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2017 , Vol. 36 >Issue 3: 485 - 494

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj201703007

研究论文

城市区域生态风险预警方法及其在景观生态安全格局调控中的应用

  • 李杨帆 , 1 ,
  • 林静玉 1 ,
  • 孙翔 2
展开
  • 1. 厦门大学环境与生态学院,厦门 361102
  • 2. 广西大学环境学院,南宁 530004
孙翔（1982- ）,男,广西南宁人,副教授,博士,主要从事城市化的环境效应及城市精明增长建模研究。

作者简介：李杨帆（1978- ）,男,湖北黄石人,副教授,博士,主要从事海岸带城市化与区域环境变化方面的科研与教学工作。E-mail:

收稿日期: 2016-08-24

  要求修回日期: 2016-12-27

  网络出版日期: 2017-03-20

基金资助

国家重点研发计划（2016YFC0502904）

国家自然科学基金项目（41671084）

广西大学科研基金资助项目（xgz150300）

中央高校基本科研业务费专项资金（20720150074）

收起

An early warning method on ecological risk and its application to improve landscape ecological security pattern regulation

  • LI Yangfan , 1 ,
  • LIN Jingyu 1 ,
  • SUN Xiang 2
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  • 1. College of Environment and Ecology, Xiamen University, Xiamen 361102, Fujian, China
  • 2. School of the Environment, Guangxi University, Nanning 530004, China

Received date: 2016-08-24

  Request revised date: 2016-12-27

  Online published: 2017-03-20

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《地理研究》编辑部
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摘要

海岸带地区是中国乃至全球人口最稠密、城市化进程最快的区域,其生态风险与安全问题是关系人群和区域可持续发展的关键。运用景观生态学和景观生态安全格局理论方法,以厦门海岛型城市向海湾型城市战略转型这一快速、大规模城市化进程为大背景,提出基于2006-2015年城市不透水面变化率、风险受体敏感指标和生态红线管控的景观生态风险空间预警模型,与通过景观源—汇理论构建的景观生态安全格局相叠加,揭示厦门市景观生态安全格局在快速城市化的胁迫下现状与未来潜在风险状态,进而提出调控措施。研究表明：① 城市区域景观生态风险明显升高,风险预警高值区与ISA分布情况保持了较好的一致性,主要分布在以九溪流域、马銮湾、杏林湾、同安湾等港湾快速城市化区域,该部分地区城市沿河口空间外扩迅速,不透水面增长较快,对沿海湿地的侵占围填也较为严重,未来面临湿地或保护区破坏的生态风险较大。② 生态风险预警结果与景观生态安全格局相叠加,识别出区域景观生态安全格局中处于风险状态的关键源、缓冲区、廊道、战略点,设计规划未来厦门港湾区域景观生态安全优化格局,提出景观生态恢复与重建措施。将生态风险预警方法与景观生态安全格局调控设计相结合,能为城市区域环境管理与景观调控提供科学支撑。

关键词： 城市化; 生态风险; 生态安全; 景观格局; 调控; 预警

本文引用格式

李杨帆 , 林静玉 , 孙翔 . 城市区域生态风险预警方法及其在景观生态安全格局调控中的应用[J]. 地理研究, 2017 , 36(3) : 485 -494 . DOI: 10.11821/dlyj201703007

Abstract

Coastal zone is the most popular area and also the fastest urbanization area in China and even in the whole world. The ecological risk and security in the coastal region is the key component for the people and regional sustainable development. This study uses the theories and methodologies of landscape ecology and landscape security patterns and applies them to Xiamen city, which is under rapid urbanization progress, as a strategic transformation from its original island-based city to a new larger bay-area-based city. Xiamen case study highlights the need for effective methods for early-warning analysis at landscape level, with reference to the long-term urban development of the bay-area city. This study proposes a landscape ecological risk spatial warning model based on the integrated impervious surface area (ISA) change, risk receptor sensitivity and ecological red line governance to predict ecological early warning in Xiamen city during the rapid urbanization context of 2006-2015. The results overlap with landscape ecological security pattern built by "source" and "sink" theory to reveal current and potential risk pushing the implementation of governance. Our research reveals the following two findings: (1) The level of regional ecological risk deepens while the high risk warning values are in accordance with ISA distribution on the rapid urbanization areas. Tongan Bay, Xinglin Bay and Maluan Bay are typical areas faced with high ecological risk due to the reclamation and sprawl of ISA. (2) Overlaid with landscape ecological security pattern, we identify the likely landscape early-warning characteristics of changes to strategic sources, key nodes, ecological corridors and buffer zones of bay-area wetlands, and the consequent effect on the wetlands and regional ecosystem, resulting from the urban sprawl and proposed urban development. In the identification and assessment of landscape change and safety, it is important to take into account the design of a potential safety pattern within the landscape. The implementation of landscape ecological restoration and rehabilitation of wetlands in the early-warning region would allow a better integration of landscape and ecological safety into urban-regional planning and decision-making, which can further promote a sustainable planning system.

Key words： rapid urbanization; ecological risk; ecological security; landscape pattern; regulation; early warning

1 引言

快速城市化的负面生态环境效应已引起国际社会的广泛关注,区域生态风险评价与景观生态安全格局调控的研究是地理学、城市生态学、景观生态学研究的热点问题[1-3]。区域生态风险预警是指区域尺度上,干旱、洪涝等自然灾害,或者污染排放、城市开发、建设用地侵占等人为干扰胁迫下,不同生态系统风险受体由于其自身重要性和敏感性的区别,面向未来可能产生生态系统服务价值损失、生态功能退化、生态系统结构不稳定、生境破碎化、生物多样性损失等不利影响的潜在危害程度,具有区域性、叠加性、预警性等重要特征[4-6]。
生态安全格局指为维系特定区域正常的水循环、碳循环、能量流、信息流等,维持生物多样性水平不降低,保证生态系统的持续健康状态以及生态系统服务的持续供给而划定并实施严格保护的重要区域,国内外相关生态安全格局设计的理论方法已取得积极的进展。在理论方面,Colding[7]提出“生态土地利用互补”理论,提出提高景观生态多样性,例如通过不同城市绿地类型组合和搭配,增加生态系统的稳定性从而更好地保证区域的生态安全[8]。Yu等[9]提出“反规划”理论,强调以人口预测与市政基础设施为基础的城市建设已经不能成为城市规划的依据,以生态基础设施为依据的城市建设逐步成为建设标准,先进行保护区域划定后进行规划,有力支撑生态安全格局的规划。欧定华等[10]提出区域生态安全格局规划应遵循的技术流程。Grier等[11]则提出利用自然和人工建造的混合基础设施来增强海岸带的韧性,为海岸带生态安全格局的设计注入新元素。
生态安全格局设计遵循景观生态学基本理论框架,借助资源环境遥感和环境信息系统等先进技术手段,综合运用指标评估法、情景分析法、空间叠加等[12]方法,以区域整体生态系统稳定与健康为根本目标,明确关乎区域生态安全的重要生态斑块的规模和空间布局。俞孔坚等[13]分析了地质灾害、水文、生物等自然要素,同时还分析了文化遗产和游憩价值等社会人文要素,以北京市为例,综合运用空间叠加和情景分析的方法,给出低中高不同安全水平的综合生态安全格局。吴健生等[14]通过计算景观连通性指数,引入生态系统服务重要性等指标,对深圳市生态源地斑块进行识别,并据此构建生态安全格局。李月辉等[15]以各种生态控制因子为依据,进行城市拓展的适宜度分析,根据适宜度划分为生态保护区和城市开发利用区以生态保护区为基础构建生态安全格局。张小飞等[16]以景观功能网络评价结果为依据,划定关乎景观生态安全格局的两条重要的线,即生态红线和城市增长边界线。Jun[17]基于城市发展模式和固有的城市发展规律,预测未来城市的拓展空间,并据此界定城市增长边界和保护边界,并以此为基础设计生态安全格局;高晓路等[18]基于“点—轴系统”理论进行城市群边界识别。林勇等[19]给出生态安全格局、区域生态服务需求和生态红线之间的逻辑关系,并提出厘清其内在关系并进行量化的划分技术和理论方法。
综上所述,目前景观生态安全格局的构建方法已趋于完善成熟,为本文的开展提供了较为丰富的理论与方法学支撑。然而,城市生态安全格局的相关规划设计中对于未来生态风险防范等约束因素和预警方法的研究亟待加强。
基于此,本文采用生态安全格局领域较为成熟的源—汇方法来构建景观生态安全格局[13-15],并提出一套面向未来的生态风险预警评价模型;将生态风险预警的结果与景观生态安全格局进行空间叠加,识别源汇型景观生态安全格局中各重要生态要素面临城市化胁迫的生态风险状态,并有针对性地提出景观生态恢复与重建措施,为生态安全格局调控与管理提供科学支撑。

