城市生态安全格局规划的原则与方法
StudyonPlanningPrincipleandMethodofUrbanPatternforEcologicalSecurity任西锋
任素华
规划设计理TheoryofPlanningandDesign
RENXi-feng,RENSu-hua
摘要：立足于城市规划的空间规划途径，将城市生态安全作为应对城市空间增长和生态环境保护的整体性对策，通过景观生态学
理论的增补，厘清城市生态安全的概念及城市生态安全格局的空间模型，分析城市生态安全格局规划的特点，研究城市生态安全格局规划的定量分析方法以及格局优化、干扰分析、预案研究等空间规划途径。首先以文献综述的方式梳理了城市生态安全格局的概念、特点及城市生态安全格局规划的主要内容与原则，而后又针对４种研究方法列举了一些案例研究及目前我国研究的动态。关键词：风景园林；城市生态安全；空间途径；格局优化；干扰分析文章编号：1000-6664(2009)07-0073-05中图分类号：TU986
文献标志码：A
收稿日期：2008-05-28；修回日期：2008-11-19
Abstract:Urbanecologicalsecurityprovidesanintegratedstrategyforecologicalconservationandurbandevelopment,basedonthespatialplanningapproachesinurbanplanning.Basedonprinciplesoflandscapeecology,theconceptandspacemodelofurbanecologicalsecurityareclarified.Then,thefeaturesandplanningprinciplesofurbanpatternforecologicalsecurityareexplored,andsomeplanningapproachesforurbanecologicalsecurityarepresented,suchaspatternoptimization,disturbanceanalysisandscenariostudy.Theconceptandcharacteristicsofurbanecologicalsecuritypatternandthemaincontentandprincipleofitsplanningaresortedoutinthewayofdocumentsummaryinthispaper,andregardingthefourstudymethodssomecasestudiesandcurrentresearchtrendsinChinaarelisted.
Keywords:landscapearchitecture;urbanecologicalsecurity;spacemethod;patternoptimization;disturbanceanalysis
生态安全是生态学新兴的研究领域，目前的研究主要集中在生态安全问题评述及生态安全评价指标选取等方面[1-5]。这些研究多是针对自然区域或农业生态安全展开，而对于城市生态安全的系统研究较少。在城市规划领域，城市发展的生态安全保障问题已引起重视，反规划、非建设用地规划、生态基础设施规划等都是对这一问题的积极探索。这些研究多是某一角度，侧重技术方法的研究[6-11]，目前针对城市生态安全及其空间格局规划尚无系统、全面的研究。
对策，城市生态安全是指在快速城市化的过程中，城市生态系统及其组分能够维持自身的结构和功能，支持城市持续发展的需要，并避免非期望生态事件发生的状态。
生态系统安全依赖于“结构—过程—功能”的有机结合。城市用地增长产生的生态干扰具有累计性，并可直观地反映在城市生态系统的空间结构上。外显的空间结构是城市规划易于把握和熟悉的内容。因此，存在这样一种可能的研究逻辑和规划途径：以城市生态系统的空间结构为研究对象，通过空间格局的优化，建立健康
1城市生态安全及其空间格局
