于 强 张启斌 牛 腾 王 戈 马 骏 杨林哲

(1.北京林业大学林学院， 北京 100083； 2.河北工程大学地球科学与工程学院， 邯郸 056038)

0 引言

经济的快速发展使城市化率迅速升高，根据联合国人居署发布的《2020年世界城市报告》，全球城市人口比例将在2030年达到60.4%[1]，其中96%的城市增长将发生在东亚、南亚和非洲地区[2]。我国第七次人口普查数据显示，全国城市化率已达63.89%，且仍处在较快发展区间[3]。高速的城市化进程改变了地表景观的结构与功能，由此引发了动植物栖息地破碎、景观连通性降低等现象，使得生物多样性降低，生态服务功能遭到破坏，城市人居环境恶化[4]。如何缓解经济发展与生态建设间的矛盾，实现可持续发展，成为当前亟待解决的问题。

近年来，一些学者从景观连通性与生态系统结构、功能完整性的角度出发，提出了生态空间网络的概念与基本原理[5]，综合评价区域内的自然与人文因素，以区域内重要生态资源斑块为节点，以生态资源斑块间的带状廊道为边，构建区域生态空间网络，以缓解生境破碎、生态系统服务功能下降的问题，改善城市人居环境[6-7]。绿色生态空间网络的概念最早源自绿道系统，自提出以来不断发展完善，如今已经成为城市规划、景观生态学、地理学等学科的研究热点[8]。当前生态空间网络的研究热点包括生态空间网络的构建、生态空间网络结构与功能研究、生态空间网络评价与优化等，在城市规划[9]、水文规划与管理[10]、防风固沙、矿区生态重建[11]、动物保护[12]等领域进行了大量实证研究。

本文在总结已有研究成果的基础上，对绿色生态空间网络相关概念的提出和发展、绿色生态空间网络的理论基础和研究方法、绿色生态空间网络的主要应用领域等进行阐述，并对其发展趋势进行展望，以期为绿色生态空间网络的进一步研究和应用提供理论依据。

1 绿色生态空间网络概念与特征

1.1 绿色生态空间网络概念与功能

绿色生态空间网络是景观生态学重要的内容，目前绿色生态空间网络研究是景观生态学研究的重点和热点[13]。绿色生态空间网络对于保护生物多样性、维持生态平衡、增加景观连接度具有重要意义[14]。根据不同的角度，绿色生态空间网络有多个含义，如表1所示。

表1 绿色生态空间网络的多种概念解释Tab.1 Various conceptual explanations of ecological networks

根据不同网络的重要性程度，绿色生态空间网络可以理解为一个连接城市空间与乡村空间的循环系统，它是一个开放的空间。在绿色生态空间网络中，生态廊道是最为基本也最为重要的网络结构，根据廊道连接性的不同，绿色生态空间网络也可以理解为连接自然保护区、居民点、各种景观的一种开放的空间结构[15-16]。

绿色生态空间网络具有多重作用，这是由于绿色生态空间网络中的生态要素也是由多种不同类型的生态系统组成的。从绿色生态空间网络中生态系统的多重稳定性角度，绿色生态空间网络的含义可以理解为：绿色生态空间网络是一个景观链，具有文化稳定性、生态稳定性和娱乐稳定性等多重特性[17-18]。

绿色生态空间网络是一个复杂系统。在这个复杂系统中，存在着多种生态过程。生态过程具有一致性和不一致性。根据生态过程的一致性，绿色生态空间网络可以理解为一个为了维持这种一致性和完整性而存在的复杂系统。绿色生态空间网络主要受到人类的干扰，在各种干扰下，绿色生态空间网络中的各个要素之间相互影响，共同抵抗这些干扰。可见，绿色生态空间网络是一个多种类型的生态节点和生态廊道组成的空间连贯的开放系统[19-21]。

绿色生态空间网络是具有一定生态功能的网络。现实中，大多数的绿色生态空间网络都是人为规划设计出来的。根据土地规划和绿色生态空间网络的功能性，绿色生态空间网络可以理解为一个土地网络，这个网络具有多种生态功能。除了生态功能，这个网络还具有交通运输的功能和休闲娱乐的功能。从景观设计角度，绿色生态空间网络还具有美学功能。从功能的角度，结合实际情况而进行规划设计，根据不同的用途而对绿色生态空间网络进行管理[22]。

绿色生态空间网络是一个由多种类型生物组成的复杂网络。不同的绿色生态空间网络的生物多样性不同，人们对生物多样性的保护也是不相同的。根据绿色生态空间网络中生物多样性的保护程度，绿色生态空间网络可以理解为为了保护生物多样性，降低人为干扰的复杂系统。可以说，绿色生态空间网络能够解决生物多样性保护和人类对生物资源利用之间的矛盾[23]。

