景觀生態風險對綠色基礎設施構建影響研究進展

陳昱星，徐曉慧，葉 菁，鄭郁善，陳凌艷

（福建農林大學風景園林與藝術學院，福建 福州 350002）

受全球氣候變化的影響，各地自然災害和極端天氣事件頻發，人類生存及社會發展受到嚴峻挑戰。氣候變化引發的生態風險也成為了重要研究內容，其中風險評估影響程度更是研究基礎[1]。在氣候變化與我國城鎮化進程的雙重影響下，自然環境變化和社會經濟活動導致景觀格局發生快速的變化，從而引發諸多景觀生態風險[2]。在城市基礎設施建設中，學者們開始探究氣候變化下新型城市管理和營建，以應對景觀生態風險的影響加劇。研究表明，構建完整的綠色基礎設施體系成為應對景觀生態風險的有效措施[3]。綠色基礎設施（Green Infrastructure,GI）指在空間上，一個由各類自然區域及開敞空間共同組成的相互連通的生態網絡，包括森林、農田、生物棲息地、濕地等自然區域及其他具潛在生態開敞空間，其為城鎮及居民提供可持續的生態服務功能[4,5]。其以景觀生態學理論為基礎，人居環境、生態保護和綠色技術為脈絡，既保護動植物的生態棲息地，又增加景觀斑塊的連通性，起到保護生物多樣性、維護生態過程完整性的作用。

面對景觀生態風險，各地區迫切需要識別高風險區域，以在風險來臨前采取適應性策略、制定修復整治和韌性提升的管理措施。構建綠色基礎設施體系可以為相關區域提供所需生態系統服務功能以減少生態災害的損害，并降低生態風險的影響。因此，針對生態脆弱的區域，構建具有修復韌性和適應多尺度多層次的綠色基礎設施格局至關重要。本文將總結綠色基礎設施的相關研究，對景觀生態風險概念類型與研究方法進行梳理，并從景觀生態風險視角對綠色基礎設施研究進展進行總結。

1 綠色基礎設施的研究進展

1.1 綠色基礎設施的理論發展

近年來，隨著國內外學者的深入研究，綠色基礎設施的相關理論也得到擴充。例如裴丹等總結了國內外綠色基礎設施構建方法的研究進展[6]；劉濱誼等總結出綠色基礎設施在場地、城市及鄉村人居環境3 類尺度空間下的內容，并提煉其生態服務功能作用[7]；Rieke 等探討如何通過生態服務系統評估綠色基礎設施網絡[8]。隨著綠色基礎設施不同方向上的深入研究，欒博等總結人居環境視角、生態保護視角和綠色技術視角3 大發展脈絡，梳理在多重領域的綠色基礎設施國際研究進展[4]；賈行飛等梳理我國綠色基礎設施研究的三個發展時期[5]；王永衡等使用CiteSpace 軟件對綠色基礎設施的生態環境領域研究現狀以及聚焦的熱點話題進行總結[9]；Seddon 等提出基于自然的解決方法，利用綠色基礎設施規劃應對氣候變化和其他生態風險挑戰[10]。

1.2 綠色基礎設施的功能

隨著技術的革新和學科的交融，近年來關于綠色基礎設施的研究逐漸拓展出不同的功能方向[4,11]，可分為生態功能和社會功能，總結主要有以下幾種層面（如表1）：

表1 GI 功能類別及具體表現Table 1 Functional categories and specific performance of GI

2 景觀生態風險的研究進展

2.1 景觀生態風險的理論發展

20 世紀90 年代至今，風險研究內容從生物毒性和人體健康方向逐步向生態風險方向拓展，尺度也向區域尺度轉變，多應用景觀生態學的方法在景觀格局與生態空間上進行研究[12]。作為區域尺度生態風險的延續，景觀生態風險指在自然或人為因素影響下景觀格局與生態過程相互作用而可能產生的不利后果，可以看作基于空間格局的區域生態風險，其評價更關注在空間和時間上的分異特征與特定景觀格局下多源生態風險的綜合表達及其可視化[13]。