生态安全是维护某一尺度下的生态环境不受威胁，并为整个生态经济系统的安全和持续发展提供生态保障的状态[12-13]。它包含2个层面的含义：一是生态系统自身的安全；二是生态系统对于人类社会系统的服务功能，即作为社会支持系统能够满足人类发展的需要。生态系统的服务职能涉及人类社会的许多方面，如经济安全、农业安全等。当这种服务功能指向城市时，即产生城市生态安全概念。城市是“自然—人工”复合生态系统，城市生态安全强调生态系统对城市生存、发展的保障职能。在快速城市化的背景下，城市用地增长形成的生态干扰及生境破碎化，是我国城市生态问题的主要诱因(图1)。因此，作为应对城市用地增长和生态环境保护的整体性
图1城市用地增长与生境破碎化示意图
73
2.2强调格局与过程安全
城市生态安全格局规划希望通过空间格局的建构来实现城市生态系统的“结构、过程、功能”的有机结合。“结构”是实现“过程”与“功能”健康的重要途径。“结构”规划除了
图2不同研究粒度与城市生态格局示意图3城市增长对自然生态格局的干扰示意
要考虑关键性的社会要素、生态系统要素(如关键性大型生态斑块)外，更要选择那些具有重要生态意
义的受干扰的生态过程，以及具有重要社会意义的空间过程（如区域城市协作、城市增长模式、人文景观保护等），才能实现空间结构与生态过程、功能的有效对接。如(图3)所示的城市生态格局，自然生态系统在人为干扰的作用下被切割而破碎化。对于城市生态安全而言，比这种外显的生境破碎化过程更为重要的是重要生态过程（如水文过程）的断裂，因而使城市处于生态风险（如泥石流、山洪）的威胁之下。因此，城市生态安全格局研究应针对城市发展的空间需求，综合各种重要的社会过程和生态过程，研究潜在生态影响类型及其累积性后果，为城市空间的健康发展指引方向。
的系统空间格局，保护城市生态系统的生态过程及其服务功能，并满足城市发展的需要。
城市生态安全格局强调城市生态安全的空间存在形式，因而是生态安全和城市规划之间产生对话的有效途径。从空间规划的角度可以这样描述城市生态安全格局的空间模型：城市生态安全格局是城市用地增长过程中，城市复合生态系统中某种潜在的空间格局，由一些点、线、面的生态用地及其空间组合构成，对维护城市生态水平和重要生态过程起着关键性作用的空间格局[14-16]。
城市化加速发展背景下，城市生态安全格局规划的意义在于：以战略性、基础性、约束性的规划，保障城市生态系统的健康和服务功能，适应城市发展对空间资源的需求，科学引导、控制城市空间发展，使土地资源在城市规模、社会经济和生态环境3个约束条件下实现永续利用。
3城市生态安全格局规划的主要内容与原则
3.1主要研究内容
城市生态安全格局规划将建设用地视为城市景观生态格局中最为活跃的生态斑块，将城市空间增长视为改变城市生态格局的主要干扰源，通过以城市空间干扰为策动力的社会——生态过程的研究，识别城市生态系统的基本生态格局和关键地段；分析当前城市生态问题的空间诱因和潜在的生态风险；用空间规划的手段对保证系统生态安全的基本格局及其组分进行针对性的保护、优化。内容主要包括以下几点：
1)城市生态环境问题的分析。以主动性、针对性、等级性为指导原则，通过城市生态格局、生态过程与功能的分析，对城市生态环境问题存在的范围、强度、起因、过程等进行分析。
2)预测和评价。综合生态功能恢复对策、干扰控制对策以及社会经济对策，对城市空间增长的不同的干扰水平变化情况下的生态安全水平进行预测和评价。
3)确定城市安全格局的规划目标。对城市生态安全现状进行综合定位，提出规划设计的总体目标。这一规划环节需要平衡生态环境保护与城市空间发展的各种矛盾。随着城市生态安全格局规划方案的实施，城市生态安全规划目标也有适应性的变化。
4)城市生态安全格局规划。基于格局与过程原理和空间规划目标，创建能够不断优化的城市生态安全格局。这个空间格局应尽可能从根本上控制人为干扰、诱导有利的自然干扰。
5)适应性管理。基于城市生态环境持续改善的思路，需要对城市生态安全格局方案的实施进行适应性管理，这是一个动态、综合的过程，是不断优化城市生态安全的重要保障。
2城市生态安全格局研究的特点
2.1对研究尺度的关注——粒度
