城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理研究進(jìn)展

徐翀崎,李　鋒,韓寶龍

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京　100085 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京　100049

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城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理研究進(jìn)展

徐翀崎1,2,李鋒1,*,韓寶龍1

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100085 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京100049

摘要:城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在維持自然生態(tài)過程穩(wěn)定、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障人居環(huán)境質(zhì)量方面發(fā)揮著重要的作用。在快速城市化進(jìn)程中,對(duì)城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行科學(xué)的管理顯得尤為重要。在重新明確城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理概念和內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,歸納提煉了4項(xiàng)管理原則,并對(duì)現(xiàn)有管理類型進(jìn)行了梳理。對(duì)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理涉及的3個(gè)關(guān)鍵問題的常見解決方法進(jìn)行了總結(jié)、分類,并對(duì)每類方法的優(yōu)劣進(jìn)行了分析討論。針對(duì)此領(lǐng)域的工作做了展望。對(duì)于現(xiàn)有城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理問題與方法的整合研究既有利于明確今后研究重點(diǎn),也為城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理提供了科學(xué)依據(jù)和案例參考。

關(guān)鍵詞：生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施；城市管理；核心區(qū)域；空間格局

城市是一類以人類活動(dòng)為中心的社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[1],城市基礎(chǔ)設(shè)施則是城市存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。隨著城市擴(kuò)張帶來的“城市病”現(xiàn)象越來越嚴(yán)重,城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施這一概念逐漸被提出并得到了廣泛的關(guān)注和認(rèn)可[3- 5]。城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施既是城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,提供著維持自然生態(tài)過程穩(wěn)定的功能；又是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成,在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障人居環(huán)境質(zhì)量方面發(fā)揮著重要的作用。對(duì)于城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的科學(xué)管理將直接決定著城市生活環(huán)境和生活質(zhì)量的優(yōu)劣。因此,本文從城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理的概念內(nèi)涵、保護(hù)和構(gòu)建原則、現(xiàn)有管理方法、管理理論基礎(chǔ)和模型等方面進(jìn)行歸納總結(jié),并進(jìn)行深入討論,進(jìn)而明確今后的研究重點(diǎn),并為城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理提供經(jīng)驗(yàn)和樣本。

1城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施及其管理的概念及內(nèi)涵

1.1城市的定義與尺度問題

在科學(xué)界,城市的定義從未有過統(tǒng)一的答案,不同國(guó)家以及不同學(xué)科賦予了城市不同的定義[6]。在生態(tài)學(xué)科或環(huán)境學(xué)科中,我國(guó)學(xué)者嘗試用定量化方法提取城市邊界的研究有許多,如夜間燈光數(shù)據(jù)提取法[7]、碳排放核算法[8]、全色遙感影像提取法[9-10]、雷達(dá)干涉相干系數(shù)分析法[11]等,但也并未有統(tǒng)一的結(jié)論。鑒于本文研究?jī)?nèi)容的需要,定義城市的范圍為市域范圍主要是參考行政邊界進(jìn)行劃定。另外針對(duì)建成區(qū)尺度和社區(qū)尺度等不同尺度存在研究側(cè)重點(diǎn)不同的問題,本文也將對(duì)其特點(diǎn)與差異進(jìn)行論述。

1.2生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的定義與范圍

劉海龍等[12]的研究綜述對(duì)“生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施”(Ecological Infrastructure, EI)名詞的起源、國(guó)內(nèi)外研究中其內(nèi)涵的發(fā)展演化過程,以及與“綠色基礎(chǔ)設(shè)施”(Green Infrastructure)等相關(guān)概念進(jìn)行了詳細(xì)的闡述與辨識(shí),其中也涵蓋了我國(guó)王如松、俞孔堅(jiān)等知名學(xué)者的研究成果。李鋒等[5]在此基礎(chǔ)上提出了“城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施”的概念和范圍。

簡(jiǎn)單來說,城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施包括綠色基礎(chǔ)設(shè)施(綠地、濕地)和生態(tài)化的工程基礎(chǔ)設(shè)施(生態(tài)化手段改造或替代道路工程、不透水地面、屋頂墻體等),是城市可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ),也是建設(shè)生態(tài)城市的重要保證[5,12]。生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施是一個(gè)綜合的網(wǎng)絡(luò)體系,對(duì)于規(guī)劃、建設(shè)和管理生態(tài)城市具有重要的指導(dǎo)和評(píng)價(jià)意義,因此將生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施作為一個(gè)整體提出,目的是保持體系的系統(tǒng)性和完整性。