1.2 绿色生态空间网络发展历程与特点

绿色生态空间网络这一概念出现较晚，但在早期的城市规划与景观生态学研究中已经出现了其思想的萌芽。生态空间网络的发展过程大致可以概括为3个阶段。18世纪到20世纪60年代是生态空间网络的孕育和启蒙阶段，在这一阶段，景观规划领域出现了轴线、林荫大道以及城市公园体系的规划理念。OLMSTED[24]借鉴轴线和林荫大道的设计理念，基于城市公园的镶嵌分布构建了城市公园体系，取得了较好的景观与生态效果。20世纪60年代到20世纪80年代是生态空间网络思想快速发展阶段，这一阶段出现了大量有关开放空间规划的研究，生态空间网络的相关研究发展迅速，绿色网络、环境廊道等概念开始出现[25]，20世纪80年代，绿色生态空间网络被首次提出，绿色生态空间网络的相关研究与规划得以更加广泛的展开[26]。20世纪80年代至今是绿色生态空间网络的热点研究阶段，这一阶段中，生态空间网络相关研究开始出现多目标、多功能与多尺度的特点，所涵盖的生态功能越来越多，在城市规划、景观生态学等方面发挥着越来越重要的作用[27]。

当前，绿色生态空间网络已经成为景观生态学、城市规划、地理学等领域的热点。然而，由于起步较晚，生态空间网络的概念仍在不停发展变化中，各学者根据自己的理解从不同角度开展研究，研究内容与达成的目标较为多样，但是都认为，生态空间网络至少应该具备以下特点：①连接性，生态空间网络应该通过线状景观元素连接区域中的生态资源斑块，增强景观连接性。②功能性，生态空间网络应该具备维护物种多样性、调节气候等多种生态服务功能。③发挥重要连接功能的生态廊道应该是线性的。④整体性，网络的节点、边与基质应该形成一个整体的系统。⑤应该在有效减少人类活动对自然生态系统干扰的同时，最大限度地发挥自然生态系统的生态服务功能[28]。根据以上特点，本文将绿色生态空间网络的特征概括为：基于景观生态学和保护生态学原理，以保护区域生态系统结构与功能的完整性及充分发挥其生态系统服务功能为目的，利用线性的空间廊道将区域生态资源斑块有机连接成系统整体。

在实际应用中，绿色生态空间网络分为潜在绿色生态空间网络和实际绿色生态空间网络。在实际中的绿地斑块、林带、道路两侧绿篱等组成了实际绿色生态空间网络的基本结构，现实中真实存在的绿色生态空间网络就是实际绿色生态空间网络，比如具有生态功能的道路网络、河流网络、森林网络等。而潜在绿色生态空间网络是指抽象存在的绿色生态空间网络，潜在绿色生态空间网络中的廊道，在现实中可能并不存在，但是生态能量的流动与传播却是沿着这个廊道而进行的。这种生态能量的传播看不到，却是真实存在的。潜在绿色生态空间网络可以理解为一个具有传播功能的结构。可以将潜在绿色生态空间网络理解为基于现状土地利用，提取出来的生态能量流动网络系统。潜在绿色生态空间网络也可以理解为实际绿色生态空间网络的一种优化模式，但是由于是基于现状所提取的，这种优化是不完全的优化，故潜在绿色生态空间网络还有必要进行再一次的优化，这也是未来研究中的重点。

2 绿色生态空间网络构建、分析与优化

2.1 绿色生态空间网络识别与构建

一个绿色生态空间网络的结构完整性与优劣性决定了其功能是否能够正常发挥。目前，在园林学中，国外的绿色生态空间网络类型主要包括荷兰国家生态网络、自然2000网络、绿宝石网络、欧盟生态网络等[29-30]。另外针对不同的对象，潜在生态网络构建研究大多集中在森林生态网络构建、湿地生态网络构建、城市绿地生态网络构建、森林生态网络构建、湿地生态网络构建和沙漠区防护生态网络等[31-35]。例如针对中国西北干旱半干旱生态脆弱区所构建的绿色生态空间网络是典型的沙漠区防护绿色生态空间网络[36]。中国西北地区生态脆弱区具有荒漠化严重、景观斑块破碎、生态环境极其脆弱等特征，防护型潜在绿色生态空间网络能够通过生态廊道和生态节点连接破碎生境，形成完整的景观网络，从而保证区域生态安全。

