城市群生態安全保障關鍵技術研究與集成示范
——以長三角城市群為例

王祥榮,樊正球,謝玉靜,李 昆,曾 剛,蘇 德,關慶偉,任 引,高 峻

1 復旦大學, 上海 200433 2 華東師范大學, 上海 200062 3 中國環境科學研究院, 北京 100012 4 南京林業大學, 南京 210037 5 中國科學院城市環境研究所, 廈門 361021 6 上海師范大學, 上海 200234

城市群生態安全保障關鍵技術研究與集成示范
——以長三角城市群為例

王祥榮1,*,樊正球1,謝玉靜1,李 昆1,曾 剛2,蘇 德3,關慶偉4,任 引5,高 峻6

1 復旦大學, 上海 200433 2 華東師范大學, 上海 200062 3 中國環境科學研究院, 北京 100012 4 南京林業大學, 南京 210037 5 中國科學院城市環境研究所, 廈門 361021 6 上海師范大學, 上海 200234

根據國家科技部 “典型脆弱生態修復與保護研究”重點專項(2016 年)指南任務要求,本項目將重點開展“長三角城市群生態安全保障關鍵技術研究與集成示范”的研究。基于對“長三角城市群重大生態安全問題的DPSIR多元共軛機理”及“長三角城市群生態安全協同聯動機制與保障路徑”重大科學問題的辨識,強化“1、5、1”的整體研究思路和技術路線,即：構建1個基礎理論框架、研發5大技術體系、創新1個協同聯動決策支持系統和平臺。項目成果將有助于長三角地區提高生態系統監管能力,促進區域健康發展,并為國家城市群可持續發展提供科學依據,具有極其重要的社會、經濟和生態效益。

生態安全評價; 生態修復;生態格局網絡設計;集成示范;協同聯動系統與平臺; 長三角城市群

生態安全是地球生命系統賴以生存的環境不被破壞與威脅的動態過程,包括自然生態安全、生態系統安全和國家(人類)生態安全(IESCO)。國外的探索和研究集中了交叉學科的優勢,如全球著名的美國圣菲研究所(SFI),德國柏林工業大學、歐洲環境局等。

國內外開展的主要工作有：沿海區域生態系統健康評價與環境預警[1],北美東部城市群和中國珠三角城市群LUCC與環境關系研究[2-4],東南亞、北美和南美洲LUCC和植被遙感研究[5-7],英國倫敦城市群防洪、熱島效應與基礎設施應對[8-9],高分網格法與海平面上升對城市生態系統的影響研究[10-11],歐洲城市環境與生態安全研究[12-13],美國Phoenix都市區城市化進程中生態系統初級生產力(NPP)研究[14]；我國陸地生態系統服務評估[15],生態系統服務制圖和空間定量化研究[16],區域生態安全格局[17],景觀生態安全格局[18],流域生態安全基線評估與流域生態安全格局構建[19],城市生態環境決策支持系統CityWare(奧地利環境軟件服務公司,2008),中國生態系統研究網絡[20],物聯網信息技術[21],大數據在城市規劃和管理中的應用[22],崇明島生態環境監測與預警系統[23],以及美、英、德、日、我國提出的“生態工法”在城市生態修復中的應用和對關鍵物種棲息地生態保護研究等；在城市群層次上,生態服務、空間結構規劃、經濟地理研究已有一定基礎,如長三角城市生態系統服務價值研究[24],長株潭城市群空間結構研究[25]等。

綜上,國內外前期主要開展了針對特定區域和特定生態環境要素的評價技術、方法以及決策支持系統研究,但在城市群生態安全保障技術研發及示范上,其研究尚不多見。本項目以我國典型城市群——長三角城市群為例開展生態安全保障技術與示范的研究。長三角城市群位于我國長江下游和東部沿海地區,是我國經濟增長最迅速、城市化最高的地區之一；但同時也是生態安全問題最突出的地區之一,表現為區域生態系統功能退化,人居環境質量下降,跨區域生態風險增加、環境協調能力不足,嚴重影響到了區域的可持續發展。因此,加強長三角城市群生態安全保障研究與集成示范,提高生態系統健康水平,推進綠色發展已成為國家重大戰略與區域發展的重大需求。