1.3城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理的內(nèi)涵

對(duì)于管理的定義目前沒有統(tǒng)一結(jié)果,且隨著人們認(rèn)識(shí)的深入和管理實(shí)踐的發(fā)展而不斷發(fā)展。聶法良等[13]通過分析統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)于管理所做的24個(gè)定義,發(fā)現(xiàn)“職能、資源、目標(biāo)”出現(xiàn)的頻率最高,并歸納出具有共識(shí)性的觀點(diǎn),即“管理是一個(gè)過程”。管理的概念和體系隨著與各項(xiàng)學(xué)科的交叉應(yīng)用中不斷的豐富和完善,并有所側(cè)重,在城市生態(tài)學(xué)領(lǐng)域則產(chǎn)生了城市管理、生態(tài)管理、城市生態(tài)管理、城市復(fù)合生態(tài)管理等概念和體系。因?yàn)樽⒅剡^程,所以這些概念都會(huì)明確管理目標(biāo)、管理主體、管理對(duì)象、管理方法。

城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理目標(biāo)以城市可持續(xù)發(fā)展為總體目標(biāo),通過對(duì)現(xiàn)有生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施重要性進(jìn)行評(píng)估、合理性進(jìn)行評(píng)價(jià),進(jìn)而找出問題,設(shè)定相應(yīng)目標(biāo)；管理對(duì)象包括現(xiàn)有城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)成為生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的部分；管理方法包括政策引導(dǎo)、市場(chǎng)引導(dǎo)、立法保護(hù)等。

本文認(rèn)為,城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理是一個(gè)主動(dòng)的管理過程,不是被動(dòng)的擬合原有的城市擴(kuò)張規(guī)律和生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施斑塊破碎化的趨勢(shì)分析,而是需要明確城市增長(zhǎng)和擴(kuò)張過程中有利于城市可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)和構(gòu)建的原則,并整合現(xiàn)有的相關(guān)管理方法,提出一套針對(duì)城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)的管理方法與方案。

2城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理原則

通過對(duì)已有的優(yōu)秀生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建和管理案例[14- 17]進(jìn)行研究,分析其中的指導(dǎo)思想與核心問題,并結(jié)合前人對(duì)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建原則的看法[4]加以梳理總結(jié),最終本文概括性的提煉出了四大核心原則。

2.1優(yōu)先保護(hù)原則

生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施核心區(qū)域是構(gòu)成城市大環(huán)境生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的核心,也是防止城市無序擴(kuò)張蔓延的重要防線,是保障城市生態(tài)安全的最基本前提。因此,優(yōu)先保護(hù)原則旨在通過識(shí)別和判斷生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施中重要性高的區(qū)域,即生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施核心區(qū)域,進(jìn)而優(yōu)先進(jìn)行強(qiáng)制性重點(diǎn)保護(hù)和永久保留[4]。

2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則

已有研究表明,生態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建可大幅提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[18]有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、維持生態(tài)安全,又有利于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)揮更大的價(jià)值。另外,景觀生態(tài)學(xué)中“斑塊-廊道-基質(zhì)”概念已成為此類領(lǐng)域眾多研究的基礎(chǔ)[14,19- 23]。因此,結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則旨在通過保護(hù)和重建重要生態(tài)廊道,緊密聯(lián)系各生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施核心區(qū),形成綠網(wǎng)、水網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)體系,進(jìn)而優(yōu)化城市空間布局、引導(dǎo)城市發(fā)展規(guī)劃、改善城市生態(tài)環(huán)境。

2.3動(dòng)態(tài)適應(yīng)性原則

由于城市發(fā)展的動(dòng)態(tài)性導(dǎo)致了生態(tài)用地逐漸被蠶食的動(dòng)態(tài)性。城市發(fā)展擴(kuò)張的新增建設(shè)用地選址的科學(xué)性會(huì)決定對(duì)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)和功能影響的程度[17]。因此,動(dòng)態(tài)適應(yīng)性原則旨在保留生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施核心區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時(shí),予以城市發(fā)展一條對(duì)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)和功能影響最小的動(dòng)態(tài)的發(fā)展路徑,也是生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的動(dòng)態(tài)保護(hù)路徑,有利于為城市總體規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

