【摘 要】在快速城市化和城市生态安全面临巨大挑战的时代背景下，构建生态安全格局是实现区域和城市生态安全的基本保障和重要途径。然而近年来，在人口增长、经济发展等的影响下，城市生态安全面临多方面的问题，如生态覆被的转化、大型生态斑块边缘被侵蚀以及生态廊道断裂点增加等等。要解决这些问题，仅引入基本生态控制线并不能够有效协调经济发展和生态保护的双重要求。识别重要的生态斑块（生态源）、确定最短路径及断裂点，并对其进行保留和修复，对控制大城市的城市过度扩张、提升城市品质、优化人居环境具有重要意义，也具有较强的可操作性。本文以深圳市光明新区为例，在GIS技术的支撑下，结合景观阻力分析与网络分析，对其进行分析及定量表征光明新区研究区的潜在生态廊道，构建生态网络，确定生态断裂点；最后对断裂点进行分析，并建议对其进行立法保护和修复。
【关键词】 GIS；最短路径；生态网络；生态断裂点；光明新区
1、 前言
城市生态安全格局是城市自然生命支持系统的关键性格局。它维护城市生态系统结构和过程的健康与完整，维护区域与城市生态安全，是实现精明保护与精明增长的刚性格局，也是城市及其居民持续地获得综合生态系统服务的基本保障。
城市生态安全格局也称生态安全框架，指村镇某种潜在的生态系统空间格局，包括一些关键性的局部、点及位置关系,对维护和控制某种生态过程有着关键作用,对城市的社会、生态、经济持续、健康发展具有重要意义。 然而，近年来，产业的集聚和城市规模的扩大，给城市生态环境带来了一系列的负面影响，随着中国城市化进程的明显加快，各地城市均出现了程度不一的生态破坏问题， 如包括绿地和水域湿地的生态斑块的边缘因开挖、填平等模式改造而带来的严重侵蚀及破碎化加剧，包括地带性原生森林植被、农田、林草地或荒地转化与破坏，同时也包括因建成区扩张、高速公路穿越、廊道宽度变窄等原因而造成的生态廊道断裂等等的问题。在这样的一个大背景下，来自生态、规划、地理等领域的专家开始提倡通过规划和建设城市生态网络来维持和增加生态斑块之间的连接， 减少城市绿地的破碎化，保留生态空间及廊道，提升城市品质。
城市生态网络建设的实质就是以植被带、河流和农田为主，通过线性廊道将城市中分散孤立的各种类型的生态斑块联系起来，形成“点-线-面”结合的自然、多样、高效、有一定自我调节能力的完整的城市自然生态体系，维护城市生态系统的空间格。 国外许多国家经过多年实践，都形成了较为成熟的规划模式和操作流程，为后期的城市生态网络规划提供了很好的参考价值，中国的系统性生态网络规划虽然起步较晚，也很大范围内进行着相似的规划活动，如通过定性分析进行的五大水系生态廊道工程和三北防护林工程，上海、扬州等城市的环城绿带及城市森林生态网的规划，南京、北京等城市的绿地系统规划、 广东珠三角的绿道网规划等等；采用一些技术方法，对城市生态建设和绿地系统规划等方面进行定量探索，10， ， ， 主要集中在生态廊道构建和绿地系统规划等方面，也形成了较为成熟的体系。
然而，对于像北京、上海、广州、深圳这样的城市化率较高，用地极为紧张大城市来说，进行大规模的生态建设，是不适宜的。充分利用原有的生态资源基础，选择出对城市具有较强的服务价值功能潜力的重要生态斑块，并构建相互联系的绿地系统， 以生态保护、生态修复为主要手段进行生态建设更具有可行性，也是开展生态建设中极为迫切的工作。
2、相关概念解析
2.1生态安全格局
生态安全有广义和狭义的两种理解。广义以美国国际应用系统分析研究所（IASA，1989）提出的定义为代表，即生态安全是指人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障来源、必要资源、社会秩序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态，包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全，组成一个复合人工生态安全系统。狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全，即生态系统完整性和健康的整体水平反映。