生态源地一般指景观中为相邻生态系统提供能量、物质和生物有机来源的区域，它是构建生态空间网络的重要组成部分，是多种生物进行物质传递和能量流动的重要场所[37]。当前有关生态空间网络的研究中，学者所使用的生态源地提取方法存在较大差别，但大致可以归纳为以下4类：①直接识别法，根据研究区的自然生态特征选取面积较大的水域、植被或者重要的生物栖息地作为生态源地[38]。②指标评价法，以生态服务功能与价值等指标作为依据，选取符合条件的斑块作为生态源地[39]。③形态学空间分析法(Morphological spatial pattern analysis，MSPA)，该方法通过腐蚀、膨胀、开闭运算等形态学处理方法对研究区域的土地利用栅格数据进行处理[40]，可以较为精确地识别出区域内的核心区、孤岛、空隙、边缘区、桥接区、环岛与支线共7类景观。④综合识别法，从景观连通性、生态系统服务功能及自身生境等方面综合分析，通过景观格局指数、空间聚类分析、空间叠加分析等方法识别具有重要生态功能的斑块作为生态源地[41]。生态源地的提取是构建区域生态空间网络的基础，它一方面应该是物质、能量、信息的来源，另一方面还应该起到流动和传递的作用，因此其提取过程应该从景观结构和生态功能两方面考虑，上述提取方法中综合识别法可以较好的考虑到这两方面，但在具体操作层面仍存在较大的任意性，如何科学合理的提取生态源地，仍然是一个值得探讨的问题。许多学者利用面积、生态系统服务价值等对生态源地等级划分进行了研究，分级的衡量因子较为单一[42]。能值分析理论能够将复杂系统中的不同种类的物质流、能量流、货币流转化为统一的能值指标来分析和比较，其能够综合多源数据对生态源地进行等级划分，但是能值分析理论计算复杂，数据要求量极大[43]。

生态廊道则是绿色生态空间网络的骨架，是生态能量流动的通道。生态廊道是景观的重要组成部分，是景观生态流发生的主要通道，对区域生态过程、景观美学特征和生态功能的发挥都具有重要意义[44]。在生态空间网络的构建中，生态廊道的提取是必不可少的[45]。MCR模型由Kanppen提出[46]，起初该模型运用在物种迁徙模拟中，我国学者俞孔坚将其应用于景观格局分析中[47]，该模型的构建主要考虑源地、阻力面和累积代价3个要素，通过提取生态流在源地间流动的最小阻力路径来实现生态廊道的构建。MCR模型结构简单、算法明晰，已经成为生态廊道提取的主流方法[48]。电路理论于2006年由MCRAE提出，该方法把景观看作一个导电表面，把复杂景观中的物种或生态流看作一个随机游走者。模型中的电阻相当于累积阻力模型中的阻力面，阻力越大，生态流游走过程中面临的阻力越大；电流的强弱表示物种或生态流到达目标斑块时通过某条路径的概率。相比于MCR模型，电路理论结合了随机游走理论，可以显示廊道冗余度，可通过电流的强弱判断生态源地和廊道的相对重要程度等信息，逐渐被越来越多的应用到国内外生态网络的构建中。

生态节点一般指生态廊道中具有重要生态学意义或者生态敏感性较高的点位。根据景观生态学中的踏脚石原理，景观中大型斑块之间存在的小斑块可构成踏脚石系统，促进生物的迁徙及物质能量的流动，这种踏脚石系统一般面积较小，但具有较强的实用性[49]。在生态廊道中识别生态节点，可起到很好的生态踏脚石作用[50]。当前生态节点的提取方法一般可归纳为两种：基于先验知识进行，将廊道途经的重点保护区域、生态敏感区域作为生态节点；基于MCR模型中的累积阻力面进行，通过水文学分析方法提取累积阻力面中的山脊线，通过山脊线与生态廊道的交点即廊道中生态阻力最大处确定为生态节点[51]。一般情况下，结合两种方法可以对生态节点进行更加准确的识别。起到踏脚石作用的生态斑块节点实现了绿色生态空间网络从结构的联通到功能的联通，生态斑块节点的提取方法主要包括景观阻力分析、网络分析、生态阻力面模型、形态学空间格局模型等，其中生态阻力面模型通过提取阻碍生态流的最小耗费路径和最大耗费路径的交叉点以及生态廊道最薄弱的点来确定生态斑块节点，其被广泛应用于生态斑块节点提取的研究中。

