王祥榮,樊正球,謝玉靜,李 昆,曾 剛,蘇 德,關(guān)慶偉,任 引,高 峻

1 復(fù)旦大學(xué), 上海 200433 2 華東師范大學(xué), 上海 200062 3 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012 4 南京林業(yè)大學(xué), 南京 210037 5 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所, 廈門(mén) 361021 6 上海師范大學(xué), 上海 200234

城市群生態(tài)安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范
——以長(zhǎng)三角城市群為例

王祥榮1,*,樊正球1,謝玉靜1,李 昆1,曾 剛2,蘇 德3,關(guān)慶偉4,任 引5,高 峻6

1 復(fù)旦大學(xué), 上海 200433 2 華東師范大學(xué), 上海 200062 3 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012 4 南京林業(yè)大學(xué), 南京 210037 5 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所, 廈門(mén) 361021 6 上海師范大學(xué), 上海 200234

根據(jù)國(guó)家科技部 “典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護(hù)研究”重點(diǎn)專項(xiàng)(2016 年)指南任務(wù)要求,本項(xiàng)目將重點(diǎn)開(kāi)展“長(zhǎng)三角城市群生態(tài)安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范”的研究?；趯?duì)“長(zhǎng)三角城市群重大生態(tài)安全問(wèn)題的DPSIR多元共軛機(jī)理”及“長(zhǎng)三角城市群生態(tài)安全協(xié)同聯(lián)動(dòng)機(jī)制與保障路徑”重大科學(xué)問(wèn)題的辨識(shí),強(qiáng)化“1、5、1”的整體研究思路和技術(shù)路線,即：構(gòu)建1個(gè)基礎(chǔ)理論框架、研發(fā)5大技術(shù)體系、創(chuàng)新1個(gè)協(xié)同聯(lián)動(dòng)決策支持系統(tǒng)和平臺(tái)。項(xiàng)目成果將有助于長(zhǎng)三角地區(qū)提高生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)管能力,促進(jìn)區(qū)域健康發(fā)展,并為國(guó)家城市群可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù),具有極其重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

生態(tài)安全評(píng)價(jià); 生態(tài)修復(fù);生態(tài)格局網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì);集成示范;協(xié)同聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)與平臺(tái); 長(zhǎng)三角城市群

生態(tài)安全是地球生命系統(tǒng)賴以生存的環(huán)境不被破壞與威脅的動(dòng)態(tài)過(guò)程,包括自然生態(tài)安全、生態(tài)系統(tǒng)安全和國(guó)家(人類)生態(tài)安全(IESCO)。國(guó)外的探索和研究集中了交叉學(xué)科的優(yōu)勢(shì),如全球著名的美國(guó)圣菲研究所(SFI),德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)、歐洲環(huán)境局等。

國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的主要工作有：沿海區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)與環(huán)境預(yù)警[1],北美東部城市群和中國(guó)珠三角城市群LUCC與環(huán)境關(guān)系研究[2-4],東南亞、北美和南美洲LUCC和植被遙感研究[5-7],英國(guó)倫敦城市群防洪、熱島效應(yīng)與基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)對(duì)[8-9],高分網(wǎng)格法與海平面上升對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)的影響研究[10-11],歐洲城市環(huán)境與生態(tài)安全研究[12-13],美國(guó)Phoenix都市區(qū)城市化進(jìn)程中生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)研究[14]；我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估[15],生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)制圖和空間定量化研究[16],區(qū)域生態(tài)安全格局[17],景觀生態(tài)安全格局[18],流域生態(tài)安全基線評(píng)估與流域生態(tài)安全格局構(gòu)建[19],城市生態(tài)環(huán)境決策支持系統(tǒng)CityWare(奧地利環(huán)境軟件服務(wù)公司,2008),中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)[20],物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)[21],大數(shù)據(jù)在城市規(guī)劃和管理中的應(yīng)用[22],崇明島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)[23],以及美、英、德、日、我國(guó)提出的“生態(tài)工法”在城市生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用和對(duì)關(guān)鍵物種棲息地生態(tài)保護(hù)研究等；在城市群層次上,生態(tài)服務(wù)、空間結(jié)構(gòu)規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)地理研究已有一定基礎(chǔ),如長(zhǎng)三角城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究[24],長(zhǎng)株潭城市群空間結(jié)構(gòu)研究[25]等。