20世纪70年代末，国外生态安全研究起步，部分发达国家甚至把生态安全提升到国家战略和政治的高度（方淑波等，2005）。宏观层面上，从全球范围来说看，生态安全研究是对“安全”定义的拓展，主要是其与环境变化之间的关系，分为概念性、经济性、综合性、以及内在关系研究这四个方面（崔胜辉等，2005）。早在19世纪末，奥姆斯特德、霍华德等人就从改善城市人居环境的角度出发，提出了“公园系统”和“花园城市”等理论并开展了相关实践，对后世的城市规划和生态规划产生了深远影响；微观层面上，目前国外对生态安全的相关研究主要集中于两个方面：一是化工产品的使用对农业乃至整个生态环境安全的影响；二是基因工程对生态环境的风险影响（吴国庆，2001）。
因此，我们应当结合不同地区的生态问题和生态安全条件，探讨区域生态安全格局的构建方法和研究模型。同时已有学者基于GIS技术、水文模型以及非电源污染模型，尝试通过模拟来构建生态安全格局。有专家学者提出了景观格局和景观生态过程相互作用的原理和方法，如“必要格局原则”、“集中与分散相结合”原理等，并积极运用于实际。
在我国，生态安全格局是生态学新兴的研究领域，被认为是实现区域或城市生态安全的基本保障和重要途径。近10年我国学者在生态安全格局的定义、理论基础和构建方法等方面展开了研究，但目前尚处于起步阶段。目前的研究主要集中在生态安全问题述评以及生态安全评级指标选取等方面， 这些研究多是针对自然区域或农业生态安全展开，而对于城市生态安全的系统研究较少。
随着城市化进程的快速推进，城市空间扩展的生态安全格局构建和评价成为景观生态学研究的热点问题。20世纪80年代以来，景观生态学蓬勃发展，为生态安全格局提供了新的理论基础和方法，包括“最优景观格局”，“景观安全格局”和“生态安全格局”等。基于生态适宜性和垂直生态过程的生态敏感性分析，以及生态系统服务的重要性分析，是当前国内较为成熟和系统的研究方法，也是辨识关键生态地段的惯用方法。
区域生态安全格局研究强调格局与过程相互作用下的安全。过程产生格局，格局作用于过程，格局与过程之间的影响和反馈关系是景观生态学研究的行业新与前沿（王仰麟，1995；肖笃宁，1999）。因此，区域生态安全格局的构建一般可以通过景观格局优化来实现。胡道生等（2011）利用生态网络及相关分析技术，以宁波滨海新城为例，构建城市新区的生态廊道、生态节点和生态网络，从而为城市新区景观格局优化提供依据和指导。
归纳众多学者的观点，生态安全概念的内涵大体可分为两类：第一类，强调生态系统自身的健康、完整和可连续性；第二类，强调生态系统对人类提供完善的生态服务或人类的生存安全。城市生态安全是指维护城市发展所需的生态环境能满足城市当前和未来发展需要的一种城市运行状况。
2.2生态最短路径
最短路径分析在事故抢修、交通指挥、GPS导航等行业应用中使用的非常广泛， 以至于大多数GIS平台都会把这个分析功能作为一个最基础的功能集成进去，如ARCGIS，SuperMap等。最短路径是基于成本考虑，能够依托现有条件，从路径的起始点（起始顶点）至终点（到达顶点）的最短距离，称之为最短路径。
而本文中所提出的生态最短路径为依托城市中的现有生态廊道，如道路绿化、生态绿带、河网水系等要素条件，从第一个生态源进入或到达第二个生态源的最短路径。
2.3生态景观阻力
生态网络是基于源或目标的质量，由源与目标之间不同土地利用类型的景观阻力决定，不同生态源地之间景观流的空间运行要克服一定的阻力才能实现。
最小累积阻力（Minimum Cumulative Resistance，MCR）,模型最早由Knaapen JP等人（1992）在研究景观规划中的栖息地隔离机制问题时提出 ,后在过内由俞孔坚等（1998）进一步修改，并将此模型运用到景观生态战略点识别、衡量城市绿地系统功能指标等方面。
3、基于最短路径生态网络构建分析生态安全格局
本研究采取基于最短路径的生态网络分析，评估光明新区现有空间尺度上的生态安全格局。主要是借助ArcGIS平台，综合使用AHP生态敏感性分析、基于最短路径的生态网络构建三种手段对光明新区现有的生态格局进行了客观评价，并针对关键片区做了进一步的深入分析，构建潜在的生态廊道，并针对廊道进行累积阻力分析提取断裂点。