2.2 绿色生态空间网络结构分析

针对绿色生态空间网络的空间结构进行研究一直以来都是国内外学者的研究重点。在针对绿色生态空间网络结构相关研究中，GOLDSTEIN等[52]通过模型算法以及统计实验，分析了鸟类活动的规律，得出了鸟类保护生态廊道的宽度，并且分析了生态廊道结构与周边环境之间的耦合关系，认为绿色生态空间网络结构上的联通性是最为重要的。JONGMAN[53]研究了欧洲15个国家的绿地网络，发现在欧洲绿色生态空间网络的结构主要以保护为核心。此外，景观格局指数、联通度指数、景观可视化、网络结构指数、障碍影响指数等被广泛的应用在绿色生态空间网络的结构分析以及优化评价中。MONTIS等[54]提出了一个基于网络建模的绿色生态空间网络研究和建模方法框架，使用了网络属性和中心度量，并且通过引入相应的加权中心度量来考虑分散能力，通过从3个角度监测扩散能力和联通数量来模拟绿色生态空间网络的结构动态变化。YAN等[55]利用生物多样性与生物量之间的关系，探讨了理论网络复杂性的特点。UPADHYAY等[56]对喜马拉雅地区森林物种的生态信息流进行了研究，发现物种栖息绿色生态空间网络是一个无标度网络，且具有小世界特性。

国内针对绿色生态空间网络结构的研究也较多，曾琦芳[57]基于点线面的构建模式在华侨大学厦门校区绿色生态空间网络的构建研究中对该校区绿色生态空间网络节点、脉络、结构进行研究，将绿色生态空间网络结构分为核心型、轴线型和匀质型，为新校区建设带来新的规划。段飞[58]以青岛、深圳的高校为例，对滨海地区高校绿色生态空间网络结构、生态廊道、生态节点进行研究，为其他滨海地区高校生态规划建设提供参考。傅强等[59]基于计算机图形学中的CL-PIOP评价方法，对青岛市绿色生态空间网络结构进行研究，该方法能快速统计重要位置的廊道，判断廊道的不可替代程度，为相关规划中的生态用地保护、恢复提供理论依据。刘耕源等[60]基于热力学流核算方法研究大连市绿色生态空间网络结构，确立该城市的代谢系统，并对系统内各组分进行研究，为城市健康可持续发展提供研究依据。闫维等[61]将GIS与景观格局分析、斑块网络结构分析相结合，研究滨海新区规划对区域绿色生态空间网络结构的影响，并提出滨海新区绿色生态空间网络构建的改进建议。

2.3 绿色生态空间网络结构优化

对生态空间网络的优化一般需要基于对网络结构和功能的分析结果进行，因此生态空间网络的各种分析方法常常同时作为对网络进行优化的手段或优化结果的评价标准。其中，基于景观格局分析与网络结构指数法的研究较多[62-64]。

然而，当前基于景观格局分析以及各类网络指数的优化研究中，仍然没有形成领域内公认的优化策略，具体的优化方法往往由研究者根据自己的理解构建，不同研究之间的差别也比较大，并且有部分研究只给出管控建议，没有具体的网络优化方案。例如：有的学者研究采用不同的网络模型分别构建了生态空间网络，通过对比不同模型下生态空间网络的生态廊道数量、网络中廊道面积和网络结构指数，筛选最优的生态空间网络构建方案[65]；AN等[66]根据生态廊道与生态源地的空间分布特征、网络连接指数，在生态廊道的断裂处选取核心源地斑块构建生态踏脚石，实现了对研究区生态空间网络的优化；而张萌等[67]的研究中只给出了绿色生态空间网络的管控建议，没有具体的优化方案。

基于复杂网络理论的生态空间网络优化方法仍处在起步阶段，仅有少量研究出现，如张启斌[39]基于度低者优先的原则，构建了乌兰布和沙漠东北缘潜在生态空间网络的增边优化策略。裴燕如等[68]综合考虑生态节点的生态风险以及节点度中心性，构建网络优化策略，实现了鄂榆地区生态空间网络的优化。总的来讲，这些研究都是通过构建不同优先原则的增边策略实现对生态空间网络结构的优化。

利用3S技术进行绿色生态空间网络优化的研究较多。例如，郭慧慧[69]将3S技术与常用的景观格局计算方法相结合，对慈溪市绿地绿色生态空间网络进行优化，最终从4种绿色生态空间网络规划预案中选出最佳的绿地绿色生态空间网络优化方案。张远景等[70]将GIS与CA-Marcov模型相结合，对哈尔滨中心城区进行绿色生态空间网络模拟优化。吴榛等[71]基于RS与GIS技术，通过分析连通性指数确定绿地斑块节点，对绿色生态空间网络结构进行定量分析，针对性地提出扬州市绿色生态空间网络优化建议。陈涛等[72]基于城市绿地绿色生态空间网络相关理论与城区内林鸟连接度的情况，对长沙市宁乡县中心城区绿地绿色生态空间网络进行分析，针对宁乡县中心城区绿地中存在的林鸟连接度问题提出生态优化途径，同时增加“踏脚石”途径以及人文繁荣途径进行优化。贾振毅等[73]采用景观格局分析与最小费用模型模拟城市网络结构。

