京津冀城市群地區生態安全格局構建與保障對策

陳利頂,周偉奇,韓立建,孫然好

中國科學院生態環境研究中心,城市與區域生態國家重點實驗室,北京 100085

京津冀城市群地區生態安全格局構建與保障對策

陳利頂*,周偉奇,韓立建,孫然好

中國科學院生態環境研究中心,城市與區域生態國家重點實驗室,北京 100085

京津冀城市群健康與可持續發展是保障我國國家安全的重要基礎,但因其城市化過程缺乏區域間協同聯動,產業布局各自為政,導致生態用地流失、水生態失衡等問題,由此帶來生態系統服務下降、生態風險加劇、生態安全受到威脅。因此,如何從區域角度構建科學合理的生態安全格局,成為保障京津冀城市群區域一體化協同發展的關鍵。在國家重大專項(典型脆弱生態修復與保護研究——京津冀城市群生態安全保障技術研究,項目編號為2016YFC0503000)的支持下,該研究將圍繞“區域生態安全保障”這一核心主題,揭示京津冀城市群生態安全格局的維持機制與影響因子,重點研發關鍵生物棲息地生態修復、受損生態空間生態重建、生態監管與生態風險預測預警技術,進而構建區域協調與空間聯動的生態安全保障決策系統和預測預警平臺,并開展示范應用研究,為京津冀城市群地區生態安全保障提供技術支撐。

京津冀城市群地區; 生態安全; 受損生態空間; 生態修復; 生態重建

生態安全是一個區域性的復雜問題,不僅涉及到自然、社會、經濟的各個方面,而且涉及到不同空間尺度之間的協同聯動[1-2]。自20世紀70年代末提出生態安全概念以來,就引起了廣大生態學科技工作者的高度關注,圍繞其內涵、評價內容、風險預測、區域生態安全格局構建等方面開展了大量研究[2-5]。但是如何實現區域的生態安全仍然缺乏一個清晰的路線圖。

目前關于區域生態安全方面的研究主要有以下特點：(1)生態安全理論探討較多,成功的實踐案例較少。生態安全作為宏觀的、抽象的生態學問題,由于影響因素復雜多樣,如何建立一個科學的生態安全評價體系一直是爭議的焦點,截至目前也沒有一個公認的、客觀的評價指標體系,由此導致應用到實踐的成功案例十分少見[6-8]。(2)針對單要素、具體問題的生態安全格局設計較多,但從宏觀、綜合角度開展生態安全格局設計的工作相對較少。目前許多生態安全的研究多是從某個側面、針對具體問題所開展,如生物多樣性保護、洪澇災害防治、水土流失控制等,從多角度和多尺度開展生態安全的保障技術研究較為欠缺[9-12]。(3)針對生態健康與安全狀態評價很多,但缺乏有針對性的生態監管、風險預測預警實用技術和方法。在生態系統評價與監管方面,針對生態要素的監測技術和方法已經成熟,但如何通過生態要素的監測反映區域生態系統健康和安全狀態,目前還不明確[13-15]；在風險預測預警方面,大多忽視了從健康診斷到安全評估,再到風險預測預警以及他們之間的內在聯系,如何將風險評估、預測預警和區域生態安全結合起來目前開展的工作較少[16-17]。

隨著人口增長、城市化和經濟快速發展,城市群已經成為人類生活與生產的主要空間,同時成為驅動我國經濟發展和保障國家安全的重點區域[18-19]。以城市群為對象,研究生態安全保障技術將成為實現國家安全保障的重要基礎[20]。為了實現京津冀城市群地區的生態安全,目前亟待解決的突出問題有：(1)如何綜合考慮城市擴張、經濟發展和生態保護需求,從生態完整性和區域一體化協同發展角度,構建適宜該地區可持續發展的生態安全格局,將成為保障京津冀地區社會、經濟和生態安全的重要基礎；(2)如何通過技術研發,推動退化生物棲息地和受損生態空間的恢復與重建,通過生態網絡一體化建設完善區域生態安全格局,從而提高區域生態系統服務能力,將成為制約區域社會經濟可持續發展的重要因素；(3)開展生態系統評價與實地實時地監控區域生態要素,進而客觀、科學評價區域生態安全所面臨的風險、及時開展風險預測預警,將成為實現區域生態安全保障的重要前提。為此,研發基于生態功能網格的生態監管技術和風險預測預警技術,構建基于精細網格化的監管與風險預測預警平臺,將直接影響到區域生態安全的技術保障。(4)生態安全是多尺度、多要素、多層次的區域性問題,加上城市群空間耦合的復雜性,如何保障區域生態安全,急需建立一套基于區域協同聯動與生態安全保障的決策支持系統,提高決策的科學性和及時性,進而有效保障區域生態安全。

