城市生態安全格局構建:目標、原則和基本框架

陳利頂,景永才,孫然好

1 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 2 中國科學院大學, 北京 100049

隨著人口急劇增長和經濟快速發展,城市化已經成為人類社會發展的必然趨勢,然而快速城市化必將導致生態用地流失、生態系統服務下降和環境健康風險加劇,由此會影響到城市生態安全[1-2]。城市化在帶給人類現代文明豐碩成果的同時,也伴隨著前所未有的挑戰,如:城市交通擁堵、熱島效應、雨洪效應、霧霾效應、面源污染等[3- 5],但城市又被認為是滿足人類生存環境需求、經濟和社會發展需求,降低生態資產消耗最為經濟、高效的手段。如何實現城市生態安全和城市生態系統的健康發展成為目前擺在人類社會發展所面臨的重大問題[6]。生態安全一般指人的生活、生產、健康、休閑娛樂所需要的自然環境資源和人類適應生態環境變化的能力沒有受到威脅的狀態[7-8],而城市生態安全不僅受到區域水土流失、土地退化和區域環境地質災害的影響,也與城市內澇、霧霾、熱島效應和交通擁堵密切相關。隨著我國經濟快速發展和城市居民生活水平提高,城市生態安全格局構建也成為目前關注的熱點問題[9- 11]。然而城市生態安全的內涵是什么？城市生態安全格局如何構建？目前還缺乏統一認識。

1 生態安全內涵與概念辨析

1.1 生態安全內涵

廣義上,安全是指“不受威脅,沒有危險、危害、損失”,安全問題直接關系到人類社會的生存與社會可持續發展。生態安全是指人類活動沒有受到外來自然環境變化的影響,或者滿足人類生活、生產和休閑娛樂的能力未受到嚴重影響。目前在生態安全研究方面,主要側重于理論研究和定性評價,如何開展生態安全格局構建的實例研究相對比較缺乏[12- 17]。作為一個復雜的綜合性概念,生態安全的內涵主要有兩個方面:

(1)空間上的生態平衡與環境要素協調。包括三方面含義:第一,立地尺度上的要素協調與平衡,要求在開展生態恢復與安全格局構建時,必須考慮所使用的生物或工程措施與當地的環境背景和生態環境要素相協調,否則任何人為干擾均會對區域生態安全帶來負面影響;第二,空間尺度上的過程協調與平衡,在構建生態安全格局時,必須考慮空間尺度上的生態過程完整性是否會因人為干擾而遭到破壞,同時也需要考慮空間尺度上生態系統的合理配置與優化;第三,時間尺度上的可持續性與動態適應能力,即任何生態恢復措施帶來的后果在一定時間尺度上是否具有可持續性？是否可以適應未來一段時間內的環境變化？

(2)人類社會的欲望需求與生態系統(自然)服務供給之間的協調與平衡。只有當人類社會對自然的索取和需求與自然生態系統可提供的服務達到協調與平衡時,或者自然生態系統提供的服務遠大于人類社會對生態安全的需求時,此時的人地關系才會處于和諧狀態,在一定程度上屬于安全的狀態。

1.2 生態安全概念辨析

(1)生態安全的特點:生態安全作為與人類活動密切相關的概念,主要有以下特點[8, 18]:①綜合性:生態安全涉及到許多方面,每個方面又包含了許多影響因素,因此從單個要素(方面)研究生態安全均是不全面的,也是不現實的。② 區域性:針對不同地區和不同對象,因為涉及到的問題不同,生態安全表現形式和實現途徑將會不同,生態安全帶有很強的區域特色;其次,生態安全涉及到區域生態過程,為了保證生態過程的完整性,必須從區域/流域尺度考慮實現生態安全的途徑和措施。③相對性:生態安全是相對的,自然界沒有絕對的生態安全,不同發展階段人類社會對生態安全的理解和需求不同,我們所設想的生態安全格局也是在一定時段內有效。④動態性:隨著時間和環境因素變化生態安全狀態會受到影響。一個處于安全狀態的生態系統可能因為人類不合理利用或者突發自然災害而變得不安全;反之,一個退化的生態系統也可經過人工治理、改造或自然修復從而轉變為健康的安全狀態。生態安全的這些特點決定了生態安全的復雜性,由此導致實現完全的、永久的生態安全十分困難。

