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2025 , Vol. 32 >Issue 1: 96 - 104

DOI: https://doi.org/10.3724/j.fjyl.202403200166

Construction of “Biomigration – Regional Cooling” Multi-functional Ecological Network in Wuhan Urban Agglomeration

  • Jiajie LI ,
  • Yuanyuan GU ,
  • Zhong XING , *
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LI Jiajie is a master student in the Faculty of Architecture and Urban Planning, Chongqing University. His research focuses on urban and rural ecological planning and design

GU Yuanyuan, Ph.D., is an associate professor and master supervisor in the Faculty of Architecture and Urban Planning, Chongqing University. Her research focuses on Neo-Marxist urban theory, and urban formation

XING Zhong, Ph.D., is a professor and doctoral supervisor in the Faculty of Architecture and Urban Planning, Chongqing University, a member of the Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area, Ministry of Education, and a member of the Ecological Planning Committee, Urban Planning Society of China. His research focuses on urban and rural ecological planning and design

Received date: 2024-03-20

  Revised date: 2024-11-12

  Online published: 2025-12-07

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Copyright © 2025 Landscape Architecture. All rights reserved.
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Abstract

[Objective] Rapid urbanization has encroached on large ecological spaces, causing ecological issues like biodiversity loss, heat island effect, and flooding. To address this, ecological networks composed of source sites, corridors, and stepping-stone patches are proposed to restore landscape connectivity and integrity, thereby ensuring ecological security. However, these networks have primarily focused on biodiversity conservation, neglecting other benefits to humans. This research, therefore, constructs a multifunctional ecological network in Wuhan by combining a biomigration network and a regional cooling network. This network is used to identify key areas for ecological restoration and protection, with a view to offering a reference for landscape conservation.
[Methods] In this research, the construction and optimization of the multifunctional network are divided into four steps. 1) Identification of two types of source patches. Based on the land cover and land surface temperature (LST) of Wuhan urban agglomeration, the research screens the biodiversity source sites and regional cold island source sites by morphological spatial pattern analysis (MSPA) and landscape connectivity. 2) Construction of two types of resistance surfaces. Based on land use type, elevation, slope, distance from road, distance from construction land, normalized difference vegetation index (NDVI) and other data, the resistance values of biomigration and cold island diffusion are calculated respectively, and raster resistance surfaces are generated in ArcGIS. 3) Based on minimum cumulative resistance (MCR) and circuit theory, biomigration corridors and regional cooling corridors are generated respectively by using the Linkage Mapper toolbox. 4) Two kinds of corridors are overlapped to form a multifunctional ecological network pattern, based on which the key areas for ecological protection and restoration are identified in Wuhan urban agglomeration.
[Results] In this research, Wuhan urban agglomeration is taken as the research area. Based on land cover data, satellite remote sensing data and other sources of data, and by integrating the methods of MSPA, landscape connectivity analysis and surface temperature inversion, 22 biodiversity and 27 regional cooling sources are identified, both of which are distributed in the northeastern and southern parts of the research area. Based on the MCR model and circuit theory, the multifunctional ecological network pattern of Wuhan urban agglomeration is constructed with the help of Linkage Mapper toolbox, including 44 biomigration corridors and 51 regional cooling corridors. Finally, by identifying the intersections, pinch points and obstacle points of the dual networks, the key areas for ecological restoration and protection of national land space under the perspective of multifunctional ecological network are located, including 7 intersections of the dual networks (biomigration network and regional cooling network), 85.4 km2 of pinch points and 724.9 km2 of obstacle points in the biomigration network, and 50.1 km2 of pinch points and 926.6 km2 of obstacle points in the regional cooling network.
[Conclusion] Aiming to further enhance human well-being through ecological network, this research integrates the biomigration network and the regional cooling network into a cohesive multifunctional ecological network framework. This integrated network sustains the regular functioning of diverse ecological processes by interlinking the supply sources of various ecological functions, thereby amplifying the protective benefits of species habitats across urban and rural landscapes and augmenting the thermal comfort of human settlements. Additionally, the overlay of the two types of ecological corridors respectively corresponding to the aforesaid two networks substantially enhances the overall connectivity and stability of the ecological network pattern. In conclusion, this research proposes a strategic planning approach for ecological conservation and restoration, aimed at fostering the connectivity of a complex functional ecological network. This strategy encompasses the protection of existing ecological sources, the cultivation of potential sources, the restoration of impediments within the dual networks, and the safeguarding of critical pinch points and intersections. The findings of this research hold significant implications for the ecological security and sustainable development of Wuhan urban agglomeration, offering a reference for the construction of large-scale multifunctional ecological networks.

