基于SFPHD框架的近20年来浙江省城市生态系统健康综合评估文献综述

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本科生毕业设计（论文）文献综述

一、城市生态系统健康评价综述

工业革命之后，全球城市化进程不断加快，城市逐渐成为人类生存与发展的主要场所，且以极小的土地面积承载着55%以上的世界人口^[1] 。作为一个复杂且脆弱的人工生态系统，城市生态系统以人为核心，是一个流量大、运转快的开放系统，其物质能量供给、自净与排污等功能都依赖于其他生态系统协调运行^[2]。城市化带来物质文明与经济发展腾飞的同时，也使城市生态系统面临着水资源短缺、大气污染、垃圾肆虐、居民健康水平下降等问题，且这些问题在发展中国家表现尤为突出，并严重限制了城市的可持续发展和居民的身心发展^[3]。因此，在理论和实践上深入城市生态系统健康的研究是当前的迫切需求。城市生态系统健康的研究不仅可以补充城市生态系统科学的基础理论，并且其评价结果可以为实际的城市规划、调控与管理服务提供决策依据。经过众多学者长时间的努力，针对城市生态系统的研究已日趋成形，本文将从指标体系选取与建立、权重的确立和评价的模型方法三个方面展开，浅谈当前城市生态系统研究的发展情况。

（一）城市生态系统健康评价指标研究

目前，城市生态系统健康还没有广泛统一的定义。一般而言，城市生态系统处于健康状态的标准，即系统中各要素通过相互作用达到极为稳定的状态^[4]。基于城市生态系统健康的定义，根据构建框架的出发点来划分，对其健康评价的指标体系研究主要分为以下两类：

1. 从子系统与复合系统出发，即考虑到城市是一个复合生态系统，依据研究区特征和研究角度所需，划分城市子系统。曾勇等^[5]（2005）从生态用地、农业用地、生产与生活用地等子系统出发构建了指标体系。刘增富等^[6]（2006）通过自然-经济-社会的思想构建三大子系统，对生态系统状况进行评价；陈亮等^[7]（2007）建立自然-经济-社会的复合生态系统对中国各省的生态系统状况进行评估；秦海旭等^[8]（2012）从人类健康的角度出发，划分八大（循环、呼吸、消化、排泄、防御、神经、防御、生殖）子系统构建指标体系。在各类城市子系统出发而构建的指标体系中，自然、经济、社会子系统框架构建的指标体系因较为成熟，且下属指标数据较易获取，而较为常用，其典型的指标体系如表1。该方法从城市生态系统的各个方面出发，却无法反映城市生态系统的动态特征。在构建体系时，“过程”可以进一步反映城市生态系统复杂的内在特征和健康本质的，却在城市生态系统的健康评价中难以体现，因此在构建体系时不仅应囊括各个属性，还应从“过程”角度出发反映内在特征。

表 1基于自然、经济、社会子系统构建的典型指标体系

1. 参照生态系统健康评价要素，即从生态系统健康评价中常用的各要素出发，结合城市生态系统特征进行适当调整，确定出评价要素作为城市生态系统健康评价指标体系的依据，如活力-组织结构-恢复力-生态系统功能-人群健康（VORSP）^[9][10][11]、压力-状态-响应（PSR）^{[12][13][14][15][16][17][18]}、活力-组织-弹性（VOR）^[19][20]等框架构建的指标体系；吴婧慈等^[24]（2017）从结构-功能-协调角度出发对海岛地区城市生态系统进行评估；陈丹羽^[15]参考PSR模型，从“过程”的角度出发构建评价体系，对城市进行客观的韧性评价；Su等^[21]（2019）从结构、功能、过程和发展四个维度提出了城市生态系统健康的SFPD（结构-功能-过程-发展）评价体系框架；而Shen等^[4]（2020）基于SFPD评价体系提出结构-功能-过程-人类健康-发展模型（SFPHD），添加人类健康的子系统，与结构、功能、过程三个部分结合，作为城市生态系统的现状的特征。较为普适性的参照生态系统健康评价要素构建的城市生态系统健康指标体系如表2。但这些框架体系仍存在一定的不足，如VORSR框架不能全面地展现城市生态系统的过程与发展的潜在发展力；Su等^[21]（2019）研究表明，PSR框架不能揭示城市生态系统的复杂性和城市生态系统健康的本质；Yu等^[22]（2008）认为，VOR体系框架来源于自然生态系统健康评价，但在一定程度上不能充分反映城市生态系统的内在特征和复杂性。而Shen提出的SFPHD评价体系中，基于SFPD评价体系添加了人类健康指标，更进一步拓展了评价指标体系。另外，SFPHD评价体系中的各要素与指标不仅易于量化与理解，且强化了对人与生态系统之间的关联性，更能系统地反映城市生态系统的内在特征^[4]。

