景观生态风险对绿色基础设施构建影响研究进展

陈昱星，徐晓慧，叶 菁，郑郁善，陈凌艳

（福建农林大学风景园林与艺术学院，福建 福州 350002）

受全球气候变化的影响，各地自然灾害和极端天气事件频发，人类生存及社会发展受到严峻挑战。气候变化引发的生态风险也成为了重要研究内容，其中风险评估影响程度更是研究基础[1]。在气候变化与我国城镇化进程的双重影响下，自然环境变化和社会经济活动导致景观格局发生快速的变化，从而引发诸多景观生态风险[2]。在城市基础设施建设中，学者们开始探究气候变化下新型城市管理和营建，以应对景观生态风险的影响加剧。研究表明，构建完整的绿色基础设施体系成为应对景观生态风险的有效措施[3]。绿色基础设施（Green Infrastructure,GI）指在空间上，一个由各类自然区域及开敞空间共同组成的相互连通的生态网络，包括森林、农田、生物栖息地、湿地等自然区域及其他具潜在生态开敞空间，其为城镇及居民提供可持续的生态服务功能[4,5]。其以景观生态学理论为基础，人居环境、生态保护和绿色技术为脉络，既保护动植物的生态栖息地，又增加景观斑块的连通性，起到保护生物多样性、维护生态过程完整性的作用。

面对景观生态风险，各地区迫切需要识别高风险区域，以在风险来临前采取适应性策略、制定修复整治和韧性提升的管理措施。构建绿色基础设施体系可以为相关区域提供所需生态系统服务功能以减少生态灾害的损害，并降低生态风险的影响。因此，针对生态脆弱的区域，构建具有修复韧性和适应多尺度多层次的绿色基础设施格局至关重要。本文将总结绿色基础设施的相关研究，对景观生态风险概念类型与研究方法进行梳理，并从景观生态风险视角对绿色基础设施研究进展进行总结。

1 绿色基础设施的研究进展

1.1 绿色基础设施的理论发展

近年来，随着国内外学者的深入研究，绿色基础设施的相关理论也得到扩充。例如裴丹等总结了国内外绿色基础设施构建方法的研究进展[6]；刘滨谊等总结出绿色基础设施在场地、城市及乡村人居环境3 类尺度空间下的内容，并提炼其生态服务功能作用[7]；Rieke 等探讨如何通过生态服务系统评估绿色基础设施网络[8]。随着绿色基础设施不同方向上的深入研究，栾博等总结人居环境视角、生态保护视角和绿色技术视角3 大发展脉络，梳理在多重领域的绿色基础设施国际研究进展[4]；贾行飞等梳理我国绿色基础设施研究的三个发展时期[5]；王永衡等使用CiteSpace 软件对绿色基础设施的生态环境领域研究现状以及聚焦的热点话题进行总结[9]；Seddon 等提出基于自然的解决方法，利用绿色基础设施规划应对气候变化和其他生态风险挑战[10]。

1.2 绿色基础设施的功能

随着技术的革新和学科的交融，近年来关于绿色基础设施的研究逐渐拓展出不同的功能方向[4,11]，可分为生态功能和社会功能，总结主要有以下几种层面（如表1）：

表1 GI 功能类别及具体表现Table 1 Functional categories and specific performance of GI

2 景观生态风险的研究进展

2.1 景观生态风险的理论发展

20 世纪90 年代至今，风险研究内容从生物毒性和人体健康方向逐步向生态风险方向拓展，尺度也向区域尺度转变，多应用景观生态学的方法在景观格局与生态空间上进行研究[12]。作为区域尺度生态风险的延续，景观生态风险指在自然或人为因素影响下景观格局与生态过程相互作用而可能产生的不利后果，可以看作基于空间格局的区域生态风险，其评价更关注在空间和时间上的分异特征与特定景观格局下多源生态风险的综合表达及其可视化[13]。

从景观生态风险源的来源，可将具体的景观生态风险分为两类，由整体景观格局产生的生态风险和由景观格局变化引起的生态风险，前者风险源不明显或者是几乎没有，后者风险源则是明确的景观格局变化[13,14]。景观生态风险评价的研究区域主要以风险控制区、生态敏感区以及多人类活动的流域、城市群、行政区等为主。而近年来海岸带、湿地、沙漠、农牧区等生态脆弱区域由于其自身景观格局的稳定性及恢复性较弱成为生态风险研究的热点区域。

2.2 景观生态风险评价的研究方法

景观生态风险评价可大致分为基于风险 “源-汇” 评价法与基于景观格局评价法，风险源、风险受体、暴露-响应过程等评价要素也被纳入评价考量[15]。基于风险 “源-汇” 评价法是区域生态风险评价的基础，需要确定危害该区域生态环境的风险源和受体[16]。该评价方法一般使用PSR、RRM、暴露-响应等模型探讨，并在此基础上引入景观格局因子，形成 “识别风险源—分析风险受体—判断暴露和危害” 的基本模式[17,18]。该类评价方法能较快识别威胁区域的风险源和风险受体，强调特定的生态过程，多用于具有明显生态风险胁迫因子的评价，但研究多为单一时间截取分析，缺乏对整体时序演变的探讨。