1 項目研究內容

本項目將圍繞“長三角城市群生態安全保障關鍵技術研究與集成示范”主體目標,開展以下重點內容的研究(圖1)：

(1)長三角區域生態系統評價、健康診斷與監管技術

基于模型、場景測試、環境物聯網等技術,研究近四十年來長三角區域生態系統時空演變規律,闡明城市化對區域生態系統的DPSIR(驅動力-壓力-狀態-影響-響應)多元共軛機理,開發構建具有實時、快速診斷與識別功能的生態環境監測系統,研發長三角城市群生態系統評價、健康診斷與監管技術體系。

(2)長三角城市群生態安全評估與風險預測預警技術

圍繞長三角城市群重點產業、城市災害生態風險和典型生態系統,通過MODIS遙感技術及GIS系統、環境物聯網和地面儀器監測相結合,傳統定位監測與智能化數據庫相融合的方式,構建集地表水、大氣、土壤、生物多樣性于一體、常規因子與特征因子相結合、常規例行監測與在線連續監測相互補、地面監測與遙感監測相配合、監測與分析預警功能相互聯的長三角城市群生態環境立體監測及預警體系,研發區域生態安全快速診斷與識別技術、生態安全綜合評估技術和標準,創新長三角城市群生態安全監管集成技術體系。

圖1 項目技術路線示意圖Fig.1 Schematic diagram of technical route

(3)長三角城市群關鍵生態景觀重建修復技術與示范

基于過程跟蹤的生態景觀梯級修復與重建技術,以長三角城市群河網景觀、環湖生態林、城鄉交錯帶和重要水源地等典型生態景觀為對象,研發生態景觀梯級修復、重建與服務提升技術；開展“點-線-面”多尺度結合的功能種篩選、結構配置與優化等生態重建技術研究與示范。

(4)長三角城市群典型受損生態空間修復保育及功能提升技術與示范

針對長三角城市群退化濕地、植被、棕地和關鍵生物棲息地等開展受損生態空間修復保育和服務功能提升技術攻關與示范,構建綜合監測與評估數據庫,量化生態修復與功能提升效應。

(5)長三角城市群生態安全格局網絡設計與綜合保障技術

研究基于生態系統“源-流-匯”空間格局理論與空間優化決策模型的城市群“三生”共軛生態空間規劃與生態安全格局網絡設計技術；開發基于城市群PREED(人口-資源-環境-經濟-發展)生態耦合協調、基礎生態空間網絡優化的生態安全綜合保障技術體系。

(6)長三角城市群生態安全協同聯動決策支持系統和平臺構建及集成示范

采用現代信息融合與同化技術,實現多源觀測數據融合與生態模型之間的優化,研究長三角城市群生態安全協同聯動機制與管控體系；開發不同時空尺度、不同生態安全模型與指標的云數據庫、模型庫與生態安全保障技術庫,研究多元數據融合同化和群決策模型優化技術；構建城市群生態安全協同聯動機制綜合決策支持系統與平臺,并開展集成示范。

2 總體目標及考核指標

本項目針對研究區高強度城鎮化的現實背景和生態安全保障需求,以我國典型城市群——長三角城市群為對象,重點圍繞1)區域生態系統評價與監管技術和區域生態健康診斷、安全評估與生態風險預測預警技術；2)關鍵生態景觀重建技術以及受損生態空間修復保育和服務功能提升技術；3)區域生態安全格局網絡設計技術及生態安全保障技術和4)城市生態安全協同聯動機制決策支持系統和平臺建設等內容,旨在通過多學科融合和產學研協同開展科技攻關以實現技術自主創新和集成創新,最終提升區域生態安全保障水平,促進長三角城市群可持續發展。