除此之外，有研究者通过分析生态节点或生态源地的辐射范围来实现对生态源地的合理布局，如张远景等[70]采用地理空间网格法统计空间网格中生态节点的数量，从而识别生态盲区，实现生态节点的优化布局；于强等[43]采用泰森盲区多边形形心优化(BCBS)模型进行生态盲区识别，构建了生态节点的优化部署策略。

3 绿色生态空间网络研究相关理论

3.1 岛屿生物地理学原理

岛屿生物地理学认为岛屿上物种的丰富度与其面积存在一定的数量关系，这一理论在维持物种多样性、解决由生境破碎化造成的物种保护问题等方面发挥了重要作用[74]。

岛屿是岛屿生物地理学中的重要概念，在岛屿生物地理学中，岛屿的定义可以被理解为：某一区域中，明显区别于基底的，许多生物集中生活的生境斑块，类似于本研究中荒漠中间的绿洲，这些生境斑块可以是大小各异、多种多样的，包括海洋中散布的岛屿、城市中的自然保护区、森林中的林窗等，因此可以将岛屿看作一个具有明显边界的生态系统，而其大小、类型等性质并不是形成“岛屿”的必要条件[75]。

岛屿生物地理学认为，在气候条件相对一致的一定区域内，岛屿上的物种数目会随着岛屿面积的增加而增加。例如，当某一岛屿的面积增加到原来的10倍，其上的两栖、爬行类生物数量将翻倍。有研究表明，这一规律在不受外界扰动的岛屿中十分明显。1913年，GRINNEL和SWARTH提出了种类-面积方程[76]

S=CAZ

(1)

两端取对数可得

lgS=lgC+ZlgA

(2)

式中S——岛屿上所有生物物种的数量

A——岛屿面积

C——物种的空间分布密度

Z——统计指数

种类-面积方程中的Z值具有重要的生物学意义，例如当Z=0.5时，只需将岛屿面积增加4倍即可将物种数目加倍，而当Z=0.14时，必须使面积增加140倍才能达到相同的效果。

种类-面积方程是对岛屿面积与物种数量的经验统计规律，难以解释其机理，因此MACARTHUR和WILSON[77]于1967年提出了动态平衡理论，丰富了物种-面积关系。平衡理论引入了迁入和灭绝两个因素，而平衡则指的是迁入和灭绝这两个因素的平衡。当迁入大于灭绝，岛屿物种丰富度上升，反之则下降，平衡时，物种丰度维持稳定。

伴随人类影响范围的不断扩大，自然生态空间由于受到人类活动的影响已经或正在成为生境岛屿，因此岛屿生物学理论在自然保护区的选址、设计和绿色生态空间网络的规划等方面被广泛应用[78]。

3.2 景观生态流与空间再分配原理

在某区域的景观格局中，不同景观组分之间存在着物质、能量、物种和信息的交换，这一交换的内容称为景观生态流[79-80]。景观生态流一般表现为生态流的形式，景观格局的演变必然引起物质、能量与信息的流动和空间再分配，因此生态流的运行受到景观格局的明显影响[81-82]。

物质、能量和信息的流动势必伴随能量的转化过程，因此景观生态流在景观中的运行必须克服阻力实现[83]。斑块间的景观生态流可视为在能级上的有序运动，斑块的能级由其所处的环境参数决定，这些环境参数包括物质组成、空间位置、生物因素等。景观生态流的运行过程可以表现为聚集和扩散两种趋势。景观中物质、能量和信息的交换主要通过5种媒介或传输机制实现从某一个景观组分向另外一个景观组分的流动，这5种媒介为：风、水、飞行动物、地面动物和人类活动[84]。在水平方向上，生态流受到扩散、传输和运动3种力的驱动。扩散是一种随机运动过程，类似于热力学中的布朗运动，它是一种低耗能过程，仅在小尺度发挥作用，是景观呈现均质化的主要动力[85]。传输指的是景观生态流中的物质流沿能量梯度下降方向的运移过程，如河道水分的侧渗过程对地下水的补给、水土流失过程等，它是景观格局中物质、能量、信息流动的主要作用力。运动是物质通过消耗自身能量在景观空间中的移动过程，很明显在这一过程中移动的主体主要为动物，这种迁移过程将导致物质和能量在景观中维持高度聚集状态[86]。

综上可知，扩散过程使得景观中的聚集格局减少，传输对于聚集格局不存在明显的正向和负向影响，运动这一过程可形成最明显的聚集格局。在景观生态流的运行过程中，景观组分的边界可对经过景观组分边界的生态流进行过滤，对生态流的性质、方向和流量具有重要影响。