2.4適度干預(yù)原則

城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的管理并非一味的保護(hù)而拒絕人工的干擾。事實(shí)上,對(duì)于脆弱性強(qiáng)的未利用地、硬化的城市地表等可作為生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的用地需要一定的人工設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┎拍苓_(dá)到生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的要求。對(duì)于與城市居民生活密切相關(guān)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施,如城市公園、居住區(qū)附屬綠地等,在構(gòu)建過程中也應(yīng)充分注重視覺美感,增強(qiáng)其休閑娛樂功能。另外,屋頂綠化建設(shè)成本相對(duì)較低,且可以提供多種生態(tài)服務(wù)功能,如緩解熱島效應(yīng)、降低城市噪音、改善城市景觀等,具有推廣價(jià)值[24- 26]。因此適度干預(yù)原則旨在對(duì)于建設(shè)和改造生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施時(shí),適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行人工干預(yù),利用先進(jìn)的工程技術(shù)和景觀學(xué)原理、美學(xué)原理等科學(xué)原理進(jìn)行優(yōu)化,從而提高其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值。

3城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理類型

由于城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理的復(fù)雜性和構(gòu)建內(nèi)容的多樣性,現(xiàn)階段關(guān)于城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的管理較為分散,缺乏系統(tǒng)全面的城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理體系,相應(yīng)的法律法規(guī)也較為缺乏。目前,對(duì)于國(guó)內(nèi)外城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的管理類型可以總結(jié)為兩大類：引導(dǎo)式管理和強(qiáng)制性管理。

3.1引導(dǎo)式管理

引導(dǎo)式管理主要是通過政府政策引導(dǎo)或市場(chǎng)引導(dǎo),進(jìn)而對(duì)城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行保護(hù)和恢復(fù)的管理方法。政策引導(dǎo)管理的空間尺度往往較大,如區(qū)域尺度、市域尺度等,因此需要進(jìn)一步進(jìn)行規(guī)劃細(xì)化才能落實(shí)；市場(chǎng)引導(dǎo)則是依靠經(jīng)濟(jì)杠桿,由市場(chǎng)自發(fā)的進(jìn)行調(diào)控,周期較長(zhǎng),效果較慢。

3.2強(qiáng)制性管理

強(qiáng)制性管理主要是通過相關(guān)立法和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)等來對(duì)城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行強(qiáng)制性保護(hù)和修復(fù)措施。由于相關(guān)法律法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要落到實(shí)地,其涉及空間尺度相對(duì)較小或是針對(duì)的內(nèi)容更為單一,例如居住區(qū)尺度、建成區(qū)尺度或只針對(duì)耕地、濕地、水體等某一項(xiàng)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。由于強(qiáng)制性管理具有法律效力,且指標(biāo)范圍明確,因此是一類快速有效的管理方法。

引導(dǎo)式管理可在條件成熟時(shí)轉(zhuǎn)化成強(qiáng)制性管理。引導(dǎo)式管理一般屬于具有相對(duì)明確目標(biāo)的探索式管理,需要一段較長(zhǎng)的周期深入研究相關(guān)理論機(jī)理,并進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用,實(shí)際驗(yàn)證效果符合預(yù)期的才能最終形成強(qiáng)制性管理的法律條文或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。表1歸納了我國(guó)與城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施有關(guān)的部分較為重要的和最新的管理政策及其類型。

表1　我國(guó)城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)管理類型與具體政策

4城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理關(guān)鍵內(nèi)容及對(duì)應(yīng)方法

對(duì)于生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的管理不論是處于摸索期的引導(dǎo)式管理還是已經(jīng)形成法律條款的強(qiáng)制性管理,都有相應(yīng)支持的關(guān)鍵內(nèi)容與對(duì)應(yīng)方法。因此本文在概述城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施及其管理概念、原則和類型的基礎(chǔ)上,對(duì)3個(gè)關(guān)鍵問題(識(shí)別生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施核心區(qū)域、核算生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施合理面積、優(yōu)化生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施布局)的常見解決方法進(jìn)行了總結(jié)、分類,并對(duì)每類方法的優(yōu)劣進(jìn)行了分析討論(表2)。對(duì)于現(xiàn)有關(guān)鍵問題以及解決方案的整合研究既有利于明確今后研究重點(diǎn),也為城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理提供了科學(xué)依據(jù)和案例參考。

表2　城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理關(guān)鍵內(nèi)容、對(duì)應(yīng)方法分類及其優(yōu)劣分析

4.1城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施核心區(qū)域識(shí)別

城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施核心區(qū)域應(yīng)該包括難以移動(dòng)、難以復(fù)制、具有高復(fù)合生態(tài)價(jià)值或開發(fā)成本高、開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)性大的不適宜進(jìn)行工業(yè)化或城鎮(zhèn)化建設(shè)的區(qū)域以及國(guó)家明令保護(hù)的區(qū)域。通常,核心區(qū)域的確定方法可總結(jié)為以下兩種：直接識(shí)別法和因子疊加識(shí)別法。