從景觀生態風險源的來源，可將具體的景觀生態風險分為兩類，由整體景觀格局產生的生態風險和由景觀格局變化引起的生態風險，前者風險源不明顯或者是幾乎沒有，后者風險源則是明確的景觀格局變化[13,14]。景觀生態風險評價的研究區域主要以風險控制區、生態敏感區以及多人類活動的流域、城市群、行政區等為主。而近年來海岸帶、濕地、沙漠、農牧區等生態脆弱區域由于其自身景觀格局的穩定性及恢復性較弱成為生態風險研究的熱點區域。

2.2 景觀生態風險評價的研究方法

景觀生態風險評價可大致分為基于風險 “源-匯” 評價法與基于景觀格局評價法，風險源、風險受體、暴露-響應過程等評價要素也被納入評價考量[15]。基于風險 “源-匯” 評價法是區域生態風險評價的基礎，需要確定危害該區域生態環境的風險源和受體[16]。該評價方法一般使用PSR、RRM、暴露-響應等模型探討，并在此基礎上引入景觀格局因子，形成 “識別風險源—分析風險受體—判斷暴露和危害” 的基本模式[17,18]。該類評價方法能較快識別威脅區域的風險源和風險受體，強調特定的生態過程，多用于具有明顯生態風險脅迫因子的評價，但研究多為單一時間截取分析，缺乏對整體時序演變的探討。

基于景觀格局評價法在區域尺度上從景觀結構視角評價景觀生態風險，評價耦合生態過程與景觀格局，認為景觀生態風險是景觀格局與生態過程相互作用后的綜合性結果[19,20]，常使用土地利用/覆蓋變化、景觀損失度等表征[21,22]。該方法能夠在獲取較少數據的情況下識別景觀異質性所產生的干擾以及生態系統自身的脆弱程度，是當前景觀生態風險評價的主要途徑[23,24]。適用于所有區域類型的綜合性風險評估，但在格局視角下難以表征特定要素對生態風險的影響。

景觀生態風險評價中景觀指數的計算基本遵循 “風險概率×風險損失” 的范式，大多通過構建基于景觀干擾度與景觀脆弱度的景觀生態風險綜合指數以刻畫景觀生態風險的時空異質性[25]。常采用空間分析法[26]、生境脆弱性[27]或是專家打分法[28]進行評價，這些方法雖在一定程度上反映各景觀類型的特點，但也存在較強的主觀性，將景觀指數的變化視為社會發展的結果，因此許多研究也在評價中加入客觀因子進行修正。

3 景觀生態風險對綠色基礎設施構建影響的研究進展

3.1 基于景觀生態風險的綠色基礎設施格局方法研究

基于 “基質-廊道-斑塊” 的景觀生態學理論基礎，綠色基礎設施的網絡結構由生態源地、生態廊道和生態節點組成，構建分為三大步驟：源地識別-廊道確定-節點設置。從景觀生態風險視角上在源地識別上采用適宜的生態環境因子，可從空間生態績效[29]、生態敏感性[30]、生態系統服務[31]等方面進行。也有以景觀時空變化分析作為基礎構建景觀生態風險模型進行評估[32]。朱捷等則考慮到傳統識別方法中較少考慮斑塊空間結構和生態系統服務功能的影響，采取重要性評價選取適宜因子進行生態源地綜合識別[33]。

為了探究景觀生態風險的影響，構建綠色基礎設施網絡的主要方法也逐步完善，主要采用景觀格局指數、形態學空間格局（MSPA）、電路理論、生境質量模型[34]等方法。但此類方法更加注重生態空間網絡結構，缺少對生態功能的考慮。針對生態功能視角的優化，也有相關研究從空間優先級[35]、綜合空間活力與生態敏感性結合[36]等視角切入，引入景觀生態風險評價因子，使綠色基礎設施網絡構建更具科學性。

