城市生態(tài)安全研究進(jìn)展

鄧淏丹，葉露鋒，劉麗香，楊科，韓永偉*

1.國家環(huán)境保護(hù)區(qū)域生態(tài)過程與功能評(píng)估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國環(huán)境科學(xué)研究院

2.蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

城市化在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)也有著不可忽視的影響。隨著越來越多的人口涌入城市，高強(qiáng)度的人類介入使得有限的城市土地發(fā)揮出更高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長。同時(shí)城市化過程中，城鎮(zhèn)建設(shè)用地的擴(kuò)張不可避免地會(huì)擠占林地、草地、濕地等生態(tài)用地，使得原本良好的自然生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破碎、功能受損等問題，甚至導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)下降，影響人類福祉以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前，城市化發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)，城市群也成為中國新時(shí)代城市化的主體形態(tài)，所以如何化解城市生態(tài)系統(tǒng)中人與自然之間的矛盾，保障城市生態(tài)安全，推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展是我國面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。近年來生態(tài)安全已成為國家安全的熱點(diǎn)話題[1-2]，國內(nèi)外學(xué)者在大的空間尺度上開展流域[3]和濕地[4]的生態(tài)安全研究較為常見，在城市尺度上也開展了大量的生態(tài)安全相關(guān)研究，但大多是圍繞具體城市展開的實(shí)踐研究，且主要集中在城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)[5]、生態(tài)安全格局構(gòu)建[6]以及基于城市生態(tài)安全的規(guī)劃設(shè)計(jì)[7]方面，對(duì)城市生態(tài)安全的影響因素研究以及生態(tài)安全模擬預(yù)測與預(yù)警研究相對(duì)較少。解決城市生態(tài)安全問題是實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)安全的重要前提，相比區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)，城市生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)更依賴于與其周邊的支持系統(tǒng)發(fā)生著高強(qiáng)度、高頻率的物質(zhì)、能量與信息交換，因而具有更高的生態(tài)脆弱性和面臨更大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。劇烈且頻繁的人類活動(dòng)是引發(fā)許多城市特有的生態(tài)安全問題的重要誘因，各個(gè)誘因之間還存在著復(fù)雜的相互作用，同時(shí)城市生態(tài)安全問題直接關(guān)系到大量城市人口的福祉問題。因此，有必要針對(duì)城市生態(tài)安全問題進(jìn)行深入研究，明確城市生態(tài)安全問題的成因，進(jìn)行及時(shí)且有效的預(yù)測、預(yù)警，以完善城市管理系統(tǒng)。筆者對(duì)城市生態(tài)安全研究進(jìn)行綜述分析，系統(tǒng)梳理現(xiàn)有研究進(jìn)展，分析不足，在此基礎(chǔ)上提出下一步需要重點(diǎn)深入研究的方向，以期為城市生態(tài)安全理論研究與實(shí)踐探索提供借鑒。

1 城市生態(tài)安全的概念

生態(tài)安全研究是從生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析發(fā)展而來的[8]，國外對(duì)生態(tài)安全的研究始于20 世紀(jì)70 年代末，而我國的相關(guān)研究始于20 世紀(jì)90 年代后期。國內(nèi)外關(guān)于生態(tài)安全的概念有幾種不同認(rèn)識(shí)[9]：一是從環(huán)境安全角度理解生態(tài)安全，這是一種側(cè)重生態(tài)環(huán)境安全與環(huán)境資源安全的狹義生態(tài)安全概念；二是強(qiáng)調(diào)生物（系統(tǒng)）與環(huán)境或與其他生物之間的可持續(xù)發(fā)展關(guān)系，這種基于生態(tài)關(guān)系的生態(tài)安全定義屬于廣義上的生態(tài)安全理解；三是強(qiáng)調(diào)從復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的角度理解生態(tài)安全。不同研究領(lǐng)域的學(xué)者基于不同的研究目的從不同角度理解生態(tài)安全，由于生態(tài)安全最終服務(wù)于人類社會(huì)，所以筆者認(rèn)為從自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)復(fù)合系統(tǒng)的角度理解生態(tài)安全比較合適。

城市生態(tài)安全是當(dāng)前生態(tài)安全研究重點(diǎn)關(guān)注的研究領(lǐng)域與研究前沿之一[10]，其是一個(gè)國家或區(qū)域生態(tài)安全的基礎(chǔ)和核心[11]。雖然目前已經(jīng)有不少相關(guān)研究，但是城市生態(tài)安全的定義尚未統(tǒng)一。狹義的城市生態(tài)安全概念從生態(tài)系統(tǒng)自身出發(fā)，側(cè)重于自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)自身的健康、完整和可持續(xù)性[8]。而從廣義上來說，城市生態(tài)安全指一定地域范圍內(nèi)的城市與其周邊自然支持系統(tǒng)之間形成的長期穩(wěn)定的反饋調(diào)控機(jī)制，當(dāng)人類干擾對(duì)自然造成負(fù)面影響時(shí)，城市人文因素能有效調(diào)整人類活動(dòng)，使其免受生態(tài)環(huán)境問題的威脅，使城市的持續(xù)發(fā)展能力與生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的完整性得以維持穩(wěn)定的健康狀態(tài)，從而使生態(tài)環(huán)境能滿足城市當(dāng)前和未來發(fā)展需要[10,12-13]。城市生態(tài)安全的本質(zhì)是要求自然資源在城市人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的約束下能穩(wěn)定、協(xié)調(diào)、有序且永續(xù)利用[13]。這種廣義定義既強(qiáng)調(diào)自然生態(tài)系統(tǒng)自身的健康及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給能力，還強(qiáng)調(diào)在面對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)能通過人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部主動(dòng)的開發(fā)與建設(shè)行為調(diào)整來保證城市自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)在不同研究尺度上都保持長期良性運(yùn)轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)人類安全。

