胡廷兰,杨志峰,何孟常,等.一种城市生态系统健康评价方法及其应用[J].环境科学学报,2005,25(2):269-274 HUTinglan,YANGZhifeng,HEMengchang,etal.Anurbanecosystemhealthassessmentmethodanditsapplication[J].ActaScientiaeCircumstantiae,2005,25(2):269-274

一种城市生态系统健康评价方法及其应用

胡廷兰,杨志峰*,何孟常,赵彦伟北京师范大学环境学院,环境模拟与污染控制国家重点实验室,北京 100875

摘要:将健康概念引入城市生态系统研究,从复合生态系统角度评价和辨析城市生态环境问题,为生态城市建设提供决策依据极具现实意义.基于城市复合生态系统健康内涵,提出用距离指数和协调指数表征系统发展水平和协调状况,构建整合距离指数和协调指数的城市生态系统健康评价模型,并设定了城市生态系统健康状态的评价标准,建立城市生态系统健康评价指标体系.对宁波的实例分析揭示了宁波城市生态系统健康特征和地域空间分布,表明模型能够很好地辨识城市生态系统的复合特征和地域空间特征,指示城市生态规划和建设的重点行动领域,为城市实施可持续发展战略提供决策依据.关键词:生态系统健康;评价方法;城市生态系统;宁波

文章编号:0253-2468(2005)02-0269-06 中图分类号:X826 文献标识码:A

AnurbanecosystemhealthassessmentmethodanditsapplicationHUTinglan,YANGZhifeng,HEMengchang,ZHAOYanweiSchoolofEnvironment,StateKeyLaboratoryofEnvironmentalSimulation&PollutionControl,BeijingNormalUniversity,Beijing100875Abstract:Acityisacomplexsystemanditisofgreatimportancetostudytheurbanecologicalproblemswithcomplexecosystemtheory.Theconceptofhealthwasintroducedintourbanecosestemresearch,whichcoulddescribetheconditionsofsystemandsub-systemsclearlytoprovideusefulinformationfordecision-makingoftheecologicalcityconstruction.Toexpresstheabsoltueandreletivestatusofsystemsandsub-systems,distanceindexandcoordinationindexweresuggestedreliedonthediscussingofconceptofurbancomplexecosystemhealth.Ahealthassessmentmodelwasestablishedbyintegratingthedistanceindexwiththecoordinationindex.Thecity.sstatuswasquantifiedwithascaleof5gradesasveryhealthy,healthy,lesshealthy,unhealthyanddiseasedandthegradeofeachlevelwases-tablished.Anindicatorsystemwasdevelopedbasedonthecharacteristicsofurbancomplexsystem.AnapplicationofthismodeltoNingboCityrevealedtheurbanecosystemhealthstateandhealthheterogeneity.Theresultsindicatedthatthismethodcoulddistinguishthecomplexandspatialpropertiesofurbanecosystem.Thusitcouldgivetheappropriatedirectionsofimplementingtheurbansustainabledevelopmentstrategybyshowingthekeyactionfieldsofecologicalcityplanningandconstructing.Keywords:ecosystemhealth;assessmentmethod;urbanecosystem;Ningbocity

收稿日期:2004-03-24;修订日期:2004-05-11基金项目:高等院校优秀青年教师教学科研奖励计划(2002)作者简介:胡廷兰(1975)),女,博士生,xueon@.bnu.edu.cn;*通讯联系人1)McMullanC.IndicatorsofUrbanEcosystemHealth.ApaperpreparedfortheSeminaronCIID-IDRCandurbandevelopmentinLatinAmerica,Montevidel,Uruguay.1997.http:PPweb.idrc.caPenPev-3459-201-1-DO-TOPIC.html2)HancockT.UrbanEcosystemandHumanHealth.ApaperpreparedfortheSeminaronCIID-IDRCandurbandevelopmentinLatinAmerica,Montevideo,Uruguay.2000.4.http:PPweb.idrc.caPenPev-8385-201-1-DO-TOPIC.html

