城市生態基礎設施管理研究進展

徐翀崎,李　鋒,韓寶龍

1 中國科學院生態環境研究中心,城市與區域國家重點實驗室, 北京　100085 2 中國科學院大學, 北京　100049

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城市生態基礎設施管理研究進展

徐翀崎1,2,李鋒1,*,韓寶龍1

1 中國科學院生態環境研究中心,城市與區域國家重點實驗室, 北京100085 2 中國科學院大學, 北京100049

摘要:城市生態基礎設施作為城市生態系統的重要組成部分,在維持自然生態過程穩定、促進社會經濟發展、保障人居環境質量方面發揮著重要的作用。在快速城市化進程中,對城市生態基礎設施進行科學的管理顯得尤為重要。在重新明確城市生態基礎設施管理概念和內涵的基礎上,歸納提煉了4項管理原則,并對現有管理類型進行了梳理。對生態基礎設施管理涉及的3個關鍵問題的常見解決方法進行了總結、分類,并對每類方法的優劣進行了分析討論。針對此領域的工作做了展望。對于現有城市生態基礎設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,也為城市生態基礎設施管理提供了科學依據和案例參考。

關鍵詞：生態基礎設施；城市管理；核心區域；空間格局

城市是一類以人類活動為中心的社會-經濟-自然復合生態系統[1],城市基礎設施則是城市存在和發展的物質基礎[2]。隨著城市擴張帶來的“城市病”現象越來越嚴重,城市生態基礎設施這一概念逐漸被提出并得到了廣泛的關注和認可[3- 5]。城市生態基礎設施既是城市復合生態系統的重要組成部分,提供著維持自然生態過程穩定的功能；又是城市基礎設施的重要組成,在促進社會經濟發展、保障人居環境質量方面發揮著重要的作用。對于城市生態基礎設施的科學管理將直接決定著城市生活環境和生活質量的優劣。因此,本文從城市生態基礎設施管理的概念內涵、保護和構建原則、現有管理方法、管理理論基礎和模型等方面進行歸納總結,并進行深入討論,進而明確今后的研究重點,并為城市生態基礎設施管理提供經驗和樣本。

1城市生態基礎設施及其管理的概念及內涵

1.1城市的定義與尺度問題

在科學界,城市的定義從未有過統一的答案,不同國家以及不同學科賦予了城市不同的定義[6]。在生態學科或環境學科中,我國學者嘗試用定量化方法提取城市邊界的研究有許多,如夜間燈光數據提取法[7]、碳排放核算法[8]、全色遙感影像提取法[9-10]、雷達干涉相干系數分析法[11]等,但也并未有統一的結論。鑒于本文研究內容的需要,定義城市的范圍為市域范圍主要是參考行政邊界進行劃定。另外針對建成區尺度和社區尺度等不同尺度存在研究側重點不同的問題,本文也將對其特點與差異進行論述。

1.2生態基礎設施的定義與范圍

劉海龍等[12]的研究綜述對“生態基礎設施”(Ecological Infrastructure, EI)名詞的起源、國內外研究中其內涵的發展演化過程,以及與“綠色基礎設施”(Green Infrastructure)等相關概念進行了詳細的闡述與辨識,其中也涵蓋了我國王如松、俞孔堅等知名學者的研究成果。李鋒等[5]在此基礎上提出了“城市生態基礎設施”的概念和范圍。

簡單來說,城市生態基礎設施包括綠色基礎設施(綠地、濕地)和生態化的工程基礎設施(生態化手段改造或替代道路工程、不透水地面、屋頂墻體等),是城市可持續發展的重要基礎,也是建設生態城市的重要保證[5,12]。生態基礎設施是一個綜合的網絡體系,對于規劃、建設和管理生態城市具有重要的指導和評價意義,因此將生態基礎設施作為一個整體提出,目的是保持體系的系統性和完整性。

