城市化迅速發展背景下城市生態若干問題討論

姚姜銘　鄭黨斌　黃蓉　任涵

摘要：指出了在城市化迅速發展背景下，有關城市生態的許多問題也日趨突顯，討論了城市化與城市生態系統、城市生態系統健康評價、城市生態足跡以及城市熱島效應等幾個熱點問題，探討了與之有關的發展趨勢。

關鍵詞：城市化；城市生態；研究進展

中圖分類號：Q14文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）02002104

1引言

城市，是人類政治、經濟和文化生活的中心，是一個具有多功能的綜合體。當前，全球范圍的城市化進程明顯加快，城市越來越重要地成為政治、經濟和文化等活動的中心。城市化進程加快的背景下，城市作為人口高度集中、物質和能量高度密集的生態系統，極大地推動了人類經濟和社會的發展，與此同時，也對生態環境產生了許多不利的影響，甚至危及到整個生物圈的平衡。因此，進行城市生態學的深入研究，有助于協調城市與自然的關系，最終實現人類經濟和社會的可持續健康發展。

2城市化與城市生態系統

隨著經濟的發展，全球城市化進程加快，城市的負面影響也隨之顯現，主要表現在以下幾個方面：生物地球化學循環的穩定性遭到破壞；能源和不可再生資源的消耗量劇增；人工合成物質進入自然界；人口急劇增長等等。所有這些現象，都使人類社會和自然界之間失去了應有的平衡，使得城市本身在人類社會中的作用受到了影響。

城市生態系統是一個以人類為中心，以人類生活和生產活動為主線，由居民和城市構成的自然、社會、經濟綜合起來的復合生態系統＼[1，2＼]。城市生態系統也是城市居民與城市的環境相互作用形成的復雜的網絡綜合結構，通過居民的生命代謝活動，投入產出，生產消費等行為，進行物質交換和能量流動，形成一個具有一定結構和功能的有機整體＼[3＼]。

3城市化迅速發展背景下城市生態系統

健康評價3.1城市生態系統健康的內涵

健康是一個用來描述事物狀態的相對概念，如果人或者事物的生理機能或者情況正常，就可以說這個人或者事物是健康的。世界衛生組織曾提出并定義“健康城市”：由健康的人群、健康的環境和健康的社會有機結合，統一發展，使得生活在城市中的居民能和諧利用資源，相互支持，發揮潛能。

Colin＼[4，5＼]認為，健康的城市生態系統不僅包含人工環境和自然環境的健康和完整，而且意味著居住在城市中的居民要健康，他們所處的社會也要健康。他的研究還指出，城市生態系統健康是指城市內部有一定社會、文化、經濟和政治背景的人群與其周圍環境直接的相互關系。Rapport等＼[6＼]給生態系統健康下了以下定義，用適宜的目標為標準來定義一個生態系統，包括該生態系統的狀態、條件或者表現形式等，他們認為健康的生態系統應該滿足人類社會的合理要求，與此同時，生態系統本身要維持自我更新的完整。Hancock＼[7＼]基于經濟、環境和社會之間的相互關系提出了健康城市概念框架。

我國學者普遍認為，城市生態系統健康要強調從生態角度考慮生態系統結構的合理性、功能的高效性，指出生態系統健康要維持對人類的服務功能。引入“健康”這一概念來衡量城市系統，足夠引起人們的重視，實質上，城市生態系統健康，是人類追求的目標，也是城市實現生態系統健康循環的一項重要指標。

3.2城市生態系統健康國內外研究現狀

國外在一些研究中對建立指標體系做了定性分析的初步研究，概括了一些基本的綜合指標。而對城市生態系統健康狀況的評價很少，大多數是通過指標體系來評價城市的可持續性以及居住其中的居民的健康狀況。Guidotti＼[8＼]對城市生態系統健康進行了研究進展及趨勢的綜述性分析。Jerry等＼[9＼]沒有提出明確的可定量化的指標以及評價模型，只是采用驅動力、壓力、暴露、狀態、影響、響應模型建立了評價指標體系的方法進行了相關研究。加拿大國際發展研究中心的一項項目探討了城市生態系統健康的問題，指出了概念，建立了評價指標體系的理論，但是沒有可以應用于實踐研究的完整的城市生態系統健康評價指標體系。