2 数据来源与研究方法

2.1 研究区概况与数据来源

2.1.1 研究区概况 厦门市是中国最早开放的四大经济特区之一,经历了“海岛型”发展战略、“海湾型”发展战略和“海峡西岸经济区”的发展思路变迁。由于其独有的经济地理沿海优势,经济发展迅速,城市化速度很快,城市空间拓展迅速,2002-2015年间,厦门市城市建成区面积从94 km2拓展到317 km2,2015年面积是2002年面积的3.37倍。尤其是在2006-2015年的这9年的快速城市化发展期,厦门市建设用地增加168.08 km2,相比2006年同比增长52.1%。通过分析厦门市2006-2015年城市扩展空间分异（图1）,发现新增建设用地侵占耕地的区域达到114.49 km2,侵占湿地的区域面积为53.59 km2,景观生态安全格局面临调整与重组,对厦门市开展研究具有典型性和代表性。
Fig. 1 The map of landscape classification and city sprawl in Xiamen city during 2006-2015

图1 2006-2015年厦门市景观分类与城市扩展图

2.1.2 数据来源 本文选用厦门市2006年2月22日与2015年1月14日两幅气象状况良好,少云的Landsat-5与Landsat-8遥感影像。条带号119,行编号43。对其进行几何校正、大气校正、图像裁切等数据预处理操作,作为原始数据源进行后续指标指数计算和模型求算。
厦门城市区域生态红线图和景观生态调控方案中的部分规划与工程参考引用自厦门市人民政府于2015年编制的《美丽厦门生态文明建设示范市规划（2014-2030年）》《美丽厦门环境总体规划（2014-2030年）》,以及2016年发布的《厦门市国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》。

2.2 生态风险预警方法

本文界定的生态风险预警是指风险受体暴露在外界压力、自身敏感性和管控措施相互作用综合作用的累积效应结果,借鉴相对风险模型和区域生态风险综合评价模型[20,21],生态风险预警具体计算公式为：
生态风险预警=生态风险压力×生态风险受体敏感性×生态风险管控措施 （1）
2.2.1 生态风险压力指标 本文选用不透水面增加率（+）作为生态风险压力指标的主要参考标准。利用厦门市2006年、2015年两期TM影像,采用传统混合像元分解模型得到两期影像的不透水面比例（%）,范围为0~1。在此基础上,将两期不透水面比例值相减,得到2015年厦门市不透水面增加率。若数值增加则表示风险压力存在,值越高风险压力越大,反之亦然。最后利用1 km×1 km采样格网对不透水面率进行格网内取平均,以每个格网为采样单元,进行Kriging空间插值,得到不透水面增加率栅格图[22,23],以此指示厦门市生态风险压力状况。
Fig. 2 Grid sampling and spatial interpolation

图2 网格采样空间插值法

本文采用1 km×1 km采样格网进行空间插值,如图2所示：假如斜线网格是目标像元,直接计算不透水面变化其值为-0.2用浅绿色表示,显示其不透水面是下降的,风险压力较小,通过5×5格网进行分析发现,该目标像元周围的像元有不透水面增加的比例也很高,综合25个像元的平均结果,最后目标像元的采样值应约为0.2,应为浅黄色,为有风险压力的状态。用采样格网进行重新采样其优势在于能把目标像元周边一定范围内的不透水面的变化信息用平均值的形式记录下来,体现目标像元受周围像元的共同干扰,这也是滤波分析常用方法。
2.2.2 生态风险受体敏感性 本文将标准化缨帽变换第三分量（+）表征为生态风险受体敏感性。基于多波段图像的线性变换的缨帽变换是属于遥感领域常用的一种光谱信息增强的重要方法,于1976年由Kauth等[24]提出。TM影像数据经缨帽变换后前三个组成分表示地表亮度、地表绿度和地表湿度特征,其中第三组成分湿度指数能表示植被冠层的含水信息（即保湿性）以及其他地表的湿度信息[25]。水是生命之源,植被冠层含水率影响植物光合作用和生物量,在同等水气条件下,植被冠层含水率越高植被的光合作用越强烈,生物量越高,陆地地表土壤的保湿性同样影响到生态系统的健康状态,而近岸海域的此湿度指数越高预示近岸海域泥沙等杂质含量越低,越接近干净水体,海域生态系统越健康,在诸多遥感及景观分析指标中,该指数能同时把植被冠层、土壤、水域的健康状态,具有明显的优势。
本文采用第三组成分湿度指数,该指数越大,说明目前该生态系统像元越健康越值得保护,如果未来生态风险干扰可能侵占到此类健康像元则认为不可接受。
采用标准化湿度指数,范围为0~1,标准化处理方法为：
KTtransform = ( WI - minWI ) / ( maxWI - minWI ) （2）
2.2.3 生态风险管控指标 厦门市生态红线管控范围是基于厦门市环境保护局局的陆域生态红线区域和厦门市海洋自然保护区,生态红线的管控力度（-）是生态风险管控指标的良好体现。若空间像元处于生态红线区的,预期未来该区域发生的生态风险会得到更好的控制,风险水平按原始值50%计算,因此生态红线管控取值为0.5,处于生态红线区之外,取值为1。

2.3 景观生态安全格局构建方法

本文采用景观生态学中的源—汇方法[26-28],识别城市区域景观中的关键源、缓冲区生态廊道、重要节点,并连接成生态保护网络[29],以此形成景观生态安全格局。
源点选择方法主要结合现有源点与识别关键“节点”构建源点体系[30]。对于沿海地区,重要的源应该包括湿地和林地两大类型,其中湿地的源主要包括面积较大的湿地自然保护区及其周围、面积较大的其他湿地核心生境、以及成片的森林（河流的源头所在地）。本文重点关注的港湾湿地的关键节点包括：河流入海口、河流交叉点、面积较小的湿地自然保护区、分散局部的面积较大但相对源较小的独立湿地生境斑块[31]。通过节点的选择,进而依托景观生态学的生态过程与空间格局耦合关联视角,通过景观生态风险评价实现多源风险的综合表征及其空间可视化[4,32]。
廊道构建方法主要选择生态系统中具备连通性、生态性的连接线[33,34]。本文主要包括河流廊道以及部分对于重要濒危的海洋珍稀动物其为了索饵、捕食、庇护、繁殖需要迁徙的重要海域通道。

3 结果与讨论

3.1 生态风险预警分析结果

生态风险预警中压力、敏感性和管控关键指标的空间量化结果如图3所示：压力ISA指标高值主要分布在海岸线周边快速发展区（如翔安区大嶝岛附近的新机场及其配套开发的填海区）;敏感性指标对城市建设用地和非城市建设用地区分度较为明显,非建设用地（湿地、耕地、林地等）敏感性较高;生态红线管控指标则体现了陆域和海域的综合调控方案,符合港湾快速城市化地区的特色。
Fig. 3 The map of ecological risk pressure assessment, ecological risk receptor sensitivityassessment and restricted development zones in ecological redline area

图3 生态风险压力、受体敏感性与生态红线区管控分析结果图

在生态风险压力指标、生态风险受体敏感性分析、生态红线区管控等三大指标的分析结果之上,根据景观生态风险预警的算法,得出最终的景观生态风险预警结果,如图4所示。可以发现,风险预警高值区与ISA分布情况保持了较好的一致性,主要分布在港湾快速城市化区域。
Fig. 4 Early-warning results on ecologicalrisk assessment