尺度是景观生态学的一个重要概念，尺度原则具有不可推绎的特
15]
性[13，，只讲逻辑而不管尺度的无条件推理和无限外延，是许多理论悖
谬产生的哲学根源[16]。粒度是景观生态系统中最小可辨别单元所代表的特征长度、面积或体积。对于城市生态格局的研究，空间粒度对应于生态用地规模和城市空间运动过程，与分辨率有直接关系[15]。同一个城市空间运动过程或格局形态，由于研究粒度的不同往往产生不同的结论。如(图2)所示的城市生态格局（局部），在200m×200m的研究粒度下，城市生态系统中的自然生态斑块相对完整，具有大面积的内部生境和连续的边界，说明城市生态状况良好；在100m×100m的研究粒度下，可以看出城市空间拓展的干扰造成了高度的生境破碎化，说明城市处于生态风险的威胁之下，亟须通过干扰调控（城市空间发展格局的控制和引导）来改善、优化城市生态格局。由此可见，200m×200m的研究粒度导致城市生态安全重要信息的丢失，因而未能真实反映城市生态系统的实际安全状况。
一般来说，随着研究对象范围的扩大，研究尺度（包括整体尺度和粒度）呈逐渐增大的趋势，这意味着组织层次高的城市空间往往需要较大的研究尺度，而大尺度的研究往往导致一些信息被忽略。因此，选择科学的研究尺度对于城市生态安全研究极为重要。
图4兰州市宜农、宜林及宜牧地评价[20]图5兰州市区域生态安全格局[20]
3.2规划原则
城市生态安全格局规划是在社会经济发展的过程中，以调控城市空间增长的生态干扰和优化生态格局为技术途径，以建构城市生态安全体系的空间格局为目标，整合城市社会和生态的格局、过程的空间规划。因此通过对景观生态原则的增补来确定城市生态安全格局规划的原则[17-19]。
1)针对性原则：针对具体的由人为干扰所引发的生态问题，以优化生态格局和调控干扰为目标进行规划设计；
2)自然性原则：以保护、恢复、优化自然生态结构和功能为优先目标进行规划设计；
3)主动性原则：主动控制有害的人类干扰、实施有益的促进措施，加速生态系统恢复的规划设计；
4)综合性原则：综合考虑生态、经济、社会文化的多样性对生态安全格局的影响，进行综合性的规划设计；
5)适应性原则：适应社会经济发展需求，结合科学理论与技术方法的发展，规划具有适应性的、动态的城市生态安全格局。
2)关键地段识别：在城市“社会—生态”过程及问题的分析评价基础上，识别具有关键生态作用和社会价值的生态用地（如具有较高物种多样性的生境类型、生态网络中的关键节点和裂点、对人为干扰敏感而对景观稳定性又影响较大的单元，以及对历史文化保护具有重要价值的地段、对城市风貌景观具有重要影响的地段等），探明城市生态格局中保证系统健康和服务功能的具有重要意义的生态用地及其格局。
3)风险评估：研究城市增长趋势和增量规模，将城市用地增量需求的阶段性供给与布局落实在用地格局的空间配置上，对现实的城市生态状况进行评估和预测，为城市生态安全格局规划提出具体目标。
4)总体布局：采取集中与分散相结合的原则，保护和建设大型的环境资源型生态用地（作为物种生存和水源涵养所必需的自然栖息环境）、一定数量的小型生态斑块和廊道（用以保护水系和物种流动）。这种格局在城市生态功能上具有不可替代性，是城市生态安全格局的基础格局。
5)生态属性规划：依据现状用地利用的特点和问题，结合城市空间增长的动态属性，进一步明确生态优化和社会发展的关系，调整、优化现有生态用地格局，确定城市生态系统及其组分的发展格局和功能。
6)空间属性规划：将上述的生态和社会需求落实到规划设计的方案中，即通过生态用地的格局配置，用空间规划的手段对用地斑块的属性和技术指标（如生态用地的大小、形态、边缘的宽度、长度、复杂度等）、开发建设时序、保护或改造措施进行明确的规定。
2005年，方淑波等在《基于土地利用分析的兰州市城市区域生
[20]
态安全格局研究》中提出：在兰州市的区域生态安全格局的设计
4城市生态安全格局规划的空间途径
城市生态安全格局规划是目标规划与问题规划的结合，其本质是通过空间途径实现城市生态格局的优化，并对城市空间增长进行生态干扰的控制和引导。因此，具体规划方法主要包括基于格局优化的规划和基于干扰分析的规划，并可运用预案研究实现目标规划与问题规划的有机结合。