相關(guān)研究表明,一般可直接劃入核心區(qū)域的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施包括：最具生態(tài)重要性的大型自然斑塊[20-21](敏感物種棲息地、連續(xù)分布超過100hm2的森林、100hm2以上的原生生態(tài)濕地)和國(guó)家指定的保護(hù)區(qū)[19](國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、世界文化和自然遺產(chǎn)、國(guó)家重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)、國(guó)家森林公園、國(guó)家地質(zhì)公園、一級(jí)地表水源保護(hù)區(qū)[27])。事實(shí)上,通過研究申報(bào)條件可以發(fā)現(xiàn),國(guó)家強(qiáng)制性保護(hù)的區(qū)域,都是具有極高社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)價(jià)值的區(qū)域。另外,除了現(xiàn)有生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施核心區(qū)域的保護(hù),一些人工恢復(fù)和構(gòu)建的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施也會(huì)成為核心區(qū)域得到永久保護(hù)。例如胡潔等[28]設(shè)計(jì)的北京奧林匹克森林公園作為人工新建的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施被北京市人民政府定位為永久性的城市公共綠地,并對(duì)周邊提供著重要的生態(tài)服務(wù)功能。

因子疊加識(shí)別法,類似千層餅?zāi)Ｊ絒29]和環(huán)境敏感區(qū)域模型[30],通過篩選易獲得且相關(guān)性強(qiáng)的因子,獲取其圖層進(jìn)行重要性分類分級(jí)[20],之后應(yīng)用GIS進(jìn)行疊加計(jì)算分析,得到最終的受保護(hù)區(qū)域。常見的因子包括生物多樣性、敏感物種分布圖、坡度、地面起伏度、工程地質(zhì)圖、土壤深度、植被覆蓋度、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生圖、道路、水體、人工化程度等[20,31]。以此模型為基礎(chǔ),眾多學(xué)者分別從生態(tài)安全格局[14,22-23]、可持續(xù)發(fā)展[32-33]、土地利用現(xiàn)狀規(guī)律[34-35]、市域尺度生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)劃[31]、生態(tài)用地重要性分級(jí)[36-37]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值和開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)性[20]、生態(tài)敏感性與脆弱性[38-39]的角度進(jìn)行研究,表明通過GIS疊加各因素計(jì)算得到的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)、生態(tài)敏感區(qū)、生態(tài)功能重要區(qū),以及具體的包括坡度較陡或海拔較高的山地、河網(wǎng)、海岸帶和連續(xù)分布的且具有較大面積的林地等應(yīng)成為生態(tài)恢復(fù)和保護(hù)的重點(diǎn)。

綜合對(duì)比這兩種方法,可以發(fā)現(xiàn)：直接識(shí)別法依據(jù)國(guó)家相關(guān)的保護(hù)規(guī)定和現(xiàn)有的較為認(rèn)可的大型自然斑塊,將這些區(qū)域直接進(jìn)行保護(hù)規(guī)避了復(fù)雜的分析過程,簡(jiǎn)單明確,易于操作,但是此方法現(xiàn)存的最大問題就是保護(hù)邊界往往不能落到具體的坐標(biāo),導(dǎo)致無法進(jìn)行嚴(yán)格的保護(hù)；因子疊加識(shí)別法考慮因素系統(tǒng)全面,因子選取因地制宜,有較好的靈活性、綜合性和科學(xué)性,但此方法最大的問題在于關(guān)于因子的篩選方法、因子圖層重要性分類分級(jí)的依據(jù)、圖層之間疊加的權(quán)重等問題目前尚無統(tǒng)一規(guī)定,這就造成了模型使用者必須具備扎實(shí)的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),才能做出符合實(shí)際的科學(xué)的結(jié)果。

4.2城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施合理面積核算

生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施面積核算方法可以分為3類：經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)法、供需平衡法和安全格局法。

經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)法一般遵照國(guó)家和地方的相關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)以及參照地方政府的發(fā)展目標(biāo),進(jìn)而明確城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的面積。此類經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)起來還可以分為兩類,一類是對(duì)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施總量的控制要求,例如衛(wèi)生學(xué)和防災(zāi)防震對(duì)城市綠地面積比例的要求[40]、土耳其發(fā)展法對(duì)大城市市區(qū)范圍內(nèi)和范圍外人均開敞空間的要求[41]、我國(guó)開展生態(tài)城市等評(píng)定工作時(shí)對(duì)綠地率、綠化覆蓋率等標(biāo)準(zhǔn)；另一類是各個(gè)管理部門對(duì)于不同類型生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的專項(xiàng)要求,例如我國(guó)在對(duì)綠地規(guī)劃指標(biāo)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有最低要求的《城市綠化規(guī)劃建設(shè)指標(biāo)的規(guī)定》,城市濕地規(guī)劃則需要在保持自然水系狀態(tài)的前提下,符合《城市水系規(guī)劃導(dǎo)則》中對(duì)城市水面率的要求及《城市藍(lán)線管理辦法》中對(duì)水系的規(guī)劃管理要求[42]等。

