《Journal of Cleaner Production》：Spatiotemporal evolution and resilience optimization of urban ecological networks: A case study of the Xiong'an New Area
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生态网络韧性评估与优化策略研究——以雄安新区为例，提出基于PLUS模型模拟2035年土地利用、电路理论构建生态网络、复杂网络分析评估韧性的集成框架。研究表明规划保护场景下生态网络韧性（1.15）显著高于自然发展场景（0.99），白洋淀湿地作为关键生态节点兼具核心作用与脆弱性，通过空间策略优化可提升18.97%网络韧性。
文立祥|白俊宏|荣月静|龙朗英|肖长红|关亚楠|崔宝山
中国北京师范大学环境学院湿地保护与恢复国家重点实验室，北京，100875
摘要
生态网络（ENs）对于增强城市生态韧性以及通过维持生物多样性和生态系统服务来减轻自然灾害的影响至关重要。然而，以往的研究通常依赖代理指标或综合指数来评估韧性，而对未来土地利用情景下生态网络动态韧性的关注有限。本研究提出了一个综合框架，用于追踪生态网络的时空演变并评估其韧性动态。以雄安新区（XNA）为案例研究，使用斑块生成土地利用模拟（PLUS）模型在自然发展情景（NDS）和规划保护情景（PCS）下模拟了2035年的土地利用模式。然后应用电路理论构建生态网络，并通过复杂网络分析评估2005年至2035年的韧性。结果表明，雄安新区的建立逆转了生态用地面积和生态网络韧性下降的趋势。在PCS情景下，生态用地面积比NDS情景下增加了120.24%。2005年至2035年间，生态网络韧性值在0.85到1.20之间变化，其中PCS情景下的韧性值（1.15）高于NDS情景下的韧性值（0.99）。白洋淀湿地作为具有最高节点重要性的关键生态枢纽，在雄安新区中发挥着重要作用，但其过度依赖性增加了网络的脆弱性。因此，提出了保护和恢复的综合策略，以增强城市生态韧性，使网络韧性提高了18.97%。所提出的框架提供了一种可复制的途径，用于识别网络韧性的变化并设计以韧性为导向的空间策略，为城市绿色基础设施和可持续土地利用规划提供了宝贵的见解。
引言
快速而广泛的城市扩张，加上人类活动的增加，导致了城市生态空间的枯竭和严重破碎化（He等人，2023年）。预计到2050年，全球城市化率将达到68%（Münzel等人，2025年），加剧了生物多样性丧失、城市热岛效应、洪水和水资源短缺等挑战（Yonaba等人，2021年）。这些问题提高了城市的脆弱性，阻碍了可持续发展的进程（Almulhim和Cobbinah，2023年）。为应对这些挑战，建设具有韧性的城市已成为全球共识（Wang等人，2023年）。作为城市韧性的关键维度，生态韧性决定了城市从外部干扰中恢复的能力，因此增强生态韧性对于实现城市可持续性至关重要。然而，现有的关于生态韧性的研究主要依赖于单一指标（如叶面积指数LAI）（Yao等人，2024年），或多指标框架（如压力-状态-响应（PSR）模型（Ahmad等人，2025年），而从整体和动态的角度对生态网络（EN）韧性的探索有限（Dang等人，2024年）。
生态网络是由连接核心栖息地和景观元素的生态走廊和节点组成的复杂系统（Shen等人，2022年）。生态网络起源于20世纪80年代的欧洲，旨在对抗区域斑块隔离并保护或恢复生态系统连通性（Hüse等人，2016年；Opdam等人，2006年）。基于景观生态学中的“斑块-走廊-矩阵”理论，生态网络的构建通常包括三个关键步骤：识别生态源、构建阻力面和提取走廊（An等人，2021年）。生态源的识别方法多种多样，包括自然保护区选择、基于生态系统服务的加权（Cui等人，2020年）以及结合景观连通性指数的形态空间模式分析（MSPA）（Xing等人，2020年；Li等人，2023年）。生态阻力面通常由土地利用类型和景观阻力系数决定，而走廊提取主要采用最小累积阻力（MCR）模型或电路理论（Peng等人，2018年；Xu等人，2021年）。尽管方法论取得了显著进展，但大多数以往的研究侧重于网络构建和优化，而忽视了对生态网络韧性的动态评估，特别是在未来土地利用情景下。