1.3城市生態基礎設施管理的內涵

對于管理的定義目前沒有統一結果,且隨著人們認識的深入和管理實踐的發展而不斷發展。聶法良等[13]通過分析統計國內外專家學者對于管理所做的24個定義,發現“職能、資源、目標”出現的頻率最高,并歸納出具有共識性的觀點,即“管理是一個過程”。管理的概念和體系隨著與各項學科的交叉應用中不斷的豐富和完善,并有所側重,在城市生態學領域則產生了城市管理、生態管理、城市生態管理、城市復合生態管理等概念和體系。因為注重過程,所以這些概念都會明確管理目標、管理主體、管理對象、管理方法。

城市生態基礎設施管理目標以城市可持續發展為總體目標,通過對現有生態基礎設施重要性進行評估、合理性進行評價,進而找出問題,設定相應目標；管理對象包括現有城市生態基礎設施和應成為生態基礎設施的部分；管理方法包括政策引導、市場引導、立法保護等。

本文認為,城市生態基礎設施管理是一個主動的管理過程,不是被動的擬合原有的城市擴張規律和生態基礎設施斑塊破碎化的趨勢分析,而是需要明確城市增長和擴張過程中有利于城市可持續發展的生態基礎設施保護和構建的原則,并整合現有的相關管理方法,提出一套針對城市生態基礎設施的系統的管理方法與方案。

2城市生態基礎設施管理原則

通過對已有的優秀生態基礎設施構建和管理案例[14- 17]進行研究,分析其中的指導思想與核心問題,并結合前人對生態基礎設施構建原則的看法[4]加以梳理總結,最終本文概括性的提煉出了四大核心原則。

2.1優先保護原則

生態基礎設施核心區域是構成城市大環境生態基礎設施網絡的核心,也是防止城市無序擴張蔓延的重要防線,是保障城市生態安全的最基本前提。因此,優先保護原則旨在通過識別和判斷生態基礎設施中重要性高的區域,即生態基礎設施核心區域,進而優先進行強制性重點保護和永久保留[4]。

2.2結構優化原則

已有研究表明,生態網絡結構的構建可大幅提升生態系統服務功能[18]有助于保護生態環境、維持生態安全,又有利于生態系統服務功能發揮更大的價值。另外,景觀生態學中“斑塊-廊道-基質”概念已成為此類領域眾多研究的基礎[14,19- 23]。因此,結構優化原則旨在通過保護和重建重要生態廊道,緊密聯系各生態基礎設施核心區,形成綠網、水網等網絡體系,進而優化城市空間布局、引導城市發展規劃、改善城市生態環境。

2.3動態適應性原則

由于城市發展的動態性導致了生態用地逐漸被蠶食的動態性。城市發展擴張的新增建設用地選址的科學性會決定對生態基礎設施結構和功能影響的程度[17]。因此,動態適應性原則旨在保留生態基礎設施核心區域和網絡結構的同時,予以城市發展一條對生態基礎設施結構和功能影響最小的動態的發展路徑,也是生態基礎設施的動態保護路徑,有利于為城市總體規劃、土地利用總體規劃提供科學依據。

2.4適度干預原則

城市生態基礎設施的管理并非一味的保護而拒絕人工的干擾。事實上,對于脆弱性強的未利用地、硬化的城市地表等可作為生態基礎設施的用地需要一定的人工設計和適當的工程措施才能達到生態基礎設施的要求。對于與城市居民生活密切相關生態基礎設施,如城市公園、居住區附屬綠地等,在構建過程中也應充分注重視覺美感,增強其休閑娛樂功能。另外,屋頂綠化建設成本相對較低,且可以提供多種生態服務功能,如緩解熱島效應、降低城市噪音、改善城市景觀等,具有推廣價值[24- 26]。因此適度干預原則旨在對于建設和改造生態基礎設施時,適當的進行人工干預,利用先進的工程技術和景觀學原理、美學原理等科學原理進行優化,從而提高其生態系統服務功能的價值。

3城市生態基礎設施管理類型

由于城市生態基礎設施管理的復雜性和構建內容的多樣性,現階段關于城市生態基礎設施的管理較為分散,缺乏系統全面的城市生態基礎設施管理體系,相應的法律法規也較為缺乏。目前,對于國內外城市生態基礎設施的管理類型可以總結為兩大類：引導式管理和強制性管理。

