通过识别城市边缘区与构建生态安全格局优化城市发展

城市与乡村的交汇处

在大城市的外缘，繁忙的街道让位于农田、河流与林丘。这些介于两者之间的地带常常杂乱、变化迅速且容易被忽视。然而，这里是城市增长发生的主要区域，也是自然要么得以存续要么被挤压出局的地方。本研究聚焦于北京市的城市边缘，提出一个看似简单但影响深远的问题：在城市扩张的同时，如何保持周边健康的绿地与野生动物廊道？

为什么城市边缘很重要

城市边缘是密集城区与农村土地之间的过渡带。它像一条保护缓冲带，为更广泛的地区储水、支持野生动植物并净化空气。随着人口涌入城市和建设向外扩展，这一带经历土地利用的快速变动、交通增多和污染上升。如果规划不当，边缘地带可能演变为零散住宅、闲置土地和受损生态系统的拼凑体，从而削弱整个城市的生态健康。

以城市道路为测量网格

为了更精确地理解北京的边缘，研究者把城市道路网络转换为精细的网格。不再是把简单的方形“渔网”盖在地图上，而是以不同类型的真实道路划分出单位网格。对每个单元，他们计算了若干反映城市化程度的线索，如建筑密度、植被覆盖度、夜间灯光、人口以及商业服务的混合度。统计方法将这些线索汇总为单一的城市化评分，该评分从北京中心的非常高逐渐下降到城市边缘的较低值。

教会模型识别城市边缘

利用基于道路的地图及其城市化评分，研究团队标记出城市、乡村和介于两者之间的边缘最可能所在位置。然后他们训练了一种机器学习模型来识别这些模式，从而将北京的每个网格单元分类为城市核心、乡村、山地或城市边缘。模型取得了较高的准确率，并揭示出北京的边缘在主要建成区周围形成一个带状分布，尤其以顺义、昌平、通州、大兴和房山为显著区域。这些地带多为平坦地形，以农田和硬质地面为主，覆盖了全市大约八分之一的土地。

发现脆弱的绿地与隐藏通道

识别边缘只是第一步。作者接着探究带状区域中哪些部分对扰动最敏感、哪些对连接栖息地最为重要。他们考察了海拔、坡度、距河流湖泊的距离以及土地利用等因素，以评估这些区域的易损性。沿潮白河及主要水库周边的森林和河岸廊道被评为高度敏感。通过景观连通性分析，他们进一步定位出既能庇护自然又有助于连接不同绿地的斑块。总共发现了28个关键“源地”斑块，聚集于丘陵和水系附近，并由37条潜在生态廊道相连。

为自然设计安全网

为了解植物和动物在边缘地带的移动难易，团队构建了一张“阻力”地图。水体和森林等自然要素表现为低阻力，而密集住宅、大型道路和拥挤的城区则呈现高阻力。路径查找模型沿着最小阻力路线追踪重要绿地斑块间的连通路径，勾勒出在城市生长背景下仍能维持野生动植物流动的廊道。结果显示，最强的廊道网络位于北部和西南部边缘，而东部与南部片区的绿色连接较少、阻隔较高。

对未来城市的启示

对非专业读者来说，信息很明确：城市外环并非等待填充的剩余土地。它是一道生动的安全带，可以保护北京的河流、森林和公园，或将它们割裂成孤立的岛屿。通过使用真实的移动模式、细尺度数据和智能建模，本研究为城市规划者提供了更清晰的图景，帮助判断在哪里引导新建、在哪里恢复湿地与森林、以及在哪里保留野生动植物通行空间。简言之，它展示了城市在增长的同时，如何通过精心规划的绿色边缘保持“呼吸”。

引用: Zhong, Y., Zhu, X., Zhang, T. et al. Optimizing urban development through identification of urban fringe areas and construction of ecological security pattern. Sci Rep 16, 14792 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44792-y

关键词: 城市边缘, 生态安全, 北京, 绿色廊道, 城市规划