生态系统健康是20世纪70年代末从/生态系统医学(ecosystemmedicine)0角度提出的新兴生态系统管理学概念[1,2].尽管健康概念最近才开始应用到景观水平[3,4],但由于健康概念对可持续的人类未来的本质刻画[5],自20世纪90年代以来,生态系统健康研究受到广泛的关注,日渐成为当今生态学的研究热点.近年来,健康概念被引入城市研究领域,TrudyHarpham从城市公共健康角度研究了冈比亚(Gambia)的城市健康状况[6],IDRC项目/人类健康的生态系统方法0探讨了城市生态系统健康的概念及建立评价指标体系的理论、方法1)2),郭秀锐等采用模糊数学建立了城市生态系统的健康评价模型,并对广州、北京、上海3个城市的总体健康状况进行了分析[7].指示物种法、结构功能法、V-O-R(Vigor-Organization-Resilience)等生态系统健康评价方法[8~10]都是基于自然生态系统特征构建的,由于不能揭示城市复合生态系统亚系统相互作用的特征,这些方法对城市生态系统健康的评价都不适用;

第25卷第2期2005年2月

环 境 科 学 学 报

ACTASCIENTIAECIRCUMSTANTIAEVol.25,No.2

Feb.,2005郭秀锐等建立的城市生态系统健康评价模型[7]能够很好地对比城市之间的健康水平差异,却难以识别城市亚系统的相对健康水平,也不能辨析城市复合生态系统健康的空间差异性.城市是一个具有复合特征的空间地域系统,因此必须从复合系统和空间分异角度分析城市生态系统的健康状况.本文基于复合生态系统理论,从城市亚系统发展水平和协调度两方面出发构建城市生态系统健康评价模型,该模型可以清晰地辨识城市整体发展状况和各区域的相对健康状况,同时还能够刻画各亚系统的绝对发展状态和亚系统之间的相对水平,为城市规划和城市建设提供决策依据.对宁波市的实例研究分析确定了宁波城市生态系统健康的瓶颈因子,提出了宁波生态城市建设的关键行动领域.1 城市生态系统健康评价模型由于人类活动的广泛参与和影响,城市生态系统是生态系统中最为复杂的类型,相对于自然生态系统,其健康评价即/胁迫病状0的辨识要复杂得多.城市是由物理网络、经济网络、社会网络和文化网络相互联系交织、由社会、经济和自然亚系统组合而成的复合生态系统.对城市而言,生态系统健康体现为系统或亚系统的绝对水平和亚系统的相对状况,即包括两方面内容:(1)城市复合生态系统整体处于良好发展水平,各子系统接近现阶段城市发展目标;(2)城市复合生态系统各子系统之间、子系统内部发展协调,不能以损害某个子系统或要素的发展为代价谋取其它子系统或要素的良好发展水平.即系统、子系统的发展度和子系统间的协调度共同决定着城市生态系统的健康状态.由此,本文构建距离指数表征系统或要素的发展状况,构建协调指数亚系统内部或亚系统之间的健康状况,并建立整合距离指数和协调指数的城市生态系统健康指数评价模型.111 城市生态系统距离指数城市有其特定的发展目标,距离指数就是刻画城市现状与发展目标状态之间相对水平的城市健康状态参量,其中包括要素的相对水平和系统的相对水平.11111 要素距离指数计算方法 城市生态系统各要素其特定的发展基准、发展现状和发展目标,可以通过描述它们之间的相关关系确定要素的发展水平,用单要素距离指数表示,如式(1)所示:Rni=Rni(r)-Rni(w)Rni(p)-Rni(w)(1) 式中,Rni(p)为第n层第i个指标的目标值,即城市生态系统要素的参照状态,建议根据城市发展目标设定,Rni(r)为第n层第i个指标的现实值,Rni

(w)为第n层第i个指标基准值,根据当前区域城

市发展状况设定,Rni为第n层第i个指标的标准化健康指数值,表示第个指标距离生态城市标准的相对距离,n为指标所处的级数.式(1)还具有标准化数据的作用,它消除了指标异质性和量纲的影响.11112 城市生态系统距离指数计算方法 一个系统包括多种要素,可将系统看作一个由多要素构成的向量集合,系统状态与要素状态紧密相关,各要素的发展水平共同决定了系统的状态.城市生态系统同样是一个多要素多层级系统,因此,城市生态系统健康评价不仅需要对各要素状态进行分析,还需要比较所有要素的共同作用效果,即必须解决系统不同等级间指标的耦合问题.本文在要素指标距离指数分析的基础上,对城市生态系统指标进行等级间整合,获取表征系统、子系统特征的信息.计算公式如式(2):

IkDi=Emj=1Ik+1DijWk+1ij(kXn)IkDi=Rni(k=n)(2)