基于生态风险空间识别的城市山体生态修复与分类保护策略研究
——以济南市西部新城为例

肖华斌

安 淇

盛 硕

况苑霖

山体作为城市不可再生的特色自然景观资源，是城市重要的生态屏障，对城市生态环境保护、景观风貌塑造和生活品质提升具有重要的作用。然而，随着中国城市化建设的不断深入，城市空间持续扩张，大量城市新区建设带来的不合理的土地开发现象对自然生态系统产生了持续干扰与侵占[1]，处于生态敏感带的城市浅山区域开始失衡[2]。山体生态修复的技术与方法长期以来都是城市生态修复工作的研究与实践重点，但整体侧重于现状保护，对如何从“防御”走向“出击”的主动介入模式手段研究不足[3]。自“城市双修”战略提出以来，生态修复作为其整体工作的首要任务，指出要以山体修复等基础工作为依托，强调通过对影响城市安全格局的关键性生态要素进行识别评估，定位城市生态修复重点区域[4]。城市新区是城市外延扩张的重要空间载体，如何在保护与利用城市新区周边山体、林地等优质自然资源的同时，有针对性地识别生态风险较高、较易遭受破坏的地区，从被动的现状保护走向主动的生态修复，是城市双修背景下协调统筹城市生态保护与发展关系的必然趋势。

1 基于生态风险空间识别的城市山体生态修复方法探索

1.1 城市山体生态修复现状问题

统览国内外相关实践案例，发现城市生态修复的工作方式已由早期的“规划-设计-实施”，转变为“调研评估-规划设计-实施检测-分析研究”[5]。然而多年来，国内对于城市山体生态修复的理论与实践大多集中在生态防护修复技术[6]、山体植被景观优化[7]及山体保护规划管控[3]三方面，缺少对前期山体现状特征识别及后期修复效果动态监测的研究，且修复保护工作多针对山体本身，缺乏与城市生态安全格局构建的有效衔接。

1.2 生态风险空间识别方法探索

生态风险评价(Ecological Risk Assessment，ERA)是一种用于支持生态系统管理的有效科学工具[8]，景观具有高度异质性，采用生态风险评价能够识别风险受体范围，衡量景观空间组分受危害状况[9]，为区域景观格局优化与管理提供决策支持。在风景园林领域，专家学者通过生态风险评价方法，探讨评估城市自然过程的生态安全问题，并将其用于指导城市空间规划[10]。王敏等通过运用生态风险评价方法，对城市水系空间进行现状评价及核心生态问题识别，并以此作为城市岸线规划及景观空间组织的依据[11]；邢春晖等基于城市生态风险评价理论构建城市生态格局修复技术框架，以指导城市生态格局细化与生态空间控制线划定[12]；卡普茨卡(Kapustka)等提出通过构建生态风险评价综合使用框架，以生态系统服务作为风险判断及问题制定的潜在终点，评估景观修复与环境改善的方法与效果[13]。

然而，传统生态系统评价方法以景观格局指数作为评价的主要表征，关注景观生态格局结构形态组成及其空间配置特征，对影响绿色斑块的具体景观要素关注不足[14]，难以同后续修复与规划实践工作进行有效衔接。受城市建设及人类活动的影响，山体植被景观存在一定的动态变化过程，研究其植被景观的变化趋势，能够直接掌握与判断该区域内各项城市开发活动对绿色斑块所造成的直接或间接影响[15]。因此，综合生态风险评价与植被覆盖动态分析结果，能够综合考量城市山体区域景观格局与关键景观要素生态风险时空动态变化，合理构建景观安全格局构建，指导城市山体生态修复与保护实践工作。

1.3 基于生态风险空间识别的城市山体生态修复与分类保护研究框架

图1 基于生态风险空间识别的城市山体生态修复与分类保护 研究框架

基于快速城市化地区面临的城市山体生态安全问题和生态保护修复的迫切需求，本研究依据生态风险空间识别相关方法探索，构建“风险诊断-空间识别-格局构建-分类保护”的城市山体生态修复的研究框架，为科学制定城市山体生态修复与分类保护策略提供依据(图1)。

2 济南市西部新城山体生态风险动态评价

2.1 区域概况

西部新城位于济南市西北部，包括2个城市新区及大面积城乡结合区域，总面积约450km2[16]。区域内土地利用现状多为城市建设用地，丘陵地带主要分布于研究区域东南侧，疏林草地集中，密林分布较为破碎。作为济南市城市发展总体战略“西进”的重要增长极，西部新城自2002年开发建设以来，城市建成区面积急剧扩张，建设过程伴随对其周边环境中绿色斑块特别是山体林地的大规模侵占，造成严峻的生态环境压力[17]。