4.1目标规划——基于格局优化的规划方法
空间格局优化本身就是城市规划工作的主要内容，但是由于缺乏对生态过程与格局关系的认识，在城市规划中存在将绿地规划“等同于”生态规划的错误观念，导致重要生态过程的保护被忽视，使城市生态格局呈现出一种概念化、套路化的所谓“点、线、面”网络格局。基于格局优化的规划方法以城市生态用地的分类研究为基础，注重探明城市生态系统中的重要生态过程及其空间存在形式，实施格局保护和优化。具体方法如下：
1)背景分析：将建设用地作为城市生态系统中的活跃斑块，分析历史时期自然和人为扰动的特点，以及城市斑块增长与生态格局的关系。
中，不可替代格局和最优景观格局被视为基础的格局形式，贯穿于设计的各个层次和各个尺度：从单个景观组分到某一层次的景观，再到整个区域。在兰州市土地宜农、宜林、宜牧单宜性评价时采用专家打分法，确定兰州市土地单宜性评价宜农、宜林、宜牧各个部分的参评因子及权重，评价结果如(图4、5)。4.2问题规划——基于干扰分析的规划方法
干扰一般指显著改变系统自然格局的事件[21]，它导致生态资源与空间格局的改变和重组。通过城市空间增长对生态系统干扰的
75
中对于强烈改变和干扰区域生态安全的重大工程如道路和水利工程，采用生态安全评价的方式，从生态安全内涵的转变入手，通过对生态安全指标体系的研究，结合工程本身的特征，从驱动力—状态—响应（DSR）指标入手，得出DSR范式在工程生态安全评价中应用的可行性，制定了区域生态安全评价指标体系概念框架。(表1)是水利工程安全指标体系的评价指标。4.3预案研究
图6由高程分析推导出的建设用地布局示意
预案(Scenario)研究是目前广泛应用于区域发展规划、景观生态规划等领域的一种不确定性规划方法，主要是对未来各种可能性进行探索并寻求实现途径。其目的不是回答“将会发生什么”，而是考虑“如果这样，将会怎样”。在面临具有复杂性和不确定性的问题时，预案研究既能拓展思考范围，又能收敛以抓住问题的关键，从而使不确定性逐渐明晰化[27]。预案研究可归纳出一些不可能发生和不能发生的情况，从而为城市空间增长建立一个空间限制的框架，在这些限制范围内城市用地增长需求能够得到最大限度的实现。
城市生态安全格局规划的预案研究方法主要是通过“由下到上(Bottom-up)”及“由上到下(Top-down)”2种思路的对接来完成。Bottom-up方法基于生态干扰分析，研究城市增长的空间需求及城市生态系统本身的限制因素，以明确城市用地增长的各种生态限制因素及可供选择的范围。Top-down方法基于生态格局优化，着眼于控制城市生态系统的空间结构及其变化的驱动力与过程。因此可用于把握和限定城市空间增长预案的方向性及可能性。预案研究的Top-down和Bottom-up方式正好对应目标导向规划和问题导向规划，将两种规划途径结合，适应于城市生态安全格局研究的针对性、系统性和主动性强的特点。
最近北京大学景观规划设计中心以江苏省扬中市为例，针对我国快速城市化过程中出现的城乡环境问题，提出了“经济快速增长地区城乡规划中的生态安全格局理论与案例”的最新研究项目，应该属于预案研究。该研究应用地理信息系统和空间分析方法对当地最重要的景观——渠网圩田景观的演替变迁过程以及土地利用
分析，将为排除与生态环境问题相应的人为干扰，或通过有益的人为干扰优化生态格局与过程提供支持[22-25]。
通常的城市规划方法往往忽视对空间增长的生态干扰分析，如(图6)所示，由高程分析推导出的用地布局，导致建设用地对沟谷、岸线空间的“填充”，不仅割断了山体与水系的空间联系，而且也完全割断了山体与水系的生态过程（如水文过程）。基于干扰分析的城市生态安全格局规划方法是问题导向型的规划方法，针对不同功能的城市生态用地，从空间干扰的发生和影响特征出发，提出相应的控制对策。城市空间增长对生态环境构成的干扰可分为：1)改变过程的干扰；2)直接影响保护目标的干扰；3)间接影响的干扰；4)产生环境压力的干扰等。干扰分析的规划方法将干扰的引导或排除作为城市生态安全规划的线索，通过保持自然干扰和适度人为干扰来保持城市生态系统异质性，通过生态用地的格局配置来阻挡不利干扰，引入积极干扰，进而实现城市生态安全。