3.1光明新区生态安全面临主要问题
光明新区位于深圳西部，东至观澜，西接松岗，南抵石岩，北临东莞市黄江镇。是深圳未来重点发展的四大新城之一，处于深圳市中心半小时辐射范围圈内，2007年5月宣布成立光明新区，管辖公明、光明两个街道，现已规划为深圳市的5个城市副中心之一。
近年来，光明新区用地需求不断增长，建设用地持续快速扩张，地区自然生态空间总量则逐年减少、品质下降，表现为生态覆被开始转化，大型生态斑块边缘遭到侵蚀，并且生态廊道断裂等生态问题的产生，使得光明新区生态环境保护面临巨大压力，甚至对更大区域的生态格局带来重大潜在影响。因此，以修复光明新区生态安全格局为目标，本次研究采取基于最短路径的生态网络分析，评估光明新区现有空间尺度上的生态安全格局。其中以斑块间距离为依据，充分考虑斑块的异质性及景观阻力，构建潜在的生态廊道，并针对廊道进行累积阻力分析提取断裂点，以调整优化光明新区生态安全格局。
3.2生态安全格局主要影响因子分析
（1）人口增长的资源诉求
自2007年设立光明新区，该区人口从38.36万增长至2011年的48.69万，对粮食和其他资源的需求也空前增加。此外，光明新区的蔬果产品等同时服务于深圳市其他区的人口。
（2）经济发展的生态成本
随着深圳的城市化进程不断加深，资源消耗型、污染较大的工业逐步从市中心转移，其中部分转移至光明新区。在给光明新区带来经济动力的同时（2011年全区实现生产总值（GDP）381.69亿元，比上年增长28.5%，增长速度位居全市八区第一，高出全市水平18.5个百分点），转移的大部分产业对环境有较大污染（如塑料回收），由于缺乏对水质、气体排放等严格管理，光明新区的水体、土壤和空气均有不同程度的污染，对光明新区原有生态环境造成较大影响。
（3）政策导向的控制力度
政策的规划、实施力度在很大程度上同样影响生态安全格局。在规划层面，深圳市城市总体规划（2009-2020）针对生态保护方面进行生态功能分区、绿地系统规划、岸线等研究规划，给土地部门的土地出让和管理提供法定依据；2005年出台了《深圳市基本生态控制线管理规定》；在实施上，通过资金保障和来自经济、旅游、生态等领域的专家研讨，为生态控制线划定后后续的管理问题提出分级化的管理思路，但目前暂未落实到空间和基层管理上。
3.3综合空间生态安全格局评价
本研究采取基于最短路径的生态网络分析，评估光明新区现有空间尺度上的生态安全格局。其中以斑块间距离为依据，充分考虑斑块的异质性及景观阻力，构建潜在的生态廊道，并针对廊道进行累积阻力分析提取断裂点（关键点）。图3-1为生态网络分析技术路线。
（1）评价景观阻力
生态网络是基于源或目标的质量，由源与目标之间不同土地利用类型的景观阻力决定，不同生态源地之间景观流的空间运行要克服一定的阻力才能实现。综合相关文献并结合研究经验，对不同土地利用类型赋予相应的景观阻力值（即cost值），如下表3-1所示：
（2）选择生态源地
光明新区控制线内土地生态价值普遍偏高，然而区内斑块破碎化程度较高，大片斑块比较少，主要集中于北部、东南部、以及西南部的片区。
生态源地一般是指森林、绿地、湖泊等物质能量以及功能服务的源头或是汇集处。通过对研究区土地利用图、影像图以及现场调研的记录，确定7个具有较高生态价值的生态斑块作为生态源地（图3-2）。其中斑块1、5、7主要沿山体分布，斑块2和4内分布重要的水库，为水源涵养区；斑块3、6内有较大面域的湖泊。
（3）构建生态廊道
生态廊道具有保护生物多样性、防止水土流失、调控洪水、防风固沙、过滤污染物等生态服务功能。廊道效益由中心向外逐步衰减，遵循距离衰减规律，基于廊道的连通度以及功能随着与节点距离增加而衰减的特性，用最小耗费距离模型，得到研究区内主要的生态廊道（图3-3）。
综上分析，新区主要的生态廊道有四条，分为两个层次。
1条区域生态廊道：即生态廊道1，连接外围生态源地，是新区联通大区域生态源地、融入宏观尺度基本生态安全格局的重要保障。
3条区内生态廊道：生态廊道2即楼村北生态廊道，实现生态源地1与2的区内联通；生态廊道3即楼村南生态廊道，实现生态源地1与2的区内联通；生态廊道4即茅洲河生态廊道，实现生态源地1与7的区内联通。