2.2 生态风险动态评价体系构建

2.2.1 生态风险表征指数选取

在人为活动剧烈的景观中，景观格局能够反映人类对自然生态系统的影响方式与程度，通过对景观镶嵌体中多重风险源及其累积生态风险效应的综合性评估[18]，产生的生态影响能够直观反映到生态系统的组成与结构中，具有一定的区域性与积累性[19]。本研究使用Fragstats 4.0软件，从类型尺度(Class-Level Metrics)下，选取PLAND、LPI、TE、ED、AREA_MN、PARA_MN、SHAPE_MN、NP、PD、SPLIT、AI、LSI、Ni共计13个景观格局指数，构建生态风险评价体系，将除城市建设用地及裸地外的生态要素整体视为能够为城市提供各类生态系统服务的绿色斑块，对西部新城2002—2017年山体生态风险进行评估。

2.2.2 生态风险评价模型构建

基于主成分分析理论，以类型尺度下各指标为变量，以大小1km×1km的风险小区为分析样本，采用Fragstats 4.0软件计算各景观格局指数，正向化负向指标，并基于SPSS statistics 20软件进行归一化、矩阵KMO检验及主成分分析。类型尺度下城市新区生态风险评价模型(ERc)：

式中，ERci为类型尺度下第i个年份各风险小区生态风险值；Ei1、Ei2、Ei3分别为i年份所对应第1、2、3个主成分的特征值；Fin为i年份1、2、3个主成分中载荷绝对值第n位变量归一化值；Lin为i年份第1、2、3个主成分中载荷绝对值第n位变量载荷值。

2.3 西部新城山体生态风险动态评价

将各年份各生态小区生态风险测度值赋予其中心点上，通过插值分析进行生态风险动态评价结果可视化表达(图2)，发现：1)研究期间，西部新城山体绿色斑块生态风险明显增加，早期的中低生态风险区向较高和高生态风险区不断转化，并与城市建设用地扩张趋势相吻合；2)自2003年起，大学科技园与园博园的相继建设造成西部新城山体生态风险迅速增加，至2005年，较高和高生态风险区面积达到各年份最高值；3)自2008年开始，随着大规模开发建设基本完成，山体生态风险逐步降低，与此同时，随着济南市开展破损山体整治与山体公园建设，至2014年，研究区域内地表植被恢复，生态风险显著降低；4)2014—2017年，山体较高和高生态风险区区域面积明显增加，说明前期实施的山体修复虽有成效，但无法从根本上降低区域内山体生态风险。

3 济南市西部新城山体植被覆盖动态分析与高生态风险点识别

3.1 山体植被覆盖动态分析

《山东省生态修复城市修补技术导则》指出，植被覆盖指数变化率是反映山体修复水平的重要指标之一[20]。归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index， NDVI)是区分植被与非植被，衡量地面植被生长状况的基本指标之一，是度量植被数量、反映植被覆盖基本情况的重要参数[21]。通过解译2002、2005、2008、2011、2014、2017年西部新城遥感影像，计算NDVI发现，2002—2017年，西部新城山体生态修复核心研究范围内，低覆盖植被区(NDVI≤0.2)面积明显减少，中覆盖(0.2＜NDVI≤0.4)、高覆盖(NDVI＞0.4)植被区面积显著增加，且在2005—2014年有较大波动。

NDVI变动情况更能直观反映山体生态修复的实际效果与动态监测，故采用一元线性回归公式，计算2012—2017年NDVI值变化趋势，得到NDVI年际变化率。计算公式如下：

式中，i表示1～n年(n=6)的年序号；NDVIi表示第i年的NDVI值；slope代表2002—2017年NDVI变化趋势。通过栅格计算进行可视化处理，并将结果分为明显退化、轻微退化、基本不变、轻微改善和明显改善5个级别(图3)。

图2 2002—2017年西部新城山体生态风险动态变化

图3 2002—2017年西部新城植被覆盖面积变化

图4 西部新城高生态风险点与已有山体修复试点分布

3.2 山体高生态风险点识别

济南市在2005和2009年分别提出了开展破损山体整治和山体公园建设计划，通过实地调研和长期监测发现，西部新城内选点多依据其现状山体破损平面、立面面积大小和植被裸露程度而定，并未考虑到区域内生态风险与植被覆盖动态变化。根据二者空间分异情况，将生态风险较高和高、植被覆盖程度低且植被轻微和明显退化的斑块识别为高生态风险点。通过对比研究发现，现状山体修复点多分布于研究区域内山体边缘地区，城市山体内部仍存在大量高生态风险点(图4)。此外，西部新城规划的生态廊道主要承担景观风貌提升功能，山体中大片林地斑块与廊道连接度低，重要战略性功能斑块与高生态风险点间缺乏网络结构联系。同时受城市开发建设影响，廊道存在连接断点，廊道连通度与连续性差，生态网络结构缺失问题显著。作为西部新城整体生态网络体系构建与生态安全格局提升的核心组成部分，结合生态网络结构构建，修复高生态风险点，是西部新城山体生态修复任务的关键。

4 济南市西部新城山体生态修复与分类保护策略

4.1 生态网络构建与结构优化

整合关键空间要素能够保障生态系统完整性，实现对区域生态环境问题的有效控制，持续改善区域性空间格局[22]。综合生态风险动态评价与植被覆盖动态分析结果，识别西部新城山体重要生态源地、一般生态源地、景观生态廊道、生态修复战略点等景观格局组分，构建“源-廊-战略点”的山体生态保护与修复空间构成体系(图5)。