Key words： ecological network; biodiversity; heat island effect; circuit theory; Wuhan urban agglomeration

Cite this article

Jiajie LI , Yuanyuan GU , Zhong XING . Construction of “Biomigration – Regional Cooling” Multi-functional Ecological Network in Wuhan Urban Agglomeration[J]. Landscape Architecture, 2025 , 32(1) : 96 -104 . DOI: 10.3724/j.fjyl.202403200166

快速城市化过程中高强度的土地开发使得区域内大型生态空间被不断蚕食，极大影响了区域生态系统功能的正常运转[1]，引发生物多样性下降、热岛效应增强、洪涝灾害频发等多种生态问题。通过构建生态网络恢复景观的结构连通性和功能完整性，被认为是维护生态安全的有效空间调控方案[2-4]。2019年，《自然资源部关于全面开展国土空间规划工作的通知》明确将“生态屏障、生态廊道和生态系统保护格局”纳入国土空间规划报批审查要点；2021年，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出实施生物多样性保护重大工程，构筑生物多样性保护网络，同时指出要积极应对气候变化。
生态网络模型源于景观生态学领域。20世纪末，Forman等提出了“斑块-廊道-基质”理论[5]和“集聚间有离析”的景观格局思想[6]；俞孔坚基于最小累积阻力（minimum cumulative resistance, MCR）模型提出的景观生态安全格局及其构建方法[7]，是实现 Forman景观格局思想的有效途径，也是生态网络模型的雏形。其后关于生态网络的研究逐渐丰富和深入，形成了“源地识别—阻力面构建—廊道生成”的构建范式，并引入了图论法[1]、重力模型[2]、形态学空间格局分析（morphological spatial pattern analysis, MSPA）[8]、电路理论[4]等一系列技术方法。
近年，在生态网络构建范式与基本方法研究的基础上，学者们主要从5个方面进行了有益探索：1）物种定标——精确对位生物习性与生境要求[9-10]；2）目标转向——从网络构建转向生态修复关键区域识别[4, 11-12]；3）尺度嵌套——通过多尺度嵌套分析，避免生态网络的结构性错位[13-14]；4）三维模拟——考虑多元生态位对生境质量的影响[15-16]；5）网络耦合——探寻生态网络与其他网络的交互作用[17-18]。然而，上述研究所构建的生态网络多是针对生物多样性保护单一功能，忽略了碳、水、热等更多生态过程[19]。随着当前全域、全要素、全过程国土空间生态修复工作的开展，对生态网络的需求已从促进生物迁移扩展到提升区域生态功能、保障区域生态安全[20]。
全球气候变化背景下，国内外极端高温天气出现频率显著增加。2022年夏季，包括中国在内的众多北半球国家出现了40 ℃以上的极端高温，不少城市最高气温突破历史极值[21]，极端高温已成为全球性重大生态问题。李权荃等提出，相较于近自然地区，高度城市化地区的生态网络构建需针对城市热岛效应等特殊生态问题，更加关注调节类生态系统服务，通过连通关键供给源发挥生态流的作用[20]。目前，有学者初步探索了城市冷岛网络的构建策略[22-23]，并验证了其促进区域降温的作用。基于此，将区域降温网络与生物迁移网络耦合以实现生态网络的复合功能，可作为当前生态网络研究的重点探索方向。因此，本研究以武汉城市圈为例，分别构建生物迁移网络与区域降温网络，耦合形成武汉城市圈复合功能生态网络，以此为基础定位国土空间生态修复与保护重点区域，并提出生态保护与修复策略，以期为大尺度景观保护提供参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