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的供需平衡法是測(cè)算合理的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施面積比較常見的方法,通常選取一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行研究和計(jì)算,但并非所有功能都適宜在市域尺度進(jìn)行供需平衡測(cè)算。Costanza等[43]于1997年系統(tǒng)的提出了17項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,Bolund和Hunhammar[44]在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究認(rèn)為,其中6項(xiàng)服務(wù)功能(凈化空氣、減緩熱島效應(yīng)、噪聲削減、雨水內(nèi)排、污水處理、娛樂與文化價(jià)值)在城市范圍內(nèi)尤其重要,并討論了對(duì)應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)在城市中的面積和價(jià)值。對(duì)于碳氧平衡理論,在論證了市域等小尺度研究的合理性和對(duì)于全球尺度碳氧平衡的重要作用[45]之后,許多科學(xué)家基于此理論分別根據(jù)固定年份城市耗氧量[46]、預(yù)測(cè)人口增長(zhǎng)及耗氧量[47]等進(jìn)行了靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的計(jì)算。Yin等[48]和Andin等[41]則建立了測(cè)算碳氧平衡的模型提高計(jì)算準(zhǔn)確性。此外,根據(jù)供需平衡原理,Bagliani等[49]將人類社會(huì)的生態(tài)需求與自然土地的生產(chǎn)供給能力通過生態(tài)足跡和生態(tài)承載力相結(jié)合,來測(cè)算城市的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施需求。趙丹等[50]基于生態(tài)綠當(dāng)量的概念,依據(jù)當(dāng)?shù)厝兆畲蠼涤炅颗c生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施單位面積飽和蓄水能力的關(guān)系,提出了核算城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施合理面積的標(biāo)準(zhǔn)。Li等[51]人借助最小累積阻力模型,分別基于生態(tài)用地源和建設(shè)用地源,模擬阻力面,計(jì)算了符合常州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)平衡需求的適宜生態(tài)用地占常州城市土地總面積的比例。

第3種方法是基于主要生態(tài)過程的安全格局法。城市生態(tài)安全格局結(jié)合了景觀生態(tài)學(xué)理論和方法,側(cè)重生態(tài)過程的識(shí)別與保護(hù),是一種確立合理的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施面積的方法[14,22]。目前,應(yīng)用較多的主要生態(tài)過程包括水文、地質(zhì)災(zāi)害、生物多樣性保護(hù)、文化遺產(chǎn)、游憩過程五大類[14,52]。蘇泳嫻等[52]在構(gòu)建佛山市高明區(qū)生態(tài)安全格局時(shí)還創(chuàng)新的引入了農(nóng)田安全格局和大氣安全格局。此方法在不斷完善的過程中,較為綜合的考慮了城市居民安全和生態(tài)過程安全,構(gòu)建的安全格局在確定了生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施空間分布的同時(shí)也得到了適宜的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施面積。

現(xiàn)有的3種方法各有優(yōu)劣。經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)法參照已有的經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn),其最大的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單明確,有政策支持；缺點(diǎn)在于不同地方的政府由于生態(tài)環(huán)境建設(shè)目標(biāo)的不同導(dǎo)致城市地域的生態(tài)用地需求數(shù)量規(guī)模也不盡相同,有些評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)性與合理性甚至存在很大的爭(zhēng)議。由于此方法所參考的標(biāo)準(zhǔn)都是科學(xué)研究與實(shí)證結(jié)果的總結(jié),因此加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)研究,完善基本可靠的科學(xué)依據(jù)也是制定一些標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。供需平衡法優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)某項(xiàng)生態(tài)服務(wù)的需求進(jìn)行供給性分析,思路清晰,還可預(yù)測(cè)未來；缺點(diǎn)是現(xiàn)有的計(jì)算大多以生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施提供的單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為核算依據(jù),所核算的閾值難以確定,所選生態(tài)功能的代表性強(qiáng)弱有待驗(yàn)證,另外單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需平衡算法也受到諸如數(shù)據(jù)來源的準(zhǔn)確性、具體算法的多樣性、綠地類型的差異性等因素的較大干擾,影響結(jié)果的可靠性。目前,未見綜合考慮多種服務(wù)功能進(jìn)行測(cè)算面積比對(duì)的研究,因此,該方法仍有待于進(jìn)一步綜合研究。安全格局法優(yōu)點(diǎn)在于生態(tài)功能代表性強(qiáng),以保證重要生態(tài)過程為目標(biāo),同時(shí)可以確定數(shù)量規(guī)模與對(duì)應(yīng)空間分布；缺點(diǎn)在于結(jié)果表達(dá)方式為多層次水平,對(duì)于不同水平的描述主觀性較大,且閾值確定的合理性、最小累積阻力模型阻力值的高敏感性,都會(huì)對(duì)結(jié)果有較大影響,所以該領(lǐng)域進(jìn)一步研究的重點(diǎn)是提高過程模擬模型的科學(xué)性和劃分閾值的合理性。