綜上,國(guó)內(nèi)外前期主要開(kāi)展了針對(duì)特定區(qū)域和特定生態(tài)環(huán)境要素的評(píng)價(jià)技術(shù)、方法以及決策支持系統(tǒng)研究,但在城市群生態(tài)安全保障技術(shù)研發(fā)及示范上,其研究尚不多見(jiàn)。本項(xiàng)目以我國(guó)典型城市群——長(zhǎng)三角城市群為例開(kāi)展生態(tài)安全保障技術(shù)與示范的研究。長(zhǎng)三角城市群位于我國(guó)長(zhǎng)江下游和東部沿海地區(qū),是我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)最迅速、城市化最高的地區(qū)之一；但同時(shí)也是生態(tài)安全問(wèn)題最突出的地區(qū)之一,表現(xiàn)為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能退化,人居環(huán)境質(zhì)量下降,跨區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增加、環(huán)境協(xié)調(diào)能力不足,嚴(yán)重影響到了區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。因此,加強(qiáng)長(zhǎng)三角城市群生態(tài)安全保障研究與集成示范,提高生態(tài)系統(tǒng)健康水平,推進(jìn)綠色發(fā)展已成為國(guó)家重大戰(zhàn)略與區(qū)域發(fā)展的重大需求。

1 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目將圍繞“長(zhǎng)三角城市群生態(tài)安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范”主體目標(biāo),開(kāi)展以下重點(diǎn)內(nèi)容的研究(圖1)：

(1)長(zhǎng)三角區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)、健康診斷與監(jiān)管技術(shù)

基于模型、場(chǎng)景測(cè)試、環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),研究近四十年來(lái)長(zhǎng)三角區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空演變規(guī)律,闡明城市化對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的DPSIR(驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng))多元共軛機(jī)理,開(kāi)發(fā)構(gòu)建具有實(shí)時(shí)、快速診斷與識(shí)別功能的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng),研發(fā)長(zhǎng)三角城市群生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)、健康診斷與監(jiān)管技術(shù)體系。

(2)長(zhǎng)三角城市群生態(tài)安全評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)

圍繞長(zhǎng)三角城市群重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)、城市災(zāi)害生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和典型生態(tài)系統(tǒng),通過(guò)MODIS遙感技術(shù)及GIS系統(tǒng)、環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)和地面儀器監(jiān)測(cè)相結(jié)合,傳統(tǒng)定位監(jiān)測(cè)與智能化數(shù)據(jù)庫(kù)相融合的方式,構(gòu)建集地表水、大氣、土壤、生物多樣性于一體、常規(guī)因子與特征因子相結(jié)合、常規(guī)例行監(jiān)測(cè)與在線連續(xù)監(jiān)測(cè)相互補(bǔ)、地面監(jiān)測(cè)與遙感監(jiān)測(cè)相配合、監(jiān)測(cè)與分析預(yù)警功能相互聯(lián)的長(zhǎng)三角城市群生態(tài)環(huán)境立體監(jiān)測(cè)及預(yù)警體系,研發(fā)區(qū)域生態(tài)安全快速診斷與識(shí)別技術(shù)、生態(tài)安全綜合評(píng)估技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),創(chuàng)新長(zhǎng)三角城市群生態(tài)安全監(jiān)管集成技術(shù)體系。

圖1 項(xiàng)目技術(shù)路線示意圖Fig.1 Schematic diagram of technical route

(3)長(zhǎng)三角城市群關(guān)鍵生態(tài)景觀重建修復(fù)技術(shù)與示范

基于過(guò)程跟蹤的生態(tài)景觀梯級(jí)修復(fù)與重建技術(shù),以長(zhǎng)三角城市群河網(wǎng)景觀、環(huán)湖生態(tài)林、城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶和重要水源地等典型生態(tài)景觀為對(duì)象,研發(fā)生態(tài)景觀梯級(jí)修復(fù)、重建與服務(wù)提升技術(shù)；開(kāi)展“點(diǎn)-線-面”多尺度結(jié)合的功能種篩選、結(jié)構(gòu)配置與優(yōu)化等生態(tài)重建技術(shù)研究與示范。