武汉城市圈位于湖北省东部，总面积57 853 km2，包括武汉市及周边的黄冈、黄石、鄂州、咸宁、仙桃、潜江、孝感、天门8个大中型城市（图1），地处东经112°30′~116°07′、北纬29°05′~31°51′[24]。武汉城市圈自然本底资源丰富，但随着城市建设面积日益增加，生态空间受到压缩并逐渐破碎化[25]，热岛效应呈逐年上升趋势，整体热环境不断恶化[26-27]。
图1 武汉城市圈土地覆被类型

Fig. 1 Land cover types of Wuhan urban agglomeration

1.2 数据来源

本研究所用数据主要包括研究区行政区划数据、土地覆被数据、遥感影像数据、数字高程模型（digital elevation model, DEM） 数据、归一化植被指数 （normalized difference vegetation index, NDVI）数据和道路数据。其中行政区划数据采用国家地球系统科学数据中心发布的长江经济带1∶100万市界数据集；土地覆被数据采用美国环境系统研究所公司（Environmental Systems Research Institute, Inc., ESRI）发布的Sentinel-2全球10 m分辨率土地覆被数据；遥感影像数据为夏季高温时段的Landsat 8~9 OLI/TIRS数据，数据成像时间为2023年8月4—5日，缺失部分选取邻近日期补充；DEM数据为GDEMV3 30 m分辨率高程数据，从地理空间数据云平台获取。NDVI数据采用国家生态科学数据中心发布的中国30 m年最大NDVI数据集；道路数据从OpenStreetMap网站获取。以上数据经ArcGIS软件预处理，将投影方式统一为WGS_1984_UTM_Zone_50N。

2 研究方法

2.1 两类源地识别

2.1.1 生物多样性源地识别

生物多样性源地是能够为物种栖息和迁徙提供良好基础的大型生境斑块。将生态价值较高的林地、草地、湿地、水体4种土地覆被类型作为前景，通过Guidos Toolbox软件，采用MSPA方法，提取核心区作为生物多样性源地备选斑块。景观连通性指景观促进或阻碍生物体在源地斑块间运动的程度[28]，反映了景观的功能特征，对源地识别有重要作用。可能连通性（probability of connectivity, PC）指数和基于可能连通性的斑块重要性（delta probability of connectivity, dPC）指数是2种较常用的景观连通指数，计算式为
$ \begin{array}{c}{\text{PC}}=\dfrac{\displaystyle\sum _{i=1}^{n}\displaystyle\sum _{j=1}^{n}{P}_{ij}^{*}{a}_{i}{a}_{j}}{{A}_{\mathrm{L}}^{2}}\end{array}，\qquad\qquad\;\;$
$ \begin{array}{c}\text{dPC}=\dfrac{\text{PC}-\text{PC}_{\text{remove}}}{\text{PC}}\times 100 {\text{%}}。\end{array} $
式中：n表示景观中的斑块总数；ai和aj分别表示斑块i和斑块j的面积，单位为km2；AL是景观总面积，单位为km2；${P}_{ij}^{*}$为斑块i与j之间所有路径的最大乘积概率；PCremove为将某斑块从该景观中剔除后景观的连接度指数值。
参考已有研究[25]，在Conefor 2.6软件中设置距离阈值为2 500 m、连通概率为0.5，对核心斑块进行景观连通性评价。最终筛选出面积大于50 km2且dPC值大于1.0的22个斑块作为生物多样性源地。

2.1.2 地表温度反演与区域冷岛源地识别

在“源-汇”理论中，源景观指能促进过程发展的景观类型，汇景观指能阻止或延缓过程发展的景观类型[29]。将区域热环境视为热景观，冷岛源地即为热环境中能缓解热岛效应的汇景观区域。本研究选用武汉城市圈夏季高温时段的Landsat 8~9 OLI/TIRS数据，借助QGIS平台中的开源插件Semi-Automatic Classification反演地表温度（land surface temperature, LST）；参考Qian等[22]的研究，以LST均值和标准差为数据基准，将研究区域分为7个等级区域（表1，图2）；将低温区与较低温区合并为冷岛区域，使用与生物多样性源地相同的筛选方法，提取面积大于10 km2且dPC值大于1.0的27个冷岛核心区斑块作为区域冷岛源地。
表1 地表温度等级划分标准及取值范围