1 研究內容與關鍵科學問題

1.1 研究內容

為了實現京津冀城市群地區的生態安全,需要重點研究以下內容：

(1)區域生態格局演變與生態安全形成機制：針對京津冀城市群地區城鎮化帶來的生態環境問題,研究近40年來區域景觀格局演變特征,揭示影響生態安全的關鍵因子及其安全格局的關鍵節點和敏感生態空間；綜合考慮城市化發展、社會經濟需求和生態保護需求,從京津冀一體化協同發展與生態完整性角度,構建適合該區發展的生態安全格局體系。

(2)濕地與關鍵生物棲息地生態修復技術：結合地面調查和歷史資料,研究京津冀地區濕地景觀演變特征及其對區域生態安全的影響；在此基礎上,重點開展濕地景觀空間優化配置與生態重構、基于生態安全的人工-自然生境斑塊的廊道連通技術研發；探討基于微地貌水文過程和濕地植被的生態修復技術和方法,開展鳥類等關鍵物種棲息地生態修復技術研發和工程應用示范。

(3)受損生態空間生態重建與服務功能提升技術：針對京津冀城市群生態空間受損及生態服務功能退化,研究陸域受損生態空間的類型、特征,以及受損狀態的診斷技術和方法；以防風固沙和水土保持功能提升為目的,依托區域交通干線研究廊道式受損生態空間重構、服務功能提升的技術和模式；以城市擴張和資源開發造成的生態受損斑塊為重點對象,研發斑塊式受損生態空間的生態重構及功能提升技術和模式。

(4)生態監管、生態風險評估與預測預警技術：針對目前城市群地區生態系統監管單元和監管對象空間缺位現象,結合遙感、生態調查和社會經濟分析,重點研發生態功能單元網格空間識別技術、生態系統評價技術和空間顯性生態監管技術；針對京津冀城市群地區生態過程紊亂、生態流失衡等問題,利用空間分析技術、投入產出分析、生態網絡分析等技術手段,開展生態系統健康診斷、風險評估及預測預警技術研究。

(5)區域協調聯動與生態安全保障決策支持系統：開發集成多要素多模塊綜合聯動技術、生態安全協同會診技術、結構優化與功能分解技術,研制京津冀城市群區域協調聯動與生態安全保障決策支持系統(EDSS)與生態安全保障協同決策支持平臺。

根據上述研究內容,本項目共分解為7個任務。任務1： 京津冀城市群生態格局演變與維持機制研究,任務2： 濕地與關鍵生物棲息地生態修復技術,任務3： 受損生態空間生態重建與服務功能提升技術,任務4： 生態系統評價與生態監管技術,任務5： 生態風險評估與預測預警技術,任務6： 京津冀城市群區域協調聯動與生態安全保障決策支持系統和任務,任務7： 京津冀城市群地區生態安全關鍵技術綜合示范區建設。

1.2 總體思路與技術路線

該項研究將針對京津冀城市群地區生態安全面臨的突出問題,通過生態系統評價和問題診斷,識別影響區域生態安全的關鍵因子及其維持機制；進一步揭示區域生態安全存在的風險、敏感地區和受損生態空間的類型與特征；重點開展關鍵生物棲息地生態修復、受損生態空間生態重建、生態監管與生態風險預測預警技術的集成與研發；在此基礎上,構建區域協調與空間聯動的生態安全保障決策系統和生態風險預測預警平臺。具體技術路線如圖1所示。

1.3 關鍵科學與技術問題

項目研究將圍繞“京津冀城市群生態安全保障”這一核心主題,探討京津冀城市群生態安全格局的形成機制和京津冀城市群區域協調與空間聯動的機制。需解決的關鍵科學和技術問題包括：