3.3 斑块-廊道-基质模型

斑块(patch)、廊道(corridor)和基质(matrix)是景观生态学中用来描述景观结构及其功能性特征的基本模型，由FORMAN于1986年正式提出[87]，它普遍适用于荒漠、森林、草原、城市等多种景观，景观中的任意一点一定是落在斑块、基质或廊道上，不存在其他可能[88]。斑块-基质-廊道的组合是最容易理解、最常见的景观模型，在景观格局的分析、比较与规划等方面发挥了重要作用[89]。以该模式为核心，发展出了一系列概念、理论和方法，已经逐渐成为景观生态学的重要方面[90]。

斑块是景观格局的基本组成单元，它指的是与周围背景具有明显区别的、非线性的、内部相对均质的地表空间范围[91]。由于景观中的斑块具有不同的成因和演化路径，其大小、形状及外部特征各异[92]。斑块既可以是存在生命的，如由植被覆盖的林地、草地，也可以是不存在生命的，如建筑、裸岩等；它既可以是天然形成的，如天然形成的荒漠、绿洲，也可以是人为建设的，如果园、农田等[93]。

廊道是景观中与两侧基质存在明显区别的狭长的线性或带状地表空间，实际上，可以将廊道看作一种斑块的特殊类型，只是其形状是线性或带状的[94]。廊道既可以是对景观空间产生分割作用的条状区域，如人工道路、河流；也可能以逐渐过渡的形式与本底呈现区别，如更新过程中的带状采伐迹地等[95]。廊道的两端通常连接着具有重要生态作用的大型斑块，如道路两端的居民点、河流两端的湖泊、山岭等[96]。廊道的这一特点使得它成为景观生态流经过的主要通道，对区域生态过程与生态功能的良好运行具有重要作用。

基质是景观中的本底，对景观的动态变化发挥主要作用，决定了景观的性质，广阔的草原、荒漠，大面积的森林都可以当作基质[97]。确定某一景观类型是否为景观的基质，通常需要以下特点：①相对面积。是某一景观类型在景观总面积中所占的比例，景观中相对面积最大的景观类型往往也控制着景观生态流的运行。一般情况下，若景观中某一景观类型的相对面积大于50%或大于其他各类景观类型的面积总和，那么该景观类型可被认为是基质。③连通性。只用相对面积来判断基质有时会出现误判，因此引入连通性这一标准是必要的。若景观中某一景观类型连通性较高，且对其他景观类型形成了环绕包围的态势，此时该景观类型也可被认为是基质。③动态控制作用。动态控制作用指的是某一景观类型对景观整体的演化方向、速度和终点起到决定性作用。从生态意义上看，这种动态控制作用是判断某一景观类型是否为基质的根本标准。在实际中，对基质的判断往往需要将上述3种标准结合使用，在计算比较各景观类型的相对面积和连通性后若仍不能确定基质，则需要查阅文献或野外观测实验进行确定。

3.4 “源-汇”理论

“源-汇”理论最早用来分析大气运行过程，“源”和“汇”的概念为分析大气污染物的产生、传输和汇集提供了有效手段[98-100]。在景观生态学中，“源”指的是某种生态过程的源头，即能提供各种物质、能量或物种的景观单元或生态系统[101]。“汇”是某个生态过程的重点，即各种物质、能量和物种汇集的景观单元或生态系统[102]。对于农业面源污染来说，施用化肥和农药较多的农业用地就起到了景观中“源”的作用，而下游方向的草地、林地和湿地等景观要素起到了“汇”的作用，他们之间的一些景观要素起到了传输通道的作用[103]。

很明显，“源”和“汇”是两个相对的概念，根据不同的生态过程，“源”和“汇”是可以相互转化的[104]。例如水库和湖泊，在降雨过程中，雨水朝水库和湖泊汇集，对于这一生态过程来讲，湖泊和水库为景观中的“汇”。而干旱缺水时，水库、湖泊中的水又发挥了补枯的作用，不仅可改善其周边的水文环境，还可以灌溉农田，在这一生态过程中，湖泊与水库又转化为了“源”。经上述分析可知，“源”和“汇”并不是绝对的，只有当针对某一特定的生态过程时，它们才是明确的。因此，在识别景观中的“源”和“汇”时，应基于某生态过程进行。

“源-汇”理论对景观格局和生态过程进行了深入的阐释，使得对于景观的分析从静态、平面的分析转移到动态的过程分析中来[105]。基于某一生态过程进行“源”和“汇”的空间平衡分析，可以对生态过程调节、景观格局优化提供许多有益的借鉴[106]。当前“源-汇理论”在面源污染控制、生物多样性保护、缓解热岛效应等方面已经有大量应用，同时也是生态网络构建的重要理论基础[107]。