基于景观格局评价法在区域尺度上从景观结构视角评价景观生态风险，评价耦合生态过程与景观格局，认为景观生态风险是景观格局与生态过程相互作用后的综合性结果[19,20]，常使用土地利用/覆盖变化、景观损失度等表征[21,22]。该方法能够在获取较少数据的情况下识别景观异质性所产生的干扰以及生态系统自身的脆弱程度，是当前景观生态风险评价的主要途径[23,24]。适用于所有区域类型的综合性风险评估，但在格局视角下难以表征特定要素对生态风险的影响。

景观生态风险评价中景观指数的计算基本遵循 “风险概率×风险损失” 的范式，大多通过构建基于景观干扰度与景观脆弱度的景观生态风险综合指数以刻画景观生态风险的时空异质性[25]。常采用空间分析法[26]、生境脆弱性[27]或是专家打分法[28]进行评价，这些方法虽在一定程度上反映各景观类型的特点，但也存在较强的主观性，将景观指数的变化视为社会发展的结果，因此许多研究也在评价中加入客观因子进行修正。

3 景观生态风险对绿色基础设施构建影响的研究进展

3.1 基于景观生态风险的绿色基础设施格局方法研究

基于 “基质-廊道-斑块” 的景观生态学理论基础，绿色基础设施的网络结构由生态源地、生态廊道和生态节点组成，构建分为三大步骤：源地识别-廊道确定-节点设置。从景观生态风险视角上在源地识别上采用适宜的生态环境因子，可从空间生态绩效[29]、生态敏感性[30]、生态系统服务[31]等方面进行。也有以景观时空变化分析作为基础构建景观生态风险模型进行评估[32]。朱捷等则考虑到传统识别方法中较少考虑斑块空间结构和生态系统服务功能的影响，采取重要性评价选取适宜因子进行生态源地综合识别[33]。

为了探究景观生态风险的影响，构建绿色基础设施网络的主要方法也逐步完善，主要采用景观格局指数、形态学空间格局（MSPA）、电路理论、生境质量模型[34]等方法。但此类方法更加注重生态空间网络结构，缺少对生态功能的考虑。针对生态功能视角的优化，也有相关研究从空间优先级[35]、综合空间活力与生态敏感性结合[36]等视角切入，引入景观生态风险评价因子，使绿色基础设施网络构建更具科学性。

3.2 结合景观生态风险的绿色基础设施评价体系研究

基于景观生态风险的绿色基础设施评价研究可分为两大类，都在一定程度上引用了景观生态风险评价的基本模式。一类是针对景观结构的评价，以景观生态学为理论基础，主要有以要素特征为主的景观格局指数评价和以动态过程为主的景观格局空间模型评价，以构建GIA 模型的景观格局评价是代表性方法[37]。

另一种是针对生态效益的评价，可分为生态视角和社会视角。生态视角常和生态适宜性分析结合，或是从某个生态资源效益出发，如雨洪管理效益[38]、缓解气候变化[39]、缓解城市热岛[40]、解决干旱问题[41]等。另外，生态系统服务作为景观格局与生态过程的产物提供人类福祉[42]，由此基于生态系统服务功能的评价也逐渐成为热点研究[43]。其中，常见为物质量评价[44]，也有价值量评价，即用社会经济因素评价生态系统服务价值[45]。社会视角则注重使用者感知体验，有使用者评价法、视觉质量评价、健康指数评价等[46]，这方面与景观生态风险的结合研究相对较少。

由于现实场景中景观生态风险评价逐渐重视时空演变，较多学者有意识地在评价体系中引入时间维度，评价该变化对不同尺度环境下景观生态资源的影响[47]。当前对于绿色基础设施的生态物质评价的研究较多，而考虑到生态风险对于自然和社会的多方面影响，对于覆盖多方面的综合绩效评价，或是针对性区域生态综合指标构建的研究仍处于起步阶段。

3.3 景观生态风险在绿色基础设施构建中的应用进展

3.3.1 气候变化下基于生态风险的绿色基础设施构建

气候变化对自然生态环境与社会经济系统的稳定产生不利影响的威胁，是一种典型的系统性风险，具有时空与要素相互关联的复杂性[48]。针对气候变化影响，相关研究不应局限于普通的景观生态风险指数的计算，应考虑到实际规划应用，筛选影响环境因子和制定对应策略。如Ramyar 等[49]采取气候变化和生态规划的适应性策略，以支持应对不同景观生态风险类型，并完善绿色基础设施整体规划。Jeong 等[50]通过使用空间语法整合气候脆弱性沿海城市的潜在疏散路线和绿色空间，以建立绿色基础设施网络提升生态风险抵抗性。完善绿色基础设施构建将对地区应对气候变化影响带来的一系列生态灾害时，提供抵抗和修复能力。