(1)通過揭示影響該區生態安全的關鍵因子,探討區域生態安全的多尺度維持機制,構建適宜該區的生態安全格局；通過定量刻畫區域生態安全狀態,辨識構成區域生態安全格局的關鍵節點和受損生態空間。

(2)通過受損濕地景觀的生態修復,實現區域濕地景觀的空間優化配置,提高退化濕地關鍵物種棲息地生境的穩定性和完整性；通過技術研發,實現區域人工-自然生境斑塊的廊道連通,提高生物多樣性的保護功能,實現生物遷移與人居環境的雙重安全。

(3)綜合考慮生態系統服務供給與需求,構建基于生態系統格局-質量-功能-服務的區域生態系統評價方法；針對不同生態功能單元的重要性、脆弱性及人類脅迫程度,構建面向生態功能單元差異化監測與空間管制的技術體系。

(4)通過將物質能量代謝過程網絡模型應用到生態風險評價、預測預警中,建立多尺度、多要素、多維度的的生態系統健康診斷-安全評估-風險預測預警的技術模型。

(5)通過京津冀城市群區域協調聯動與生態安全保障決策支持系統(EDSS)的研發,實現區域多要素多模塊的系統集成,以及區域協調聯動和智能決策。

2 研究目標與預期成果

2.1 研究目標

京津冀城市群是我國繼珠三角和長三角城市群,又一高速發展形成的城市群,快速的城市化進程在提高物質生活水平同時,也對區域生態環境造成了一系列影響,阻礙了城市群社會經濟與生態環境的協同發展,直接影響到區域生態安全。該項研究將針對京津冀城市群地區生態安全面臨的突出問題,通過生態系統評價和問題診斷,識別影響區域生態安全的關鍵因子及形成機制；揭示區域生態安全存在的風險、敏感地區和受損生態空間的類型與特征；通過研發濕地景觀與關鍵生物棲息地生態修復技術、受損生態空間生態重建技術、生態監管與生態風險預測預警技術,為保障區域生態安全提供技術支持。在此基礎上,通過典型技術示范和綜合示范區建設,驗證和展示各項技術的特點和應用價值；并通過構建區域協調與空間聯動的生態安全保障決策系統和預測預警平臺,為京津冀城市群地區生態安全保障提供及時的決策咨詢服務。

圖1 京津冀城市群地區生態安全保障技術研究技術路線圖Fig.1 Flowchart on developing key technologies for establishing ecological security pattern in the Beijing-Tianjin-Hebei Urban Mega-region

2.2 預期研究成果

通過本項目的技術研發與成果集成,在國家城市群發展科技理論方面提高對生態安全的科學認識,集成生態保護、城市擴張和經濟發展的需求,構建生態安全的理論、方法和技術體系,提高生態安全保障技術的實用性；通過濕地與關鍵生物棲息地生態修復、受損生態空間生態重建與功能提升,提出具有針對性的實用技術,為構建合理區域生態安全格局提供技術保障；通過區域生態系統評價和生態監管技術、生態風險評估與預測預警技術和區域協調聯動與生態安全保障決策支持系統的研發,有效提升國家針對京津冀城市群開展生態系統評價、監管、預測預警的能力。預期研究成果有：

(1)京津冀城市群景觀格局演變與生態安全維持機制

(2)京津冀城市群地區生態安全空間識別技術體系與方法

(3)京津冀城市群地區關鍵生物棲息地生態修復技術體系與方法

(4)京津冀城市群地區受損生態空間生態重建與服務功能提升技術體系與方法

(5)京津冀城市群地區生態系統評價與監管技術體系與方法

(6)京津冀區域基于生態功能單元的生態系統評價成果

(7)京津冀城市群地區生態風險評估與預測預警技術體系與方法

(8)京津冀城市群區域協調聯動與生態安全保障決策支持方案

2.3 項目考核指標

本項目考核指標包括四個方面：(1)研發關鍵技術20余項。其中包括,生態系統評價與監管技術3項；生態健康診斷、安全評估與風險預測預警技術5項；關鍵生物棲息地生態重建技術6項；受損生態空間生態修復和服務功能提升技術6項；生態系統評價與監管系統1個,風險預警平臺1個。(2)示范區建設。將建設綜合示范區1個,典型技術示范工程8—10個,綜合示范區面積大于100 km2,核心示范區面積大于20 hm2。(3)技術規范和標準制定。針對研發的各項技術,形成技術指南(建議稿)10個,申報專利6—10個；(4)決策咨詢與文章發表。根據上述研究成果,通過凝練與集成,提交咨詢報告5份,發表學術論文50篇,出版專著5本。