图4 生态风险预警结果

3.2 厦门景观生态安全格局关键要素

厦门港湾地区景观生态安全格局基本要素包括源、生态节点、生态廊道和缓冲区等,综合景观生态安全格局的方法识别结果如图5所示。
Fig. 5 The map of landscape security element distribution in Xiamen estuary (Base map: Regional landscape classification in 2015)

图5 厦门港湾景观生态安全格局要素分布图 （底图为2015年该区域景观分类图）

3.2.1 源与关键节点 按照景观生态安全格局中源点的识别方法,识别出厦门景观生态安全格局的关键源有包括西海域、同安湾口港口环境与珍稀海洋生物保持湿地等10处,如表1、图5所示。
厦门港湾湿地生态节点主要有河流入海口、河流交叉点及部分自然保护区等,如表2、图5所示。
Tab. 1 Key sources identification of landscapesecurity patterns in Xiamen

表1 厦门景观生态安全格局关键源识别

源编号 源名称
1 西海域港口环境与珍稀海洋生物保持湿地
2 同安湾口港口环境与珍稀海洋生物保持湿地
3 厦门东侧海域湿地
4 西部低山丘陵水土保持与生态林保育地
5 石兜—板头水库饮用水源重点保护区
6 西北部低山丘陵水土保持与生态林保育地
7 汀溪水库饮用水源重点保护区
8 东北部低山丘陵水土保持与生态林保育地
9 万石山森林公园
10 蔡尖尾山生态林保育地
Tab. 2 Key nodes identification of landscape ecological security patterns in Xiamen

表2 厦门景观生态安全格局关键节点识别

生态节点类型 生态节点名称(编号)
河流入海口 深青溪入海口(1#)、后溪入海口(2#)、官浔溪入海口(3#)、东西溪入海口(4#)、九溪入海口(5#)
河流交叉点 许溪与苎溪交叉点(6#)、汀溪与西溪交叉点(7#)、西溪与东溪汇集点(8#)、西溪与东溪分叉点(9#)、内田溪与九溪交叉点(10#)、官浔溪上游分叉点(11#)、东溪中游分叉点(12#)、内田溪上游分叉点(13#)、九溪上游分叉点(14#)
面积较小的湿地自然保护区 鳄鱼屿周围湿地(15#)、角屿周围湿地(16#)
本岛孤立湿地核心生境 筼筜湖(17#)、湖边水库(18#)
3.2.2 生态廊道 厦门港湾地区主要河流廊道包括：东西溪、官浔溪、后溪、九溪、内田溪、深青溪等河流干道;海域通道是指联系海域中关键源和节点的生态有效性通道。
3.2.3 缓冲区 本文缓冲区主要设置在关键源周围1 km范围、生态节点周围500 m范围、河流周围200 m范围。缓冲区内以植被、湿地为主要构成要素,不作城市建设用地开发或预留用地。
3.2.4 景观生态安全格局 由关键源、生态节点、生态廊道构成的厦门城市区域理想化的景观生态安全格局要素评价结果如图5所示。将理想化的景观生态安全格局图叠加于区域景观生态风险预警图之上生成图6,诊断和识别出处于预警状态的源、生态节点、生态廊道,提出景观生态恢复与重建的具体建议,以修复受到侵扰和破坏的厦门港湾景观生态安全格局重要组成要素和关键位置（表3）。针对上述景观生态恢复与重建的关键位置,结合地方生态功能区划、环境功能区划的要求,进一步明确其规划与保护目标,针对目标与现状的差距提出经济、有效、可行的生态恢复与重建途径和设计方案（表3）。
Fig. 6 The map of element evaluation on wetland landscape ecological security pattern in Xiamen estuary (Base map:Early-warning results on ecological risk assessment)

图6 厦门港湾湿地景观生态安全格局要素评价图 （底图为该区域生态风险预警图）

Tab. 3 The plan of wetland landscape ecological recovery and restoration in Xiamen estuary

表3 厦门港湾湿地景观生态恢复与重建方案设计

名称 关键位置与范围 规划与保护目标 调控措施
同安湾(东咀港)湿地片区 节点4#至9#间的两条廊道及其缓冲区、节点3#与4#缓冲区、节点3#与4#至节点15#的廊道及其缓冲区 开阔水域、湿地多样性生境 ① 严格控制围填规模
② 合理确定清淤区域和深度
③ 恢复红树林、沙滩等典型湿地生态系统
（下潭尾湿地公园）
④ 保护并逐步恢复文昌鱼栖息的湿地环境
杏林湾湿地片区 节点2#缓冲区、节点2#至源1廊道及其缓冲区、节点2#至6#廊道及其缓冲区 开阔水域、湿地多样性生境 ① 控制节点2#与源1间廊道西南侧填海造地规模,缓冲区范围内严格限制填海造地工程
② 节点2#至6#廊道缓冲区范围退围还海,廊道上快速退化区（距节点2#3 km处） 进行清淤整治,适当扩充人工湿地面积缓解湿地景观破碎化
马銮湾湿地片区 节点1#缓冲区、节点1#至源1廊道及其缓冲区 开阔水域、湿地多样性生境 ① 节点1#至源1廊道马銮湾海域内退围还海;
② 马銮湾湿地公园保护和建设。
同安湾(浔江)湿地片区 翔安隧道两端临近海域 维持浔江内珍稀海洋生物稳定的生存环境 合理安排翔安隧道建设工程施工时序和区域,严格回避白海豚繁殖的主要季节,回避鸟类越冬期（11月-4月）,减小工程对海洋生物的影响
西港湿地片区 东屿至大屿海域、高崎码头至石油码头海域 维持西港珍稀海洋生物稳定的生存环境、构筑生态岸线 ① 合理安排翔安隧道建设工程施工时序和区域,严格回避白海豚繁殖的主要季节,回避鸟类越冬期（11月-4月）,减小工程对海洋生物的影响
② 关键源内禁止填海造地工程,控制西港西侧海沧区黄金海岸房地产建设填海造地规模
③ 西港东西海岸建设生态防护林,构筑软质生态护岸
官浔溪流域片区 节点3#至11#廊道及其缓冲区、节点11#至源6廊道及其缓冲区 保证生物洄游畅通、较少入河泥沙、维持河流环境容量、防止源6水土流失和滑坡 ① 源6缓冲区内坡度大于35度区域退耕还林、加强护坡灌丛、生态林恢复建设
② 官浔溪缓冲区范围特别是节点处控制面源污染和点源污染,减少建设用地、农业用地对河岸滩湿地的无序侵占
③ 加强沿岸防护林和水源涵养林建设
④ 控制湿地面源污染和点源污染
九溪流域片区 节点5#、13#、14#缓冲区、节点5#至16#廊道及其缓冲区、节点10#至13#廊道及其缓冲区 增加滩涂湿地多样性、保证生物洄游畅通、较少入河泥沙、维持河流环境容量 ① 严格实施大嶝新机场工程的负面环境影响缓解措施
② 九溪入海口开辟红树林湿地及潮间带红树林修复,沿海的堤岸维护和近海岸线景观建设
③ 九溪、内田溪缓冲区范围特别是节点处控制面源污染和点源污染,减少建设用地、农业用地对河岸滩湿地的无序侵占
许溪与苎溪流域片区 节点6#至源6廊道及其缓冲区、源6在该流域的缓冲区范围 保证生物洄游畅通、较少入河泥沙、维持河流环境容量、防止源6水土流失和滑坡 ① 节点6#、节点6#至源6廊道缓冲区范围控制工业区开发建设对其的侵占
② 调整节点6#至源6廊道缓冲区范围内水库坑塘零星分散的破碎化格局
③ 源6缓冲区内坡度大于35度区域退耕还林、加强护坡灌丛、生态林恢复建设
④ 加强沿岸防护林和水源涵养林建设
⑤ 控制湿地面源污染和点源污染