3.1引導式管理

引導式管理主要是通過政府政策引導或市場引導,進而對城市生態基礎設施進行保護和恢復的管理方法。政策引導管理的空間尺度往往較大,如區域尺度、市域尺度等,因此需要進一步進行規劃細化才能落實；市場引導則是依靠經濟杠桿,由市場自發的進行調控,周期較長,效果較慢。

3.2強制性管理

強制性管理主要是通過相關立法和強制性標準等來對城市生態基礎設施進行強制性保護和修復措施。由于相關法律法規和強制性標準要落到實地,其涉及空間尺度相對較小或是針對的內容更為單一,例如居住區尺度、建成區尺度或只針對耕地、濕地、水體等某一項生態基礎設施。由于強制性管理具有法律效力,且指標范圍明確,因此是一類快速有效的管理方法。

引導式管理可在條件成熟時轉化成強制性管理。引導式管理一般屬于具有相對明確目標的探索式管理,需要一段較長的周期深入研究相關理論機理,并進行試點應用,實際驗證效果符合預期的才能最終形成強制性管理的法律條文或行業標準等。表1歸納了我國與城市生態基礎設施有關的部分較為重要的和最新的管理政策及其類型。

表1　我國城市生態基礎設施相關管理類型與具體政策

4城市生態基礎設施管理關鍵內容及對應方法

對于生態基礎設施的管理不論是處于摸索期的引導式管理還是已經形成法律條款的強制性管理,都有相應支持的關鍵內容與對應方法。因此本文在概述城市生態基礎設施及其管理概念、原則和類型的基礎上,對3個關鍵問題(識別生態基礎設施核心區域、核算生態基礎設施合理面積、優化生態基礎設施布局)的常見解決方法進行了總結、分類,并對每類方法的優劣進行了分析討論(表2)。對于現有關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,也為城市生態基礎設施管理提供了科學依據和案例參考。

表2　城市生態基礎設施管理關鍵內容、對應方法分類及其優劣分析

4.1城市生態基礎設施核心區域識別

城市生態基礎設施核心區域應該包括難以移動、難以復制、具有高復合生態價值或開發成本高、開發風險性大的不適宜進行工業化或城鎮化建設的區域以及國家明令保護的區域。通常,核心區域的確定方法可總結為以下兩種：直接識別法和因子疊加識別法。

相關研究表明,一般可直接劃入核心區域的生態基礎設施包括：最具生態重要性的大型自然斑塊[20-21](敏感物種棲息地、連續分布超過100hm2的森林、100hm2以上的原生生態濕地)和國家指定的保護區[19](國家級自然保護區、世界文化和自然遺產、國家重點風景名勝區、國家森林公園、國家地質公園、一級地表水源保護區[27])。事實上,通過研究申報條件可以發現,國家強制性保護的區域,都是具有極高社會-經濟-自然復合生態價值的區域。另外,除了現有生態基礎設施核心區域的保護,一些人工恢復和構建的生態基礎設施也會成為核心區域得到永久保護。例如胡潔等[28]設計的北京奧林匹克森林公園作為人工新建的生態基礎設施被北京市人民政府定位為永久性的城市公共綠地,并對周邊提供著重要的生態服務功能。

因子疊加識別法,類似千層餅模式[29]和環境敏感區域模型[30],通過篩選易獲得且相關性強的因子,獲取其圖層進行重要性分類分級[20],之后應用GIS進行疊加計算分析,得到最終的受保護區域。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、工程地質圖、土壤深度、植被覆蓋度、地質災害發生圖、道路、水體、人工化程度等[20,31]。以此模型為基礎,眾多學者分別從生態安全格局[14,22-23]、可持續發展[32-33]、土地利用現狀規律[34-35]、市域尺度生態經濟區劃[31]、生態用地重要性分級[36-37]、生態系統服務功能價值和開發風險性[20]、生態敏感性與脆弱性[38-39]的角度進行研究,表明通過GIS疊加各因素計算得到的地質災害易發區、生態敏感區、生態功能重要區,以及具體的包括坡度較陡或海拔較高的山地、河網、海岸帶和連續分布的且具有較大面積的林地等應成為生態恢復和保護的重點。