國內城市生態系統健康的研究起步較晚，不同的學者從不同角度對城市生態系統健康均有相關研究。郭秀銳＼[10＼]采用模糊數學方法建立了評價模型，對北京、上海、廣州三個城市的總體健康狀況進行了比較分析，從組織結構、恢復力、活力、人群健康狀況、生態系統功能的維持等方面構建了完整的城市生態系統評價指標體系。顏文濤＼[11＼]提出了針對城市生態系統健康的屬性綜合評價法，該方法以屬性理論為基礎，通過對多指標的綜合評價來得出城市生態系統的健康屬性。官冬杰等＼[12＼]應用模糊數學方法構建評價模型，采用因子分析法賦予指標權重，通過定量和定性分析建立了一套相對完整的評價指標體系，對重慶市城市生態系統健康進行了實踐探索。史飛等＼[13＼]提出運用未確知測度模型來評價和辨析城市生態系統健康問題，根據評價信息的不確定性，結合城市生態系統的特征，建立了包含自然、社會、經濟三個子系統的城市生態系統健康評價指標體系。

城市生態系統健康評價常用的研究方法均是基于數學模型的評價方法，主要有模糊綜合評價法＼[14＼]、指標綜述法＼[15＼]、物元可拓模型法＼[16＼]、屬性評價綜合法等＼[11＼]。城市生態系統健康的研究還有許多問題需要解決，其中概念的明確、評價體系的完善和統一以及應用的深入等，均需進行進一步研究和探索＼[17＼]。

4城市化迅速發展背景下城市生態足跡研究

4.1城市生態足跡的內涵

生態足跡是加拿大生態經濟學家William Rees在1992年提出的，其定義是無論在地球的位置如何，任何已知人口的生態足跡是生產其消耗的資源和吸納消費引起的廢棄物所需的生物生產性空間的總面積。所以，人類社會、經濟系統的所有消費，理論上都可以折算成相應的生物生產性土地的面積。城市生態足跡是支撐該城市經濟和社會發展，所需要的一切生態上具有生產力的土地面積。該理論產生之后受到世界各國科學家的高度重視，1999年引入我國，應用于不同區域生態環境和生態安全等研究，在我國逐步得到重要的應用與發展＼[18～23＼]。

4.2城市生態足跡國內外研究現狀

生態足跡最大的優點是將人類復雜的資源利用綜合轉化為一個單一的數值，也就是資源利用所需要的土地面積來表達，土地利用相對能源、生物多樣性等而言，更為大家所熟知，也容易接受。國外在生態足跡的基本模型和生態足跡的改進模型中均有研究，而且經濟發達的國家生態足跡也相對較高。即使是人口較少、自然資源豐富，但本土資源消費較少的國家，其消耗也超過了國內承載力。Folke等＼[24＼]學者的研究指出，波羅的海流域有29個城市居民消費的食品、纖維、木材等消耗占用的生態系統面積比這29個城市自身面積大200多倍。Muniz and Galindo＼[25＼]分析了西班牙巴塞羅那的城市生態足跡。Wackernagel＼[26＼]計算了瑞典及其亞區的生態足跡。英國學者研究表明，倫敦市生態足跡是其自身面積的120倍，這些學者運用生態足跡方法模型，估計了倫敦地區在食物、林產品生產和碳吸收等方面的生態足跡＼[27＼]。Wackernagel等＼[28＼]研究表明，加拿大溫哥華的實際地域面積為40萬hm2，居住在該城市的人口有100萬人，生態足跡總量是770萬hm2，說明需要比該城市大18倍的面積來支持它現有的消費。