3.2 結合景觀生態風險的綠色基礎設施評價體系研究

基于景觀生態風險的綠色基礎設施評價研究可分為兩大類，都在一定程度上引用了景觀生態風險評價的基本模式。一類是針對景觀結構的評價，以景觀生態學為理論基礎，主要有以要素特征為主的景觀格局指數評價和以動態過程為主的景觀格局空間模型評價，以構建GIA 模型的景觀格局評價是代表性方法[37]。

另一種是針對生態效益的評價，可分為生態視角和社會視角。生態視角常和生態適宜性分析結合，或是從某個生態資源效益出發，如雨洪管理效益[38]、緩解氣候變化[39]、緩解城市熱島[40]、解決干旱問題[41]等。另外，生態系統服務作為景觀格局與生態過程的產物提供人類福祉[42]，由此基于生態系統服務功能的評價也逐漸成為熱點研究[43]。其中，常見為物質量評價[44]，也有價值量評價，即用社會經濟因素評價生態系統服務價值[45]。社會視角則注重使用者感知體驗，有使用者評價法、視覺質量評價、健康指數評價等[46]，這方面與景觀生態風險的結合研究相對較少。

由于現實場景中景觀生態風險評價逐漸重視時空演變，較多學者有意識地在評價體系中引入時間維度，評價該變化對不同尺度環境下景觀生態資源的影響[47]。當前對于綠色基礎設施的生態物質評價的研究較多，而考慮到生態風險對于自然和社會的多方面影響，對于覆蓋多方面的綜合績效評價，或是針對性區域生態綜合指標構建的研究仍處于起步階段。

3.3 景觀生態風險在綠色基礎設施構建中的應用進展

3.3.1 氣候變化下基于生態風險的綠色基礎設施構建

氣候變化對自然生態環境與社會經濟系統的穩定產生不利影響的威脅，是一種典型的系統性風險，具有時空與要素相互關聯的復雜性[48]。針對氣候變化影響，相關研究不應局限于普通的景觀生態風險指數的計算，應考慮到實際規劃應用，篩選影響環境因子和制定對應策略。如Ramyar 等[49]采取氣候變化和生態規劃的適應性策略，以支持應對不同景觀生態風險類型，并完善綠色基礎設施整體規劃。Jeong 等[50]通過使用空間語法整合氣候脆弱性沿海城市的潛在疏散路線和綠色空間，以建立綠色基礎設施網絡提升生態風險抵抗性。完善綠色基礎設施構建將對地區應對氣候變化影響帶來的一系列生態災害時，提供抵抗和修復能力。

3.3.2 基于生態風險的綠色基礎設施的多情景模擬研究

隨著對土地利用分析的研究深入，將情景模擬應用于土地利用變化的研究逐漸成為新熱點，這類研究以土地利用/覆被變化（LUCC）、生態環境效應等為主。步驟是基于遙感影像和地理信息系統等技術，將城市動態模型和未來模擬場景方案相融合，利用情景模擬模型來預測綠色基礎設施格局的時空演變。其常使用模型有：土地利用轉移矩陣（MC）、元胞自動機模型（CA）、系統動力學模型（SD）、系統動力學與元胞自動機的集成模型（FLUS）等[51]。在實際研究中注重確立多情景下綠色基礎設施構建應對景觀生態風險的策略，如Sun等[52]將綠色基礎設施納入多種保護情景模擬，使用Markov-FLUS 模型評估不同情景下景觀連通性用于制定保護策略。Cao 等[53]提出利用地形、人為威脅、生態韌性和景觀脆弱性等因素構建景觀生態風險概率表征的綜合指標體系，引入有序加權平均（OWA）算法實現多場景仿真，提供不同偏好的決策。