Tab. 1 Criteria and range of values for LST classes

等级区域 划分标准 取值范围/℃
注：$ {T}_{\text{s}} $为标准化地表温度；${T}_{\text{a} }$为平均标准化地表温度；${\text{σ}} $为标准差。
高温区 ${T}_{\text{s} } > ({T}_{\text{a} }+2.5{\text{σ}})$ $ {T}_{\text{s}} > 33.34 $
较高温区 $\left({T}_{\text{a} }+1.5{\text{σ}}\right) < {T}_{\text{s} } \leqslant ({T}_{\text{a} }+2.5{\text{σ}})$ $ 31.05 < {T}_{\text{s}}\leqslant 33.34 $
次高温区 $\left({T}_{\text{a} }+0.5{\text{σ}}\right) < {T}_{\text{s} } \leqslant ({T}_{\text{a} }+1.5{\text{σ}})$ $ 28.76 < {T}_{\text{s}}\leqslant 31.05 $
常温区 $\left({T}_{\text{a} }-0.5{\text{σ}}\right) < {T}_{\text{s} }\leqslant ({T}_{\text{a} }+0.5{\text{σ}} )$ $ 26.47 < {T}_{\text{s}}\leqslant 28.76 $
次低温区 $\left({T}_{\text{a} }-1.5{{\text{σ}} }\right) < {T}_{\text{s} }\leqslant({T}_{\text{a} }-0.5{{\text{σ}} })$ $ 24.18 < {T}_{\text{s}}\leqslant 26.47 $
较低温区 $\left({T}_{\text{a} }-2.5{{\text{σ}} }\right) < {T}_{\text{s} }\leqslant ({T}_{\text{a} }-1.5{{\text{σ}} })$ $ 21.89 < {T}_{\text{s}}\leqslant 24.18 $
低温区 ${T}_{\text{s} }\leqslant ({T}_{\text{a} }-2.5{{\text{σ}} })$ $ {T}_{\text{s}}\leqslant 21.89 $
图2 武汉城市圈地表温度等级划分

Fig. 2 Classification of LST classes in Wuhan urban agglomeration

2.2 两类阻力面构建

2.2.1 生物迁移综合阻力面构建

生物迁移综合阻力面反映了物种在不同景观单元之间进行迁移的难易程度[4]，在构建过程中主要考虑各要素对生物迁移的影响。目前生物迁移综合阻力面的构建方法已有较多研究进行了讨论，本研究参考Wang等[25]构建的阻力指标体系，选取土地覆被类型、高程、坡度、距道路距离、距建设用地距离5种阻力因子作为构建依据（表2）；通过ArcGIS软件为地表分配阻力值并转换为栅格数据，按权重叠加得到研究区生物迁移综合阻力面（图3）。
表2 生物迁移阻力因子及其权重

Tab. 2 Biomigration resistance factors and their weights

阻力因子 权重 分类 阻力值 阻力因子 权重 分类 阻力值
土地覆被类型 0.22 林地 1 高程/m 0.14 $ < $50 1
耕地、草地 3 50~$ < $150 3
裸地 5 150~$ < $250 5
水体、湿地 7 250~$ < $350 7
建设用地 9 $ \geqslant $350 9
坡度/° 0.17 $ < $3 1 距道路距离/m 0.29 $ \geqslant $3 500 1
3~$ < $8 3 2 500~$ < $3 500 3
8~$ < $15 5 1 500~$ < $2 500 5
15~$ < $25 7 500~$ < $1 500 7
$ \geqslant $25 9 $ < $500 9
距建设用地
距离/m		 0.18 $ \geqslant $3 500 1
2 500~$ < $3 500 3
1 500~$ < $2 500 5
500~$ < $1 500 7
$ < $500 9
图3 武汉城市圈生物迁移综合阻力面

Fig. 3 Integrated resistance surface for biomigration in Wuhan urban agglomeration

