第1章 绪论
1.1 城市生态空间研究背景
城市化的发展使人类的定居模式发生了巨大变化。从18世纪开始，人口由乡村向城市迅速集中，城市逐渐成为人类的主要定居地。虽然城市化在世界不同地域起步的时期和原因各不相同，但这一趋势普遍存在，并表现出迅猛的势头。1800年世界总体城市化率仅有7.3%，到1995年已发展到45.2%，进入21世纪，全世界的城市人口已经超过乡村人口，50%以上的人口居住在城市[1]，城市作为区域政治、经济、文化中心的地位更加突出。人类的社会、经济、文化发展越来越多地依赖城市，城市已成为人类*为重要的栖居地。
城市化的主要动力是工业化，其积极作用毋庸置疑。与此同时，工业化也对城市生态环境产生了巨大的消极影响，城市人口、工业、建筑高度密集，导致交通堵塞、环境污染、资源短缺等问题，城市环境质量已直接影响人类的生存与发展。2006年，国家环境保护总局和国家统计局联合发布《中国绿色国民经济核算研究报告2004》，这是中国第一份与环境污染经济核算有关的统计报告，报告指出：2004年，利用污染损失法核算的总环境污染退化成本为5118.2亿元，占地方合计GDP的3.05%；虚拟治理成本为2874.4亿元，GDP环境污染扣减指数达到1.8%，城市人口成为大气污染的主要风险承受者[2]。中国48.1%的城市空气质量处于中度或重度污染，中国大多数城市人口长期生活在可吸入颗粒物超标的空气环境中[3]。伴随着经济高速增长出现的生态环境不断恶化的局面，人口、资源与环境的协调可持续发展是当今科学领域一个重要的研究课题，创造资源节约的绿色空间、生态环境良好的生态城市，已引起世界各国各级政府和城市居民的普遍关注。
以追求人与自然和谐为目标的生态化运动在世界范围内开展，使人们越来越清晰地看到城市发展的生态化途径，人与自然必然是伙伴关系，人类必须与大自然合作才能使两者共同繁荣，所以，人的发展与自然的平衡关系显得至关重要。正如前人所说“人和自然的关系问题不是一个为人类表演的舞台提供一个装饰性背景，或者只是为了改善一下肮脏的城市，而是需要把自然作为生命的源泉、社会的环境、诲人的老师、神圣的场所来进行维护”[4]。人与自然的生态纽带始终是引导城市产生、发展和成熟的机制所在。
人与自然协调发展的重要途径之一就是通过对城市生态空间结构进行优化，有效促进城市良好生态环境的形成和发展。这种规划理念的形成与规划方法的提出，有助于对目前空间规划体系客观存在的生态网络缺失问题进行弥补，也是城市规划理论创新和发展的一种表现。
生态空间作为城市生态支持系统的载体，在生态系统中发挥着积极的作用，但是城市化发展导致生态空间日益萎缩，面临与之相对应的机理研究不全面、规划建设方法不科学的问题。城市中大量建筑开发、大型交通网络建设等强烈的人类活动使城市景观中的绿色空间日益破碎，使城市生态系统丧失大量自然生境和乡土物种。与此同时，乡村大量的森林无法得到有效保护，河流湖泊按照人类意愿被强加改造，自然生境破坏严重。城市生态空间缺失已经成为影响区域可持续发展的*重要因素之一。因此，保护和修复生态空间，有效协调城乡发展与生态环境的关系，并将生态学的原则方法引入到区域空间规划之中，成为当前学者积极探索的重要课题之一。
21世纪是生态学的世纪，生态学已成为解决与生命现象有关问题的一般科学方法，生态学理论成为生态空间建设的理论基础。生态学理论使新中国成立后的城乡规划建设经历了从唯经济发展的“生态失落”状态向“生态修复”状态的转变[5]，使城市绿地建设从过度人工化、图形化、非生态化向自然化、生态化方向转变。除此，3S技术[即遥感技术（remote sensing，RS）、地理信息系统（geography information systems，GIS）和全球定位系统（global positioning systems，GPS）的统称]的发展与应用也为生态空间的机理研究和规划建设提供了科学的手段与方法。