3 結語

該項研究通過集成生態保護、城市擴張和社會經濟發展需求,開展生態安全格局空間制圖分析,提出京津冀生態安全格局的基本框架,將為京津冀一體化進程中的生態保護和恢復提供發展藍圖,為制定京津冀一體化發展路線圖提供科學依據。通過辨識影響區域生態安全格局關鍵節點和敏感生態空間,將避免生態修復與重建的盲目性,降低經濟成本提高社會經濟效益。通過濕地與關鍵生物棲息地生態修復和受損生態空間生態重建技術的研發與示范,將為全國城市群地區生態安全保障提供技術支持；通過構建面向區域生態系統評價的生態監管技術與生態風險預測預警技術集成與示范,將提高生態監管與生態風險預測預警的科學性、適用性和可操作性；通過區域協調聯動與生態安全保障決策支持系統研發,將為推動我國特大城市群地區生態安全保障,增強區域生態安全的宏觀調控和決策的前瞻性和科學性。然而,研究中因人為干擾、政策變化和氣候條件的影響,將會對技術示范工程的建設帶來一定的風險；此外,京津冀城市群地區涉及到的地區和部門非常多,面臨的問題十分復雜,如何協調地區之間、部門之間的需求成為該項研究的難點。

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Developing key technologies for establishing ecological security patterns at the Beijing-Tianjin-Hebei urban megaregion

CHEN Liding*, ZHOU Weiqi, HAN Lijian, SUN Ranhao

StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China

This paper presents a brief introduction of a project (Grant No. 2016YFC0503000) that is part of the "National Key Research and Development Program" entitled “Restoration and Protection of Specific Vulnerable Ecosystems”, which is funded by the Ministry of Science and Technology, P.R. China. This project focuses on the Beijing-Tianjin-Hebei (BTH) urban megaregion, one of the largest urban megaregions in China. The BTH urban megaregion has been experiencing rapid urban expansion since the late 1970s and the early 1980s, which resulted in a series of ecological and environmental problems, such as air pollution, ecosystem degradation, and loss of wetlands. How to balance the development of different cities in this region, and coordinate its relationship with environmental protection and ecological restoration has increasingly become a priority issue in this region. The overall objective of this project is to develop new technologies for ecological restoration and establishing a eco-security pattern. Specifically, we aim to 1) understand the mechanism of the current eco-security pattern development and its key driving factors; 2) to develop key technologies for ecological restoration of degraded wildlife habitats, damaged key ecological function areas, for ecological monitoring and management, and for ecological risk prediction and early-warning; and 3) to establish a decision-making support system, and a forecasting and early-warning platform. Results from this project will provide insights on understanding the patterns of eco-security in the BTH urban megaregion, and also provide technologies to support local practices of ecological restoration, and tools for regional decision-making to balance economic development and environmental protection in the purpose of enhancing eco-security. In addition, such practices and scientific understanding will also benefit the scientific community and decision makers in other megaregions.

Beijing-Tianjin-Hebei urban megaregion; eco-security; degraded and damaged ecological function areas; ecological remediation; ecological reconstruction

國家重點研發計劃項目(2016YFC0503000)

2016- 10- 14

10.5846/stxb201610142085

*通訊作者Corresponding author.E-mail: liding@rcees.ac.cn

陳利頂,周偉奇,韓立建,孫然好.京津冀城市群地區生態安全格局構建與保障對策.生態學報,2016,36(22):7125- 7129.

Chen L D, Zhou W Q, Han L J, Sun R H.Developing key technologies for establishing ecological security patterns at the Beijing-Tianjin-Hebei urban megaregion.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7125- 7129.