2.2.2 冷岛综合阻力面构建

冷岛综合阻力面反映了区域冷源在景观格局中扩散的受制程度[22]。已有研究表明：土地覆被类型对区域热环境影响极为显著，在区域尺度上是决定性因素[30]；高程会影响空气流通并阻碍冷热区域间的热量交换[22]，高程越大，温度越低且空气流动性越强，对降温效应的阻力越小[20]；道路是城市中主要的热量来源，与热岛效应呈显著正相关[22]；NDVI反映了植被生长的情况，大量研究指出植被覆盖可以有效缓解城市热岛效应[31-33]，并且NDVI在一定程度上可以校正遥感影像中由于太阳高度角、卫星观测角度和云影等因素造成的误差[34]。由此选择土地覆被类型、高程、距道路距离、NDVI 4种阻力因子作为冷岛综合阻力面构建的依据。参考Qian等[22]的阻力因子分类标准和权重取值，根据研究区域高程和NDVI的自然断点法分级结果，对2种阻力因子的分类标准作适应性调整（表3），在ArcGIS软件中加权计算得到冷岛综合阻力面（图4）。
表3 冷源扩散阻力因子及其权重

Tab. 3 Cold source diffusion resistance factors and their weights

阻力因子 权重 分类 阻力值 阻力因子 权重 分类 阻力值
土地覆被类型 0.63 水体、湿地 1 高程/m 0.08 $ \geqslant $698 1
林地 3 420~$ < $698 3
草地 5 227~$ < $420 5
耕地 7 89~$ < $227 7
建设用地、裸地 9 $ < $89 9
距道路距离/m 0.18 $ \geqslant $3 500 1 NDVI 0.11 $ \geqslant $0.82 1
2 500~$ < $3 500 3 0.67~$ < $0.82 3
1 500~$ < $2 500 5 0.46~$ < $0.67 5
500~$ < $1 500 7 0.17~$ < $0.46 7
$ < $500 9 $ < $0.17 9
图4 武汉城市圈冷岛综合阻力面

Fig. 4 Integrated resistance surface for cold island in Wuhan urban agglomeration

2.3 “生物迁移-区域降温”双网络构建及耦合

首先，以“源地识别—阻力面构建—廊道生成”标准范式为基础，通过电路理论构建生物迁移网络与区域降温网络，二者在数据选取和参数设置等方面存在较大差异（表4）。电路理论将生态过程类比为物理电路，将景观视为导电表面，以电流、电压反映源地间的连通性和生物流路径[35]，在预测随机游走物种的运动模式等方面具有显著优势[36]。Linkage Mapper是一个集成了电路理论和MCR模型的地理信息系统工具箱，将两类源地和阻力面数据载入其中的Build Network and Map Linkages模块生成生物迁移廊道和区域降温廊道。生成网络中成本加权距离（cost-weighted distance, CWD）与最小成本路径长度（least cost path length, LCPL）的比值可以反映源地间的连通性[10]，比值越大，则相对阻力越大、连通性越低，由此对廊道进行重要性分级，按相对阻力从小到大依次分为重要、较重要、普通3级。
表4 双网络构建方法对比

Tab. 4 Comparison between of the construction methods of the dual networks

网络
类型		 源地识别 阻力面构建 廊道生成
识别机制 构成要素 构建逻辑 权重指标 细节差异 功能目标 连接内容 生成方法
生物
迁移
网络		 基于土地覆被类型
识别连通性较高的
大型生境斑块		 以林地、草地、湿地、水体等自然生境为主 考虑地表要素对生
物迁移过程的影响		 本网络中各因子权重差距较小，“距道路距离”具有最大权重（0.29） 由于水体、湿地会阻碍生物运动，在生物迁移综合阻力面中为高阻力区域；高程越大，阻力越强 作为生物迁移的
高效路径		 不同生物
多样性源地		 基于Linkage Mapper 工具中的 Build Network and Map Linkages 模块
区域
降温
网络		 通过地表温度反演
与分级识别地表热
环境中的低温斑块		 区域热环境中能够减缓热岛效应的汇景观 考虑制约冷源在景观
格局中扩散的因素		 本网络中各因子权重差距较大，“土地覆被类型”具有最大权重（0.63） 由于水体、湿地具有较高热吸收能力，在冷岛综合阻力面中为低阻力区域；高程越大，阻力越弱 作为冷源扩散的
生态流通道		 不同区域
冷岛源地
然后，将双网络耦合得到复合功能生态网络，选取基于图论的$\alpha $指数（网络闭合度）、$\beta $指数（网络连通度）以及$ {\text{γ}}$指数（网络连通率）3种定量评价拓扑指数，分别对生物迁移网络、区域降温网络与复合功能生态网络的拓扑结构进行评价，各指数具体含义与计算公式参考已有文献[37-38]。