綜合對比這兩種方法,可以發現：直接識別法依據國家相關的保護規定和現有的較為認可的大型自然斑塊,將這些區域直接進行保護規避了復雜的分析過程,簡單明確,易于操作,但是此方法現存的最大問題就是保護邊界往往不能落到具體的坐標,導致無法進行嚴格的保護；因子疊加識別法考慮因素系統全面,因子選取因地制宜,有較好的靈活性、綜合性和科學性,但此方法最大的問題在于關于因子的篩選方法、因子圖層重要性分類分級的依據、圖層之間疊加的權重等問題目前尚無統一規定,這就造成了模型使用者必須具備扎實的生態學基礎和項目經驗,才能做出符合實際的科學的結果。

4.2城市生態基礎設施合理面積核算

生態基礎設施面積核算方法可以分為3類：經驗標準法、供需平衡法和安全格局法。

經驗標準法一般遵照國家和地方的相關法律、法規、標準以及參照地方政府的發展目標,進而明確城市生態基礎設施的面積。此類經驗標準總結起來還可以分為兩類,一類是對生態基礎設施總量的控制要求,例如衛生學和防災防震對城市綠地面積比例的要求[40]、土耳其發展法對大城市市區范圍內和范圍外人均開敞空間的要求[41]、我國開展生態城市等評定工作時對綠地率、綠化覆蓋率等標準；另一類是各個管理部門對于不同類型生態基礎設施的專項要求,例如我國在對綠地規劃指標相關標準有最低要求的《城市綠化規劃建設指標的規定》,城市濕地規劃則需要在保持自然水系狀態的前提下,符合《城市水系規劃導則》中對城市水面率的要求及《城市藍線管理辦法》中對水系的規劃管理要求[42]等。

基于生態系統服務功能的供需平衡法是測算合理的生態基礎設施面積比較常見的方法,通常選取一種生態系統服務功能進行研究和計算,但并非所有功能都適宜在市域尺度進行供需平衡測算。Costanza等[43]于1997年系統的提出了17項生態系統服務功能,Bolund和Hunhammar[44]在此基礎上進行研究認為,其中6項服務功能(凈化空氣、減緩熱島效應、噪聲削減、雨水內排、污水處理、娛樂與文化價值)在城市范圍內尤其重要,并討論了對應的生態系統在城市中的面積和價值。對于碳氧平衡理論,在論證了市域等小尺度研究的合理性和對于全球尺度碳氧平衡的重要作用[45]之后,許多科學家基于此理論分別根據固定年份城市耗氧量[46]、預測人口增長及耗氧量[47]等進行了靜態或動態的計算。Yin等[48]和Andin等[41]則建立了測算碳氧平衡的模型提高計算準確性。此外,根據供需平衡原理,Bagliani等[49]將人類社會的生態需求與自然土地的生產供給能力通過生態足跡和生態承載力相結合,來測算城市的生態基礎設施需求。趙丹等[50]基于生態綠當量的概念,依據當地日最大降雨量與生態基礎設施單位面積飽和蓄水能力的關系,提出了核算城市生態基礎設施合理面積的標準。Li等[51]人借助最小累積阻力模型,分別基于生態用地源和建設用地源,模擬阻力面,計算了符合常州市經濟發展與生態保護平衡需求的適宜生態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過程的安全格局法。城市生態安全格局結合了景觀生態學理論和方法,側重生態過程的識別與保護,是一種確立合理的生態基礎設施面積的方法[14,22]。目前,應用較多的主要生態過程包括水文、地質災害、生物多樣性保護、文化遺產、游憩過程五大類[14,52]。蘇泳嫻等[52]在構建佛山市高明區生態安全格局時還創新的引入了農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過程安全,構建的安全格局在確定了生態基礎設施空間分布的同時也得到了適宜的生態基礎設施面積。