4.3城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施布局優(yōu)化與構(gòu)建

通過總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施格局的優(yōu)化與構(gòu)建方法大致可分為3類：屬性評(píng)價(jià)法、多指標(biāo)優(yōu)化法和生態(tài)過程法。

屬性評(píng)價(jià)法旨在通過構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(重要性、適宜性、敏感性),進(jìn)而評(píng)價(jià)已識(shí)別的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施,明確不同區(qū)域的價(jià)值高低排名,并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果高的區(qū)域和結(jié)構(gòu)予以保護(hù)和保留。該方法的特點(diǎn)是針對(duì)已經(jīng)存在的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行優(yōu)先保護(hù)。例如,Pereira等[53]通過計(jì)算移除斑塊后對(duì)連接概率指數(shù)的影響程度來確定斑塊的相對(duì)重要程度。Weber等[20]在馬里蘭州構(gòu)建的綠色基礎(chǔ)設(shè)施評(píng)價(jià)模型給出了辨識(shí)斑塊和廊道的方法,并分別從生態(tài)重要性和開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)性兩個(gè)角度整合60項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建了科學(xué)全面的指標(biāo)體系用來對(duì)識(shí)別出的斑塊和廊道進(jìn)行重要性排序,還確定了重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域斑塊和廊道分別占重要性排序結(jié)果的比例。

多指標(biāo)優(yōu)化法通過構(gòu)建一系列能體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)劣的指標(biāo)或者綜合考慮各方面的指標(biāo)(如：斑塊平均面積、斑塊密度、形狀指數(shù)、景觀破碎度指數(shù)、網(wǎng)絡(luò)閉合度、成本比[15]),并通過設(shè)定不同情景對(duì)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算,最后選擇符合實(shí)際情況且可行性強(qiáng)的優(yōu)化方案。Dai[54]指出城市綠色空間的可達(dá)性分析可以通過辨識(shí)出城市中綠色空間服務(wù)水平不足的區(qū)域,從而對(duì)城市綠地的優(yōu)化布局提供科學(xué)依據(jù)。Kong等[55]在建成區(qū)中通過重力模型給出了判斷斑塊間相互作用的距離閾值,之后結(jié)合最小成本路徑分析和圖論確定了最優(yōu)的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)布局。Teng等[56]將模擬的工程花費(fèi)引入最小累積阻力模型并綜合考慮多種功能,構(gòu)建了多目標(biāo)多等級(jí)的綠道網(wǎng)絡(luò)布局,大大增強(qiáng)了結(jié)果的實(shí)用性。

生態(tài)過程法通過綜合各種過程模擬模型或構(gòu)建影響特定生態(tài)功能阻力面來判別對(duì)這些過程的安全和健康具有關(guān)鍵意義的源和空間聯(lián)系,確定閾值并劃定該功能的適宜安全格局,最后綜合多種生態(tài)過程得出綜合生態(tài)安全格局。市域尺度俞孔堅(jiān)等[14,22]在城市規(guī)劃中提出的“反規(guī)劃”就是以此為依據(jù),進(jìn)行不同等級(jí)水平的安全格局識(shí)別和構(gòu)建。朱強(qiáng)等[57]則基于生態(tài)過程原理,總結(jié)了處于不同生態(tài)過程、承擔(dān)不同生態(tài)功能的生態(tài)廊道的寬度要求。建成區(qū)內(nèi),Zhou等[58]通過流體力學(xué)模型對(duì)綠色空間釋放氧氣的擴(kuò)散過程進(jìn)行模擬,結(jié)合建成區(qū)內(nèi)建筑密度,計(jì)算出了應(yīng)該增加的綠地面積,并對(duì)綠地選點(diǎn)和綠網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了規(guī)劃。周媛等[59]綜合考慮人口密度、空氣污染程度和城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度,利用GIS和多目標(biāo)區(qū)位配置模型(LA)對(duì)沈陽市三環(huán)內(nèi)城市公園進(jìn)行了優(yōu)化選址。

