云，同济大学建筑与城市规划学院博士研究生）

本文为《城市规划学刊》原创文章 

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