項目預期研究成果包括生態安全診斷評估、風險預測預警與監管技術9項,生態重建、修復與服務提升技術10項,生態安全保障數據庫、系統及平臺建設7個,生態安全保障技術集中示范點和示范基地10個,技術規程/導則13項,國家發明/實用新型專利/軟件著作登記權20項,發表核心以上學術論文50—60篇(其中SCI等論文20—25篇),培養20—30名科技骨干以及博士、碩士研究生25—30名。

3 結語

項目申報團隊聯合了在長三角城市群生態安全研究方面有重要合作基礎及科研成果的14家單位開展協作攻關。包括：“復旦大學、華東師范大學、南京林業大學、上海師范大學、浙江大學、上海交通大學” 等6所重要高校,“中國環境科學研究院、中國科學院城市環境研究所、上海環境科學研究院、上海市氣候中心、上海市九段沙濕地自然保護區管理署、中國科學院城市環境研究所寧波站”等國家+地方6家科研院所；以及“上海復旦規劃建筑設計研究院有限公司和江蘇三和園藝有限公司等2家企業單位和綜合集成示范單位-上海市崇明縣國家級生態文明先行示范區。項目研究中,將通過對城市群發展過程中生態風險的預測預警,及時、準確地診斷生態系統存在的問題,分析生態系統演變的動態特征,為正確決策提供科學依據；對重點產業進行調控和生態空間修復,可以極大地避免因生態問題導致的經濟損失；通過對生態安全三級指標的科學分析與數據融合,可以為實現區域生態管理、區域聯動與管控的綜合決策、提高長三角城市群的生態環境質量水平,促進社會經濟與生態環境協調發展,為國家城市群綠色發展戰略的制訂提供科學依據。但由于多家單位的參與,將存在各課題之間的交流和協作的流暢性問題,組織與管理具有一定難度。各參與單位及研究人員需緊密合作、及時溝通、相互支持,以保證研究任務的圓滿完成和成果提交。

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Integration and demonstration of key technologies for eco-security guarantee in the urban agglomerations: a case study of Yangtze River Delta, China

WANG Xiangrong1,*, FAN Zhengqiu1, XIE Yujing1, LI Kun1, ZENG Gang2, SU De3, GUAN Qingwei4, REN Yin5, GAO Jun6

1FudanUniversity,Shanghai200433,China2EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China3ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China4NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China5InstituteofUrbanEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Xiamen361021,China6ShanghaiNormalUniversity,Shanghai200234,China

According to the requirements of “Research on Typical Fragile Ecological Restoration and Protection” in 2016, this project will focus on the study of integration and demonstration of key technology for eco-security guarantee in the urban agglomerations of Yangtze River Delta. The program aims to reveal the conjugation mechanism of multiple ecological security problems of urban agglomerations in Yangtze River Delta by the framework of DPSIR, and develop the collaborative interaction regulations and guarantee paths. Accordingly, one basic theory framework, five major key technologies of guaranteeing ecological security and one collaborative decision support system and platform are intended to be proposed and developed. Our achievements would improve the ability of ecosystems monitoring and management in Yangtze River Delta, promote regional healthy development, and provide significant references for the sustainable development of national urban agglomerations. It would provide significant social, economic and ecological benefits. The whole program is sponsored by the National Key Research and Development Program of China (No.2016YFC0502700).

ecological security assessment; ecological restoration; ecological pattern network design; integrated demonstration; collaborative linkage system and platform；urban agglomerations of Yangtze River Delta

國家重點研發計劃項目(2016YFC0502700)

2016- 10- 15

10.5846/stxb201610152088

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xrxrwang@fudan.edu.cn

王祥榮,樊正球,謝玉靜,李昆,曾剛,蘇德,關慶偉,任引,高峻.城市群生態安全保障關鍵技術研究與集成示范——以長三角城市群為例.生態學報,2016,36(22):7114- 7118.

Wang X R, Fan Z Q, Xie Y J, Li K, Zeng G, Su D, Guan Q W, Ren Y, Gao J.Integration and demonstration of key technologies for eco-security guarantee in the urban agglomerations: a case study of Yangtze River Delta, China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7114- 7118.