綜上所述,屬性評(píng)價(jià)法側(cè)重已有生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的分級(jí)分類和保護(hù),指標(biāo)選取靈活性和針對(duì)性強(qiáng),評(píng)價(jià)內(nèi)容綜合性高；但是對(duì)于結(jié)果的分類分級(jí)閾值難以確定、未有統(tǒng)一規(guī)范,另外計(jì)算過程較為繁瑣,構(gòu)建出的具體模型通用性較差。多指標(biāo)優(yōu)化法側(cè)重對(duì)新規(guī)劃的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的合理性判斷,對(duì)于景觀指數(shù)和圖論方法以形成了較為統(tǒng)一的固定流程,計(jì)算量不大,可為多情景多目標(biāo)提供決策依據(jù)；但是該方法單純依賴?yán)碚撝笖?shù)值,考慮因素較為單一,景觀指數(shù)值的實(shí)際意義也因尺度變化有不同的解釋,另外新增的廊道也只有空間位置的確定,并無廊道寬度的確定標(biāo)準(zhǔn)。生態(tài)過程法可根據(jù)不同尺度、選擇重要的生態(tài)過程分析,靈活性好、針對(duì)性強(qiáng),既有對(duì)現(xiàn)有生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的保護(hù)建議又有對(duì)新增生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建議,還可以對(duì)廊道寬度進(jìn)行指導(dǎo)；但是在構(gòu)建模型中,模擬面的阻力值需要人為賦值,缺乏統(tǒng)一賦值標(biāo)準(zhǔn),另外考慮的過程較多則所需的數(shù)據(jù)收集量較大、計(jì)算較復(fù)雜,對(duì)使用者的綜合要求較高。

5結(jié)論與展望

由于城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施所涵蓋的內(nèi)容眾多、關(guān)系復(fù)雜,其管理的優(yōu)劣對(duì)于快速城市化進(jìn)程中城市是否可持續(xù)發(fā)展具有重要的影響,所以本文以生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施為管理對(duì)象,在明確生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施及其管理概念和內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)綜述了其管理原則、現(xiàn)有管理類型與方法、以及管理的關(guān)鍵內(nèi)容及對(duì)應(yīng)方法等3個(gè)方面,并對(duì)其中的內(nèi)容進(jìn)行了分類,對(duì)每類中現(xiàn)有解決方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

5.1建立健全生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理方法體系和內(nèi)容

在管理方法方面,目前我國(guó)還處于生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理的摸索期,相關(guān)管理方法較為分散,缺乏系統(tǒng)全面的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理體系,也缺乏相應(yīng)的法律法規(guī)。因此,針對(duì)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理,形成系統(tǒng)完善的管理體系尤為重要。在市場(chǎng)引導(dǎo)方面,應(yīng)努力創(chuàng)新市場(chǎng)引導(dǎo)方式,適當(dāng)引入第三方監(jiān)管機(jī)制加強(qiáng)對(duì)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)與恢復(fù)工程的監(jiān)管力度,盡快制定和完善詳細(xì)的生態(tài)補(bǔ)償策略。在政策引導(dǎo)方面,應(yīng)參考借鑒國(guó)外土地管理與生態(tài)管理的成功經(jīng)驗(yàn),并將生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與現(xiàn)有的城市總體規(guī)劃相互融合、相互補(bǔ)充,同時(shí)加速相關(guān)科研成果轉(zhuǎn)化為政策指導(dǎo)。在強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)方面,要加強(qiáng)監(jiān)管力度,嚴(yán)格把控初期和最終評(píng)審環(huán)節(jié),并對(duì)違規(guī)項(xiàng)目及其負(fù)責(zé)人進(jìn)行嚴(yán)格整改和懲治。