(2)生態安全格局構建:生態安全強調自然和生態平衡,但生態安全的目的是為了人類生存,需要做到人-地和諧共處;因此,生態安全必須以人類生存與社會可持續發展為前提,去探討生態系統保護與人類活動的配置關系。但生態安全是一個抽象的概念,涉及到社會、經濟與自然生態系統的方方面面,本質上它是一個理想的、很難實現的社會發展的長遠目標,目前針對生態安全的定性評價工作較多[15-16, 19],很難闡述清楚這些結果的具體含義。生態安全格局構建是為了實現生態安全目標而采取的具體措施[20-21],因此,生態安全格局構建需要針對現實的具體問題,必須設定有限的目標;否則,生態安全格局構建很難把握,也無法落實和執行;目前在生態安全格局構建方面,多是基于PSR定性評價提出的抽象的生態安全格局[11, 15, 19, 22-23],缺乏與具體問題相關聯的實證性研究[12, 24- 26],或者基于定性評價針對單一問題提出的生態安全格局[13, 27- 30]。生態安全格局構建必須以生態過程為主導,通過生態恢復措施的合理配置達到修繕和維持生態過程的完整性,因此生態安全格局構建所涉及到的空間單元需要與生態過程發生的生態空間相一致;由于關注的問題或者生態過程不同,需要考慮的生態空間也存在差異。生態安全格局構建是一項具體的工程,涉及到生態恢復和區域景觀格局的優化配置。

(3)生態安全保障:生態安全保障與生態安全格局構建既有聯系,也有區別。它是多方面的、綜合性的,但更側重于管理和政策方面的研究,屬于戰略層面的研究內容。生態安全保障更多關注理論層面的研究內容,需要政府在政策、法規和資金方面提供足夠的保障;此外,生態安全保障是為了實現區域生態安全,提出宏觀的戰略性規劃,需要通過生態恢復和生態安全格局構建去貫徹執行。生態安全保障需要首先制定一個宏觀的戰略規劃,即綱領性的文件,同時需要結合生態安全需求,針對未來可能出現的生態安全問題提出預警[22,31]及其應對方案;在此基礎上,進一步制定符合國家生態安全戰略的政策和法規;之后需要根據國家發展戰略目標,提出切實可行的資金保障策略和途徑。

(4)國家/部門/區域生態安全:國家生態安全戰略需要各部門的積極配合,部門生態安全方案需要以國家生態安全戰略為準則;僅考慮部門的生態安全配置是片面的,無法保障國家生態安全戰略的實施;國家生態安全與部門生態安全是部門之間的隸屬關系,實現國家生態安全目標,需要各部門做好各自工作,不能因為部門問題的發生而影響到國家生態安全戰略的實施。國家生態安全與區域/流域生態安全是空間尺度之間的包含關系,區域生態安全格局構建需要考慮國家尺度的宏觀背景,即國家生態安全的戰略需求,而國家生態安全戰略需要落實到各區域或流域尺度的具體生態恢復工程和格局優化配置模式。

2 城市生態安全格局構建的目的

生態安全格局構建本質上是為了保障人類社會的生存需求,由此需要通過安全格局構建實現以下目標[18, 21, 26]:一是保護和恢復區域生物多樣性。據Constanza等[32]研究認為,目前地球上提供的生態系統服務價值高達3.3×1013美元,要高于全球國民生產總值1.8×1013美元。因此,生態安全格局構建的目的也是為了保護和恢復區域生物多樣性,為人類社會的可持續發展提供物質基礎。二是維持生態系統結構和過程的完整性。盡管生態安全是從人類生存與社會經濟可持續發展角度出發,但它與生態系統的結構與功能密不可分。因此生態安全格局構建必須以維持生態系統結構和過程的完整性作為最基本需求,否則為人類社會提供物質產品的生態資產基礎將會受到破壞。三是要實現對區域生態環境問題的有效控制和持續改善。生態安全格局構建的根本目的是為了控制區域環境災害的發生,減緩其對人類社會的影響;因此在生態安全格局構建時,需要重點考慮特定地區存在的突出問題和生態風險,通過針對性的措施和格局設計,來控制可能發生的環境地質災害和人類社會面臨的風險。