（4）断裂点分析
对照生态廊道与现状城市建设情况，可以发现，新区现状有四处主要的断裂点。
断裂点1：位于楼村北生态廊道，现状高度建成，主要为工业用地，且建成情况较新。
断裂点2：位于楼村南生态廊道，现状高度建成，西侧为工业用地，东侧为居住用地。
断裂点3：位于将石社区，茅洲河生态廊道，穿越建设用地，主要为工业用地，穿越对外道路。
断裂点4：位于将石社区，穿越高速路等主要干道。
3.4生态安全格局优化建议
本次研究规划根据区内的生成的消费面、提取的生态斑块、构建的生态廊道、关键点的查找分析，对原有生态格局进行新的研究分析，得到生态保护优化的政策措施。
（1）建议1：对生态断裂点进行重点修复
现状断裂点重点分布在楼村、将石两个社区，规划对于已有的关键点的建设用地进行调整，恢复和建设这些断裂点的自然植被和乡土植被，完成生态的重建。
（2）建议2：对楼村生态廊道进行调整
长期以来，光明新区的生态结构中有三条规划廊道一直在规划中被坚持：楼村生态廊道、茅洲河生态廊道、公明-松岗生态廊道。规划结合生态安全格局分析，调整并重新建立新的核心生态源地禁止开发建设，保证生态物种的生存与栖息空间，提出“楼村生态廊道改线至南侧”的优化建议，即：在生态用地总量占补平衡的前提下，可考虑将现状生态功能退化严重、建设集中且清退压力较大的楼村生态廊道向西改线。
最后，划定缓冲区限制人类活动的过多干扰，为生源地保护提供一个安全的防护区。禁止在生态廊道进行任何的干扰活动以保证斑块与斑块之间的通畅，形成一个开放的、完整的生态格局。
4、引导生态环境的空间管理，提出具有可操作性的保护要求
生态格局的构建是一个不断优化调整的过程，因此，在针对性、自然性、适应性、综合性、主动性、异质性等原则的基础上，于特定的自然资源与生态条件，进行生态格局的优化调整。
城市生态安全格局作为支撑城市自然系统的关键性格局，应在其构建过程中不断对其优化调整，使之促成精明增长与保护并举的发展格局
4.1生态安全格局保护和恢复要点
坚持保护优先和自然修复为主，加大生态保护和建设力度，从源头上扭转生态环境恶化趋势。
（1）构建生态安全屏障：加强重点生态功能区保护和管理，增强涵养水源、保持水土、防风固沙能力，保护生物多样性。
（2）强化生态保护与治理：继续实施天然林资源保护工程，巩固和扩大退耕还林还草、退牧还草等成果。强化自然保护区建设监管，提高管护水平。加强生物安全管理，加大生物物种资源保护和管理力度，有效防范物种资源丧失与流失，积极防治外来物种入侵。
（3）建立生态补偿机制：按照谁开发谁保护、谁受益谁补偿的原则，加快建立生态补偿机制。加大对新区内重点生态功能区的均衡性转移支付力度，推行资源型企业可持续发展准备金制度。鼓励、引导和探索实施下游地区对上游地区、开发地区对保护地区、生态受益地区对生态保护地区的生态补偿。积极探索市场化生态补偿机制。加快制定实施生态补偿条例。
（4）尝试转变保护方式，提供发展保护恢复的新动力，同时制定可行的管理方案。对新区内的生态进行监理：如资源利用、水土保持、污染控制、野生动植物保护以及施工废物的管理（含弃土弃石）等。同时对环境进行监理：如定点观察、巡回坚实、抽查、仪器监控等。环境监理的范围：一般在施工建设活动直接影响区内，对影响到环境敏感区的建设活动尤其应列入监理。
4.2生态保护优化政策措施
根据研究区域内的生成的消费面、提取的生态斑块、构建的生态廊道、关键点的查找分析，对原有生态格局进行新的研究分析，得到生态保护优化的政策措施。
（1）调整并重新建立新的核心生态源地禁止开发建设，保证生态物种的生存与栖息空间；
（2）划定缓冲区限制人类活动的过多干扰，为生源地保护提供一个安全的防护区；
（3）禁止在生态廊道进行任何的干扰活动以保证斑块与斑块之间的通畅，形成一个开放的、完整的生态格局；
（4）对于已有的关键点的建设用地进行调整，恢复和建设这些断裂点的自然植被和乡土植被，完成生态的重建。
5、结语
生态安全格局并非一成不变的，城市生态安全格局作为支撑城市自然系统的关键性格局，应在其构建过程中不断对其优化调整，使之促成精明增长与保护并举的发展格局。本次研究主要明确了基于最短路径的光明新区生态安全格局构建按基本框架，同时对各路径上生态断裂点修复进行初步探索，面向下阶段的规划实施，具有较好的借鉴意义。