(4)長(zhǎng)三角城市群典型受損生態(tài)空間修復(fù)保育及功能提升技術(shù)與示范

針對(duì)長(zhǎng)三角城市群退化濕地、植被、棕地和關(guān)鍵生物棲息地等開(kāi)展受損生態(tài)空間修復(fù)保育和服務(wù)功能提升技術(shù)攻關(guān)與示范,構(gòu)建綜合監(jiān)測(cè)與評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù),量化生態(tài)修復(fù)與功能提升效應(yīng)。

(5)長(zhǎng)三角城市群生態(tài)安全格局網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與綜合保障技術(shù)

研究基于生態(tài)系統(tǒng)“源-流-匯”空間格局理論與空間優(yōu)化決策模型的城市群“三生”共軛生態(tài)空間規(guī)劃與生態(tài)安全格局網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)；開(kāi)發(fā)基于城市群PREED(人口-資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)-發(fā)展)生態(tài)耦合協(xié)調(diào)、基礎(chǔ)生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的生態(tài)安全綜合保障技術(shù)體系。

(6)長(zhǎng)三角城市群生態(tài)安全協(xié)同聯(lián)動(dòng)決策支持系統(tǒng)和平臺(tái)構(gòu)建及集成示范

采用現(xiàn)代信息融合與同化技術(shù),實(shí)現(xiàn)多源觀測(cè)數(shù)據(jù)融合與生態(tài)模型之間的優(yōu)化,研究長(zhǎng)三角城市群生態(tài)安全協(xié)同聯(lián)動(dòng)機(jī)制與管控體系；開(kāi)發(fā)不同時(shí)空尺度、不同生態(tài)安全模型與指標(biāo)的云數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)與生態(tài)安全保障技術(shù)庫(kù),研究多元數(shù)據(jù)融合同化和群決策模型優(yōu)化技術(shù)；構(gòu)建城市群生態(tài)安全協(xié)同聯(lián)動(dòng)機(jī)制綜合決策支持系統(tǒng)與平臺(tái),并開(kāi)展集成示范。

2 總體目標(biāo)及考核指標(biāo)

本項(xiàng)目針對(duì)研究區(qū)高強(qiáng)度城鎮(zhèn)化的現(xiàn)實(shí)背景和生態(tài)安全保障需求,以我國(guó)典型城市群——長(zhǎng)三角城市群為對(duì)象,重點(diǎn)圍繞1)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)與監(jiān)管技術(shù)和區(qū)域生態(tài)健康診斷、安全評(píng)估與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)；2)關(guān)鍵生態(tài)景觀重建技術(shù)以及受損生態(tài)空間修復(fù)保育和服務(wù)功能提升技術(shù)；3)區(qū)域生態(tài)安全格局網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)及生態(tài)安全保障技術(shù)和4)城市生態(tài)安全協(xié)同聯(lián)動(dòng)機(jī)制決策支持系統(tǒng)和平臺(tái)建設(shè)等內(nèi)容,旨在通過(guò)多學(xué)科融合和產(chǎn)學(xué)研協(xié)同開(kāi)展科技攻關(guān)以實(shí)現(xiàn)技術(shù)自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新,最終提升區(qū)域生態(tài)安全保障水平,促進(jìn)長(zhǎng)三角城市群可持續(xù)發(fā)展。

項(xiàng)目預(yù)期研究成果包括生態(tài)安全診斷評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)警與監(jiān)管技術(shù)9項(xiàng),生態(tài)重建、修復(fù)與服務(wù)提升技術(shù)10項(xiàng),生態(tài)安全保障數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)及平臺(tái)建設(shè)7個(gè),生態(tài)安全保障技術(shù)集中示范點(diǎn)和示范基地10個(gè),技術(shù)規(guī)程/導(dǎo)則13項(xiàng),國(guó)家發(fā)明/實(shí)用新型專利/軟件著作登記權(quán)20項(xiàng),發(fā)表核心以上學(xué)術(shù)論文50—60篇(其中SCI等論文20—25篇),培養(yǎng)20—30名科技骨干以及博士、碩士研究生25—30名。