城市生態系統是以人類活動為主導、依靠外部能源輸入的開放型生態系統,同時也是人類社會生產生活的主要場所。城市生態安全格局構建的目的必須以滿足人類的生存需求為主要目的,具有其本身的特殊性[33- 36]。一般而言,城市生態安全是指在快速城市化過程中,城市生態系統及其組分能夠維持自身的結構和功能,支撐城市的健康與可持續發展,同時避免人類不期望的生態環境事件的發生[34]。城市生態安全格局構建的目的就是通過生態恢復和城市改造,提高城市人居環境質量、增強城市生態系統韌性、保障城市生態系統服務能力。具體包括以下方面:

(1)控制城市擴張和發展中出現的問題:目前城市化過程中帶來的一系列問題成為困擾城市居民生活和城市健康發展的突出問題,如交通擁堵、城市熱島、城市內澇、大氣霧霾、環境污染等,這些問題成為影響城市生態安全的關鍵問題。城市生態安全格局構建的目的就是要及時控制城市擴張過程中出現的生態環境問題,實現城市人居環境質量和生態服務功能的提高,保障城市居民的生活與生存的需求。

(2)維持城市地區正常的物質循環與代謝功能:城市是否處于健康和安全狀態,一個關鍵的指標就是城市地區的物質循環和代謝功能是否處于正常。城市生態安全格局構建的目的就是要通過城市規劃、功能區調整和生態用地配置,來實現城市地區物質良性循環和代謝功能的正常發揮。城市物質循環和代謝功能包括基本生態單元上的,也包括功能區之間和行政區之間的,而不同類型的物質循環與代謝功能會體現在不同尺度上。因此,城市生態安全格局構建需要針對具體問題,考慮具體的研究對象和需要解決的具體的問題。

(3)維持城市生態系統健康運行與可持續發展:城市生態系統的健康運行和可持續發展是人類社會發展的終極目標,而作為人類生活生產的主要場所,城市生態安全格局構建的目的之一就是要通過適當的結構調整和功能提升,來實現城市生態系統的健康運行和可持續發展。為此,城市生態安全格局構建時,必須把城市生態系統的完整性和可持續性作為主要目標,通過生態用地的恢復和優化調整,實現城市生態系統的結構優化和功能提升,提高城市生態系統的韌性和生態服務能力。

(4)保證城市人居環境健康和居民的正常生活:作為人類社會的棲息環境,城市生態安全格局構建不能破壞和影響現有城市人居環境和城市居民的正常生活。但可以通過正常的結構調整和功能疏解,來緩解特定功能區的人口壓力和物質循環過程。因此城市生態安全格局構建是一個區域性的問題,涉及到具體功能單元的城市生態系統的結構優化,也涉及到建成區的結構和功能優化,同時也涉及到不同區域之間的結構調整和功能優化。需要從更大的尺度上考慮城市生態安全格局的構建,來保障城市居民的正常生產與生活需求。

(5)滿足現有城市居民可預見時期內生態服務需求:生態安全是一個綜合性的、長遠的社會發展目標,而生態安全格局構建需要針對具體問題,設定有限目標,必須考慮其實用性和適應性。因此,城市生態安全格局構建需要考慮城市居民的實際需求,特別是一定時期內對生態服務的需求。即在解決現有城市問題時,必須考慮所采取的措施是否可以同時解決城市居民在未來一段時期內的實際需求。

3 城市生態安全格局構建的基本原則

城市生態安全構建是在區域生態安全基礎上針對城市生態系統面臨的特殊問題開展的,而區域生態安全則是實現城市生態安全的基礎,兩者具有密不可分的聯系。因此城市生態安全格局構建時也需要遵循生態安全格局構建的基本原則。