國內對城市生態足跡的研究起步較晚，由于我國幅員遼闊，社會經濟發展水平、自然條件以及消費習慣不一，我國生態足跡與生物承載力存在有明顯的地域性差異。我國學者在北京、上海、廣州、西安、桂林、武漢等城市均有相應的研究報告。許月卿＼[29＼]的研究結果表明，北京市的人均生態足跡呈現階段性的變化趨勢，1995年以后是逐漸減小，1995年之前生態足跡逐漸增大，該學者運用生態足跡的原理和模型計算得到了從1996～2003年，北京市的生態足跡遠遠超出了北京市的土地生態承載力。葉田等＼[30＼]學者的研究結果表明，上海市2003年的人均生態足跡為3.36hm2，人均承載力為0.46hm2，出現了生態赤字，生態足跡遠遠大于生態承載力，需要保持生活水平和消費水平的平衡，需要不發達地區向其輸入生態足跡，導致不發達地區生態惡化嚴重。郭秀銳等＼[31＼]研究表明，2000年廣州市人均生態足跡為2.5 hm2，人均生態承載力為0.2 hm2，生態足跡是生態承載力的12倍多，該動態研究同時提出了要合理高效利用資源，建立節約型的社會和消費體系，以維持生態平衡。黃青等＼[32＼]在做了詳細的研究之后指出，要加強城市生態建設，來緩減生態足跡的增加，以確保西安市及其周邊地區的生態安全，在研究中運用了一次線性擬合模型預測生態足跡，對1990～2001年西安市的生態足跡進行了估算和動態分析。何原榮等＼[33＼]人在研究中運用了生態足跡的概念與計算方法，主要對2004年桂林市的生態足跡進行了研究，研究結果表明，要使桂林市的生態足跡保持可持續發展，需要推行循環經濟，倡導綠色消費，提出了要建立環保的節約型社會和消費體系。李湘梅等＼[34＼]通過研究指出武漢市應該提高土地利用效率，加強生態環境建設，從節約土地以及節約用地等方面對經濟開發過程中的生態問題進行補償，在研究中通過構建動態模型，對武漢市1988～2004年的生態足跡進行分析，并預測了2005～2020年的發展趨勢。

通過對城市生態足跡的研究，可以將人類復雜的資源利用圖譜轉化為一個單一的數值，也就是資源利用所需的均衡土地面積來表達，這樣就更為大家所熟悉，也容易接受。

5城市化迅速發展背景下城市熱島效應研究

5.1城市熱島效應的內涵

城市熱島效應是各種違背生態自然規律等因素共同作用的結果，是城市生態系統的綜合反映，是城市化速度加快、全球氣候變暖等一系列問題所帶來的一種特殊的城市生態溫度增高的異常現象。普遍現象為城市周邊的地區氣溫低于城市的氣溫，導致城市內部能耗加大，給居民的健康生活帶來許多不利影響。按照一般規律而言，城市熱島效應是在快速城市化背景下，城市下墊面性質的改變、溫室氣體的排放，天氣形勢、風云量等作用下形成的，概括來講，就是人為因素和局部氣候因素共同作用導致了城市熱島效應＼[35～37＼]。

5.2城市熱島效應研究現狀

目前國內外很多專家學者對城市熱島效應的相關問題進行了大量的研究和探索，在研究方法、時空特征、應對策略、預測與評估等諸多領域均有相關報道。常規的研究方法主要有地面觀測和空間模擬，應用統計學或者數學等模型來模擬城市熱島效應的分布和變化，具體來講，一般均在城市或郊區設立地方氣象臺或者地面流動站等來進行科學研究。隨著遙感技術的發展，高分辨率衛星熱紅外遙感逐步應用在城市熱島效應的研究中，并且發揮著越來越重要的作用。徐涵秋等＼[38＼]通過研究，采用兩幅不同時期的TM波段彩色合成圖像，劃出了城市熱島的大致范圍，該研究就是運用了遙感衛星圖像對城市熱島效應進行研究。還有研究表明，增加城市中的綠化投入、合理規劃城市建筑、增加人工水域設施、減少人為熱量的排放以及加大治理大氣污染的力度等，都能有效控制城市熱島效應，從而改善城市的生態環境＼[39，40＼]。

在當前研究的基礎上，進一步對生態氣候的觀察研究、遙感技術的深入研究、生態和數學模型的模擬研究、一些生態問題的應對策略等領域，將成為城市熱島效應研究領域的熱點問題。通過探索如何利用新技術、新能源、清潔能源、園林立體綠化、城市與城市邊界鏈接模型、建筑材料、城鄉之間溫差等諸多領域的科學問題，來解決城市熱島效應帶來的不利影響，從而使城市生態系統達到持續、穩定的狀態，更好地為人類提供健康生活的保障。

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