城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)研究進(jìn)展

周偉奇,王 坤,虞文娟,李偉峰,韓立建,錢雨果

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049

城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)研究進(jìn)展

周偉奇1,2,*,王 坤1,2,虞文娟1,2,李偉峰1,韓立建1,錢雨果1

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049

城市及其周邊區(qū)域正在面臨日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染、生態(tài)惡化、資源短缺等問(wèn)題。這些問(wèn)題的出現(xiàn),與長(zhǎng)期以來(lái)城市發(fā)展過(guò)程中忽視城市與區(qū)域的生態(tài)關(guān)聯(lián)密切相關(guān)。研究城市與區(qū)域的生態(tài)關(guān)聯(lián),對(duì)于解決城市與區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題、指導(dǎo)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)具有重要的理論意義與實(shí)踐價(jià)值。主要從以下3個(gè)方面系統(tǒng)總結(jié)了城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)的研究進(jìn)展：(1)城市發(fā)展對(duì)周邊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境影響,包括直接的脅迫和間接的影響；(2)區(qū)域?qū)Τ鞘邪l(fā)展的生態(tài)支撐；(3)城市與周邊區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)關(guān)聯(lián)的相互作用機(jī)制。指出了當(dāng)前城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)研究中存在的問(wèn)題和不足：1)城市對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境直接影響的研究較多,且多側(cè)重城市對(duì)周邊區(qū)域的負(fù)面影響,對(duì)其間接影響的研究較為缺乏；2)周邊區(qū)域?qū)Τ鞘邪l(fā)展生態(tài)支撐作用的研究相對(duì)缺乏、認(rèn)識(shí)不夠深入；3)對(duì)城市與周邊區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)作用機(jī)制的研究較為缺乏。未來(lái)的研究要將城市和區(qū)域作為統(tǒng)一整體,進(jìn)一步完善城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)的理論框架,耦合社會(huì)經(jīng)濟(jì)的相互作用,定量解析城市與區(qū)域的生態(tài)關(guān)聯(lián),為城市與區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

城市化；城市區(qū)域；生態(tài)關(guān)聯(lián)；復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)；城市群；城鄉(xiāng)一體化；城市與區(qū)域協(xié)同發(fā)展

快速、大規(guī)模的城市化進(jìn)程極大地促進(jìn)了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,但是給城市及其周邊區(qū)域也帶來(lái)了環(huán)境污染、生態(tài)惡化、資源短缺等一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,進(jìn)而又嚴(yán)重制約了城市與區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展[1]。這些問(wèn)題的出現(xiàn),與長(zhǎng)期以來(lái)城市化過(guò)程中只注重城市發(fā)展,而忽視城市與區(qū)域的生態(tài)關(guān)聯(lián)密切相關(guān)。實(shí)際上,城市通過(guò)物流、能流、信息流、貨幣流及人流與其周邊區(qū)域緊密聯(lián)系[2]。部分研究嘗試從某些特定的角度,如產(chǎn)品流通、消費(fèi)過(guò)程等分析城市與周邊區(qū)域的生態(tài)關(guān)聯(lián)[3],但缺乏對(duì)城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)全面的認(rèn)識(shí)。隨著城市化的進(jìn)一步發(fā)展,城市與其周邊區(qū)域的交互作用將更加廣泛,因此,有必要對(duì)城市與周邊區(qū)域的生態(tài)關(guān)聯(lián)及其相互作用機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。

城市及其周邊區(qū)域是一個(gè)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然緊密聯(lián)系的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),它們相互依存、互相制約[4- 5],形成一個(gè)有機(jī)的整體[6- 7]。因此,城市與周邊區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)是指城市與其周圍區(qū)域之間的生態(tài)環(huán)境相互影響及其作用機(jī)理,包括城市發(fā)展對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境和資源利用的影響,周邊區(qū)域?qū)Τ鞘邪l(fā)展的生態(tài)支撐,以及城市與周邊區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的交互作用(圖1)。按照城市與其周邊區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)的理論框架對(duì)相關(guān)研究進(jìn)行系統(tǒng)的梳理,有利于揭示城市與區(qū)域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的形成機(jī)理,對(duì)于指導(dǎo)解決城市與區(qū)域面臨的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題、促進(jìn)城市與區(qū)域生態(tài)環(huán)境的一體化管理,具有重要的理論意義與實(shí)踐價(jià)值[8- 10]。