此外，城市生態(tài)安全是以城市為研究對(duì)象的生態(tài)安全研究，因而也具有生態(tài)系統(tǒng)的整體性、生態(tài)破壞的不可逆性、生態(tài)恢復(fù)的長期性、生態(tài)影響的全球性[1]以及生態(tài)安全水平的動(dòng)態(tài)性[12]等生態(tài)安全的特點(diǎn)。

2 城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)

國內(nèi)對(duì)城市生態(tài)安全的評(píng)價(jià)研究從21 世紀(jì)初起就得到了研究人員的廣泛關(guān)注，各種評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)模型、方法不斷得到創(chuàng)新與應(yīng)用[12-14]，其實(shí)踐案例研究也較多[11,15-16]。評(píng)價(jià)對(duì)象多為城市自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)系統(tǒng)整體[17]與城市土地[18]，評(píng)價(jià)的城市類型多為資源型城市[5]、旅游城市[19]和綠洲城市[20]等，此外，也有研究將城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究的對(duì)象聚焦于城市濕地[21]以及城市水環(huán)境[22]與熱環(huán)境[23]。相比之下，國外城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究較少，評(píng)價(jià)對(duì)象也主要是城市整體[24]、土地[25]、森林[26]以及河流[27]等。

2.1 國內(nèi)外評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

2.1.1評(píng)價(jià)方法

在進(jìn)行城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)時(shí)，目前主要采用數(shù)學(xué)模型、生態(tài)模型、景觀生態(tài)模型和數(shù)字地面模型，利用不同類型數(shù)據(jù)資料與技術(shù)方法，側(cè)重不同角度、出于不同應(yīng)用目的來展開評(píng)價(jià)。數(shù)學(xué)模型是國內(nèi)現(xiàn)有城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究中使用最多的評(píng)價(jià)方法，采用數(shù)學(xué)模型時(shí)，主要步驟包括構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算生態(tài)安全指數(shù)；采用生態(tài)模型時(shí)，強(qiáng)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)環(huán)境的影響，通過分析生態(tài)承載力與生態(tài)足跡之間的關(guān)系來評(píng)價(jià)生態(tài)安全；采用景觀生態(tài)模型時(shí)，主要選取反映景觀格局的指標(biāo)，從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，綜合評(píng)價(jià)各種潛在的生態(tài)影響；采用數(shù)字地面模型時(shí)，主要結(jié)合遙感系統(tǒng)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等技術(shù)手段，快速、準(zhǔn)確地揭示生態(tài)安全的格局和生態(tài)安全的時(shí)空變化。

近十幾年來，國內(nèi)采用數(shù)學(xué)模型評(píng)價(jià)城市生態(tài)安全時(shí)，綜合指數(shù)法[18]、綜合評(píng)價(jià)法[28]、灰色關(guān)聯(lián)度法[29]、物元分析法[30]以及主成分分析法[31]被廣泛應(yīng)用。此外，為了提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，有研究將模糊數(shù)學(xué)與其他數(shù)學(xué)方法結(jié)合形成了模糊綜合評(píng)價(jià)法[19]、模糊物元評(píng)價(jià)法[32]，將物元分析法與可拓學(xué)評(píng)價(jià)法結(jié)合形成了物元可拓評(píng)價(jià)法[33]。這些方法在可操作性和精準(zhǔn)性方面各有優(yōu)勢(shì)。李佩武等[34]對(duì)比研究了4 種不同方法在評(píng)價(jià)城市生態(tài)安全時(shí)的差異，認(rèn)為各種評(píng)價(jià)模型均能得到大致相近的結(jié)果，但模糊綜合法與物元可拓綜合法評(píng)價(jià)結(jié)果較全面、精確，其中模糊綜合法更利于有針對(duì)性地分析問題。同時(shí)，隨著數(shù)學(xué)方法研究的深入以及計(jì)算能力的提高，集對(duì)分析法[35]、灰色關(guān)聯(lián)投影模型[36]、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）方法[37]、TOPSIS 法[5]以及各種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[38]等新的方法不斷出現(xiàn)。國外在進(jìn)行城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)時(shí)，也多基于數(shù)學(xué)模型開展，且計(jì)算較為簡便的綜合指數(shù)法[25]應(yīng)用較多。投影尋蹤模型[39]、Mamdani 模糊推理方法[40]、TOPSIS 與灰色關(guān)聯(lián)法相結(jié)合的方法[41]等新方法也有應(yīng)用。