2.4 复合功能视角下的生态保护与修复重点区域识别

根据电路理论，网络中的障碍点是电阻面中阻碍电子移动的区域，识别并改善它们可以有效促进电子移动效率；夹点是电流密度较大的区域，在提供连通走廊的同时也存在更高的生态风险[35]，一旦遭受破坏就会对整条廊道的连通性产生不利影响[12]。由此，有学者提出将生态网络中的障碍点和夹点作为国土空间生态保护与修复的重点区域[4, 11-12]。
使用Linkage Mapper中的Barrier Mapper模块计算生物迁移和区域降温两种廊道的改善得分。改善得分表征了消除障碍后源地之间连接性的恢复值，值越大代表景观连通性的恢复效果越好[12]，以此作为廊道障碍点的选择依据。使用Pinchpoint Mapper模块，选取all to one模式分别识别两种廊道的累积电流，提取累积电流较大处作为廊道夹点。

3 结果与分析

3.1 生物迁移网络构建结果分析

3.1.1 生物多样性源地识别结果

由于研究区已达区域尺度，为保证所构建生物迁移廊道的实效性，本研究提取了面积大于50 km2，且dPC大于1.0的22个核心区作为生物多样性源地（图5），并以此为基础构建生物迁移廊道。武汉城市圈生物多样性源地总面积15 888.7 km2，占研究区总面积的27.5%，其中最小斑块面积为50.6 km2，最大斑块达5 360.2 km2。从空间分布来看，生物多样性源地主要集中于研究区东北部和南部，在中部区域也有少量分布。将生物多样性源地斑块与研究区土地覆被类型叠加分析，发现生物多样性源地主要由林地（78.08%）、水体（13.92%）和草地（7.47%）构成。从行政区划来看，生物多样性源地分布较不均衡，大部分源地斑块位于黄冈、咸宁和黄石，而潜江、天门、仙桃和鄂州源地斑块数量稀少且斑块面积均较小。
图5 武汉城市圈生物迁移网络

Fig. 5 Biomigration network in Wuhan urban agglomeration

3.1.2 生物迁移廊道分析

武汉城市圈生物迁移廊道共44条，总长度461.78 km，主要分布于研究区北部、东部和西南部（图5）。其中重要生物迁移廊道21条，总长度345.7 km，主要分布于研究区北部和东部，表明这些区域利于物种的频繁迁移。研究区西部的潜江、天门和鄂州市缺少生物多样性源地且生物迁移阻力较大，造成所构建的生物迁移网络无法向西延伸，出现空白区域。

3.2 区域降温网络构建结果分析

3.2.1 区域冷岛源地识别结果

基于LST分级结果（图2），提取武汉城市圈区域冷岛源地共27个斑块 （图6），总面积3 254.0 km2，占研究区总面积的5.62%，斑块平均面积为120.5 km2。武汉城市圈中部江汉平原一马平川，长江水系贯穿多个城市，外围仅东北部的大别山脉和南部的幕阜山脉海拔较高，特殊的山水格局造成了冷岛源地的差异化分布特征：从空间分布和土地覆被类型来看，区域冷岛源地集中于研究区东北部和南部，以山脉地带的林地为主，长江水系作为中部区域冷岛源地的重要补充；从行政区划来看，超过90%的冷岛源地集中于黄冈市和咸宁市，而西部的潜江市、天门市等城市严重缺乏大型冷岛源地斑块。
图6 武汉城市圈区域降温网络

Fig. 6 Regional cooling network in Wuhan urban agglomeration

3.2.2 区域降温廊道分析

武汉城市圈区域降温廊道共51条，总长度1 222.59 km（图6）。其中重要降温廊道29条、总长度1 004.1 km，较重要降温廊道21条，普通廊道1条。研究区重要廊道占比超过50%，这说明冷岛源地间存在较广泛的低阻力区域，区域降温网络整体连通性较好；但由于重要廊道平均长度超过30 km，这些廊道在承担更重要冷源扩散功能的同时也面临更高的破坏风险，需要进行特别保护。区域降温网络覆盖的完整性不佳，绝大部分廊道位于研究区东南部，原因在于西部、北部区域缺乏大型汇景观，仅有破碎化的小型水面勉强提供降温功能。