3.5 生态安全格局理论

根据景观生态学的相关理论，格局和过程是相互影响的，因此一些基本的景观改变和管理措施被认为有利于区域的生态安全[108]。这些改变或管理措施包括核心栖息地斑块保护、生态廊道的建立和生态重建等[109-110]。而核心生态斑块识别、廊道构建与建设新的栖息地斑块是实际操作中需要首先考虑的问题。生态安全格局理论可较好地回答这一问题。

生态安全格局理论认为，无论景观是均质的还是异质的，景观中的各点对于生态安全的意义是不同的，在这些点位中存在一些现有的或潜在的生态基础设施，对于控制区域的景观生态过程具有关键作用，这些具有关键作用的点位就构成了生态安全格局[111]。生态安全格局对于生态过程的战略意义主要体现在3方面，分别是：主动优势，即生态安全格局一旦被某种有利的生态过程占据，就可以以安全格局为基础，影响控制全局的生态过程，且这一过程将会是自发的、主动的；空间联系优势，即生态安全格局有利于联系孤立的景观单元，促进其物质、能量、信息和物种的交换；高效优势，即生态安全格局对全局景观生态过程的控制具有高效和经济的特点[112]。生态安全格局可以由源、缓冲区、源间连接、辐射道和战略点等构成，生态网络由生态源地、生态廊道与生态节点等部分构成，也是生态安全格局的一种。

4 绿色生态空间网络相关分析方法

4.1 景观格局分析法

景观格局分析法是将生态空间网络的空间密度、网络各组成部分的面积、斑块形状特征进行定量化表示的一种方法[113]。这种方法可以较好的表征景观格局状况以及生态空间网络的结构特征，但是由于该方法仅考虑到密度、面积、形状等结构特点，难以对网络的连通性进行有效分析且对网络生态功能的考虑较少，因此生态意义稍显不足。

4.2 图论分析法

基于图论的网络结构指数包括：生态空间网络综合指数，由网络环通度指数(α)、线点数(β)和连接度(γ)等指数构成，利用这些指数可以较好地反映网络整体的连接情况，可以为生态空间网络的构建与优化提供一定借鉴，然而却难以对某一个生态源地或生态廊道的重要性进行评价[114-115]；基于图论的网络结构指数是网络连接度指数，由PASCUAL-HORTAL等[116]于2006年提出，包括整体连接度指数(IIC)、可能性连接指数(PC)以及等效连接性指数(EC)等，该方法不仅能较好地反映网络整体的连接性，而且可以定量的评价网络中廊道、源地以及节点等要素对网络整体连接性的贡献，从而为网络的构建与优化提供更加具体的建议。

4.3 复杂网络理论分析方法

复杂系统与复杂性科学被誉为21世纪的科学，“复杂系统理论”是复杂科学下的子领域[117]。不同视角下复杂系统的特征不尽相同，复杂系统以不同形式、不同状态、不同规模广泛存在于地理学(土地覆盖类型-景观系统)、生态学(生物个体-生态系统)、社会学以及经济学等研究领域[118-121]。土地景观系统是典型的复杂系统，其除了具有无序性、动态性等基本特征外，还具有多层次性、自组织适应性、异质性与相互作用性、控制性与突发涌现性[122]。

复杂网络的抽象研究方法成为目前复杂系统研究的新热点，其是从一个新的角度和方法来研究复杂系统，复杂网络所关注的研究对象是系统中个体相互关联作用的拓扑结构[123]。

复杂网络的研究方法已经被广泛的应用到如WWW网络、社交网络、专家网络、航空网络、交通网络等领域[124-125]。在景观地理学领域，基于景观生态学理论的生态网络是一种特殊的复杂网络，可以理解为区域内生态源地、生态廊道和生态节点3种景观格局要素所组成的复杂网络，它的结构、功能以及两者之间的联系一直是网络科学以及景观生态学的一个研究重点。

复杂网络分析方法是在图论的基础上发展而来的，钱学森认为，具有小世界特征、自相似特征、自组织特征和无标度特征中的一个或多个特征的网络都可以称为复杂网络[126]，生态空间网络具有明显的无标度特性。可以看作复杂网络的一种，其特性可以利用复杂网络的相关理论进行分析[127]。复杂网络分析中的度、度分布、平均路径长度、聚类系数、介数、核数、连通度等统计指标可以很好的反映生态空间网络的基本静态特征，其中度、介数、核数、聚类系数等统计指标可以很好的识别网络中重要的源地和廊道。度-度相关性、聚-度相关性等统计指标可以很好的反映网络的同配性和层次性。同时，生态空间网络的动态特征也可以采用复杂网络的分析方法进行研究，例如于强等[128]以磴口县为研究区，分析了县域生态空间网络在随机打击与恶意打击下网络鲁棒性的动态变化。基于复杂网络理论的生态空间网络研究方法可以更加全面地从多个角度研究生态空间网络的静态与动态特征，正逐渐成为该领域的热点方向。