采用生態(tài)模型評(píng)價(jià)時(shí)，以生態(tài)足跡法[42]最為常用，在利用生態(tài)足跡和生態(tài)承載力判斷生態(tài)赤字/盈余的基礎(chǔ)上，不少學(xué)者還構(gòu)建了生態(tài)壓力等其他多個(gè)指數(shù)來綜合評(píng)價(jià)研究區(qū)生態(tài)安全狀況[42-43]。此外，能值分析法也應(yīng)用較多[16,44]。由于傳統(tǒng)的生態(tài)足跡法具有系統(tǒng)封閉性和空間互斥性等不合理假設(shè)[45]，近年來對(duì)這一方法的改進(jìn)研究不斷增加[45-46]。采用景觀生態(tài)模型評(píng)價(jià)時(shí)，景觀破碎度指數(shù)和香農(nóng)多樣性指數(shù)等各種景觀指數(shù)[47]被廣泛應(yīng)用。也有研究將景觀指數(shù)與生境質(zhì)量指數(shù)等相結(jié)合[15,48]，綜合評(píng)價(jià)城市生態(tài)安全。采用數(shù)字地面模型進(jìn)行城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)時(shí)，往往在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，將收集到的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化轉(zhuǎn)換，把得到的柵格數(shù)據(jù)與采集到的土地利用數(shù)據(jù)等統(tǒng)一投影后分層存放，經(jīng)過地圖運(yùn)算加權(quán)求得生態(tài)安全綜合指數(shù)[49]。

2.1.2指標(biāo)體系構(gòu)建與權(quán)重的確定

在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，國內(nèi)最常采用的模型是壓力—狀態(tài)—響應(yīng)（PSR）模型[32]，驅(qū)動(dòng)力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)（DPSIR）模型[30]和經(jīng)濟(jì)—生態(tài)—社會(huì)（EES）模型[36]應(yīng)用也較多。由于城市生態(tài)系統(tǒng)中各因素之間關(guān)系復(fù)雜，生態(tài)安全的實(shí)現(xiàn)受到各種因素的影響，為了使生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果更加貼合實(shí)際，不乏有研究開始探索構(gòu)建新的評(píng)價(jià)模型，例如驅(qū)動(dòng)力—狀態(tài)—響應(yīng)（DSR）模型[50]、壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)（PSIR）模型[16]、生態(tài)不安全狀態(tài)—壓力—調(diào)控—外部驅(qū)動(dòng)（S-PRD）模型[51]、驅(qū)動(dòng)力—壓力—狀態(tài)—響應(yīng)—控制（DPSRC）模型[52]、漏斗模型[53]以及三角模型[54]等。國外研究主要是通過PSR 模型[41]、DPSR 模型[55]和DPSIR 模型[24]等來建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。這些模型不同程度地考慮了人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的壓力、自然資源的變化以及預(yù)防和減少環(huán)境惡化與資源危機(jī)的措施，從不同角度構(gòu)建影響城市生態(tài)安全的因果鏈，為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建提供邏輯框架。

科學(xué)合理地建立評(píng)估城市生態(tài)安全的指標(biāo)體系是非常關(guān)鍵的一步。但是，現(xiàn)有研究多基于上述評(píng)價(jià)模型或采用層次分析法（AHP）[28]依據(jù)主觀經(jīng)驗(yàn)選擇各種指標(biāo)來構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，很少關(guān)注如何系統(tǒng)地選擇代表性指標(biāo)，并且缺乏定量研究[56]。相關(guān)研究結(jié)果不可避免地會(huì)有主觀性偏差，也存在指標(biāo)之間的信息重疊和高相關(guān)性問題。因此通過主成分分析法把復(fù)雜重疊的信息簡化為幾個(gè)有代表性的綜合指標(biāo)[28]以及采用統(tǒng)計(jì)分析法篩選并精簡指標(biāo)[57]的方法開始被不少學(xué)者應(yīng)用。

確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的方法一般分為主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法及二者相結(jié)合的組合賦權(quán)方法。國內(nèi)最常用的賦權(quán)方法是客觀賦權(quán)法，其中熵權(quán)法[18]因能充分挖掘原始數(shù)據(jù)本身蘊(yùn)涵的信息，一直被廣泛使用。同時(shí)主成分分析法[14]和變異系數(shù)法[20]也較為常用。也有研究將2 種客觀賦權(quán)法[58]結(jié)合起來使用。主觀賦權(quán)法中應(yīng)用最多的是層次分析法[49]。將層次分析法與其他主觀賦權(quán)法[13]結(jié)合來確定組合權(quán)重的方法也有應(yīng)用?？陀^賦權(quán)法可排除主觀意識(shí)對(duì)指標(biāo)相對(duì)重要程度的影響[58]，但無法反映專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以及決策者的意見，有時(shí)得到的權(quán)重可能與實(shí)際重要程度不相符，另外有的指標(biāo)難以定量分析，這就需要與主觀賦權(quán)法結(jié)合使用。主客觀組合賦權(quán)法同時(shí)具備主觀、客觀賦權(quán)法的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛使用。其中尤以層次分析法和熵權(quán)法的組合方法[57]最為常見。國外在賦權(quán)時(shí)主要采取熵權(quán)法[25]、層次分析法[41]和主成分分析法[26]，運(yùn)用這些方法確定組合權(quán)重的研究也不少[59]。

2.1.3生態(tài)安全等級(jí)