4 结论

厦门港湾地区,是厦门本岛高度城市化达到饱和状态后向岛外港湾地区溢出的快速城市化的典型区域。厦门港湾地区累积性生态风险综合指标结果表明,区域景观生态风险程度有所提高,且与不透水面的增长有密切关联。生态风险较高的区域主要分布在厦门岛内其他行政区的入海口地区,主要以同安湾、杏林湾、马銮湾、九溪流域等区域为典型,该部分地区城市沿河口空间外扩迅速,不透水面增长较快,对沿海湿地的侵占围填也较为严重,未来面临湿地或保护区破坏的生态风险较大,需要进一步关注并且加强预警和管理。
区域生态安全状况可通过景观格局优化来改善,而景观恢复与重建则是景观格局优化的重要手段。以源、生态节点、生态廊道和缓冲区等作为厦门港湾湿地景观生态安全格局基本要素,由生态风险评价与景观生态安全格局叠加结果,本文建议实行景观生态恢复与重建片区包括：西港湿地片区、官浔溪流域片区、九溪流域片区（以翔安大嶝新机场为重点）、马銮湾湿地片区、杏林湾湿地片区、同安湾（东咀港）湿地片区,同安湾（浔江）湿地片区,许溪与苎溪流域片区。本文的预警结果与当前厦门市重点开展流域污染整治与近岸海域修复的重点区域相吻合,生态风险预警方法能较好应用于城市区域管理决策支持。
将不透水面的变化以及缨帽变换湿度指数融入生态风险预警评价是本文的新尝试,不透水面对最后生态风险预警结果具有重要影响。1 km × 1 km的采样网格作为同类研究常用尺度,也是本文生态风险预警所采用的空间尺度,不同尺度采样网格研究生态风险预警的空间尺度效应值得进一步深入探讨。
致谢：感谢美国内布拉斯加大学林肯分校的Tang Zhenghong副教授在英文润色方面提供的帮助。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
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彭建, 党威雄, 刘焱序, 等. 景观生态风险评价研究进展与展望. 地理学报, 2015, 70(4): 664-677.面向全球城市化进程的快速推进与生物圈环境变化的不断增强,生态风险评价能够明晰制约区域生态持续性的主要生态要素与过程,成为当前自然地理学与宏观生态学应对社会—生态系统综合管理的热点研究领域之一。景观生态学高度关注空间异质性及景观格局—过程互馈,景观生态风险评价则为这一领域提供了新的研究视角。本文明确界定了景观生态风险评价的概念内涵,系统梳理了景观生态风险评价与生态风险评价、区域生态风险评价的异同;从评价对象的类型选择、评价单元的景观意义表征、评价方法的范式统一、评价模型的指数化途径和评价指标权重设定等方面,探讨了国内外景观生态风险评价的近今进展;同时,研究还展望了景观生态风险评价的重点发展方向,即基于景观过程的生态内涵明晰、尺度推绎在风险评价中的应用、评价结果的不确定性分析、耦合非线性生态模型的风险阈值判定、生态系统服务及其价值的整合、源汇景观过程识别与模型综合集成。

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[Peng Jian, Dang Weixiong, Liu Yanxu, et al.Review on landscape ecological risk assessment. Acta Geographica Sinica, 2015, 70(4): 664-677.]

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周汝佳, 张永战, 何华春. 基于土地利用变化的盐城海岸带生态风险评价. 地理研究, 2016, 35(6): 1017-1029.在GIS和RS技术支持下,以行政区划为评价单元,从景观结构角度构建生态风险评价模型,借助地统计分析及空间自相关分析方法,对盐城海岸带地区2000-2010年景观生态风险的时空分异特征进行定量评价。结果表明：2000-2010年,盐城海岸带地区整体生态环境质量有所下降。10年间,研究区生态风险平均值从0.35增长至0.39,高等级生态风险区不断增加。土地利用生态风险程度整体空间分异性不断增加,局部呈现高—高聚集和低—低聚集。较高风险区和高风险区主要分布于射阳县、大丰市大丰港以北的沿海区域以及东台弶港附近,其原因主要是随着沿海开发的推进,临港产业和临海城镇的发展,海岸带土地利用变化加剧,沿海地区生态系统稳定性被破坏。

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[Zhou Rujia, Zhang Yongzhan, He Huachun.Ecological risk assessment based on land use changes in the coastal area in Yancheng city. Geographical Research, 2016, 35(6): 1017-1029.]

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王美娥, 陈卫平, 彭驰. 城市生态风险评价研究进展. 应用生态学报, 2014, 25(3): 911-918.随着城市化发展和城市人居环境的恶化,城市生态风险越来越受到关注,但尚缺乏有关城市生态风险评价的深入系统研究.本文依据城市生态学原理及生态风险评价框架从驱动力、风险源、风险受体与评价终点，以及生态风险综合评价方法等方面对城市生态风险评价研究进行综述.指出城市经济社会活动类型与程度是城市生态风险产生的主要驱动力;城市生态系统不同等级功能实体和城市整体是城市生态风险评价中的风险受体;城市生态风险评价终点包括城市生态系统结构、过程、功能要素，以及城市整体水平的性质和功能变化;耦合了社会经济需求的生态系统模型是城市生态风险评价方法的发展方向.未来城市生态风险评价研究应明确生态风险管理具体目标,确定综合性评价终点,建立多指标评价体系和综合评价方法.

[Wang Mei'e, Chen Weiping, Peng Chi. Urban ecological risk assessment: A review. Chinese Journal of Applied Ecology, 2014, 25(3): 911-918.]

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Colding J.'Ecological land-use complementation' for building resilience in urban ecosystems. Landscape and Urban Planning, 2007, 81: 46-55.ABSTRACT Few scientific analyses exist on how different land uses can be configured for greater support of biodiversity and ecosystem services. Based on ecological premises, and through a synthesis of information derived from the literature related to urban ecology, this paper elaborates on the potential biodiversity benefits of ‘ecological land-use complementation’ (ELC). The approach builds on the idea that land uses in urban green areas could synergistically interact to support biodiversity when clustered together in different combinations. As proposed, ELC may not only provide for increased habitat availability for species, but also promote landscape complementation/supplementation functions and other critical ecosystem processes; hence, realize ‘emergent’ ecological functions of land use. Planners and urban designers could adopt ELC to promote ecosystem resilience when planning new urban areas, such as in the support of ‘response diversity’ among functional species groups, and in the support of ecosystem services. ELC-structures in urban landscapes could also be used as arenas to promote participatory management approaches and Local Agenda 21. The paper concludes by summarizing some guiding principles for urban planning and design.

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刘春腊, 刘卫东, 陆大道. 生态补偿的地理学特征及内涵研究. 地理研究, 2014, 33(5): 803-816.地理学以环境—社会—人类动态的综合思维,以区域综合、区域间的相互关系、尺度间的相互转换等系统研究地球表层的性质和运动规律,"人—地"地域系统是其研究核心。生态补偿是一个典型的地理学研究命题,具有"人—地"地域系统的半开放性、非稳定性以及或然性特征。本文分析了生态补偿作为地理学研究命题的一般特征及其内涵。对于生态补偿是一个地理学研究命题的判断,依据在于自然地域系统厘定了生态补偿参与主体的基本关系、经济地理格局决定了生态补偿的空间差异、地域人文环境影响了生态补偿政策的制定及其补偿形式、地理学方法为生态补偿提供了技术与平台。区域是解读生态补偿问题的突破口,区域结构是制定生态补偿政策的重要参考、区域发展外部性是开展生态补偿的科学依据、地理要素资源的区域权属是确定生态补偿主客体的依据,生态补偿研究具有"区域—差异—尺度"的地理学分析范式。生态补偿的地理学特征表现在区域性、差异性、综合性、动态性等方面。

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[Liu Chunla, Liu Weidong, Lu Dadao.A study of the geographical features and implications of eco-compensation. Geographical Research, 2014, 33(5): 803-816.]