5 绿色生态空间网络研究应用

当前，生态空间网络的研究范围越发广泛，从最初的城市规划、自然空间规划、动物保护领域逐渐扩展到防风固沙、矿区重建、水生态保护等领域。如陈春姊等[129]采用最小费用模型和图论分析相结合的方法对新西兰基督城生态空间网络功能性连接的辨识和优先恢复途径进行了探讨；高宇等[130]利用MSPA、可能性连接指数、网络密度分析等方法构建了招远市绿色空间生态空间网络并进行了优化；诸葛海锦等[131]利用最小累积阻力模型等生态空间网络分析方法，研究了青藏高原高寒荒漠区藏羚羊的潜在廊道分布特征，并基于此提出了管控建议；于强等[132]以乌兰布和沙漠东北缘沙漠-绿洲交错带为研究区，模拟了不同发展策略下生态空间网络的拓扑结构和统计特征，为区域防风固沙、生态建设与经济发展提供借鉴。侯宏冰等[133]基于复杂网络增边策略，对鄂榆典型矿区的生态空间网络进行优化，为矿区生态修复提供宏观上的参考与借鉴；SUNDARESAN等[134]通过对Bangalore和 Madurai湿地生态空间网络的分析，对城市的未来发展与管控提供了指导与借鉴。这些研究拓宽了绿色生态空间网络的研究范围，为绿色生态空间网络研究的多学科交叉提供了良好的思路。

当前，生态空间网络已经成为景观生态规划的重要理论体系之一，在生态空间网络规划中，以提取生境斑块与生物廊道为核心要点。生态空间网络进行生物保护时，首要因素是整个网络结构的大小，其与所保护的生物多少直接相关，进而影响到食物网以及整体生态系统。要确定生态空间网络大小，关键就是提取需要的生境斑块以及廊道。生境斑块需要依据所选择保护对象来确定，而廊道布局则应与功能性廊道相一致[135-136]。生态空间网络规划往往与区域发展规划或土地利用规划相结合[137]，—般运用在中大尺度上，如市级、省级、国家，乃至洲级[138]。

近年来，我国的生态空间网络研究逐渐受到关注。但由于起步较晚，基础理论研究相对匮乏，所以应结合国外的研究动态，建立适合中国特色的生态空间网络，制定完善的景观规划评价体系，进而保护生物的栖息环境、完善景观格局。

6 展望

生态空间网络经历了从萌芽、起步到进入快速发展阶段的过程，研究方法逐步趋于集成化、定量化、先进化。研究重点从生态空间网络的提取构建逐步发展到网络空间与拓扑结构特征分析及生态空间网络优化，在城市、水文、防风固沙、土壤保持、矿区重建、动物保护等领域取得了众多研究成果。未来的研究重点主要包括：

(1)基础理论的发展完善。生态空间网络的相关研究出现时间较短，理论体系尚不健全，众多核心概念仍没有在学界达成共识。相关研究中“生态空间网络”、“绿色基础设施网络”、“景观生态空间网络”等相近概念仍然根据研究者的个人习惯混杂使用，对于学术交流与学科发展造成了一定程度的阻碍。厘清相关概念的内涵与外延，建立一套完备的理论体系，将是未来的研究重点。

(2)研究方法的改进与提升。景观格局分析、最小累积阻力模型、电路理论、形态学分析法、图论与复杂网络指数分析方法构成了生态空间网络相关研究的主要方法体系。相关研究方法在解决具体问题的同时也暴露出一些问题。部分方法或模型的主观性较强，输出结果受研究者本身知识水平的限制较大，如最小累积阻力模型中阻力值的设定、生态源地筛选标准的设定、形态学分析中前景与背景地类的选取等；部分模型的运行效率不高，如最小累积阻力模型、复杂网络指数提取所花费的时间过长。提升生态空间网络提取、分析与优化中相关研究方法的科学性、客观性及运行效率，是该领域面临的挑战之一。

(3)时空尺度的拓宽。当前有关生态空间网络的研究往往选定某一研究区域，在某一时间断面采用固定的空间尺度展开，缺少空间尺度上的对比研究与时间尺度上的演变与预测研究，生态空间网络结构与功能的尺度效应仍然有待揭示，随着生态空间网络相关领域的发展，研究的时空尺度将不断拓宽。

(4)生态空间网络与其他空间网络的关联。生态空间网络作为一种空间网络，与交通网、水网、电力网、动物迁徙网等其他空间网络必然产生相互影响。例如，生态空间网络中的某个节点可能是路网中的重要枢纽，同时也发挥着生态功能与交通运输功能。如何衡量网络生态空间网络与其他网络的相互影响，构建“多层网络”或“网络的网络”对其进行定量研究，将是未来的研究方向之一。