5.2整合多尺度生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理研究

在城市范圍內(nèi),生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施在不同尺度對(duì)城市發(fā)展及其居民生活發(fā)揮的主要功能也有所差異,因而決定其面積形狀、空間布局、視覺效果等的影響因素也不同。在市域大尺度,其主要功能是維系自然過程、保持生態(tài)安全,如生物多樣性保護(hù)、保持水土、預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、調(diào)節(jié)空氣等；而在建成區(qū)尺度和社區(qū)尺度,其主要功能則是與人緊密相關(guān)的,如調(diào)節(jié)人居環(huán)境、降低熱島效應(yīng)、降低污染和噪聲、促進(jìn)休閑文化、美化視覺景觀；不同尺度之間又存在著緊密的邏輯聯(lián)系[60]。因此綜合進(jìn)行多尺度分析,明確不同尺度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,在制定市域尺度生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量和空間布局方案的同時(shí),在建成區(qū)尺度和社區(qū)尺度對(duì)其空間布局和質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化,對(duì)于城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理具有重要意義[61]。目前這方面研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

5.3優(yōu)化生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建方案和方法

對(duì)于生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施管理的3個(gè)關(guān)鍵問題,本文已在前面論述了現(xiàn)有常見方法模型的優(yōu)點(diǎn)和存在的問題,并提出了相應(yīng)的研究建議。另外,作為管理內(nèi)容的主要組成部分,關(guān)于識(shí)別生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施核心區(qū)、判斷生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施合理面積及其最優(yōu)布局通常是緊密聯(lián)系、相互影響,但又各有特色。而對(duì)于城市的現(xiàn)狀格局進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)化、對(duì)于城市未來發(fā)展的合理規(guī)劃,都基于此內(nèi)容。因此,在制定生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建方案時(shí),如何理清這些問題的邏輯順序,每個(gè)問題選用何種方法模型、不同問題之間計(jì)算的結(jié)果是否有沖突、沖突區(qū)域如何解決等,都是有待進(jìn)一步研究的問題。

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基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(71273254);國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(71533004)

收稿日期:2015- 08- 21;

修訂日期:2016- 01- 06

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: lifeng@rcees.ac.cn

DOI:10.5846/stxb201508211749

Progress in research on urban ecological infrastructure management

XU Chongqi1, 2, LI Feng1,*, Han Baolong1

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofScience,Beijing100085,China2TheUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

Abstract：As an important component of both urban complex socio-economic-natural ecosystems and urban infrastructure, urban ecological infrastructure plays an important role in maintaining the stability of natural ecological processes. It furthermore promotes social and economic development, and is important for guaranteeing the quality of the living environment. In the process of rapid urbanization, scientific management of urban ecological infrastructure is particularly important. Therefore, this paper reviewed four core components (its definition, the principles, management types, and key theoretical problems and related methods) of urban ecological infrastructure management (UEIM), in order to clarify the existing methods, and their strengths and weaknesses, to benefit future urban ecological infrastructure management. The first part of this study discusses two questions: what is UEIM, and what should UEIM do. UEIM is an active management process. First, it should define the principles of ecological infrastructure protection and construction in favor of sustainable urban development in the urbanization process. Furthermore, the integration of existing UEIM approaches in this process is useful, as the ultimate objective is to propose a system of UEIM approaches. In the second part, we suggest four principles for UEIM, for which explanations and several examples are provided. These principles include the preferential protection principle, the structural optimization principle, the dynamic adaptability principle, and the appropriate intervention principle. In the third part, we review the existing methods for UEIM and separate them into two types: guiding management (related policy and market strategy) and compulsory management (laws and regulations, and compulsory trade standards). In the fourth and most important part, three key issues regarding quantitative management and its related methods are summarized. This includes how to identify urban ecological infrastructure hubs, how to account suitable areas of urban ecological infrastructure, and how to optimize the pattern of urban ecological infrastructure. Hubs in the urban ecological infrastructure network represent the most ecologically important large natural areas that remain urban. These hubs can be identified by species diversity index, maximum continuous area, the value of the ecological system services, or conservation areas already protected by the government. The practical method for estimating a suitable ecological infrastructure area can be divided into three categories: the method based on experiences and standards, the supply-demand balance calculation method (carbon-oxygen balance method, or precipitation and water-holding capacity), and the ecological security pattern based on ecological processes (the water security pattern, biological diversity security pattern, or scope of geological hazards). Furthermore, methods of constructing optimal patterns for ecological infrastructure can be broadly divided into three categories: a property evaluation (relevance, suitability, or sensitivity), an index optimization model (landscape index, or graph theory), and an ecosystem process model (based on the actual landscape pattern process, or based on the simulated cost-distance model). In the final section, suggestions for future studies were put forward, which highlight the importance of UEIM at multiple scales. Since apparent connections between the different scales exist, it is important for urban ecological infrastructure management to integrate multiple scale analyses, and to clearly identify the relationships between these different scales.

Key Words:ecological infrastructure; urban management; hubs; spatial patterns

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