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基于生态系统服务提升的区域绿色基础设施网络优化
作者:王云才 发表时间:2023年02月23日
近日,以“区域生态学:融合与创新”为主题的第三届全国区域生态学学术研讨会在线上顺利召开。同济大学建筑城市规划学院景观学系院王云才教授在会上做主题报告,以下为报告整理(有删减)。

绿色基础设施(green infrastructure,简称GI)的研究与实践始于20世纪90年代中叶的美国,绿色基础设施被定义为自然生命支持系统,包括水道、湿地、森林、农田、野生动物栖息地、牧场、林地、公园绿道等城市绿地。GI规划主要包括自上而下从州省到景观尺度的保护性规划、自下而上从场地到城市尺度的问题解决型规划、分系统的城市结构调整型规划三种形式。城市GI规划是以城市生物多样性保护、生态过程修复、开放空间多种功能增强及其他生态、经济与文化功能为目标,将各层级的网络中心、廊道与场地有序连接与规划,同时保护与恢复已有和潜在的城市绿色资源,从而建立一个系统的、互相连接的、多功能且可持续的城市绿色空间网络并发挥多重效益。


城市快速发展与城市生态系统服务供需失衡

随着城市的快速发展,城市生态安全问题成为摆在眼前的挑战。生态空间的快速萎缩、生态质量的退化、生态结构的失衡、生物多样性的下降,使得由生态环境单一引起的区域尺度和城市一体化过程中出现的城市生态灾害频发。一方面,城市发展造成的空间侵占影响了现有绿色基础设施的功能与结构,另一方面,绿色基础设施功能的下降与结构的破坏所导致的生物多样性降低、空间破碎化等城市生态问题,进一步影响着由绿色空间所提供给城市的生态系统服务。很显然,城市中目前作为供给系统的绿色基础设施及其生态系统服务,无法满足城市增长过程中城市生态安全日益增长并不断变化的需要。


同时,还要重点关注适应城市增长的绿色基础设施需求体系。随着城市规模的扩大,对绿色基础设施生态系统服务的类型与总量需求也随之增加,主要体现在时间、空间结构两方面。时间结构主要表现为大型、超大型城市季节性需求的增加;空间结构一是配套绿地系统及开放空间体系类型需求更多,二是尺度从单体设施或具体项目层面转变为在区域尺度层面上的绿色基础设施体系。城市增长需要更多、更新的生态系统服务来满足可持续发展过程中城市生态安全的需求,因此,也需要更多作为生态系统服务载体的绿色基础设施做出适应城市增长需求的针对性回应。


在实际操作过程中,绿色基础设施规划还存在功能弱化与结构失衡的问题: 由于过度强调生态系统的供给角色,而弱化了城市对生态系统服务的真实需求;由于过度重视形态塑造与数量增加,而忽视了生态系统的服务质量是否有所提高;由于过度关注局部结构与单-功能,而缺乏对整体时空结构关系的理解和关注。在城市化地区,如何解决城市增长(UG)对生态系统服务的需求扩大与生态系统服务能力下降之间的矛盾,如何建立满足生态系统服务 (水调节)供需平衡的GI类型与优化结构并构建生态安全格局,这都是需要我们高度关注的问题。




基于生态系统服务空间流的生态空间高需求区识别

发展中国家大城市周边的半城市化地区面临着生态系统服务供需空间分离的问题。为探究人类需求在周边不相邻生态空间中的反映,探索现有生态空间体系在总量、分布方面对于服务需求的响应,我们提出了一种绘制半城市化地区生态系统服务需求的新方法。我们将城市建成区识别为服务受益区和需求产生源,将生态空间视为服务供给区和服务需求交付与聚集的汇合点,将生态系统服务空间流看作从需求源到汇的传递机制与生态过程。利用由流量、流边界、流方向、沿距离的分配模式四个指标构成的指标集合,对空间流的特征进行多维度描述,并分别表征将服务需求从建成区分配至生态空间这一过程的技术路径中四个关键环节,从而直观地反映人类社会需求投射至生态空间的空间特征。


通过对应各个特征指标的手段及具体策略,能够有效调控出现于上述空间内的高服务需求:一是控制流量。如通过对建设空间的需求制图,识别人类社会给生态系统带来的压力的关键区域,并在这些在产生高需求的建设空间内投资技术和工程,从源头上减少来自人类社会的服务需求,二是扩展流区域范围。如加强现有服务连接空间的结构连通性,以提升其承载的空间流的传输能力,或在潜在供给区与现有受益区之间构建新的服务连接区从而延长空间流分配服务需求的路径和距离,三是增加流方向。如在现有流区域的范围内构建新的服务连接空间,使更多生态空间成为分配需求的目的地,或增加能够提供相应服务的生态空间作为需求汇,从而创造新的流方向,或通过生态修复使现有生态空间具备提供生态系统服务的能力;四是定向提升既定距离内需求汇的服务供应能力。如增加植被覆盖面积以提升蓄水能力,或通过扩大湖塘面积、增加湖塘驳岸的绿地空间以提升其热环境调节的能力和范围,或在生态空间内增加旅游吸引物。此外,还可通过强化承载空间流的服务连接区的生态功能,在分配服务的过程中消解服务需求,减少抵达生态空间的服务需求总量。