表 2 参照生态系统健康评价要素构建的常见指标体系

至今，大量学者在进行对于城市生态系统健康评价的探索时，会基于数据收集、数理统计分析的方法构建一套评价体系，用以较为完整地评估城市生态系统的健康状况^{[11][12][14][24]}。这些研究选取的数据往往具有权威性与代表性，可以科学地对城市生态系统地健康状况进行评价，评价结果的可信度高。尽管由于《统计年鉴》等资料性刊物的数据虽然覆盖范围广，但其中所统计的指标仍然存在滞后性与空间不连续性。

而近年来随着3S技术（遥感技术，RS；地理信息系统，GIS；全球定位系统，GPS）的兴起与发展，越来越多的学者将3S技术融合进对城市生态系统健康评价的研究之中： GIS插值分析工具填补出数据缺失区域对应的数据并应用于评价体系之中^[18][26]，密度分析、缓冲区分析工具进行特定指标的空间分析与预测^[13][15]；GIS技术结合RS，可利用影像分类栅格计算、波段计算、坡度、水文分析等工具计算相应的地类面积、遥感光谱、地形和水文指标等并作为评价体系中对应的指标与数据^{[4] [13][15][17][19][20][27]}。

（二）城市生态系统健康评价权重研究

权重可以衡量各个指标与子系统在总体的评价框架和体系中产生的作用与影响。权重值的科学设定是城市生态系统健康评价的另一关键环节^[4]。从数据来源的角度划分，权重确定方法一般分为三类：主观赋权法、客观赋权法、组合赋权法，而在生态系统健康评价研究中一般用到主观赋权法和客观赋权法两类^[25]。

主观赋权法主要依据专家的经验判断不同属性的重要性与影响程度，对评价体系中不同的指标依据判断结果赋予权值。在生态系统健康评价的研究中，主观赋权法运用较少，主要以层次分析法（AHP）^[14][19]、德尔菲法^[19]为主。主观赋权法具有主观性强、局限性大等缺点，当专家知识体系不够丰富与全面时，容易造成权值精确性低，结果无法令人信服^[25]。而客观赋权法则改正了这个缺点，它基于各项指标在评价体系中的数据，根据客观条件计算权值。客观赋权法被大量运用于生态系统健康评价的研究中，主要有熵值法、主成分分析法（PCA）等。熵值法与PCA通过数值相对重要性和信息浓缩的方式确立权重，它们不依赖于专家、决策人等主观因素，而是基于指标的属性与数字间的关联，便可产生客观可信度高的评价结果，拥有数学理论依据^[25]，因此适合于计算多个指标的综合评估体系的权重，所以在城市生态系统健康评价体系的研究中应用较为广泛^{[4][11][12][13][15][16][17][18]}。