1.2 城市生态空间理论根源
城市发展既有理性的因素，也有相当一部分非理性的、偶然性的因素。当城市规模较小时，城市问题并不突出，但当城市发展到一定阶段，空间与物质聚集、人口聚居及拥有更大稠密建成区时，用传统物质空间或工程建设决定论方法指导下形成的城市空间与形态就出现了深刻的危机，这就需要有新的思想观念与方法。而生态空间结构是对城市生态空间组成要素的宏观调控与定位，它决定了城市生态系统的物质形态与有机体的功能发挥，主要目标是达到各类生态用地的合理分布与紧密联系，使城区内外生态有机融合，真正达到生态空间与城市空间的协调、同步、互动发展。
生态学作为一门研究生命与其周边环境的科学，自产生以来，不断发展壮大。生态学从地理学界、生物学界的边缘学科发展到时代的主流学科，其研究的尺度从个体、群落、生态系统、景观直至区域，范围不断扩展；研究的深度从定性的描述到定量的数学计算逐步增加；研究的广度从生态学原理到应用生态学、恢复生态学、景观生态学等越来越宽，并逐步完成从理论到应用的转化。
将生态学中与空间直接发生联系的理论加以提炼，构成了生态空间理论。采用地理学表示“空间”的“水平”分析方法与生态学表示“功能”的“垂直”分析方法相结合的手段，以生态为主线，提炼生态空间理论并加以应用，能够对规划设计产生直接的指导价值。
同时，生态系统作为自然界生命支撑系统，为人类生存和发展提供密不可分的产品和服务，即生态系统服务。然而，经济的发展、人口的扩张、工业化和城市化进程的加快，不断促使人类以更高的强度进行土地开发利用，使大部分自然生态系统转化为人工生态系统。土地利用变化及其引起的土地覆盖变化直接影响其承载的生态系统结构，进而导致生态系统功能的变化，生态系统功能价值也逐渐成为衡量生态系统重要性和进行土地资源优化配置的主要指标。因此，探究土地利用变化与生态系统服务价值变化的动态互馈机制，对正确制定土地利用政策，优化土地利用方式，布局、维持生态系统服务的可持续性具有重要意义。
1.2.1 城市生态空间的建设需求
城市是一个空间概念，指地球表面上占有一定空间，以不同的物质客体为对象的地域结构形式[6]。从系统生态学角度看，城市又是一类典型的社会、经济、自然复合生态系统[7]。随着改革开放的不断深入，中国经济发展十分迅速，区域资源开发、工业发展、城市建设正以前所未有的规模展开。同时，由于不合理的资源开发及环境污染，区域发展也面临着一系列生态环境问题。
城市作为规模庞大、关系复杂的动态生态系统，由社会、经济、自然等系统复合而成，具有开放性、依赖性、脆弱性等特点，极易受到环境条件变动的干扰，需要乡村地区提供大量“生态产品”与城市进行能量和物质的交换。而生态空间是负荷生态系统中唯一具有自净功能的组成部分，具有重要且不可替代的生态、景观和社会功能，是城市可持续发展不可缺少的重要生态基础。生态空间结构形成后将对城市建设和发展形成约束，开发建设用地被控制在生态空间结构以外，形成生态空间结构的区域将成为城市非建设用地，这些用地将融于城市之中，为城市提供良好的生态环境和休憩空间。城市空间基于此架构，从而实现与自然生态环境的耦合。
改革开放40多年来，我国城市化发展的速度加快，城市地区生态空间出现大规模缩减。面对生态空间不断遭受蚕食，支撑城市健康运行的生态载体日益萎缩的现状，政府出台了生态空间保护的各种政策，也发起了诸多保护运动。党中央提出建设“生态文明”、建设“和谐社会”的伟大战略目标；建设部（现住房和城乡建设部）自1992年开始在全国范围内开展创建国家园林城市的活动，截至2019年底，已有369个城市获得国家园林城市（城区）的称号；近几年，国家层面推进的海绵城市建设和珠江三角洲绿道建设进行得如火如荼。在此大环境下，系统地研究城市生态空间的演变机理和建设方法具有重要意义。
1.2.2 城市生态空间建设的理论支撑与实践历程