1)生态源地。将现状生态风险低、植被覆盖程度高、改善程度好且在空间上具有连续性的大型生态斑块识别为重要生态源地，原则上在其内部禁止任何城市建设扩张行为。同时将生态风险与植被覆盖中等、植被覆盖变化较稳定的生态斑块识别为一般生态源地，作为生态流扩散的预留生态空间。

2)景观生态廊道。以生态风险中低等、植被覆盖程度较好、改善趋势良好的林地斑块作为生态踏脚石，沟通以生态保育功能为主的重要生态源地，串联以复育保护功能为主的一般生态源地，弥补现状廊道断点及缺失，形成以林网为主体、水系为补充的山体生态网络支撑结构。

3)生态修复战略点。以识别的高生态风险点为生态修复战略点，针对性采取护坡生态改造、植被生境复育、生态友好设计等景观修复技术措施，连通源斑块与线形绿廊构成区域生态绿网，使山体生态系统逐步恢复至良性循环。

图5 西部新城山体生态网络格局优化

图6 西部新城山体分类保护与生态修复策略示意

4.2 分类保护与生态修复策略

为提升生态保护与修复规划实施的可操作性，进一步将西部新城山体分为核心保育区、协调优化区与边缘修复区，分别制定相应的生态空间修复与发展引导策略。

1)核心保育区。完善现状被割裂或不完整的景观生态廊道，整合破碎绿色斑块，以乡土植物为主，增加植物生物量与生物多样性，完善植被乔灌草复层结构，修复与完善生态风险较高、植被覆盖较低生态斑块，保护与提升生态风险较低、植被覆盖较高且变化较为稳定的生态斑块。发挥生态源地的物种补充与交流作用，结合北大沙河及玉符河构建单侧宽度50～100m绿带，沟通河岸带两侧现有生态条件较好的浅滩、湿地，在综合考虑居民可达性及动物栖息距离需要的基础上，增设小型绿地与生态绿林，并对各战略点进行植被复绿及破碎山体修复(图6a)。片区内形成以高植被覆盖为主的山体密林绿网，结合山体保护线划定，原则上禁止一切形式的城市建设开发活动，适度允许小规模林业生产与少量低强度的游憩活动基础设施建设。

2)协调优化区。区域内城市建设用地分布较为密集，生态斑块平均生态风险高、植被覆盖程度低，密集分布大量生态修复战略点。结合战略点空间分布特征，调整城市绿地水平绿量及垂直结构，保障完整性生态过程，提升生态系统服务功能。同时，合理有序利用城市空间进行“见缝插绿”，通过优化城市绿色空间分布与规模，整合现状植被条件状况较好的小型绿地，打造城市景观生态绿廊，完善城市绿地空间格局，加强山体生态空间屏障作用(图6b)。此外，宜结合廊道与绿色空间设置少量具有一定强度的景观游憩设施，合理有序新建部分城市景观与文化展示生态空间，满足居民日常游憩及文化需求。

3)边缘修复区。充分利用山体绿色生态斑块与城市建设用地交错形成的生态交错带的边缘效应，根据山体实际情况，有针对性地对各战略点采取削坡开平台、砌筑鱼鳞坑、基部渣土回填等高效生态修复技术手段(图6c)。坚持可持续发展理念，发挥交错带的自然生态交互作用，鼓励协同山体、林地、耕地等生态要素设置一定数量、规模的生态空间，结合山体公园建设要求，设置适量中、高强度景观游憩设施，结合低影响开发、绿色景观建筑设计、小气候环境改善等可持续性景观设计手段，布设可达性高、互动性强、生态友好的绿色公共开放空间，增加山体绿色可视界面，打造满足居民游憩需求与提升居民生活品质的绿色、生态与活力空间。

5 结语

针对城市山体的保护与修复对策研究一直是城市生态修复规划实践的研究重点。以城市自然生态系统网络为支撑优化城市空间格局，增强城市生态系统功能的理念是支持城市生态规划设计与提升城市建成环境品质的重要途径[23]。通过城市山体生态风险空间识别相关方法探索，发现通过结合生态风险动态评价与植被覆盖动态分析，能够有效识别生态风险空间，突破传统山体生态修复策略侧重工程修复技术与山体公园建设的局限性。研究尝试从区域生态安全的视角构建 “风险诊断-空间识别-格局构建-分类保护”的山体生态修复与分类保护研究框架，并基于生态过程完整性与生态系统服务优化提出具体的格局优化与景观修复策略，以期为山体保护规划编制与山体生态修复实践提供理论支撑。此外，由于生态风险评价指标选取的多样性与城市山体生态系统的复杂性，后续研究应进一步探索景观生态风险评价相关技术方法，完善城市山体生态风险空间识别研究框架，增强其实践指导意义。

注：文中图片均由作者绘制或拍摄。