3.1 生態安全格局構建的一般原則

生態安全格局涉及到多尺度和多方面的因素,通常情況下,生態安全格局構建需要遵循以下基本原則[18, 21]:

(1)生態系統完整性:生態安全是一個區域性問題,需要考慮區域的生態完整性。任何一個生態系統結構和功能的變化均會影響到區域生態安全,因此需要從區域/流域尺度考慮生態安全格局構建,即需要考慮區域生態系統的結構完整性、過程完整性和功能完整性。為此,生態安全格局構建需要從區域生態系統出發,考慮區域/流域尺度生態恢復措施和生態系統的優化配置。

(2)動態適應性:生態安全內涵體現在人-地之間的關系協調,因此在構建區域生態安全格局時,必須考慮所采取的各種措施的適宜性和協調性,既要考慮人-地關系的協調,也要考慮植被恢復措施與土壤、地貌等自然要素之間的協調性;既要考慮立地尺度上要素之間的協調性,也要考慮空間尺度上生態系統配置的協調性;與此同時還需要考慮一定時段內,生態恢復措施的適應性。

(3)多尺度性:生態安全涉及到多種尺度,不僅需要考慮立地尺度上的生態恢復措施與生態建設,也需要考慮流域或區域尺度上的生態系統配置和格局優化。由于影響生態系統的因子在不同尺度上存在較大差異,所面臨的問題也有所不同,因此在開展生態安全格局構建時,需要針對不同尺度上存在的突出問題,開展有針對性的設計。與此同時,還需要考慮尺度之間的協調性。

(4)問題針對性:生態安全雖是綜合的,但具體到某一地區,需要針對具體問題,抓住主要矛盾,進行有針對性的生態恢復與安全格局構建。需要針對不同地區設計適宜該區的生態安全格局和生態恢復措施;其次,需要結合不同地區存在的具體問題,提出有針對性的措施;與此同時,還需要考慮這一地區人類活動的特點和人類社會發展的需求。

3.2 城市生態安全格局構建需要遵循的原則

城市生態安全格局構建除了需要遵循一般性原則外,還需要針對城市生態系統特點,遵循以下原則:

(1)以人為本原則:城市成為人類生存棲息的環境,生態安全構建必須以滿足人類的生存需求為主要目的。人類是城市生態系統的干預者,也是城市建設的參與者與受益者,因此人類也將是城市生態安全格局構建的直接主導者,需要在生態安全格局構建時,全方位考慮人類社會的需求。本質上,所有與城市生態安全有關問題的出現均是人類社會直接干預的結果,這些問題的解決也需要人類的直接參與。因此城市生態安全格局構建需要以人為本,以解決城市發展和人類社會面臨的突出問題作為首要目的。

(2)流域適應原則:城市的生態安全必須放在流域/區域尺度上考慮,城市發展離不開水資源的供給,而大江大河通常成為推動城市起源和發展的重要基礎,而與水文過程密切相關的問題均涉及到流域。因而,城市生態安全格局構建,也需要考慮城市所在的流域的環境背景和生態系統特點。流域內水資源開發、水生態保護與水生態紅線的劃定均會影響到城市的發展和生態安全。因此城市生態安全格局構建需要將城市放在流域的大背景下去思考生態用地的配置和景觀格局優化。

(3)區域協調原則:城市是一個人為主導的、開放的生態系統,需要從周邊鄰近區域獲得物質、能量的輸入來滿足城市的發展需求,同時也需要周邊區域生態系統來消化、容納城市生態系統排放出來的各種廢物。城市與周邊區域之間通過近、遠程的物質、能量和人類的耦合而形成一個復雜的網絡,城市發展離不開周邊區域的支持,周邊區域的發展也需要城市的帶動作用。因而在構建城市生態安全格局時必須考慮城市與區域之間的耦合作用關系。明確城市與周邊區域之間的各自功能定位,從而找到適合城市發展和滿足生態安全的策略和途徑。

