深入探讨景观格局对生态过程的影响机制，将生态风险评价结果作为国土空间布局优化的科学依据，已成为国土空间规划体系的重要内容。本文以我国最大的菱镁产业基地海城-大石桥矿区为研究对象，通过建立综合生态风险指数多元回归模型，形成基于景观格局参数的风险调控规划框架。在景观生态学的格局-过程互馈理论下，提出了一种面向风险过程干预的空间规划设计方法，为矿业城市生态风险的防范与规避提供了一种具有较强可操作性的规划框架。
海城-大石桥矿区位于辽宁省中南部，是我国最大的菱镁资源储量分布和产业基地，有“中国镁都”之称。研究区介于东经122°42′~122°87′，北纬40°51′~40°93′之间，全域占地面积共计795.76 km2。区域整体地势中间高四周低，菱镁矿地处东南部山区，城镇分布于矿带的西部与北部平原地区（图1）。
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▲ 图1 | 海城市-大石桥市矿区地理位置与地貌
资料来源：文中图表均为笔者自绘。
在多学科交叉方法支持下，基于多源数据，采用主成分分析法（PCA）将多种生态风险指标集成为综合生态风险指数，建立与景观格局参数的多元回归分析模型，提出以量化关系为基础的矿业城市生态风险调控规划方法（图2）。
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▲ 图2 | 技术路线
（1）采用PCA方法的综合生态风险指数集成。主成分分析法(PCA)的优点在于集成的分量能够最大限度地反映各指标原始数据的变异性，从而实现集成指标的客观性。结合本研究区具体特征，本文选取地表矿物（镁离子）污染、大气污染（PM2.5）、水土流失、高温热浪、碳排放（CO2）等5个生态风险指标集成综合生态风险指数。采用遥感信息增强技术获取基础数据，对指标进行量化计算，结合实地监测数据进行校正，并形成归一化指数。本文建立的主成分分析法表达公式如下：![]()
（1）
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（2）
（2）相关性分析与变量选取。本文利用皮尔森相关系数来表征综合生态风险指数与景观格局参数之间的相关性关系。选取代表不同景观格局特征的参数，包括自然本底特征指数、建筑形态特征指数与下垫面特征指数等3个类型10个参数，采用相关性筛选出与单一生态风险及综合生态风险指数具有显著相关性的指标作为回归模型变量。（3）多元回归分析模型构建。在多元回归分析中可以通过多个变量并行的逐步分析，找到多组数据之间的因果关系，选择仅对因变量有显著线性影响的自变量，建立最优多元线性回归方程。本文采用多元回归分析检验综合生态风险指数与景观格局参数之间是否存在线性关系，预测模型如下：![]()
（3）通过主成分分析公式计算集成综合生态风险指数CERI。采用聚类法将综合生态风险指数划分为1~5级。在ArcGIS中将各栅格的综合生态风险指数进行空间化表达（图3）。由综合生态风险指数空间分布可见，生态风险等级最高（5级）的空间分布于大石桥北部城区与矿区交接地带、矿带的东北部，以及海城市区的部分区域；4级风险空间主要分布于2个主城区之外的城镇、部分采矿区，以及西北侧高速公路沿线；3级风险空间主要分布于大石桥西部、南部镇区和矿带部分区域；生态安全较好的1、2级风险空间主要分布于2个城区之间山地、丘陵植被指数较高的区域，但是由于矿业开采导致山体与植被局部破坏严重，没有形成大面积、连续的生态安全空间。海城市城区的风险空间分布较为均质化，而大石桥市的风险空间分布差异化更为明显。![]()
▲ 图3 | 综合生态风险指数空间分布特征对初步选取的10个景观格局参数进行标准化处理，将研究区划分为19 876个200 m×200 m的空间单元样本数据导入SPSS软件，构建相关性矩阵。利用皮尔逊相关性分析工具，计算相关性系数及进行显著性检验。检验条件为，相关性系数p>0.3，显著性Sig.值<0.05，共线性值VIF<10。将不符合检验条件的4个参数去除，筛选出与生态风险显著相关的6个景观格局参数，其等级划分与空间分布见图4。![]()
▲ 图4 | 景观格局参数的空间分布
建立各景观格局参数对单一生态风险及综合生态风险指数的相关性矩阵。由表1可见，矩阵的相关性系数均呈现0.01级别的显著相关特征。在各类景观格局参数中，植被指数、高程2个参数代表自然本底特征，与各类生态风险指数均呈负相关关系；建筑平均高度、建筑密度2个参数代表建筑形态特征，与各类生态风险指数均呈正相关关系；透水率、用地干扰度2个参数代表城市下垫面特征，与各类生态风险指数均呈正相关关系。自然景观格局参数与生态风险相关性高于人工景观格局参数。
▲ 表1 | 景观格局参数与生态风险指数的相关性矩阵注：*在0.05级别(双尾)，相关性显著；**在0.01级别(双尾)，相关性显著。建立综合生态风险与多个形态变量的多元回归分析，旨在为不同风险调控预案的制定及调控预期效果提供量化参考依据。本文将SPSS与LabVIEW相结合，建立了基于多元回归模型的可视化分析程序（图5）。![]()
▲ 图5 | 基于LabVIEW的回归分析模型