在研究劃定城市生態(tài)安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，常常綜合考慮如下幾方面：1）國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中的研究成果[5]；2）研究區(qū)生態(tài)環(huán)境背景值、本底值或區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征、自然資源特征等當(dāng)?shù)貙?shí)際情況[30]；3）國家、地方的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)[60]；4）咨詢專家給出的等級(jí)劃分建議[29]；5）國際、國內(nèi)或地區(qū)生態(tài)安全最大值（安全）、最小值（不安全）以及平均值[36]。為了得到有效的評(píng)價(jià)等級(jí)劃分方式，在劃分評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，還經(jīng)常結(jié)合計(jì)算的生態(tài)安全綜合指數(shù)值進(jìn)行閾值確定[18]。非等間距的劃分方法[58]較等間距法[60]更為常用。由于不同城市生態(tài)系統(tǒng)的差異性與復(fù)雜性以及生態(tài)系統(tǒng)的自然演變等，等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的劃分具有地域性、復(fù)雜性與動(dòng)態(tài)性，所以目前國內(nèi)外鮮有統(tǒng)一的生態(tài)安全等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。安全級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)判定是目前生態(tài)安全評(píng)價(jià)中的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)之一，需要在實(shí)踐中不斷進(jìn)行檢驗(yàn)、完善與修正。

2.2 城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究方向

在國內(nèi)外城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究中，景觀生態(tài)模型法和數(shù)字地面模型法應(yīng)用都不多，且應(yīng)用景觀生態(tài)模型法時(shí)多是通過計(jì)算景觀格局指數(shù)評(píng)價(jià)生態(tài)安全狀態(tài)，對(duì)影響格局的生態(tài)學(xué)過程關(guān)注不足，未來可就此展開深入的研究。近年來飛速發(fā)展的3S 和計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)與預(yù)警研究中[61]，這些技術(shù)的發(fā)展、成熟使得景觀生態(tài)模型法和數(shù)字地面模型法具有良好的應(yīng)用前景，未來需要從以利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為主的生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究轉(zhuǎn)向采用遙感數(shù)據(jù)的生態(tài)安全格局評(píng)價(jià)研究，基于動(dòng)態(tài)視角構(gòu)建生態(tài)安全評(píng)估模型，明確生態(tài)安全的格局演變并識(shí)別主要影響因素，考慮基于格局—過程—功能的思路開展生態(tài)安全評(píng)估。同時(shí)，現(xiàn)有研究多在時(shí)間維度上對(duì)城市生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，少有就城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)的空間異質(zhì)性開展分析，未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)城市生態(tài)安全空間異質(zhì)性的識(shí)別，這有利于掌握城市生態(tài)安全發(fā)生變化的機(jī)制，識(shí)別生態(tài)安全的主要影響因素。

目前用于城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)的模型、方法眾多，未來需要對(duì)比不同模型、方法的可信度與準(zhǔn)確性，同時(shí)不斷探索，運(yùn)用新的方法提高結(jié)果的可靠性。此外，確定評(píng)價(jià)尺度是有效開展評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，不同尺度需要選擇不同的評(píng)價(jià)方法，未來對(duì)城市生態(tài)安全開展評(píng)價(jià)時(shí)，需要考慮在不同尺度上構(gòu)建不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與評(píng)價(jià)方法，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具綜合性與客觀性。

3 城市生態(tài)安全影響因素分析

影響因素及其復(fù)雜相互關(guān)系的確定是城市生態(tài)安全研究的核心問題之一。強(qiáng)烈的人類活動(dòng)干擾使得城市面臨熱島效應(yīng)問題以及明顯的城市地質(zhì)環(huán)境、水環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤環(huán)境等的變化，從長時(shí)間尺度上來看，這些變化與城市整體生態(tài)安全息息相關(guān)，而各種突發(fā)性的災(zāi)害也嚴(yán)重影響城市生態(tài)安全。但是，目前國內(nèi)有關(guān)研究多是從上述維度篩選生態(tài)安全評(píng)價(jià)因子[51]，少有研究專門分析城市水環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤與地質(zhì)環(huán)境變化及氣候變化等與城市生態(tài)安全之間的關(guān)系及影響機(jī)制?，F(xiàn)有研究側(cè)重于分析城市特有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)開發(fā)行為對(duì)城市生態(tài)安全的影響，比如城市綠化[62]、經(jīng)濟(jì)增長[63]與發(fā)展轉(zhuǎn)型[64]、道路建設(shè)[65]和地鐵施工[66]等對(duì)城市生態(tài)安全產(chǎn)生的影響。其中研究最多的是城市土地利用/覆被變化、城市擴(kuò)張、生物入侵以及各種規(guī)劃與政策實(shí)施對(duì)城市生態(tài)安全的影響。