3.3 “生物迁移-区域降温”双网络构建结果及耦合分析

将生物迁移网络与区域降温网络耦合得到武汉城市圈复合功能生态网络（图7），重叠的源地斑块承担了生物保育与区域降温双重功能，本研究将这类源地命名为复合源地。叠加分析共识别出8个复合源地斑块，总面积2 848.2 km2，占生物多样性源地面积的17.9%、区域冷岛源地面积的87.5%。复合源地主要集中于研究区东北部和南部，由位于山脉高海拔区域的林地斑块及中部的长江水体构成。
图7 武汉城市圈复合功能生态网络

Fig. 7 Multifunctional ecological network in Wuhan urban agglomeration

从廊道关系来看，生物迁移廊道和区域降温廊道均集中在研究区东北部和南部，但两种廊道分布的具体位置有较大差异，重叠长度不足70 km。叠加识别出双网络交点共7个，交点区域会同时影响生物迁移与冷源扩散，应予以重点保护。
复合功能生态网络通过连通不同生态功能的供给源，维护多种生态流的正常运行，起到城乡空间物种生境保护与人居环境热舒适性提升的协同增益效果。本研究计算得到生物迁移网络、区域降温网络与复合功能生态网络三者的$\alpha $指数分别为0.590、0.510与0.817；$\beta $指数分别为4.000、3.778与5.000；${\text{γ}} $指数分别为0.733、0.680与0.880，表明两类网络耦合形成复合功能生态网络后，网络格局的总体连通性与稳定性得到显著提升。

3.4 复合功能视角下的生态保护与修复重点区域识别结果

通过自然断点法将生物迁移网络与区域降温网络的累积电流和改善得分（图8）分为5级，提取最高两级为网络中的夹点和障碍点。将双网络交点与夹点、障碍点汇总，得到复合功能视角下的武汉城市圈生态保护与修复重点区域（图9）：双网络交点7处；生物迁移网络夹点面积85.4 km2、障碍点 面积724.9 km2；区域降温网络夹点面积 50.1 km2、障碍点面积926.6 km2。
图8 武汉城市圈双网络累积电流与改善得分

Fig. 8 Cumulative currents and improvement scores of the dual networks in Wuhan urban agglomeration

图9 复合功能视角下的武汉城市圈生态保护与修复重点区域

Fig. 9 Priority areas for ecological protection and restoration in Wuhan urban agglomeration under the multi-functional perspective

从行政区划来看，生物迁移网络中的夹点和障碍点多位于研究区北部和东部，其中夹点在武汉市北部和黄石市北部分布较多，障碍点在武汉市北部、黄冈市西部和黄石市北部均有广泛分布；区域降温网络中的夹点和障碍点集中于研究区东部和南部，大部分夹点位于黄冈市内，障碍点则多位于黄冈市和咸宁市。从土地覆被类型来看，生物迁移网络夹点主要集中在耕地（55.6%），其次是建设用地（16.7%），障碍点同样多位于耕地（49.6%）和建设用地（27.9%），但建设用地占比有明显提升。这显示了耕地的两重属性：一方面，与林地接壤、生态功能较好的耕地可能成为生物迁移的高频区域；另一方面，耕地也可能与农村居民点或道路镶嵌在一起形成自然与人工的复合体[4]，阻碍物种迁移。区域降温网络的夹点集中于水体（52.7%）和林地（17.6%），这表明水体和林地对维持降温廊道连通性具有重要贡献；障碍点多位于林地（37.1%）、耕地（24.6%）和建设用地（23.0%），表明耕地和建设用地会对区域降温网络的连通性产生负面影响。需要说明的是，林地本身对于冷源扩散的阻力不大，但由于降温廊道大量分布于林地中，且耕地和建设用地常与林地斑块镶嵌，因此障碍点识别过程极易波及耕地和建设用地周边的林地，这是障碍点在林地分布中有一定占比的主要原因。