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Yu K, Li H, Li D.The negative approach and ecological infrastructure: The smart preservation of natural systems in the process of urbanization. Journal of Natural Resources, 2008, 23(6): 937-958.The conventional approach for economic centered urban development planning failed to meet the challenges of swift urbanization and sustainability issues in China.The "negative approach" defines an urban growth pattern and urban form,through the identification and planning of Ecological Infrastructure(EI),instead of reviewing through the projection of population and planning of civil infrastructure in the conventional approach.The negative approach has its roots in landscape urbanism and has evolved from the pre-scientific model of Fengshui as the backbone of human settlement,the 19th century notion of greenways as recreational infrastructure,the early 20th century idea of green belts as urban form makers,and the late 20th century notion of ecological networks and EI as a biological preservation framework.EI is composed of critical landscape structure that are strategically identified and planned to safeguard the various natural,biological,cultural and recreational processes across the landscape,securing natural assets and ecosystems services,essential for sustaining human society.EI functions as an effective tool for smart growth in the context of rapid urbanization,and is planned ahead of time,anticipating the scale,context and configuration of future urban development patterns.EI is strategically planned and developed using less land but more efficiently preserving the ecosystems services.Using Taizhou City as a case study,this paper demonstrates how to use EI as a tool to guide and frame sustainable urban development.

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欧定华, 夏建国, 张莉, 等. 区域生态安全格局规划研究进展及规划技术流程探讨. 生态环境学报, 2015, 24(1): 163-173.区域生态安全格局规划是化解生态保护与经济发展之间矛盾冲突的有效途径,进行区域生态安全格局规划研究具有重要理论和现实意义。但是,目前尚缺少对区域生态安全格局规划概念内涵、支撑理论、技术方法等相关文献的系统梳理和归纳总结。鉴于此,通过查阅大量文献资料、总结分析国内外相关研究成果,厘清了生态安全格局相关概念之间的逻辑关系,给出了区域生态安全格局规划的确切定义,对景观生态分类与适宜性评价、景观格局演变分析与动态模拟、生态安全预测预警、空间规划决策技术方法等区域生态安全格局规划相关支撑理论和技术方法,研究成果总结发现:景观生态分类指标构建理论和分类结果可靠性验证研究较为薄弱;应用较多的景观生态适宜性评价方法有"千层饼"法、层次分析法等传统方法和人工神经网络、遗传算法、元胞自动机等现代人工智能方法;景观格局变化驱动因子定量识别相对缺乏,各驱动因子间相互作用关系探讨不深入,常忽视景观格局本身对驱动因子的自适应和反馈作用;在众多景观格局动态演变模拟模型中,CA-Markov模型综合了CA和Markov模型的优点,可实现研究对象时空演变信息的精确挖掘;生态安全预警可弥补传统生态安全评价不能揭示生态环境质量长期动态变化状况的不足,能反映区域生态安全状况动态变化过程,是生态安全格局规划的重要基础;常见的空间规划决策技术方法主要有多准则数量优化法、空间分析技术方法、情景分析法、人工智能优化法和综合优化法,在综合优化法中CLUE-S模型能综合土地利用变化各驱动因子对不同时空尺度下的土地利用变化进行预测模拟,集成模型能集成多个模型优点来解决一些复杂空间格局优化问题,两者对进行区域生态安全格局规划方法探讨皆具有重要参考价值和借鉴意义。在此基础上,依据现阶段比较成熟的景观生态学理论、景观生态规划原理,综合集成现行空间规划决策技术方法,将区域生态安全格局规划技术流程概括为景观生态分类、景观格局演变分析、景观生态适宜性评价、景观格局演变动态模拟、生态安全预测预警、生态安全需求预测、多情景模式构建和总体规划目标确定、生态安全格局规划、多种规划方案比选、方案试点效果监测与评价、规划实施与执行监管等14个步骤。今后加强区域生态安全格局规划基础理论、技术方法、实践应用这3方面研究是未来该领域研究的重要方向。

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[Ou Dinghua, Xia Jianguo, Zhang Li, et al.Research process on regional ecological security pattern planning and discussion of planning techniqueflow. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(1): 163-173.]

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Grier A S, Wowk K, Bamford H.Future of our coasts: The potential for natural and hybrid infrastructure to enhance the resilience of our coastal communities, economies and ecosystems. Environmental Science & Policy, 2015, 51: 137-148.There is substantial evidence that natural infrastructure (i.e., healthy ecosystems) and combinations of natural and built infrastructure (-渉ybrid- approaches) enhance coastal resilience by providing important storm and coastal flooding protection, while also providing other benefits. There is growing interest in the U.S., as well as around the world, to use natural infrastructure to help coastal communities become more resilient to extreme events and reduce the risk of coastal flooding. Here we highlight strengths and weaknesses of the coastal protection benefits provided by built infrastructure, natural ecosystems, and the innovative opportunities to combine the two into hybrid approaches for coastal protection. We also examine some case studies where hybrid approaches are being implemented to improve coastal resilience as well as some of the policy challenges that can make implementation of these approaches more difficult. The case studies we examine are largely in the U.S. but also include a couple of international examples as well. Based on this analysis, we conclude that coastal communities and other decision makers need better information in order to incorporate ecosystem protection and restoration into coastal resilience planning efforts. As additional projects are developed, it is important to capitalize on every opportunity to learn more about the cost of natural and hybrid infrastructure projects, the value of the storm and erosion protection benefits provided, and the full suite of co-benefits provided by healthy coastal ecosystems. We highlight top priorities for research, investment in, and application of natural and hybrid approaches. These data are critical to facilitate adoption of these approaches in planning and decision-making at all levels to enhance the resilience of our coasts.

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徐德琳, 邹长新, 徐梦佳, 等. 基于生态保护红线的生态安全格局构建. 生物多样性, 2015, 23(6): 740-746.生态保护红线是国家依法在重点生态功能区、生态环境敏感区和脆弱区等区域划定的严格管控边界,是国家和区域生态安全的底线.随着生态保护红线理念正式上升为国家战略,以及划定技术与方法的发展完善,生态保护红线正成为生态安全领域的核心议题.由于生态保护红线具有明显地理边界,合理整合了多部门的生态保护成果,并更加全面地关注了多种生态过程,为生态安全格局的构建与优化提供了新思路.本文在梳理生态安全格局研究进展和生态保护红线划定科学本质与内涵的基础上,探索将生态保护红线区作为生态安全格局的源地,并以此为基础进一步构建生态廊道、生态战略节点等,从而形成涵盖重要生态功能保护格局、人居环境安全格局、生物多样性维系格局的生态安全格局体系.以生态保护红线为基础的生态安全格局建设,将有效保护、恢复和重建自然生态系统的完整性,维持重要生态服务功能的可持续性.今后需深入探讨生态保护红线区内生态过程-功能-格局之间的内在联系,并在生态安全格局海陆统筹保护、配套相应管控措施、建立监督评估机制等方面做进一步研究.

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[Xu Delin, Zou Changxin, Xu Mengjia, et al.Ecological security pattern construction based on ecological protection relines. Biodiversity Science, 2015, 23(6): 740-746.]

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俞孔坚, 王思思, 李迪华, 等. 北京市生态安全格局及城市增长预景. 生态学报, 2009, 29(3): 1189-1204.在快速城市化和城市生态安全面临巨大挑战的时代背景下，构建生态安全格局是实现区域和城市生态安全的基本保障和重要途径。在梳理国内外生态安全格局研究进展的基础上，提出基于景观安全格局理论的北京市生态安全格局网络和城市发展空间格局。通过对北京市水文、地质灾害、生物多样性保护、文化遗产和游憩过程的系统分析，运用GIS和空间分析技术，判别出维护上述各种过程安全的关键性空间格局（景观安全格局），进而综合、叠加各单一过程的安全格局，构建具有不同安全水平的综合生态安全格局，形成保障北京城市和区域生态安全的生态基础设施。在此基础上，提出城镇空间发展预景和土地利用空间布局的优化战略。对不同预景进行综合评价，结果显示：基于生态安全格局的城镇空间发展格局可以维持生态过程的连续性并克服常规城市发展模式下的蔓延，基于“满意生态安全格局”（中安全水平）的城市空间格局可以同时满足生态用地、农用地和建设用地的需求，是一个同时实现精明保护与精明增长的有效工具。

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[Yu Kongjian, Wang Sisi, Li Dihua, et al.The function of ecological security patterns as an urban growth framework in Beijing. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(3): 1189-1204.]