1. 景观生态学理论
自景观生态学理论被提出以来，土地利用规划和评价一直是其主要的研究内容。1981～1983年，景观生态学家福曼（Forman）发表了一系列文章，强调景观生态学与其他生态学科研究的不同之处是前者着重于研究较大尺度上不同生态系统的空间格局和相互关系的学科，并提出了“斑块-廊道-基质”（patch-corridor-matrix）模式[8]。1983年在美国伊利诺伊州Allerton公园召开的景观生态学研讨会是北美景观生态学发展过程中*重要的里程碑之一，提出了强调空间异质性和尺度的景观生态学定义[9]。随着遥感和地理信息系统等技术的日益发展与应用，以及现代诸多学科交叉、融合的发展态势，景观生态学正在各行各业的宏观研究领域中以前所未有的速度得到认同和普及[10， 11]。
景观生态学的应用范围很广，包括国土整治、资源开发、土地利用、生物生产、自然保护、环境治理、区域规划、城市建设和旅游发展等领域，可将其归纳为景观生态管理与景观生态设计两大领域。
景观生态管理主要体现在各种与生态实践密切相关的景观规划工作中。我国目前的重点研究内容包括区域国土整治与发展战略研究中的生态建设规划、区域生态环境变化的动态监测和预测预报、大型生态工程的系统论证与大型建设工程的环境影响评价与生态预测、城市与工矿区人工生态系统研究与景观生态规划、土地生态适宜性评价与土地利用优化结构设计、自然保护区的景观生态规划与管理、旅游开发区的景观生态规划和风景名胜的景观生态保护等。
作为整个工程设计的有机组成部分，景观生态设计通常与具体的建筑工程相联系，如城市居民小区的景观生态设计、乡镇居民生活环境的景观生态设计、各类公园和休闲用地的景观设计、重要城市建设物的环境设计等。
2. 景观格局与生态结构
景观格局是景观生态学从理论研究深入到实际应用所必然产生的研究领域。定量研究景观空间结构是景观功能和动态演变分析的前提和基础。通过分析区域土地的景观生态特征，并对它们进行判断与评价，设计与区域自然条件相协调的生产方式和生态结构，提出生态系统管理的途径与措施[10]。
景观格局是包括干扰在内的一切生态过程作用于景观的产物，在不同时间和空间尺度上，不同生态过程的作用和重要性也不同。研究景观格局与生态过程之间的相互关系对预测景观行为和有效管理景观具有重要意义[12]。区域景观格局是自然景观、人工景观和物理环境空间分布差异的表现，是景观异质性的重要内涵，区域景观生态格局是当前景观生态学的主要研究内容。国内外学者对区域景观格局的研究主要还是应用景观的生态空间理论，采用分布拟合法、分布型指数法、亲和度分析法、景观类型多样性测定、景观格局多样性测定等方法，并利用景观指数进行定量计算，以分析景观要素的空间异质性及其分布[13-18]。研究中所采用的方法，随着研究对象的性质、研究目的和条件发生变化。也有学者认为，系统分析、动态分析及地理信息系统技术都是土地生态建设规划所必需的方法[19]。基于以上认识，人们开始通过对原有景观要素进行优化组合，或引入新的成分来调整，或构建新的景观格局，以增加景观异质性和稳定性，创造出了优于原有景观的生态经济和生态效益[20]。
3. 生态空间规划与建设
生态空间规划与建设的核心内容为构建生态基础设施（ecological infrastructure，EI），以发挥自然资源的生态系统功能，其中生态城市（ecological city）或绿色城市（green city）建设、自然保护区建立、绿道构建等均为不同的表现形式。
20世纪70年代，联合国教科文组织（United Nations Educational，Scientific and Cultural Organization，UNESCO）开始实施人与生物圈（Man
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