現有的3種方法各有優劣。經驗標準法參照已有的經驗和標準,其最大的優點是計算簡單明確,有政策支持；缺點在于不同地方的政府由于生態環境建設目標的不同導致城市地域的生態用地需求數量規模也不盡相同,有些評價指標的科學性與合理性甚至存在很大的爭議。由于此方法所參考的標準都是科學研究與實證結果的總結,因此加強相關基礎研究,完善基本可靠的科學依據也是制定一些標準的基礎。供需平衡法優點是針對某項生態服務的需求進行供給性分析,思路清晰,還可預測未來；缺點是現有的計算大多以生態基礎設施提供的單項生態系統服務功能為核算依據,所核算的閾值難以確定,所選生態功能的代表性強弱有待驗證,另外單項生態系統服務的供需平衡算法也受到諸如數據來源的準確性、具體算法的多樣性、綠地類型的差異性等因素的較大干擾,影響結果的可靠性。目前,未見綜合考慮多種服務功能進行測算面積比對的研究,因此,該方法仍有待于進一步綜合研究。安全格局法優點在于生態功能代表性強,以保證重要生態過程為目標,同時可以確定數量規模與對應空間分布；缺點在于結果表達方式為多層次水平,對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,都會對結果有較大影響,所以該領域進一步研究的重點是提高過程模擬模型的科學性和劃分閾值的合理性。

4.3城市生態基礎設施布局優化與構建

通過總結國內外相關研究發現,生態基礎設施格局的優化與構建方法大致可分為3類：屬性評價法、多指標優化法和生態過程法。

屬性評價法旨在通過構建評價指標體系(重要性、適宜性、敏感性),進而評價已識別的生態基礎設施,明確不同區域的價值高低排名,并對評價結果高的區域和結構予以保護和保留。該方法的特點是針對已經存在的生態基礎設施進行優先保護。例如,Pereira等[53]通過計算移除斑塊后對連接概率指數的影響程度來確定斑塊的相對重要程度。Weber等[20]在馬里蘭州構建的綠色基礎設施評價模型給出了辨識斑塊和廊道的方法,并分別從生態重要性和開發風險性兩個角度整合60項指標構建了科學全面的指標體系用來對識別出的斑塊和廊道進行重要性排序,還確定了重點保護區域斑塊和廊道分別占重要性排序結果的比例。

多指標優化法通過構建一系列能體現網絡結構優劣的指標或者綜合考慮各方面的指標(如：斑塊平均面積、斑塊密度、形狀指數、景觀破碎度指數、網絡閉合度、成本比[15]),并通過設定不同情景對指標進行計算,最后選擇符合實際情況且可行性強的優化方案。Dai[54]指出城市綠色空間的可達性分析可以通過辨識出城市中綠色空間服務水平不足的區域,從而對城市綠地的優化布局提供科學依據。Kong等[55]在建成區中通過重力模型給出了判斷斑塊間相互作用的距離閾值,之后結合最小成本路徑分析和圖論確定了最優的生態基礎設施網絡布局。Teng等[56]將模擬的工程花費引入最小累積阻力模型并綜合考慮多種功能,構建了多目標多等級的綠道網絡布局,大大增強了結果的實用性。

生態過程法通過綜合各種過程模擬模型或構建影響特定生態功能阻力面來判別對這些過程的安全和健康具有關鍵意義的源和空間聯系,確定閾值并劃定該功能的適宜安全格局,最后綜合多種生態過程得出綜合生態安全格局。市域尺度俞孔堅等[14,22]在城市規劃中提出的“反規劃”就是以此為依據,進行不同等級水平的安全格局識別和構建。朱強等[57]則基于生態過程原理,總結了處于不同生態過程、承擔不同生態功能的生態廊道的寬度要求。建成區內,Zhou等[58]通過流體力學模型對綠色空間釋放氧氣的擴散過程進行模擬,結合建成區內建筑密度,計算出了應該增加的綠地面積,并對綠地選點和綠網結構進行了規劃。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強度,利用GIS和多目標區位配置模型(LA)對沈陽市三環內城市公園進行了優化選址。