(4)有限目標原則:人的需求是無限的,隨著城市發展和人類生活水平提高,城市生態安全的目標會逐漸提高,因此在構建城市生態安全格局時必須根據現階段所遇到的突出問題和未來一段時間內人類社會發展的需求而設定目標,否則很難將生態安全格局落到實處。此外,人類的智慧是無限的,隨著科技進步,人類改造自然的能力在不斷提高,可以用來滿足城市發展和生態安全需求的手段和技術會得到不斷發展,因此不同時期,滿足生態安全格局構建的方法和途徑也會不同,因此城市生態安全格局構建可以滿足一定時期的社會發展需求即可。

4 城市生態安全格局構建的基本框架

城市生態安全強調生態系統對城市生存、發展的保障職能[34]。而城市生態安全格局強調城市生態安全的空間存在形式,是指城市復合生態系統中某種潛在的空間格局,由一些點、線、面的生態用地及其空間組合構成,對維護城市生態平衡和重要生態服務功能起著關鍵性作用的景觀格局[11, 25, 37]。城市生態安全格局構建需要從三個尺度上考慮,不同尺度上面臨的對象不同,需要實現的目標和需要解決的問題也存在差異(圖1)。

(1)景觀尺度:需要關注的重點對象是建筑物空間布局及其立體空間利用,以及小區內藍綠景觀合理配置和小區微景觀設計、立體綠化;需要關注的問題包括大氣循環與熱舒適度、景觀宜人性、環境噪聲等,而需要實現的目標包括:提高環境舒適度,消除環境噪聲、保障人居環境健康。

(2)城市尺度:需要關注的重點對象是城市功能區類型及其空間布局、生態用地類型、面積及其空間格局;而需要關注的重點問題包括空氣/土壤污染、城市內澇、熱島效應、交通擁堵和居民休閑服務需求;需要實現的目標有:功能區優化布局、環境災害控制、生態系統服務提高等。

(3)區域尺度:需要關注的重點對象是行政區單元、生態用地及重要生態功能區;而需要關注的重點問題有:生態系統服務權衡與區域供需平衡,生態用地配置與生物多樣性保護、環境地質災害控制、城市生態系統退化;需要實現的目標包括功能區空間優化、區域生態服務供需平衡、生態保護紅線設定與區域內外之間的良性互動。

圖1 城市生態安全格局構建基本框架Fig.1 The basic framework of urban eco-security pattern construction

5 結語

生態安全已經成為社會大眾廣為關注的話題。生態安全既涉及到大尺度的區域生態環境問題,也涉及到人們日常生活的細節問題,如生活中的水質安全、人居環境健康等,但不同群體對生態安全有不同的理解。本質上,生態安全強調自然和生態平衡,涉及到社會、經濟與自然等方面的因素和問題,它也是很難實現的、長遠的社會發展目標。生態安全格局是一個相對的、階段性生態實踐工程,因此生態安全格局構建必須以生態過程為主導,以過程涉及的空間為基本單元,必須針對現實的具體問題,設定有限目標。通常生態安全格局構建需要遵循以下四個基本原則:生態系統完整性、動態適應性、多尺度性和問題針對性。

城市作為人類主導的社會-自然-經濟復合生態系統,是一個依靠外部物質和能量輸入的開發型的系統。城市生態安全格局構建是一個多尺度、綜合性的區域問題,需要重點關注以下問題:宏觀與微觀尺度之間的關系協調、城市內部與外部之間的關系協調、理想與現實目標之間的權衡、人類生存需求與生態服務需求之間的權衡。在進行城市生態安全格局構建時,除了遵循生態安全格局構建的一般性原則外,還必須考慮以下4個基本原則:以人為本、流域適應、區域協調和有限目標原則。而城市生態安全格局構建的目標包括:控制城市化過程中出現的問題、維持城市地區正常的物質循環與代謝功能、維持城市生態系統健康運行與可持續發展、保證城市人居環境健康和居民的正常生活和滿足現有城市居民可預見時期內生態服務需求。城市安全格局構建需要從景觀、城市和區域三個尺度上進行思考,需要解決的問題、實現的目標和可使用的手段。