3.1 城市土地利用/覆被變化（LUCC）

土地利用/覆被變化（LUCC）會(huì)使城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、生態(tài)過程和功能發(fā)生變化。不合理的城市用地功能布局、過高的土地開發(fā)容量以及不科學(xué)的建筑建設(shè)方式等城市土地利用方式會(huì)對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生不利影響，當(dāng)這種影響積累至超過生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力上限時(shí)，就會(huì)影響城市生態(tài)安全。目前在LUCC 領(lǐng)域研究得最多的是LUCC 的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，而探討LUCC 對(duì)城市生態(tài)安全影響的文獻(xiàn)較為鮮見[10]，少數(shù)的相關(guān)研究主要集中在城市化過程中土地利用類型及其數(shù)量與景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)變化導(dǎo)致的生態(tài)安全問題[67-68]等方面。因此，未來可加強(qiáng)LUCC與城市生態(tài)安全的相關(guān)性研究，還可以深入分析用地功能布局、土地開發(fā)容量以及不透水地表面積占比等建設(shè)方式與城市生態(tài)安全之間的關(guān)系，剖析城市建設(shè)用地內(nèi)部不同建設(shè)方式和開發(fā)強(qiáng)度對(duì)城市生態(tài)安全的影響。

3.2 城市擴(kuò)張

城市空間擴(kuò)張是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然需求，是地表覆蓋形態(tài)變化的重要驅(qū)動(dòng)力[69]，影響城市乃至區(qū)域整體生態(tài)安全格局。目前已有較多研究關(guān)注到城市擴(kuò)張會(huì)影響城市生態(tài)安全[70]，但早期這些研究多以定性分析為主，近幾年才有研究定量分析城市擴(kuò)張與生態(tài)安全之間的關(guān)系[71]。為切實(shí)減少城市擴(kuò)張對(duì)生態(tài)安全帶來的負(fù)面影響，未來需要就城市擴(kuò)張與生態(tài)安全之間的關(guān)系進(jìn)行深入分析，揭示城市擴(kuò)張影響生態(tài)安全的作用機(jī)制。

3.3 生物入侵

生物入侵可能造成本地物種的生態(tài)位被擠占，使生物多樣性喪失，生態(tài)環(huán)境受損，最終威脅城市生態(tài)安全?，F(xiàn)有研究集中在生物入侵現(xiàn)狀、入侵途徑、對(duì)城市生態(tài)安全的威脅以及管理防控對(duì)策等方面，重點(diǎn)在防止生物入侵對(duì)策[72]探討等方面，而少有研究就生物入侵開展風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估[73]。當(dāng)前城市生態(tài)系統(tǒng)的生物入侵研究基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，受重視程度仍然不夠，未來需要加強(qiáng)。

3.4 規(guī)劃與政策實(shí)施

各種規(guī)劃與政策的實(shí)施通過影響城市景觀格局、土地利用等，對(duì)城市生態(tài)安全產(chǎn)生影響[74]。為了避免規(guī)劃決策失誤而引發(fā)生態(tài)安全問題，在實(shí)施規(guī)劃與政策之前，對(duì)規(guī)劃、政策開展生態(tài)安全評(píng)估尤為必要。研究規(guī)劃實(shí)施對(duì)生態(tài)安全的影響，有助于在評(píng)估中及時(shí)發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵瓶頸因子與調(diào)控要素，采取一定的空間調(diào)控策略以確保未來規(guī)劃實(shí)施時(shí)的生態(tài)安全[75]。但現(xiàn)有相關(guān)研究較少，未來應(yīng)加強(qiáng)規(guī)劃與政策實(shí)施情景模擬、實(shí)施效果跟蹤評(píng)價(jià)等方面的研究。

此外，國內(nèi)許多研究在生態(tài)安全評(píng)價(jià)過程中，利用主成分分析法[76]、灰色關(guān)聯(lián)度分析法[77]、STIRPAT模型[78]或障礙度模型[60]等對(duì)生態(tài)安全影響因子進(jìn)行定量識(shí)別，或通過計(jì)算各影響因子對(duì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率[79]來識(shí)別影響生態(tài)安全的主要因素。有的研究還會(huì)結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況與發(fā)展歷史，確定研究區(qū)主要生態(tài)安全影響因素。還有少部分研究基于評(píng)價(jià)結(jié)果結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，分析影響生態(tài)安全的因素[80]。

國外研究也主要是基于生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行關(guān)鍵影響因素識(shí)別，除了運(yùn)用皮爾森相關(guān)分析法[44]，還探索使用糾偏最小二乘虛擬變量法（biasedcorrected least square dummy variables，LSDVC）動(dòng)態(tài)面板模型[59]、偏最小二乘回歸模型[81]和廣義加性模型[82]等新方法分析生態(tài)安全影響因素。此外，多數(shù)研究主要分析土地利用變化與城市生態(tài)安全之間的協(xié)調(diào)耦合或相互影響[83]。

需要指出的是，城市生態(tài)系統(tǒng)具有復(fù)雜性，不同因素不僅直接或間接影響城市生態(tài)安全，各影響因素之間還存在相互影響，這種相互影響或增強(qiáng)或削弱了各個(gè)因素的獨(dú)自作用。因此，在進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)時(shí)，如何量化影響因素之間的關(guān)系也是亟需解決的問題。但這方面的研究相對(duì)缺乏[84]，未來要加強(qiáng)各影響因素間相互關(guān)系的定量研究，減少依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來識(shí)別主要影響因素和由于忽視因子間相互作用而產(chǎn)生分析結(jié)論的誤差。