3.3.2 基于生态风险的绿色基础设施的多情景模拟研究

随着对土地利用分析的研究深入，将情景模拟应用于土地利用变化的研究逐渐成为新热点，这类研究以土地利用/覆被变化（LUCC）、生态环境效应等为主。步骤是基于遥感影像和地理信息系统等技术，将城市动态模型和未来模拟场景方案相融合，利用情景模拟模型来预测绿色基础设施格局的时空演变。其常使用模型有：土地利用转移矩阵（MC）、元胞自动机模型（CA）、系统动力学模型（SD）、系统动力学与元胞自动机的集成模型（FLUS）等[51]。在实际研究中注重确立多情景下绿色基础设施构建应对景观生态风险的策略，如Sun等[52]将绿色基础设施纳入多种保护情景模拟，使用Markov-FLUS 模型评估不同情景下景观连通性用于制定保护策略。Cao 等[53]提出利用地形、人为威胁、生态韧性和景观脆弱性等因素构建景观生态风险概率表征的综合指标体系，引入有序加权平均（OWA）算法实现多场景仿真，提供不同偏好的决策。

3.3.3 功能格局上绿色基础设施的生态系统服务识别

随着生态环境问题日益显著，基于生态系统服务的定量评价研究受到重视，学者们制定了一些定量评价框架，目前使用最广泛的是 “驱动力-压力-状态-影响-响应模型”（DPSIR）[54]。在功能格局上，将生态系统服务纳入景观生态风险评价模型中，既增强评价结果的生态意义，避免景观生态风险评价单纯成为景观指数的计算堆砌，又提高景观生态风险评价的准确性和全面性[14]。例如胡云锋等[55]确定城市景观生态服务价值的测算方法，构建城市景观生态风险评价的基本技术框架，可在其他城市景观生态风险的定量评估中推广。Gong 等[56]采用InVEST 和LER 模型将生态系统服务和景观生态风险叠加分析，并在此基础上开发生态功能区划进行适应性管理，降低区域生态风险。

3.3.4 基于生态风险的绿色基础设施管理措施研究

国内外研究大多从雨洪管理作为绿色基础设施应对景观生态风险的手段入手[57]，与此同时热环境管理也逐渐成为关注热点，也有部分研究从生态系统服务需求评估探讨绿色基础设施管理策略[58]等。如Chao 等[59]基于雨水管理模型和生命周期成本分析的评估框架，对洪涝区绿色基础设施开发进行综合评估。Shih[60]在热适应研究中考虑各种降低环境温度的绿色基础设施的必要性，以提供冷却效益应对极端高温天气带来的风险影响。而Xu 等[61]在气候变化和城市化背景下提出一种模拟未来城市雨洪管理的新框架，提高绿色基础设施管理效率。Teixeira 等[62]为应对生态环境的负面影响，通过人类与生物层面评估城市生态新颖性从而应用于城市绿色基础设施管理。在新技术发展下，未来的绿色基础设施管理注定要趋向智能化，大数据支持、VR技术和情景模拟将更好地进行融合。

4 结语与展望

景观生态风险对绿色基础设施构建具有基础作用和重要影响，从研究理论上与多学科和领域交叉融合发展，进行理论知识扩充；研究方法上景观生态风险在绿色基础设施格局网络、评价体系和规划应用中均有创新；研究范围上小到城市绿色空间大到国土区域安全均有涉猎。

然而，当前针对景观生态风险对绿色基础设施影响的研究大多聚焦在理论框架和技术方法，在尺度上也更为关注大尺度的绿色基础设施结构的研究，针对中观与微观层面的生态过程与生态风险的响应研究较少。而研究方法大多依赖以遥感数据为基础的程序模型，可向与地面调查数据结合的方面改进。对未来景观生态风险评价及其对绿色基础设施构建相关研究提出以下建议：

（1）优化绿色基础设施研究中生态风险评价的技术框架。目前，针对景观生态风险评价的研究方法较为丰富，也多以遥感影像、大数据和GIS 技术作为基础，使用多源数据进行绿色基础设施构建分析仍是主要趋势。此外，结合新兴技术、动态监测和公众参与数据，分析研究区域不同时空生态质量演变过程，为评价指标、景观格局等定量评价提供优化途径。

（2）深化多尺度的绿色基础设施格局研究。随着城市化的发展，城市区中微观尺度的绿色基础设施应用也需引起重视。景观生态风险不仅在区域尺度上表征，在较小尺度上的生态过程和响应作用也值得研究。在基于景观生态风险的绿色基础设施研究上进行多尺度多层面分析研究，有利于完善构建绿色基础设施体系。

（3）探究景观生态风险的时空演变与未来情景模拟应用。基于绿色基础设施的时空演变分析已有较多研究方法，但对于生态风险评价指标的选取偏于主观，以及针对结合生态过程、生态质量和外部影响等综合分析的框架方法研究较少。现有的动态变化及情景模拟研究，大多侧重于探索土地利用关系、景观格局变化或是生态系统服务动态，而关于多个生态系统服务的时空动态模拟或预测生态系统服务未来变化与绿色基础设施之间关系的研究相对较少。随着绿色基础设施规划和管理的需求增加，制定多种情景下的绿色基础设施管理策略将成为热点。