4 以促进网络连通为导向的生态保护与修复策略

4.1 现有源地保护与潜在源地培育

目前研究区生物多样性源地与冷岛源地均分布极不均衡，大部分生物多样性源地斑块位于黄冈市、咸宁市和黄石市，超过90%的冷岛源地集中于黄冈市和咸宁市。源地的不均衡分布造成所构建的生物迁移网络和区域降温网络难以向西部、北部区域延伸，极大地影响了复合功能生态网络覆盖的完整性。为系统优化网络格局，对生态本底较好的黄冈市、咸宁市等城市，维护好现有源地斑块即可；对于武汉城市圈西部、北部区域，特别是潜江、天门和鄂州三市，需积极保护并尽量扩展现存的林地、水体等自然空间，培育潜在生态源地。此外，对于低海拔地区，水体近乎是冷岛源地的唯一来源，该部分区域在未来发展中应对自然水域进行系统性保护，以维持水面率不下降为底线，尽量促进水面连通。

4.2 双网络障碍点修复

障碍点对生态网络的连通性具有显著影响，应对其进行重点修复。本研究发现生物迁移网络和区域降温网络的障碍点均主要分布于耕地和建设用地。因此，对于耕地型障碍点，建议在非基本农田区域适当提升耕地中的非农生境占比，通过构建田间林带等方式提高耕地的生物多样性并提升自然农林空间的降温作用[39]。对于建设用地型障碍点，若处于可重新规划的地块，可适当减少混凝土、沥青和其他硬质地面的占比，增加绿地和开放水域的面积；若处于已高强度开发的地区，则考虑采用绿色屋顶、屋顶花园、街心花园、道路绿廊等方式增强植被覆盖，提升城市内部生态网络连续性，并遮蔽道路、广场等关键表面以减少太阳辐射吸收、降低空气温度。

4.3 双网络夹点与交点保护

夹点区域对生态网络整体连通性有重要意义，其形成往往是由于周边地区的阻力值较大，廊道在夹点地区被压缩在相对狭窄的范围内，因此对夹点的保护应特别关注周边区域。生物迁移网络中的夹点超过半数位于耕地中，建议在相应区域的耕地周围多种植林木，构建林地缓冲带，以达到降低生态阻力、提高景观连通性的目的[11]。而区域降温网络中的夹点超过半数位于水体中，建议对相应水域进行特别保护，软化硬质驳岸，修复水域外围自然消落带，适当扩展周边湿地或林带范围。
双网络交点区域会同时影响生物迁移与冷源扩散，在规划中应以保持现状为主，避免高强度开发建设，条件允许时可适当扩大林地和水体面积。

5 结论

本研究以武汉城市圈为研究区域，基于土地覆被数据、遥感影像数据等多源数据，综合MSPA、景观连通性分析和地表温度反演等方法，识别出22个生物多样性源地与27个区域降温源地，发现二者均较多分布于研究区东北部和南部；借助Linkage Mapper工具箱构建复合功能生态网络，识别出生物迁移廊道44条、区域降温廊道51条；对两类源地进行叠加分析，发现8个源地斑块承担了双重功能；通过识别双网络的交点、夹点与障碍点，定位了生态保护与修复重点区域，包含双网络交点7处，生物迁移网络夹点面积85.4 km2、障碍点面积724.9 km2，区域降温网络夹点面积50.1 km2、障碍点面积926.6 km2；以促进网络连通为目标导向提出了生态保护与修复策略。
为拓展生态网络的复合功能，使其能够提供更多人类福祉，本研究将生物迁移网络与区域降温网络系统整合为复合功能生态网络，同时关照了城乡空间物种生境保护与人居环境热舒适性提升，研究结果对武汉城市圈生态安全和未来发展有一定指导意义，为大尺度复合功能生态网络构建提供了参考。由于研究时长和资料的不足，本研究仍存在局限性，未来研究可以进行更深入探讨。目前阻力面赋值主要采用专家打分法或层次分析法，具有一定主观性，且各因子间关系复杂，难以定量评价。为确保阻力面赋值的科学性，本研究参考了权威期刊上既有研究[22, 25]的指标体系，仅对在地性指标的划分标准进行了调整，未来研究还可纳入更多阻力因子，并对各因子的权重进行更深入讨论。同时，除本研究所关注的生物迁移与区域降温功能外，未来研究还可以从更多功能视角进行探索。

文中图表均由作者绘制，其中图片底图来自国家地理信息公共服务平台（天地图，https://cloudcenter.tianditu.gov.cn/administrativeDivision），审图号为GS（2024）0650号。

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