构建多重生态系统服务能力指数 (MESC指数) 及其合评价模型

由于快速城市化地区生态空间的丧失与破碎化现象严重,其提供多重生态系统服务的能力已大大下降。在城市空间极为有限的情况下,如何识别具有关键景观生态功能的生态空间,并以此为基础构建有效且高效的城市生态网络 显得极为重要。传统空间优先级研究缺乏通用、明确、可重复的方法指标,我们课题组研究构建了多重生态系统服务能力指数(MESC指数)及其合评价模型,描述生态空间内部多重生态系统服务的综合能力,反映协同作用下多重生态系统服务对服务供给空间及周边环境表现出的联合影响,很容易地评估优先级排序间的共性和显著差异。


以斑块状生态空间为例,用MESC指数对其进行聚类分析,将研究区域的生态空间分为六个等级:作为核心生态保护地的一级生态空间,作为重要生态核心的二、三级生态空间,以及具有生态踏脚石潜力的四、五、六级生态空间。从投入最小、服务恢复难度最小的生态效益最大化角度来看,生态空间的优先级别越高,它提供的服务功能重要性越大,维持或提升服务的难度越小,因此应首先将这一空间识别为重要的生态保护地并纳入生态网终与生态安全格局中。


以水体线性空间为例,MESC指数为快速城市化地区复杂河网这一水体线性空间体系提供了一种识别空间优先级的技术路径。按照MESC指数的水平,苏嘉湖地区的水体线性空间可被划分为6个优先级:一级具有最高的生态保护价值,二级具有生态修复与提升的必要性,三级具有连接更高等级空间的作用,四级可视为关键的生态节点,五级具有缝合小型零散空间的功能,六级具有结构上的补充作用。


生态系统服务 (ES)的制图技术是生态系统理论走向实践的重要桥梁。研究发现,用于ES制图的单元可以分为两类:一类是使用相应的指标和方法对ES进行评估和制图的最小单元;一类是基于研究目标进行分析和应用的聚合单元,并将制图单元归纳为5种常用类型。在12个描述ES制图研究特征的变量中,显著景观特征、ES数量、使用的指标与方法、应用实践目标、进一步分析方向、研究支持的实践类型等变量会给制图单元的选择带来差异,并在不同单元类型中表现出特征模式。


同时,现有研究在最小单元内进行的ES评价的准确性也有待提高。我们尝试使用精细空间分辨率的网格,引入土地利用观测外的额外数据作为补充,通过细分土地覆盖类型减少ES评估误差。此外,聚合单元不足以在ES相关知识和实践领域之间建立起联系。在这一点的弥补上,具有具体规划/设计/分析目的的单元具有一定潜力。通过在小尺度上使用形态.范围与结构和基本实践单元相吻合的聚合单元,在大尺度上使用功能上满足分析与应用目的的聚合单元,研究者应该有意识地在适合城市管理的空间尺度上,建立对接城市规划单元的聚合单元,以保证将ES制图研究的结果与实践建立明确的联系。


城市公共空间是人们理解城市文化、关心城市环境的重要媒介,绿色基础设施能够帮助维持自然生态和人文游憩之间的平衡,妥善协调这两种基础设施有益于缓解城市中人与自然的关系。在生态文明建设的大背景下,整合规划两种基础设施以优化处理城市更新与生态建设之间的关系,既能增强城市绿色网络的生态连接性,又可以提升基础设施系统的综合服务功能。绿色基础设施在城市宏观尺度上强调发展战略性生态网络,提供生态服务的自然支撑系统,在中微观尺度上,除生态意义外,绿色基础设施也是满足生活需求的功能场所。公共空间与绿色基础设施可以通过转化与耦合达到互利互惠、相互协调、共同发展的效果,形成环境与人文共生的城市开放空间,构建人、自然及人工环境平衡共生且有机渗透的绿色基础设施网络。


个人名片

王云才 :同济大学建筑城市规划学院景观学系副主任、教授、景观规划设计博士生导师,上海同济城市规划设计研究院项目规划师。重点开展以图式语言为支撑的风景园林生态规划设计的科学研究,集景观规划设计、生态规划设计、旅游规划设计教学、科研和工程于一体。

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