探究影響城市生態(tài)安全的關(guān)鍵因素對(duì)于解決城市生態(tài)問題至關(guān)重要，但目前研究多基于生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果分析其影響因素，或者研究某特定城市景觀或城市開發(fā)與建設(shè)行為對(duì)生態(tài)安全的影響大小，但是對(duì)影響城市生態(tài)安全的主要因素缺乏全面、系統(tǒng)闡述和影響機(jī)制研究。城市氣候與環(huán)境變化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、城市化發(fā)展水平與城市空間擴(kuò)張等都與城市生態(tài)安全之間存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系，未來需要進(jìn)一步量化其與城市生態(tài)安全之間的關(guān)系，探討其對(duì)城市生態(tài)安全的具體影響機(jī)制及其相互作用機(jī)制，使之耦合協(xié)調(diào)發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。此外，如何量化城市生態(tài)安全影響因素之間的關(guān)系也是未來需要重點(diǎn)研究的一個(gè)方向。

4 城市生態(tài)安全預(yù)測與預(yù)警研究

目前國內(nèi)外關(guān)于城市生態(tài)安全的研究偏重分析生態(tài)安全的現(xiàn)狀，有關(guān)城市生態(tài)安全變化發(fā)展的趨勢(shì)的研究還不多，不過相關(guān)研究在近5 年明顯增加，而進(jìn)行城市生態(tài)安全預(yù)測、預(yù)警往往比現(xiàn)狀評(píng)價(jià)更有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。目前的城市生態(tài)安全預(yù)測與預(yù)警研究基本都是基于已有數(shù)據(jù)，使用各種模型與函數(shù)等對(duì)未來生態(tài)安全狀況進(jìn)行外推與模擬。

4.1 預(yù)測研究

國內(nèi)城市生態(tài)安全模擬預(yù)測主要有2 種：一種是順應(yīng)當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，模擬預(yù)測未來生態(tài)安全狀況。利用各種模型、方法，模擬研究區(qū)未來的生態(tài)安全狀況或生態(tài)安全格局。由于使用函數(shù)對(duì)生態(tài)安全綜合指數(shù)進(jìn)行擬合[58]來預(yù)測未來發(fā)展趨勢(shì)的方法較簡單，但準(zhǔn)確性有待提升，所以多采用GM（1,1）模型來模擬預(yù)測研究區(qū)未來的生態(tài)安全綜合指數(shù)[60]，其次是使用RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[38]。另一種模擬預(yù)測是設(shè)置多種情景，模擬不同強(qiáng)度約束條件下可能的生態(tài)安全狀況。如通過設(shè)置不同的生態(tài)安全保護(hù)強(qiáng)度或城市開發(fā)強(qiáng)度，模擬預(yù)測未來的城市生態(tài)安全格局[85]，又如模擬不同情景下的土地利用狀況，衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系，評(píng)估生態(tài)安全[86]。也有研究提出了獲取城市生態(tài)用地空間沖突與生態(tài)安全隱患區(qū)域的研究方法、模型和技術(shù)路線，用以識(shí)別不同生態(tài)保護(hù)情景下的生態(tài)安全狀況[87]。

總體看來，基于發(fā)展現(xiàn)狀的模擬預(yù)測多以生態(tài)安全綜合指數(shù)預(yù)測為主，并往往作為生態(tài)安全評(píng)價(jià)的補(bǔ)充。未來需要加強(qiáng)生態(tài)安全格局預(yù)測，識(shí)別未來生態(tài)不安全區(qū)域，為城市可持續(xù)發(fā)展提供支撐。而多情景模擬預(yù)測則更偏向?qū)㈩A(yù)測結(jié)果進(jìn)行空間可視化表達(dá)，這有利于城市發(fā)展戰(zhàn)略選擇與政策制定。但這方面的研究剛剛興起，研究成果少，未來尚需加強(qiáng)。

4.2 預(yù)警研究

國內(nèi)城市生態(tài)安全預(yù)警研究最多的是建立預(yù)警模型，其中基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法構(gòu)建的仿真模型最為常見[66]，此外等維新息灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DGM-RBF）動(dòng)態(tài)組合預(yù)警模型的相關(guān)研究[88]也有報(bào)道。目前不少預(yù)警研究都是基于生態(tài)安全評(píng)價(jià)與預(yù)測結(jié)果，將計(jì)算的生態(tài)安全綜合值及其變化速率與劃分的警度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，判定研究區(qū)警情[89]。

國外關(guān)于城市生態(tài)安全預(yù)測與預(yù)警的研究較少，其中利用元胞自動(dòng)機(jī)[90]進(jìn)行城市生態(tài)安全格局模擬的生態(tài)安全預(yù)測研究較多，除了運(yùn)用灰色模型[91]和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型[27]進(jìn)行預(yù)測與預(yù)警外，還通過模擬未來建成用地與當(dāng)前生態(tài)安全分區(qū)帶疊加，對(duì)生態(tài)不安全區(qū)域進(jìn)行識(shí)別與預(yù)警[92]。近年來，有學(xué)者開展了對(duì)生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建研究[74]。通過構(gòu)建科學(xué)的生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng)，并保持系統(tǒng)的良性運(yùn)轉(zhuǎn)，可以保證在生態(tài)安全問題發(fā)生前，及時(shí)采取措施減輕甚至消除不良影響，未來加強(qiáng)有關(guān)城市預(yù)警系統(tǒng)的研究對(duì)于城市可持續(xù)發(fā)展實(shí)踐具有重要指導(dǎo)意義。