3 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目申報(bào)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合了在長(zhǎng)三角城市群生態(tài)安全研究方面有重要合作基礎(chǔ)及科研成果的14家單位開(kāi)展協(xié)作攻關(guān)。包括：“復(fù)旦大學(xué)、華東師范大學(xué)、南京林業(yè)大學(xué)、上海師范大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)” 等6所重要高校,“中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所、上海環(huán)境科學(xué)研究院、上海市氣候中心、上海市九段沙濕地自然保護(hù)區(qū)管理署、中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所寧波站”等國(guó)家+地方6家科研院所；以及“上海復(fù)旦規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司和江蘇三和園藝有限公司等2家企業(yè)單位和綜合集成示范單位-上海市崇明縣國(guó)家級(jí)生態(tài)文明先行示范區(qū)。項(xiàng)目研究中,將通過(guò)對(duì)城市群發(fā)展過(guò)程中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)預(yù)警,及時(shí)、準(zhǔn)確地診斷生態(tài)系統(tǒng)存在的問(wèn)題,分析生態(tài)系統(tǒng)演變的動(dòng)態(tài)特征,為正確決策提供科學(xué)依據(jù)；對(duì)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行調(diào)控和生態(tài)空間修復(fù),可以極大地避免因生態(tài)問(wèn)題導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失；通過(guò)對(duì)生態(tài)安全三級(jí)指標(biāo)的科學(xué)分析與數(shù)據(jù)融合,可以為實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)管理、區(qū)域聯(lián)動(dòng)與管控的綜合決策、提高長(zhǎng)三角城市群的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量水平,促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展,為國(guó)家城市群綠色發(fā)展戰(zhàn)略的制訂提供科學(xué)依據(jù)。但由于多家單位的參與,將存在各課題之間的交流和協(xié)作的流暢性問(wèn)題,組織與管理具有一定難度。各參與單位及研究人員需緊密合作、及時(shí)溝通、相互支持,以保證研究任務(wù)的圓滿完成和成果提交。

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Integration and demonstration of key technologies for eco-security guarantee in the urban agglomerations: a case study of Yangtze River Delta, China

WANG Xiangrong1,*, FAN Zhengqiu1, XIE Yujing1, LI Kun1, ZENG Gang2, SU De3, GUAN Qingwei4, REN Yin5, GAO Jun6

1FudanUniversity,Shanghai200433,China2EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China3ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China4NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China5InstituteofUrbanEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Xiamen361021,China6ShanghaiNormalUniversity,Shanghai200234,China

According to the requirements of “Research on Typical Fragile Ecological Restoration and Protection” in 2016, this project will focus on the study of integration and demonstration of key technology for eco-security guarantee in the urban agglomerations of Yangtze River Delta. The program aims to reveal the conjugation mechanism of multiple ecological security problems of urban agglomerations in Yangtze River Delta by the framework of DPSIR, and develop the collaborative interaction regulations and guarantee paths. Accordingly, one basic theory framework, five major key technologies of guaranteeing ecological security and one collaborative decision support system and platform are intended to be proposed and developed. Our achievements would improve the ability of ecosystems monitoring and management in Yangtze River Delta, promote regional healthy development, and provide significant references for the sustainable development of national urban agglomerations. It would provide significant social, economic and ecological benefits. The whole program is sponsored by the National Key Research and Development Program of China (No.2016YFC0502700).

ecological security assessment; ecological restoration; ecological pattern network design; integrated demonstration; collaborative linkage system and platform；urban agglomerations of Yangtze River Delta

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0502700)

2016- 10- 15

10.5846/stxb201610152088

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xrxrwang@fudan.edu.cn

王祥榮,樊正球,謝玉靜,李昆,曾剛,蘇德,關(guān)慶偉,任引,高峻.城市群生態(tài)安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究與集成示范——以長(zhǎng)三角城市群為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(22):7114- 7118.

Wang X R, Fan Z Q, Xie Y J, Li K, Zeng G, Su D, Guan Q W, Ren Y, Gao J.Integration and demonstration of key technologies for eco-security guarantee in the urban agglomerations: a case study of Yangtze River Delta, China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7114- 7118.