（三）城市生态系统健康评价模型研究

传统的城市生态系统健康评价，主要是基于模糊属性发展的模型，即认为城市生态系统健康是一个相对概念，以模糊数学方法为基础，进行分级赋分后评价。如郭秀锐等^[9]（2002）在确定各指标的健康程度隶属度后结合指标权重，基于指标框架，逐层计算得分后进行城市生态系统健康评价。而随着技术水平的发展，城市生态系统健康评价方法有了进一步发展，如桑燕鸿等^[29]（2006）提出采用相对矢量模型来综合评价城市生态系统及健康状况；魏芳^[13]（2017）运用自然间断法，计算各个范围内总偏差平方和并取最小值得到最佳的分类区间，将城市生态系统健康评价结果分级并评价。自然间断法通过识别数据中的分类间隔，可以科学、准确地对相似值进行最佳分类^[30]，分级的结果具有较高的可信性。另外，在当今城市生态系统健康研究与3S技术的关系愈发紧密的背景下，由于GIS中内置自然间断分类法，能够更加方便、快捷地做到这一具有普适性和可信度地分级方法。此外，GIS可通过拓扑叠加工具计算得到城市生态系统健康评价的综合结果^[16]，可视化表达与输出功能便于从感官方面直接获取到不同区域生态系统的健康状况在空间分异^[15][19][20]，都从不同角度说明了当今城市生态系统健康研究与3S技术的关系愈发紧密。城市生态系统健康已逐步发展成为集生态自然、社会经济与人类健康为一体的综合性研究^[28]。由于资料性刊物的局限性，人们越来越注重从更多元的维度、运用更具实际意义的方法来描述城市生态系统的概念。随着技术的发展，3S技术越来越多功能被开发用于研究，其适用范围广阔、功能性强大，可以通过各种功能获取更多元化、更具代表性的指标与精确尺度更高的数据，为完整地描述城市生态系统提供了更大的可能性，进一步完善了城市生态系统健康评价体系，因而该技术被学者在研究城市生态系统健康评价时大量运用。

（四）小结

总体来说，城市生态系统的健康评价研究经过了一定的发展阶段，从使用不全面的评价模型体系，到成熟地运用各种的框架体系（PSR、VOR等）以全面的评价城市生态系统的方方面面，或基于已有体系上进行不断地探索与改进（SFPHD等）；赋权方法也从早期主流的主观的赋权法，过渡至有数学依据的客观赋权法（熵权法、PCA等）；技术水平上，也从研究早期的纯基于数据的数理统计，发展至现在利用学科交叉，运用3S技术等更多技术，获取统计刊物中无法记录的属性数据，从而更完整地描述整个城市生态系统的健康状况，最后采用自然间断法得到评价标准并评价。回顾城市生态系统健康的研究进展，城市生态系统健康的评价体系、评价方法和技术水平都在逐步发展和完善。但现有依然存在一些不足与需要改进的部分。许多框架体系在世界各地已获得了实践成果，但不同区域具有各自的特征与特色，不同区域的框架体系不应生搬硬套、直接运用，而应对研究区归纳与分析后，得到可以反映研究区特征的评价指标，并与现有最新的框架体系相结合得到适合研究区的城市生态系统健康评价框架。综上可知，结合3S技术，沿用基于最新的SFPHD（结构-功能-过程-人类健康-发展）的框架构建适合于研究区城市生态系统健康评价的指标体系，利用熵权法对指标进行赋值得到权重后，使用自然断点法进行健康评价，能更为客观、准确、全面地反应城市生态系统健康状况。

二、查阅中外文献资料目录

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资料编号：[595887]

本科生毕业设计（论文）文献综述

一、城市生态系统健康评价综述

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（一）城市生态系统健康评价指标研究

目前，城市生态系统健康还没有广泛统一的定义。一般而言，城市生态系统处于健康状态的标准，即系统中各要素通过相互作用达到极为稳定的状态^[4]。基于城市生态系统健康的定义，根据构建框架的出发点来划分，对其健康评价的指标体系研究主要分为以下两类：

1. 从子系统与复合系统出发，即考虑到城市是一个复合生态系统，依据研究区特征和研究角度所需，划分城市子系统。曾勇等^[5]（2005）从生态用地、农业用地、生产与生活用地等子系统出发构建了指标体系。刘增富等^[6]（2006）通过自然-经济-社会的思想构建三大子系统，对生态系统状况进行评价；陈亮等^[7]（2007）建立自然-经济-社会的复合生态系统对中国各省的生态系统状况进行评估；秦海旭等^[8]（2012）从人类健康的角度出发，划分八大（循环、呼吸、消化、排泄、防御、神经、防御、生殖）子系统构建指标体系。在各类城市子系统出发而构建的指标体系中，自然、经济、社会子系统框架构建的指标体系因较为成熟，且下属指标数据较易获取，而较为常用，其典型的指标体系如表1。该方法从城市生态系统的各个方面出发，却无法反映城市生态系统的动态特征。在构建体系时，“过程”可以进一步反映城市生态系统复杂的内在特征和健康本质的，却在城市生态系统的健康评价中难以体现，因此在构建体系时不仅应囊括各个属性，还应从“过程”角度出发反映内在特征。

表 1基于自然、经济、社会子系统构建的典型指标体系

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