影響城市這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中的各種生態(tài)安全的隱患因子及因子之間的相互關(guān)系變化都可能影響城市生態(tài)安全狀態(tài)及狀態(tài)的延續(xù)，而對(duì)這些因子直接或間接引發(fā)生態(tài)安全狀態(tài)變化的作用機(jī)制尚缺乏深入的研究，因而預(yù)測、預(yù)警的準(zhǔn)確性有待提高。有研究指出，未來可以著力研究如何從隱患作用機(jī)制來預(yù)測生態(tài)安全演變趨勢(shì)[9]。就城市生態(tài)安全預(yù)測研究來說，未來要加強(qiáng)預(yù)測結(jié)果的空間可視化，以識(shí)別未來生態(tài)不安全區(qū)域，更有針對(duì)性地進(jìn)行地區(qū)發(fā)展管控。還要加強(qiáng)多情景模擬研究，為城市發(fā)展轉(zhuǎn)型的政策決策與規(guī)劃制定提供指導(dǎo)。當(dāng)前針對(duì)生態(tài)要素的監(jiān)測技術(shù)和方法已經(jīng)相對(duì)成熟，未來應(yīng)建立科學(xué)有效的預(yù)警模型和預(yù)警系統(tǒng)，利用RS、GIS 等進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生態(tài)安全問題并采取有效措施進(jìn)行調(diào)控，以促進(jìn)城市的理性開發(fā)和科學(xué)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

5 基于生態(tài)安全的城市格局構(gòu)建與空間規(guī)劃

5.1 城市生態(tài)安全格局構(gòu)建

有關(guān)構(gòu)建城市生態(tài)安全格局的研究主要根據(jù)研究區(qū)域的不同狀況，從景觀功能[93]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[85]、生物多樣性保護(hù)[94]等視角入手?，F(xiàn)有研究在構(gòu)建城市生態(tài)安全格局時(shí)大多采用“識(shí)別生態(tài)源地—建立阻力面—提取生態(tài)廊道—構(gòu)建生態(tài)安全格局”的方法框架：1）識(shí)別生態(tài)源地。最常用的方法是選擇生境質(zhì)量良好的景觀、自然保護(hù)區(qū)斑塊或者一定面積的重要濕地、林地、水體斑塊以及物種棲息地等作為生態(tài)源地[94]，該方法簡單易行，但其識(shí)別結(jié)果有待進(jìn)一步量化核準(zhǔn)。近年來興起了不少新的方法，如通過計(jì)算景觀連通性指數(shù)或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與重要性[95]等來識(shí)別重要生態(tài)源地。國外研究常通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來識(shí)別生態(tài)源地[96]，或再結(jié)合生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)來識(shí)別[97]，也有研究提出在確定生態(tài)源時(shí)要考慮人類需求[98]，同時(shí)不斷探索新的科學(xué)方法以更準(zhǔn)確地識(shí)別生態(tài)源地[99]。2）建立阻力面。一般通過選擇土地利用類型、地貌因子（高程、坡度）以及距離等多個(gè)阻力因子進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[95]，構(gòu)建綜合阻力面，國外研究中還常利用夜間燈光數(shù)據(jù)來表征人為干擾強(qiáng)度，對(duì)構(gòu)建的阻力面進(jìn)行修正[98]。3）提取生態(tài)廊道。利用最小累積阻力模型（MCR）[95]、電路理論[6]等在建立的綜合阻力面的基礎(chǔ)上提取生態(tài)廊道。功能網(wǎng)絡(luò)模型[93]在提取生態(tài)廊道上也有應(yīng)用。有研究應(yīng)用蟻群算法和核密度估計(jì)模型來確定生態(tài)廊道的范圍和恢復(fù)點(diǎn)[100]。4）構(gòu)建生態(tài)安全格式。現(xiàn)有研究多通過對(duì)多個(gè)單一生態(tài)安全格局進(jìn)行加權(quán)疊合，構(gòu)建城市綜合生態(tài)安全格局[101]。

城市生態(tài)保護(hù)固然重要，但是推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高人類福祉是城市存在的重要意義之一，所以在構(gòu)建城市生態(tài)安全格局時(shí)，還應(yīng)該將社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展驅(qū)動(dòng)的城市增長納入考慮[95]，優(yōu)化構(gòu)建生態(tài)與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的生態(tài)安全格局。此外，現(xiàn)有研究對(duì)解決城市生態(tài)環(huán)境問題不夠重視，未來可以將城市熱島效應(yīng)緩解、城市通風(fēng)廊道建設(shè)等與景觀生態(tài)過程保護(hù)結(jié)合起來，在保護(hù)的同時(shí)解決城市生態(tài)環(huán)境問題。

5.2 基于生態(tài)安全的城市空間規(guī)劃與設(shè)計(jì)

