不同气候带城市绿色基础设施的复合生态评价与结构优化研究

Green infrastructure is one main task of urban ecological construction. Its structure and functions have been a hot topic in the research field of urban ecological environment, but its construction, daily usage and maintenance processes unavoidably cause some degree of environmental impact. Only when the structural layout, functional supply and environmental costs are all included in the decision-making, can the optimal allocation of urban green infrastructure resources and sustainable management be achieved. Based on Social-Economic-Natural Complex Ecosystem (SENCE) theory and employing methods including environmental life cycle assessment (LCA), multi-objective nonlinear programming (MONP), etc., this study will establish a "structure - function - footprint" composite evaluation framework of urban green infrastructure and the supporting indicator system, build one equivalent accounting model for functional factors and one multi-level environmental life cycle assessment model for footprint factors, and then also put forward a set of structure optimization models, with the aid of function-footprint’s evaluation, to explore Pareto optimal allocation structure and actual management paths. Five example cities will be selected for empirical research on behalf of China’s five major climatic zones respectively, establish evaluation database of typical urban green infrastructure in the different climatic zones, identify their critical limiting and advantage factors, and explore adaptive management patterns with regional characteristics. This study will provide important scientific supporting data and decision-making tools for urban ecological construction practice.

绿色基础设施是城市生态建设的重要内容，其结构与功能已成为城市生态环境领域的热点议题，但同时其建设、使用及维护等过程都不可避免的会造成一定程度的环境影响。将结构布局、功能供给和环境代价均纳入决策考量，才能实现城市绿色基础设施的资源优化配置与可持续管理。因此，本研究拟基于复合生态系统理论，采用环境生命周期评价、多目标非线性规划等方法，构建城市绿色基础设施的“结构-功能-足迹”复合生态评价框架及指标体系，建立功能因子的当量核算模型和足迹因子的多尺度环境生命周期评价模型，随后构建基于功能-足迹评价的结构优化模型，探寻帕累托最优配置结构及其管理路径；并在我国5大气候带分别选取1个代表城市进行实证研究，建立不同气候带典型城市绿色基础设施生态评价数据库，辨识各气候带典型城市的关键限制因子与利导因子，并探索具有区域特点的绿色基础设施适应性管理模式，为我国城市生态建设实践提供重要的科学数据与决策工具。

绿色基础设施是城市生态建设的重要内容，其结构与功能已成为城市生态环境领域的热点议题，但同时其建设、使用及维护等过程都不可避免的会造成一定程度的环境影响。只有将结构布局、功能供给和环境代价均纳入决策考量，才能实现城市绿色基础设施的资源优化配置与可持续管理。本项目基于复合生态系统理论，以碳足迹和水足迹作为足迹因子的代表，构建了多层次混合生命周期评价（LCA）碳足迹核算模型和基于LCA与CropWat模拟平台整合的水足迹核算模型，并选取皖南城市绿色基础设施中的典型景观乔木（金桂）进行碳足迹实证研究，选取草坪实施了水足迹实证研究；建立了我国不同气候带5个代表城市(北京、芜湖、鄂尔多斯、西宁、三亚)间生态评价的指标分解分析算法，研究了5个代表城市间草坪水足迹的总量与组成差异，量化分析了气候因子、土壤因子、植物因子对水足迹差异的驱动作用；实施了生态公园社会生态服务功能的调查与评价研究。研究结果表明：景观乔木（金桂）碳足迹在不同种植管理情境下表现稳定，平均每株达到124.45kg CO2eq.，且以间接排放为主；景观草坪平均每公顷碳足迹达到6.87 t CO2eq.，间接碳足迹占到52.75%；草坪水足迹每公顷达到8688.46m3, 直接用水达到99%以上；气候因子是不同气候带水足迹差异的主导因素，同时土壤因子和植物因子也发挥一定驱动作用。本项目还探索提出了一种用于城市尺度绿色基础设施系统结构优化的“源-渠-库-汇”概念模型。这些研究结果丰富了城市绿色基础设施生态评价与结构优化的基础理论，在一定程度上为探索具有区域特点的绿色基础设施适应性管理模式提供了科学数据，为我国城市生态建设实践提供了理论依据。