参考文献
[1]熊文，邱凉. 城乡一体化景观生态安全格局研究初探——广州市城乡一体生态安全格局分析[J].水利渔业，2006，02.
[2]高超，朱继业，戴科伟，高松，窦贻俭.快速城市化进程中的太湖水环境保护：困境与出路[J].地理科学，2003，23（6）：746-750.
[3]Walker R，Craighead L.Analyzing wildlife movement corridors in Montana using GIS. Presented in the Puget Sound Region. Urban Ecosystems,2005,(2):418-429.
[4]Noss R F.A regional landscape approach to maintain diversity. BioScience,1983,33(11):700-706.
[5]Paetkau D,Waits L P, Clarkson P L, Craighead L, Vyse E, Ward R, Strobeck C, Variation in genetic diversity across the range of North American brown bears, Conservation Biology,1998,12(2):418-429.
[6]刘滨谊，王鹏.绿地生态网络规划的发展历程与中国研究前沿[J].中国园林，2010，26（3）：1-4.
[7]陈爽，王进，詹志勇.生态景观与城市形态整合研究[J].地理科学进展，2004，23（5）：67-77.
[8]韩博平，生态网络分析的研究进展，生态学杂志，1993，12（6）：41-45.
[9]戚仁海，熊斯顿.基于景观格局和网络分析法的崇明绿地系统现状和规划的评价[J].生态科学，2007，26（3）：208-214.
[10]孔繁花，尹海伟.济南城市绿地生态网络构建[J].生态学报，2008，28（4）：1711-1719.
[11]Hargrove W W,Hoffman F M, Efroymson R A. A Practical map-analysis tool for detecting potential dispersal corridors, Landscape Ecology,2004,20(4):361-373.
[12]Forman R T T, Godron M. Landscape Ecology. New York: John Wiley and Sons,1986.
[13]岳德鹏，王计平，刘永兵，李海龙，谢怀慈，王冬梅.GIS与RS技术支持下的北京西北地区景观格局优化[J].地理学报，2007，62（11）：1223-1231.
[14]田国行.城市绿地景观规划的理论与方法[D].北京：中国农业大学，2004.
[15]王根绪，程国栋，钱鞠.生态安全评价研究中的若干问题研究[J].应用生态学报，2003，14（9）：1551.
[16]肖笃宁，陈文波，郭福良.论生态安全的基本概念和研究内容[J].应用生态学报，2002，13（3）：354.
[17]杨京平，生态安全的系统分析[M].北京：化学工业出版社，2002.
[18]左伟，王桥，王文杰，等.区域生态安全评价指标与标准研究[J].地理学与国土研究，2002，18（1）：67.
[19]吴国庆.区域农业可持续发展的生态安全及其评价探析[J].生态经济，2001（8）：22.
[20]全国城市规划职业制度管理委员会. 科学发展观与城市规划[M]. 北京: 中国计划出版社, 2007.
[21]Knaapen J. P, Scheffer M and Harms B. Estamating habitat isolation in landscape planning[J].Landcape and Urban Plan,1992,23:1-16.