回归模型以综合生态风险指数为因变量Y，自变量为建筑平均高度（x1）、建筑密度（x2）、不透水率（x3）、用地干扰度（x4）、高程（x5）、植被指数（x6），采用多元线性回归分析，引入全部6个变量形成的多元回归模型。模型调整后R2达到0.750，即模型对综合生态风险指数解释能力达到75.0%，在LabVIEW可视化程序辅助下，将通过景观格局参数对城市综合生态风险进行调控。将单一变量对综合生态风险指数进行回归分析，经多种回归方法比较，选择R2较高的非线性回归模型，根据各变量对综合生态风险指数的回归方程制作函数分析图（图6）。函数曲线可以判断不同变量影响下的生态风险指数变化范围、变化强度和变化趋势。表2探讨了各景观格局参数对综合生态风险的影响规律及成因。![]()
▲ 图6 | 景观格局参数对综合生态风险指数回归曲线
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▲ 表2 | 景观格局参数对综合生态风险指数的影响规律在前文对综合生态风险与景观格局关联机制分析的基础上，进一步将研究结果与《大石桥市国土空间总体规划（2020—2035）》相结合，在国土空间规划中应用过程如下：
（1）分析生态风险成因，确定优先调控指标。根据风险评估结果，筛选出风险等级为4级、5级的高风险范围，探讨高风险区域的调控对策。
（2）提出规划调控预案。根据风险成因中所对应的景观格局特征，结合现状，提出高风险片区的调控预案，由于规划布局的改变会使多种景观格局参数发生变化，因此在制定规划调控预案时，要从全域视角与局部视角确定规划原则。
（3）评估规划调控结果。根据以上原则提出规划调控预案，统计规划调控预案中的多种空间数据，作为变量带入回归分析模型，评估规划调整后预期的综合生态风险指数。
本文以中心城区与高风险片区两个尺度为例，通过上述过程的实施，对大石桥市空间布局进行优化。在中心城区尺度，提出生态修复区、工业园区、城市更新示范区的控制目标，并结合矿城隔离带建设完善城市生态网络（图7）。![]()
▲ 图7 | 大石桥市中心城区生态风险规划调控对策
在已经形成高风险的城市片区，根据片区的具体风险等级，确定景观格局参数的调整范围（图8）。具体操作中，应用《综合生态风险指数预测系统》，对景观格局参数与综合生态风险指数进行调试，最终确定规划调控方案。![]()
▲ 图8 | 大石桥市高风险片区的规划调控应用生态风险评价相关研究在我国发展已有近30年的历程，当前国土空间规划体系为生态风险评价与城镇空间规划建设的结合提供了良好契机。随着国土空间规划体系持续推进，空间规划的内涵亦由简单粗放的区划与管控转向因地制宜、精明准确的更高需求，更加呼唤行之有效、操作性强的规划与分析技术，遥感监测、大数据技术和数字化模拟等多学科方法交叉结合，为从定量化角度对景观格局、城市形态优化提供了可行性，也极大丰富了国土空间规划体系的技术方法。然而，当前将景观生态学、地理科学等研究成果应用于空间规划实践的案例较为少见，传统规划方法中分析技术和对数据应用相对薄弱的问题有望得到改进，如何加强研究性成果对于规划设计的引导作用？由“分析研究服从规划设计”到“分析研究引导规划设计”，将成为国土空间规划体系逐步健全、完善途径中的重要环节，应用多学科交叉技术方法，使分析过程、研究结果在空间规划设计中发挥指导作用，仍然需要较长的过程，本文从生态风险综合评价、景观格局关联性分析和参数导控规划调控等3个方面进行了相关探索，期待能够为多学科交叉下的空间规划实践提供创新思路。《矿业城市生态风险参数化调控规划框架——基于生态风险与景观格局关联机制》一文刊载于《城市规划》2024年第9期，第31-44页。
【doi】10.11819/cpr20241714a
李 绥，东北大学江河建筑学院教授，博士生导师，lisui0517@126.com。
高 鹏，沈阳建筑大学建筑与规划学院博士研究生，本文通信作者，gaopeng6613@163.com。
石铁矛，沈阳建筑大学教授，博士生导师，中国城市规划学会理事。周诗文，沈阳建筑大学建筑与规划学院讲师，硕士生导师。【基金项目】国家自然科学基金面上项目“基于多要素生态风险过程的矿业城市空间格局优化方法研究”(编号：51978421)、“自然通风下高校新发呼吸道传染病传播风险的设计参数影响机制及建筑环境干预对策”(编号：52378027)。【全文下载】文章已在知网发布，复制并搜索下方网址，或点击下方“阅读原文”，即可下载阅读全文。
https://kc.cnki.net/detail/article?id=G/weqMdD4qv4vDjrCLdIl0G8LPTPRT8+uzfhJLoK5IjL7otFW/mjxQMoDobSjelYiC8pgOmfrp08IrfHuUWQHi10WIqQCpZXW91OQEthqfKOVrtz7xLZotW2ycPWjpoBIAtjEOZaz+n7wqDjRrx8ljIpdl14CzQkgkeMGxe+HFzBuk7KsxUVurga8dDCAZC4iY95rKN/Z364kBr3LWOSsBdGng5C2v2961AF9xD5OJ/7cCf8rX60DfGebMLz2JnyrL0hFvNdTlmEqBf32YZ5exULLeq1yI/dLvg2IMIBKfW7MNQ2RP4+MRnRnA04isrk0LH1D7WmuDwdCuWe5bDUIhS0bjmsFxd3Ol8IBtmv9NgeN0sPrgIP2xrmipA4q6RDBe4PA8DL/eSNvfHSoyALww==
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