基于干扰分析的规划方法通过对人为干扰的分析，识别城市生态系统所受干扰的种类、过程、结果，继而可以作城市生态系统空间管理的支持。对城市生态安全格局的干扰分析主要包括：建设用地增长过程中，关键生态系统的完整性和稳定性，生态系统健康与服
17，25]
务功能的可持续性，主要生态过程的连续性等[3，。这与干扰分析
的类型划分和层次划分都是可以对应的。
刘世梁等进行了国内基于干扰分析的规划方法的研究[26]，研究
表1目标层
作用层
准则层水电工程扰动特征生态系统状态指标
指标层
水利工程生态安全评价指标体系
已建：库区面积及水深，梯级电站密度，电站间距，建设时间及寿命在建：施工强度和规模，工程面积影响域
结构指数：库区周边生物多样性指数，植被覆盖率；水生、浮游生物种类及多样性
功能指数：生物第一性净生产力，水体浮游生物量，生产率与呼吸比率，生产率与生物量比率环境指数：水体理化性质（水质、水温），坡体土壤类型，土壤质量，边坡稳定度
直接指标：山地灾害频率，坡体塌方面积，水库淤积贡献率，水土流失强度，非点源入库系数间接指标：坝区修缮投资，水土流失防治、植树率、环保投资、生态补偿费水文过程，流量，水温，泥沙含量，水质，混浊度，营养物含量
结构指数：河道形态，河岸冲刷程度，岸带生物多样性指数，植被覆盖率，水生生物栖息地结构功能指数：生物第一性净生产力，生物量，生产率与呼吸比率，生产率与生物量比率环境指数：水体理化性质（水质、水温）
库区尺度
生态安全测度
反馈强度指数水电工程扰动特征
下游区域生态系统
状态指标
反馈强度指数间接指标：下游生态系统用水对库区的约束
格局的变化过程进行了模拟分析，同时运用生态足迹方法研究了快速经济增长过程中当地产业发展方向，最后采用情景分析对扬中未来可能的发展趋势进行了生态评价，确定了经济可行且生态安全的渠网圩田景观格局；根据城镇扩展阻力面模拟结果，扬中市城镇发展最适合于按照单中心城市模式发展。研究表明近百年来的渠网圩田景观格局演变反映了长江三角洲地区的人地关系变化过程，工业化和城市化是变化的内在动力。
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5结语
城市生态安全格局规划，一方面要冲破城市规划学科的界限，寻求生态学尤其是景观生态学的理论支持，从系统的高度来发现问题和解决问题。另一方面，城市生态安全格局规划应积极借鉴相关规划设计方法及其经验和教训，如景观生态规划(Landscapeeco-planning)的步骤和方法；预案(Scenarios)研究的方法、生态系统管理的概念和方法。应该认识到，城市生态安全格局规划的具体实施还面临很多现实困难：1)生态环境问题中生物多样性信息缺乏；2)生态系统功能的不确定性；3)生态系统开放性和联系性尺度经常超越行政管理界限。城市生态安全格局规划应该认识到这些障碍，并设法不断改进方法，才能实现其规划设计目标。总之，城市生态安全格局规划的原则和方法是在不断发展的各类规划设计方法基础之上的又一探索，该原则和方法的不断研究和完善将为城市生态安全提供技术支持。
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注：文中图片除标注外，均为作者绘制。
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作者简介：
任西锋/1965年生/男/高级工程师/郑州市规划勘测设计研
究院副总工程师/研究方向为城市规划（郑州450052）任素华/1972年生/女/高级工程师/上海友景设计有限公司景观技术总监/研究方向为景观规划与设计（上海200093）
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[11]刘福智，谭良斌.城市景观生态安全及评价模式[J].西安建筑科技大学学
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