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吴健生, 张理卿, 彭建, 等. 深圳市景观生态安全格局源地综合识别. 生态学报, 2013, 33(13): 4125-4133.城市生态安全格局是景观生态学研究的热点和重点之一,识别源地是构建生态安全格局的首要环节.在总结已有研究中重要斑块识别方法的基础上,提出了结合景观连通性分析、生物多样性服务评估和生境质量评估来提取重要斑块的方法.以深圳市为研究区,采用基于图论的景观连通性指数、生物多样性服务当量、InVEST模型生境质量评估模块和GIS技术相结合的方法识别生态用地重要斑块.结果表明:深圳市生态斑块依照连通性、生物多样性和生境质量的综合评估分为五级,其中最重要斑块主要分布在龙岗区、盐田区和罗湖区;现行基本生态控制线政策可以保护大部分重要斑块.

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[Zhang Jiansheng, Zhang Liqing, Peng Jian, et al.The integrated recognition of the source area of the urban ecological security pattern in Shenzhen. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(13): 4125-4133.]

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李月辉, 胡志斌, 高琼, 等. 沈阳市城市空间扩展的生态安全格局. 生态学杂志, 2007, 26(6): 875-881.在分析沈阳市1956—2004年6个时期市区空间扩展规律及其原因基础上,选择地势地貌、地面塌陷危害、水体(河流湖泊和水田)、林地、基本农田和土壤污染6个生态控制因子,将城市拓展区分为优先发展、适合发展、限制发展和严禁发展4个等级,最终形成生态安全格局,揭示了生态安全保障下城市空间扩展的趋势和方向。结果表明:1956—2004年建成区持续扩增;2000年前,沿着浑河在东北-西南轴向延伸程度较大;2001—2004年城市集中向南、跨越浑河开发了浑南新区。沈阳市发展初期,其格局主要由工业生产力布局塑造,政治、经济因素为主导,至2004年,建成区面积已达291km2,再继续扩张,生态因素将成为城市发展的重要限制因子之一。生态安全格局显示东部、西部发展受到限制;北部、南部和西南部存在较大发展空间,尤其南部扩展空间更大,可以以南部为主要扩展方向。

[Li Yuehui, Hu Zhibin, Gao Qiong, et al.Ecological safety pattern of spatial extension in Shenzhen city. China Journal of Ecology, 2007, 26(6): 875-881.]

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张小飞, 李正国, 王如松, 等. 基于功能网络评价的城市生态安全格局研究: 以常州市为例. 北京大学学报: 自然科学版, 2009, 45(4): 728-736.基于景观功能网络评价,提出城市复合空间优化方案,并选择常州市 为研究区,实证城市生态安全格局理念在空间优化过程中的操作性.由于城市为整合社会、经济与生态功能的复合生态系统,本研究首先依据城市景观功能与结构特 征,将城市空间结构分为支持社会经济功能的红色景观,维持能源、资金、产品与信息传播、流通的灰色景观、保持生物多样性与调节区域环境的蓝色景观及绿色景 观.其次由功能网络连通性及其相互作用的角度分析城市景观格局、功能流路径与不同功能流在空间上的相互作用,以获得生态功能冲突与环境敏感区域的空间位 置.最后,从功能整体协调发展角度,将研究区分为优化开发、调整开发、限制开发及禁止开等分区,针对其存在的生态安全问题,提出符合城市生态安全的空间优 化方案.

[Zhang Xiaofei, Li Zhengguo, Wang Rusong, et al.Study on network analysis for urban ecological security pattern in Changzhou city. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis. 2009, 45(4): 728-736.]

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Jun M J.The Effects of Portland's urban growth boundary on urban development patterns and commuting. Urban Studies, 2004, 41(7): 1333-1348.This research investigates the effects of Portland's urban growth boundary (UGB) on urban development patterns and mobility. Three different methods are adopted for evaluating Portland's UGB: intermetropolitan comparisons; comparisons inside and outside the UGB; and, statistical analyses utilising regression models. Intermetropolitan comparisons do not support the conclusion that Portland's UGB has been effective in slowing down suburbanisation, enhancing infill development and reducing auto use. A significant level of spillover from the counties in Oregon to Clark County of Washington took place during the 1990s, indicating that the UGB diverted population growth into Clark County. Results from the statistical analyses also support the above findings. The UGB dummy variable was not significant during the 1980s and 1990s, indicating that the UGB had little impact on the location of new housing construction during the 1980s and 1990s. Unlike the UGB, the Clark County dummy variable is significant for both models, supporting the spillover effects of the UGB.

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高晓路, 许泽宁, 牛方曲. 基于“点—轴系统”理论的城市群边界识别. 地球科学进展, 2015, 34(3): 280-289.合理界定城市群的边界是认识和研究城市群的必然要求,也是通过空间规划落实区域功能空间布局和发展指向的基础条件。然而,社会各界对城市群的概念尚未达成统一的认识,对城市群空间范围的理解更是莫衷一是。为此,本文从经济地理学的"点—轴系统"理论出发,对城市群的概念进行了梳理,并提出判别城市群边界的4个步骤:一是分析对象区域是否存在若干发育良好的中心城市;二是分析这个区域的城市体系是否健全,是否具有较好的资源和环境条件;三是分析城市之间是否具有较强的社会经济联系,使之具有一体化发展的社会经济基础;四是通过对城市群实际生长边界的判别,对"点—轴系统"的发育程度进行评估,从而对该区域是否已经形成城市群进行判断。较之以往的学术研究,强调城市群的发育程度也应该作为城市群判别的重要条件,同时,也通过POI数据的Densi-Graph分析提出了判别城市群发育程度的方法。基于此,对京津冀及全国主要地区城市群的形成和发育进行了分析。结果表明,长三角城市群和珠三角城市群发展较为成熟,京津冀城市群一体化程度较之偏低,长江中游城市群和成渝城市群则尚处于形成阶段。这些结论对于客观认识城市群以及制定城市群未来发展的目标和战略具有重要意义,可为多层次的空间规划和管理政策提供参考。

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[Gao Xiaolu, Xu Zening, Niu Fangqu.Delineating the scope of urban agglomerations based upon the Pole-Axis theory. Progress in Geography, 2016, 36(5): 1244-1252.]

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林勇, 樊景凤, 温泉, 等. 生态红线划分的理论和技术. 生态学报, 2016, 36(5): 1244-1252.在重要生态功能区、生态环境敏感区/脆弱区等区域划定生态红线,控制人类活动强度,对于维护区域生态完整性和生态服务功能的可持续性,解决生态环境退化和资源枯竭问题,减轻异常自然灾害不利影响具有重要意义.虽然不少省市已开展生态红线划分和管理试点工作,但生态红线划分的理论和技术尚不完善.生态红线区划和管理急需理论指导和技术支持.对生态红线的内涵进行了分析,指出了空间红线、面积红线和管理红线之间的有机联系,强调了生态安全空间格局和区域生态服务需求在生态红线划分中的重要性;在生态红线划分技术研究综述基础上剖析了生态红线的研究中存在的问题,如划分方法简单粗放、对景观和区域尺度上的空间过程和空间联系考虑不足以及由于部门和学科分割带来的(海)水陆缺乏统筹等;论述了生态适宜性评价、景观/区域安全格局理论、海陆统筹理论、干扰生态学理论、生态系统管理和适应性理论以及驱动力-压力-状态-影响;响应(DPSIR)模型框架等技术方法和理论以及它们在在生态红线划分中的潜在应用;最后提出了基于生态安全格局和区域生态服务需求的生态红线划分的技术路线,并对今后生态红线划分研究进行了展望.提出的生态红线划分技术和理论方法可为今后生态红线的研究提供有益参考.

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[Lin Yong, Fan Jingfeng, Wen Quan, et al.Primary exploration of ecological theories and technologies for delineation of ecological redline zones. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(5): 1244-1252.]