韧性是生态网络的一个关键属性，定义为复杂系统在遭受关键干扰时保持其结构和功能完整性并在外部冲击后重新组织的能力（De Montis等人，2019年）。尽管区域生态网络构建范式现已成熟，但很少有研究评估网络拓扑和韧性如何动态响应未来的干扰（Fath等人，2019年）。复杂网络分析在工程学、社会学和生物学中得到广泛应用，为评估生态网络在各种攻击情景下的鲁棒性和响应提供了细致的框架（De Montis等人，2016年）。然而，以往的研究很少预测在预测的城市发展情景下的生态网络韧性，错过了主动和前瞻性生态规划的关键机会（Men和Pan，2023年）。此外，大多数优化工作主要集中在改善网络结构特征或识别生态瓶颈和障碍上，而很少将韧性增强作为核心目标（Xu等人，2024年）。
雄安新区（XNA）为探索城市生态韧性提供了一个全球独特的案例。与大多数通过渐进式城市扩张发展的城市不同，XNA是一个从零开始新规划的城市，其建设原则是“在城市化之前优先考虑生态”。XNA成立于2017年，旨在缓解北京的非首都功能问题，并促进京津冀地区的协调发展（Liu等人，2018年），强调生态恢复、蓝绿融合和可持续空间规划。这种配置为研究主动生态规划如何塑造未来的城市韧性提供了理想的实验场。尽管具有生态愿景，但该地区的脆弱环境面临着来自城市扩张和人类活动加剧的压力（Jin等人，2025年）。平衡大规模城市发展和生态保护既带来了挑战，也带来了增强韧性的机会。然而，XNA加速发展对生态网络的影响，特别是在不同的土地利用轨迹下，仍知之甚少。
因此，本研究解决了两个关键科学问题：（1）在不同土地利用情景下，XNA的生态韧性如何变化？（2）在未来的城市扩张背景下，哪些策略可以有效增强生态韧性？为了解决这些问题，本研究旨在（1）使用斑块生成土地利用模拟（PLUS）模型模拟2035年XNA的土地利用模式；（2）使用MSPA、InVEST和电路理论识别生态走廊、瓶颈和障碍；（3）通过复杂网络分析评估生态网络的时空演变和韧性；（4）基于生态网络轨迹提出增强城市生态韧性的实际策略。从理论上讲，本研究通过弥合景观过程模拟和复杂网络拓扑之间的差距，推动了该领域的发展，从而有助于开发一个动态评估框架，将未来的土地利用模拟内化为韧性建模，并将韧性的抽象概念具体化为空间明确的干预目标。这为了解自上而下的规划干预如何影响快速发展地区的城市生态韧性提供了新的见解。
研究区域
雄安新区（北纬38°43′-39°10′，东经115°38′-116°20′）位于中国京津冀地区的中心（图1），成立于2017年，包括安新县、荣城县、雄县及周边部分地区，总面积约为1770平方公里（Li等人，2021年）。XNA的地形开阔平坦，北部海拔较高，逐渐向南和东南方向下降。XNA具有温暖湿润的季风大陆性气候，
方法论
生态网络韧性评估和优化的框架主要包括在不同情景下的土地利用模拟、生态网络构建、拓扑特征和韧性动态分析，以及优化网络韧性的策略开发和实施。整个研究框架如图2所示，详细程序在以下部分中描述。
土地利用变化和转型的分析
2005年至2020年间，XNA的土地利用发生了显著变化，表现为耕地面积的稳步下降和建成区面积的快速扩张（图3）。耕地仍然是主要的土地利用类型，占总面积的65%以上，但其面积从1294.29平方公里减少到1154.69平方公里。相比之下，建成区面积扩大了59.2%，而湿地总体上保持相对稳定，从2015年到2020年略有净增加，恢复了21%。尽管草地雄安新区建设对生态网络韧性的影响
城市规划和建设政策在塑造城市生态韧性方面起着决定性作用。传统的城市化往往导致栖息地丧失、破碎化和生态系统连通性降低，削弱了城市地区抵御环境风险的能力（He等人，2023年）。相比之下，XNA作为一个国家级、政策驱动的试点项目，从一开始就优先考虑生态文明。这一独特的背景使得预先进行生态结论
本研究开发了一个综合框架，结合了土地利用模拟、电路理论和复杂网络分析，以评估和优化不同城市发展情景下的生态网络韧性。结果表明，XNA的建设有效地逆转了湿地、草地和林地等生态用地的退化，增加了生态源，并降低了生态阻力，从而在2005年至2035年间增强了生态网络韧性。研究结果
作者贡献声明
文立祥：撰写——原始草案、验证、方法论、数据管理、概念化。白俊宏：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念化。荣月静：软件、方法论、调查、数据管理。龙朗英：验证、软件、方法论、数据管理。肖长红：验证、软件、方法论、数据管理。关亚楠：调查、数据管理、概念化。崔宝山：撰写——审稿与编辑，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本项工作得到了碳中和和能源系统转型（CNEST）项目（2023YFE0204600）的支持。