3.3.3 功能格局上綠色基礎設施的生態系統服務識別

隨著生態環境問題日益顯著，基于生態系統服務的定量評價研究受到重視，學者們制定了一些定量評價框架，目前使用最廣泛的是 “驅動力-壓力-狀態-影響-響應模型”（DPSIR）[54]。在功能格局上，將生態系統服務納入景觀生態風險評價模型中，既增強評價結果的生態意義，避免景觀生態風險評價單純成為景觀指數的計算堆砌，又提高景觀生態風險評價的準確性和全面性[14]。例如胡云鋒等[55]確定城市景觀生態服務價值的測算方法，構建城市景觀生態風險評價的基本技術框架，可在其他城市景觀生態風險的定量評估中推廣。Gong 等[56]采用InVEST 和LER 模型將生態系統服務和景觀生態風險疊加分析，并在此基礎上開發生態功能區劃進行適應性管理，降低區域生態風險。

3.3.4 基于生態風險的綠色基礎設施管理措施研究

國內外研究大多從雨洪管理作為綠色基礎設施應對景觀生態風險的手段入手[57]，與此同時熱環境管理也逐漸成為關注熱點，也有部分研究從生態系統服務需求評估探討綠色基礎設施管理策略[58]等。如Chao 等[59]基于雨水管理模型和生命周期成本分析的評估框架，對洪澇區綠色基礎設施開發進行綜合評估。Shih[60]在熱適應研究中考慮各種降低環境溫度的綠色基礎設施的必要性，以提供冷卻效益應對極端高溫天氣帶來的風險影響。而Xu 等[61]在氣候變化和城市化背景下提出一種模擬未來城市雨洪管理的新框架，提高綠色基礎設施管理效率。Teixeira 等[62]為應對生態環境的負面影響，通過人類與生物層面評估城市生態新穎性從而應用于城市綠色基礎設施管理。在新技術發展下，未來的綠色基礎設施管理注定要趨向智能化，大數據支持、VR技術和情景模擬將更好地進行融合。

4 結語與展望

景觀生態風險對綠色基礎設施構建具有基礎作用和重要影響，從研究理論上與多學科和領域交叉融合發展，進行理論知識擴充；研究方法上景觀生態風險在綠色基礎設施格局網絡、評價體系和規劃應用中均有創新；研究范圍上小到城市綠色空間大到國土區域安全均有涉獵。

然而，當前針對景觀生態風險對綠色基礎設施影響的研究大多聚焦在理論框架和技術方法，在尺度上也更為關注大尺度的綠色基礎設施結構的研究，針對中觀與微觀層面的生態過程與生態風險的響應研究較少。而研究方法大多依賴以遙感數據為基礎的程序模型，可向與地面調查數據結合的方面改進。對未來景觀生態風險評價及其對綠色基礎設施構建相關研究提出以下建議：

（1）優化綠色基礎設施研究中生態風險評價的技術框架。目前，針對景觀生態風險評價的研究方法較為豐富，也多以遙感影像、大數據和GIS 技術作為基礎，使用多源數據進行綠色基礎設施構建分析仍是主要趨勢。此外，結合新興技術、動態監測和公眾參與數據，分析研究區域不同時空生態質量演變過程，為評價指標、景觀格局等定量評價提供優化途徑。

（2）深化多尺度的綠色基礎設施格局研究。隨著城市化的發展，城市區中微觀尺度的綠色基礎設施應用也需引起重視。景觀生態風險不僅在區域尺度上表征，在較小尺度上的生態過程和響應作用也值得研究。在基于景觀生態風險的綠色基礎設施研究上進行多尺度多層面分析研究，有利于完善構建綠色基礎設施體系。

（3）探究景觀生態風險的時空演變與未來情景模擬應用。基于綠色基礎設施的時空演變分析已有較多研究方法，但對于生態風險評價指標的選取偏于主觀，以及針對結合生態過程、生態質量和外部影響等綜合分析的框架方法研究較少。現有的動態變化及情景模擬研究，大多側重于探索土地利用關系、景觀格局變化或是生態系統服務動態，而關于多個生態系統服務的時空動態模擬或預測生態系統服務未來變化與綠色基礎設施之間關系的研究相對較少。隨著綠色基礎設施規劃和管理的需求增加，制定多種情景下的綠色基礎設施管理策略將成為熱點。