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张思锋, 刘晗梦. 生态风险评价方法述评. 生态学报, 2010, 30(10): 2735-2744.生态风险是由环境的自然变化或人类活动引起的生态系统组成、结构的改变而导致系统功能损失的 可能性。生态风险评价是定量预测各种风险源对生态系统产生风险的或然性以及评估该风险可接受程度的方法体系,因而是生态环境风险管理与决策的定量依据。在 介绍了生态风险概念的基础上,按照风险源性质的分类标准将生态风险划分为化学污染类风险源、生态事件类风险源、复合类风险源3类,并分别论述了3类生态风 险对应评价方法的特点与发展的方向。另外,针对生态风险评价研究的现状,讨论了我国生态风险研究的优先领域,包括建立急性、慢性毒理数据库,构建外来生物 入侵风险评价标准等,同时,建议将综合概率统计学、复杂系统理论与遥感技术等手段引入生态风险评价方法中,以进一步提高风险评价结果在生态风险管理中的有 效性。

[Zhang Sifeng, Liu Hanmeng.Review of ecological risk assessment methods. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(10): 2735-2744.]

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付在毅, 许学工, 林辉平, 等. 辽河三角洲湿地区域生态风险评价. 生态学报, 2001, 21(3): 365-373.生态风险评价区别于生态影响评价的重要特征在于其强调不确定性因素的作用 ,区域生态风险评价相对于一般生态风险评价而言 ,其所涉及的风险源以及评价受体等都在区域内具有空间异质性 ,即具有区域分异现象 ,因而更具复杂性。以辽河三角洲湿地 (盘锦市 )为研究范围进行区域生态风险评价理论和方法的探讨。针对辽河三角洲主要生态风险源洪涝、干旱、风暴潮灾害和油田污染事故的概率进行了分级评价 ;并提出度量生态环境重要性和脆弱性的指标 ,分析了风险源的危害作用 ;运用遥感资料和地理信息系统 ( GIS)技术 ,完成了区域生态风险综合评价。

[Fu Zaiyi, Xu Xuegong, Lin Huiping, et al.Regional ecological risk assessment of in the Liaohe River Delta wetlands. Acta Ecologica Sinica, 2001, 21(3): 365-373.]

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Ridd M K.Exploring a V-I-S (Vegetation-Impervious Surface-Soil) model for urban ecosystem analysis through remote sensing: Comparative anatomy for cities. International Journal of Remote Sensing, 1995, 16(12): 2165-2185.ABSTRACT Growing interest in urban systems as ecological entities calls for some standards in parameterizing biophysical composition of urban environments. A vegetation-impervious surface-soil ( V-I-S) model is presented as a possible basis for standardization. The V-I-S model may serve as a foundation for characterizing urban/near-urban environments universally, and for comparison of urban morphology within and between cities. Inasmuch as the model may be driven by satellite digital data, it may serve as a global model of urban ecosystem analysis and comparison world-wide. The V-I-S model may prove useful for urban change detection and growth modelling, for environmental impact analysis from urbanization, for energy- and water-related investigations, and for certain dimensions of human ecosystem analysis of the city as well.

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Weng Q H.Remote sensing of impervious sufaces in the urban areas: Requirements, methods, and trends. Remote Sensing of Environment, 2011, 117: 34-49.ABSTRACT Available online xxxx Keywords: Urban remote sensing Impervious surfaces Remotely sensed data characteristics Urban mapping requirements Pixel-based algorithms Sub-pixel based algorithms Object-oriented method Artificial neural networks The knowledge of impervious surfaces, especially the magnitude, location, geometry, spatial pattern of impervious surfaces and the perviousness-搃mperviousness ratio, is significant to a range of issues and themes in environmental science central to global environmental change and human-揺nvironment interactions. Impervious surface data is important for urban planning and environmental and resources management. Therefore, remote sensing of impervious surfaces in the urban areas has recently attracted unprecedented attention. In this paper, various digital remote sensing approaches to extract and estimate impervious surfaces will be examined. Discussions will focus on the mapping requirements of urban impervious surfaces. In particular, the impacts of spatial, geometric, spectral, and temporal resolutions on the estimation and mapping will be addressed, so will be the selection of an appropriate estimation method based on remotely sensed data characteristics. This literature review suggests that major approaches over the past decade include pixel-based (image classification, regression, etc.), sub-pixel based (linear spectral unmixing, imperviousness as the complement of vegetation fraction etc.), object-oriented algorithms, and artificial neural networks. Techniques, such as data/image fusion, expert systems, and contextual classification methods, have also been explored. The majority of research efforts have been made for mapping urban landscapes at various scales and on the spatial resolution requirements of such mapping. In contrast, there is less interest in spectral and geometric properties of impervious surfaces. More researches are also needed to better understand temporal resolution, change and evolution of impervious surfaces over time, and temporal requirements for urban mapping. It is suggested that the models, methods, and image analysis algorithms in urban remote sensing have been largely developed for the imagery of medium resolution (10-100 m). The advent of high spatial resolution satellite images, spaceborne hyperspectral images, and LiDAR data is stimulating new research idea, and is driving the future research trends with new models and algorithms.

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Kauth R J, Thomas G S.The Tasselled cap: A graphic description of the spectral-temporal development of agricultural crops as seen by Landsat. In: Proceedings of the symposium on machine processing of remotely sensed data, Indiana: Purdue University West Lafayette, 1976.

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陈超, 江涛, 刘祥磊. 基于缨帽变换的遥感图像融合方法研究. 测绘科学, 2009, 34(3): 105-106, 163.本文阐述了图像融合和缨帽变换的意义,针对缨帽变换在植被信息提 取方面的优点,提出一种新的基于缨帽变换的遥感图像融合方法.为了验证算法的有效性,在城区遥感图像融合中,将其与其他几种图像融合算法进行比较.实验结 果表明,基于缨帽变换的遥感图像融合方法得到的结果图像纹理清晰、结构完整、光谱保持能力强,在城市零星绿地提取中有着显著的效果.

[Chen Chao, Jiang Tao, Liu Xianglei.Method of dymatic DEM of mining area generation and its applied research on land reclamation. Science of Surveying and Mapping, 2009, 34(3): 105-106, 163.]

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马克明, 傅伯杰, 黎晓亚, 等. 区域生态安全格局: 概念与理论基础. 生态学报, 2004, 24(4): 761-768.提出区域生态安全格局概念的提出, 适应了生态系统恢复和生物多样性保护的发展需求.针对区域生态环境问题,通过干扰排除以及空间格局规划和管理,能够保护和恢复生物多样性,维持生态系统结构、功能和过程的完整性,实现对区域生态环境问题的有效控制和持续改善.区域生态安全格局的研究对象具有针对性、研究尺度具有区域性、研究问题具有系统性、研究手段具有主动性.它强调区域尺度的生物多样性保护、退化生态系统恢复及其空间合理配置、生态系统健康的维持、景观生态格局的优化、以及对社会经济发展需求的满足.它更加强调格局与过程安全及其整体集成,将生态系统管理对策落实到具体的空间地域上,实现管理效果的直观可视.相关理论,景观生态学、干扰生态学、保护生物学、恢复生态学、生态经济学、生态伦理学、和复合生态系统理论等为其提供了坚实的理论基础.区域生态安全格局不存在一个固定标准,人类对生态系统服务功能需求的不断变化是生态系统管理的根本原因.实现区域生态安全不但要以社会、经济、文化、道德、法律、和法规为手段,更要以其不断发展对生态系统服务功能的新需求为目标逐步进行.区域生态安全格局研究对于解决区域生态环境问题具有不可替代的作用,具有广阔应用前景.

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[Ma Keming, Fu Bojie, Li Xiaoya, et al.The regional pattern for ecological security (RPES): The concept and theoretical basis. Acta Ecologica Sinica, 2004, 24(4): 761-768.]

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Yeh C T, Huang S L.Investigating spatio-temporal patterns of landscape diversity in response to urbanization. Landscape and Urban Planning, 2009, 93(3): 151-162.Landscape patterns in urban regions are usually influenced by human-induced change in land cover in the processes of urbanization. Landscape spatial patterns have profound implications for the functions of ecological systems, and landscape diversity is an effective parameter representing landscape spatial patterns. However, the dynamics of landscape diversity in response to urbanization and its...