綜上所述,屬性評價法側重已有生態基礎設施的分級分類和保護,指標選取靈活性和針對性強,評價內容綜合性高；但是對于結果的分類分級閾值難以確定、未有統一規范,另外計算過程較為繁瑣,構建出的具體模型通用性較差。多指標優化法側重對新規劃的生態基礎設施的合理性判斷,對于景觀指數和圖論方法以形成了較為統一的固定流程,計算量不大,可為多情景多目標提供決策依據；但是該方法單純依賴理論指數值,考慮因素較為單一,景觀指數值的實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準。生態過程法可根據不同尺度、選擇重要的生態過程分析,靈活性好、針對性強,既有對現有生態基礎設施的保護建議又有對新增生態基礎設施的規劃建議,還可以對廊道寬度進行指導；但是在構建模型中,模擬面的阻力值需要人為賦值,缺乏統一賦值標準,另外考慮的過程較多則所需的數據收集量較大、計算較復雜,對使用者的綜合要求較高。

5結論與展望

由于城市生態基礎設施所涵蓋的內容眾多、關系復雜,其管理的優劣對于快速城市化進程中城市是否可持續發展具有重要的影響,所以本文以生態基礎設施為管理對象,在明確生態基礎設施及其管理概念和內涵的基礎上,重點綜述了其管理原則、現有管理類型與方法、以及管理的關鍵內容及對應方法等3個方面,并對其中的內容進行了分類,對每類中現有解決方法的優點和缺點進行了分析。

5.1建立健全生態基礎設施管理方法體系和內容

在管理方法方面,目前我國還處于生態基礎設施管理的摸索期,相關管理方法較為分散,缺乏系統全面的生態基礎設施管理體系,也缺乏相應的法律法規。因此,針對生態基礎設施管理,形成系統完善的管理體系尤為重要。在市場引導方面,應努力創新市場引導方式,適當引入第三方監管機制加強對生態基礎設施保護與恢復工程的監管力度,盡快制定和完善詳細的生態補償策略。在政策引導方面,應參考借鑒國外土地管理與生態管理的成功經驗,并將生態基礎設施規劃與現有的城市總體規劃相互融合、相互補充,同時加速相關科研成果轉化為政策指導。在強制性行業標準引導方面,要加強監管力度,嚴格把控初期和最終評審環節,并對違規項目及其負責人進行嚴格整改和懲治。

5.2整合多尺度生態基礎設施管理研究

在城市范圍內,生態基礎設施在不同尺度對城市發展及其居民生活發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、保持生態安全,如生物多樣性保護、保持水土、預防地質災害發生、調節空氣等；而在建成區尺度和社區尺度,其主要功能則是與人緊密相關的,如調節人居環境、降低熱島效應、降低污染和噪聲、促進休閑文化、美化視覺景觀；不同尺度之間又存在著緊密的邏輯聯系[60]。因此綜合進行多尺度分析,明確不同尺度之間的轉換關系,在制定市域尺度生態基礎設施數量和空間布局方案的同時,在建成區尺度和社區尺度對其空間布局和質量進行優化,對于城市生態基礎設施管理具有重要意義[61]。目前這方面研究有待進一步加強。

5.3優化生態基礎設施構建方案和方法

對于生態基礎設施管理的3個關鍵問題,本文已在前面論述了現有常見方法模型的優點和存在的問題,并提出了相應的研究建議。另外,作為管理內容的主要組成部分,關于識別生態基礎設施核心區、判斷生態基礎設施合理面積及其最優布局通常是緊密聯系、相互影響,但又各有特色。而對于城市的現狀格局進行評價和優化、對于城市未來發展的合理規劃,都基于此內容。因此,在制定生態基礎設施構建方案時,如何理清這些問題的邏輯順序,每個問題選用何種方法模型、不同問題之間計算的結果是否有沖突、沖突區域如何解決等,都是有待進一步研究的問題。

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基金項目:國家自然科學基金面上項目(71273254);國家自然科學基金重點項目(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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