以城市生態(tài)安全為目標(biāo)的城市空間規(guī)劃與設(shè)計(jì)是城市生態(tài)安全研究的一個(gè)熱點(diǎn)。過去，在我國城市規(guī)劃領(lǐng)域存在把綠地規(guī)劃等同于生態(tài)規(guī)劃的錯(cuò)誤觀念，這種規(guī)劃對(duì)改善城市整體生態(tài)狀況來說效果甚微。后來受景觀生態(tài)學(xué)影響，注重將格局、過程與功能進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，于是開始基于生態(tài)安全格局來開展城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃和水系規(guī)劃等保障特定生態(tài)功能的規(guī)劃。為保障城市整體生態(tài)安全，開展了反規(guī)劃和生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃等。

但以上研究偏重對(duì)生態(tài)底線的保護(hù)，對(duì)城市發(fā)展的關(guān)注不夠。城市發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，在守住生態(tài)底線的前提下，還需要協(xié)調(diào)好城市每個(gè)階段的發(fā)展目標(biāo)與保護(hù)目標(biāo)，兼顧城市的各種發(fā)展功能和生態(tài)功能，保證城市功能的多樣性，對(duì)城市進(jìn)行全面、分階段的格局規(guī)劃。目前以基于城市生態(tài)安全格局的構(gòu)建結(jié)果研究確定城市空間擴(kuò)張策略與布局優(yōu)化方案[101]較為多見，在實(shí)現(xiàn)城市生態(tài)安全格局優(yōu)化的同時(shí)，控制和引導(dǎo)城市空間增長引起的生態(tài)干擾。近十幾年來，基于生態(tài)安全的城市增長邊界劃定研究也較多[7]。有關(guān)城市之間最小生態(tài)安全距離的研究也開始興起[102]。還有研究以城市生命線系統(tǒng)為規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)象，保障城市生態(tài)安全[103]。國外這方面研究主要是對(duì)城市河流[104]與綠化[105]等進(jìn)行基于生態(tài)安全的景觀設(shè)計(jì)與格局優(yōu)化。

現(xiàn)有城市生態(tài)空間規(guī)劃與設(shè)計(jì)多基于構(gòu)建的靜態(tài)生態(tài)安全格局提出藍(lán)圖式規(guī)劃愿景，未來需要以現(xiàn)狀城市建設(shè)用地為源地，考慮城市擴(kuò)張需求，預(yù)測多情景下的城市空間發(fā)展并進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)，基于此分析城市擴(kuò)張對(duì)生態(tài)安全格局的動(dòng)態(tài)干擾和應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的策略，使得在滿足城市未來發(fā)展用地需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全格局保護(hù)。

6 研究展望

6.1 探索建立城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系

當(dāng)前，評(píng)價(jià)城市生態(tài)安全的案例研究很多，但鮮有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和能適應(yīng)不同資源環(huán)境稟賦、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和規(guī)模類型的城市生態(tài)安全水平界定標(biāo)準(zhǔn)，致使不同研究人員對(duì)不同區(qū)域、不同研究尺度下的評(píng)價(jià)結(jié)果存在明顯差異。因此，在系統(tǒng)考慮區(qū)域生態(tài)功能類型、資源環(huán)境空間差異性和數(shù)據(jù)可獲得性的基礎(chǔ)上，探索建立一套城市生態(tài)安全的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)于城市生態(tài)安全的規(guī)范化評(píng)價(jià)以及相關(guān)管理政策的制定非常有必要，這也是下一步城市生態(tài)安全研究的重點(diǎn)方向之一。

6.2 加強(qiáng)從更大尺度上開展城市生態(tài)安全研究

目前的城市生態(tài)安全研究范圍主要集中在單個(gè)城市上，即使是對(duì)城市群的研究，也主要是對(duì)城市群內(nèi)部各城市生態(tài)安全水平的差異及變化情況進(jìn)行分析，少有研究城市群內(nèi)部各城市之間物質(zhì)流、能量流和信息流的交換以及地理位置上的密切聯(lián)系對(duì)城市群整體以及單個(gè)城市生態(tài)安全水平的影響。同時(shí)，對(duì)城市和周邊農(nóng)村的相互關(guān)系也考慮不足。如何從城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、城市群等更大尺度范圍來考慮某個(gè)城市的生態(tài)安全問題，如高效對(duì)接城市與農(nóng)村、城市群各個(gè)城市之間的各種生態(tài)廊道，優(yōu)化建設(shè)區(qū)域城市生態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建生態(tài)安全格局，提高廊道的多功能性和整體功能等，是下一步城市生態(tài)安全研究需要深化的方向。

6.3 加強(qiáng)以人為本的城市生態(tài)服務(wù)安全研究

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在現(xiàn)有的城市生態(tài)安全研究中被多次提及，主要是通過分析其供需關(guān)系來評(píng)價(jià)生態(tài)安全，以及在構(gòu)建生態(tài)安全格局時(shí)通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來識(shí)別生態(tài)源地。未來可以加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在生態(tài)安全領(lǐng)域的應(yīng)用研究，特別要突出城市的中心是人類這條主線，根據(jù)人類對(duì)放心的食物、干凈的水、清潔的空氣等需求來衡量生態(tài)安全水平，加強(qiáng)以人為本的城市生態(tài)服務(wù)安全研究。這對(duì)于引導(dǎo)城市生態(tài)安全管理政策的制定與建設(shè)實(shí)踐具有重要意義，也是未來城市生態(tài)安全需要深入研究的內(nèi)容之一。