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陈利顶, 傅伯杰, 赵文武. “源”“汇”景观理论及其生态学意义. 生态学报, 2006, 26(5): 1444-1449.格局与过程的关系是景观生态学研究中的核心内容.景观格局指数是定量分析 景观格局与生态过程的主要方法,但由于许多景观格局指数难以将格局与过程有机融合在一起而陷入困境,探讨景观格局分析中有效表征生态过程的理论与方法,对 于景观生态学的发展具有积极意义.基于大气污染中的"源""汇"理论,在已有研究基础上,提出了"源""汇"景观的概念和理论.认为根据不同景观类型的功 能,可以将他们划分为"源""汇"两种景观类型,从而将过程的内涵融于景观格局分析中.该理论认为:(1)在格局与过程研究中,异质景观可以分为"源"" 汇"景观两种类型,其中"源"景观是指那些能促进过程发展的景观类型,"汇"景观是那些能阻止或延缓过程发展的景观类型;(2)"源""汇"景观的性质是 相对的,对于某一过程的"源"景观,可能是另一过程的"汇"景观,"源""汇"景观的分析必须针对特定的过程;(3)"源""汇"景观区分的关键在于判断 景观类型在生态过程演变中所起的作用,是正向推动作用还是负向滞缓作用;(4)不同类型"源"(或者"汇")景观对于同一种生态过程的贡献是不同的,在分 析景观格局对生态过程的影响时需要考虑这种作用的差异;(5)"源""汇"景观理论可以应用于非点源污染、生物多样性保护、城市热岛效应等不同领域." 源""汇"景观理论提出的主要目的是探究不同景观类型在空间上的动态平衡对生态过程影响,从而找到适合一个地区的景观空间格局.这一理论的提出有助于推动 景观格局与生态过程研究的深入,希望以此为基础,通过大量的实证研究,丰富和完善"源"、"汇"景观的理论和方法.

DOI

[Chen Liding, Fu Bojie, Zhao Wenwu.Source-sink landscape theory and its ecological significance. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(5): 1444-1449.]

[29]
俞孔坚. 生物保护的景观生态安全格局. 生态学报, 1999, 19(1): 8-15.景观中有某些潜在的空间格局，被称为生态安全格局（ｓｅｃｕｒｉｔｙｐａｔｅｒｎｓ，简称ｓｐ），他们由景观中的某些关键性的局部，位置和空间联系所构成。ｓｐ对维护或控制某种生态过程有着异常重要的意义。ｓｐ的组分对过程来说具有主动、空间联系和高效的优势，因而对生物保护和景观改变具有重要的意义。生物的空间运动和栖息地的维护需要克服景观阻力来完成。所以，阻力面（流动表面）反映了生物扩散和维持的动态。ｓｐ可以根据流动表面的空间特性来判别。一个典型的生物保护安全格局由源，缓冲区，源间联结，辐射道和战略点所组成，这些潜在的景观结构与过程动态曲线上的某些门槛相对应。揭示了一般流动表面模型的点和线的特征与景观生态学和保护生物学中的景观结构之间的关系，证实了生态过程动态与趋势中某些门槛值的存在以及应用这些门槛值定义ｓｐ的可能性。ｓｐ可作为捍卫生物安全、维护生态过程的相对高效的空间战略。

DOI

[Yu Kongjian.Landscape ecological security patterns in biological conservation. Acta Ecologica Sinica, 1999, 19(1): 8-15.]

[30]
戴尔阜, 王晓莉, 朱建佳, 等. 生态系统服务权衡:方法、模型与研究框架. 地理研究, 2016, 35(6): 1005-1016.生态系统服务之间存在着此消彼长的权衡关系或彼此增益的协同关系,科学理解和权衡这些作用关系有利于指导生态系统管理实践,也对实现社会经济发展和生态保护的"双赢"目标具有重要意义。系统梳理了国内外现有的生态系统服务权衡研究工作,归纳总结了权衡研究的主要方法:统计学、空间分析、情景模拟和服务流动性分析方法;对权衡研究中常用的生态系统服务权衡模型进行了机理介绍和应用分析;进一步提出了权衡研究的理论框架和重要切入点,即生态系统服务的时空尺度特征、相互作用、效益和驱动机制。对生态系统服务权衡未来的进一步深化研究进行了展望,旨在为国内相关研究提供启迪和参考。

DOI

[Dai Erfu,Wang Xiaoli, Zhu Jianjia, et al.Methods, tools and research framework of ecosystem service trade-offs. Geographical Research, 2016, 35(6): 1005-1016.]

[31]
许文雯, 孙翔, 朱晓东, 等. 基于生态网络分析的南京主城区重要生态斑块识别. 生态学报, 2012, 32(4): 1264-1272.在城市化程度较高,用地极为紧张的大都市,识别重要的生态斑块对其进行保留和修复不仅对控制大城市的城市过度扩张、提升城市品质、优化人居环境具有重要意 义,也具有较强可操作性.以南京市主城区为例,在GIS技术的支撑下,(1)将景观阻力分析和网络分析相结合,定量表征研究区的潜在生态廊道,构建生态网 络,寻找生态节点；(2)对城市中生态斑块的特殊服务功能进行分析,筛选出具备河流生态防护、隔离工业污染和居民休闲功能的生态斑块；(3)对生态斑块的 规模进行分析,提取面积较大的斑块.综合分析后识别出7个重要的节点斑块,建议对其进行立法保护和修复,划定为永久绿地或永久生态空间,并对其建设方向提 出意见.

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[Xu Wenwen, Sun Xiang, Zhu Xiaodong, et al.Recognition of important ecological nodes based on ecological networks analysis: A case study or urban district of Nanjing. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(4): 1264-1272.]

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刘洋, 蒙吉军, 朱利凯. 区域生态安全格局研究进展. 生态学报, 2010, 30(24): 6980-6989.如何构建一个安全的区域生态格局,对土地可持续利用和区域生态安全有重要意义。区域生态安全 格局的构建需要多学科的综合、多角度的分析和多种实现手段的结合,一般从景观格局优化、土地资源优化配置和景观恢复等途径入手,构建结构合理、功能高效、 关系协调的区域生态安全模式。在分析国内外相关研究进展的基础上,对区域生态安全格局构建在数量优化、空间优化和综合优化等方法进行了总结,在此基础上提 出了构建区域生态安全格局的思路：区域生态现状评价、情景预案与目标设定、区域生态安全格局设计、方案实施及其效果评价、方案调整与管理。未来区域生态安 全格局研究的趋势表现为：空间优化模型的进一步改进;区域生态安全标准量化的探索;注重公众参与机制和不同组织水平利益相关者的协调。

[Liu Yang, Meng Jijun, Zhu Likai.Progress in the research on regional ecological security pattern. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(24): 6980-6989.]

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李谦, 戴靓, 朱青, 等. 基于最小阻力模型的土地整治中生态连通性变化及其优化研究. 地理科学, 2014, 34(6): 733-739.以南京市高淳区东坝镇土地整治项目为实验区,基于格局-过程-效应的视角,运用最小累积阻力模型分析土地整治对生态连通性的影响及生态格局优化途径。结果显示:①从景观格局看,土地整治后生态景观破碎度降低,集聚度上升,较整治前更规整,但景观优势、空间连接度和多样性指数下降,不利于整个生态系统的自组织能力与可持续发展;②从景观过程看,土地整治后原有的生态廊道被侵占和阻断,景观生态服务功能和强度均弱化。③从景观效应看,土地整治后生态功能连通性降低,生态流阻隔,形成明显的3个'生态孤岛'。因此,研究区在整治过程中需注意保护东-西方向生态流迁移关键通道和南-北方向、西南-东北方向辅助通道的畅通,努力优化整治区生态格局。

[Li Qian, Dai Liang, Zhu Qing, et al.Ecological connectivity changes and its pattern optimization during land consolidation based on minimal accumulative resistance model. Scientia Geographica Sinica, 2014, 34(6): 733-739.]

[34]
Forman R, Godron M.Landscape Ecology. New York: John Wiley & Sons,Inc, 1986.

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