圖1 城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)Fig.1 Ecological connections between urban and its surrounding area

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

城市與區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)關(guān)聯(lián)一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和前沿。目前,眾多學(xué)者從不同角度開展的大量研究涉及諸多方面,其中與生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)的研究概括起來(lái),主要集中在以下3個(gè)方面：(1)城市發(fā)展對(duì)周邊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境影響；(2)周邊區(qū)域?qū)Τ鞘邪l(fā)展的生態(tài)支撐作用；(3)城市與周邊區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)關(guān)聯(lián)的相互作用機(jī)制。

1.1 城市化對(duì)城市周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響

城市是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)最集中、對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)壓力最強(qiáng)烈的區(qū)域[11]。社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的快速發(fā)展、城市下墊面組成和空間格局的劇烈變化,在城市內(nèi)部產(chǎn)生了熱島效應(yīng)、城市內(nèi)澇、大氣污染和水體污染等一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[8,12- 13]。實(shí)際上,城市化帶來(lái)的諸多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題不僅影響城市本身,而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出城市的邊界范圍,逐步演變?yōu)閰^(qū)域性的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,例如水資源短缺、濕地萎縮、水體污染、大氣污染、生態(tài)系統(tǒng)功能退化等已呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域性特征[8- 9]。城市發(fā)展對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境和資源的影響,既包括直接的脅迫效應(yīng)[14- 15],也包括通過(guò)改變周邊區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)生活方式所帶來(lái)的間接影響[16- 17]。

城市發(fā)展對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境和資源的直接脅迫效應(yīng),集中體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：(1)城市擴(kuò)張對(duì)自然生態(tài)空間的大量侵占和水土資源等的過(guò)度消耗。由于城市快速擴(kuò)張,大量的生態(tài)用地被城市建設(shè)用地?cái)D占,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用地、林地和濕地等自然生態(tài)系統(tǒng)面積銳減,加劇了自然景觀的破碎化程度[18- 20],進(jìn)而導(dǎo)致生物多樣性下降[21]、熱島效應(yīng)加劇[22]和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能降低[23]等問(wèn)題。此外,城市的維系需要消耗周邊區(qū)域或者更大空間范圍的自然資源。例如,城市發(fā)展消耗了區(qū)域大量的水資源,影響了區(qū)域的生態(tài)用水平衡,并導(dǎo)致區(qū)域濕地萎縮和地下水位下降[8,14]。(2)城市排放的污染物對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響。這方面的研究主要關(guān)注城市發(fā)展過(guò)程中,人類生產(chǎn)生活所排放的污染物對(duì)周邊區(qū)域土壤、水和大氣等人類賴以生存的環(huán)境要素的影響。例如,城市發(fā)展導(dǎo)致水體污染對(duì)下游河流水環(huán)境、水生生物產(chǎn)生了負(fù)面影響[24]；城市排放的大氣污染物會(huì)顯著降低區(qū)域的空氣質(zhì)量[25]。(3)城市發(fā)展對(duì)城市及其周邊區(qū)域氣象氣候的影響。城市化會(huì)改變城市內(nèi)部及區(qū)域的氣候特征[26],導(dǎo)致溫度、降雨和濕度發(fā)生變化,進(jìn)而顯著影響周邊區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定,如導(dǎo)致植物物候期提前[27]和植被凈第一性生產(chǎn)力變化[28]。

除了直接的脅迫效應(yīng),城市發(fā)展通過(guò)影響區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和生活生產(chǎn)方式,進(jìn)一步影響周邊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。城市發(fā)展顯著影響周邊區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[29]、人口流動(dòng)和當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活方式等方面[30- 31]。這些社會(huì)經(jīng)濟(jì)變化進(jìn)一步影響周邊區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)和自然環(huán)境,既有正面的效應(yīng),也有負(fù)面的影響[14,16,32]?，F(xiàn)有的研究主要集中在以下3個(gè)方面：(1)通過(guò)分析城市發(fā)展對(duì)城市周邊地區(qū)人口數(shù)量和結(jié)構(gòu)的影響,進(jìn)而分析人類活動(dòng)變化對(duì)自然環(huán)境的干擾[33- 34]。城市化過(guò)程顯著改變了城市周邊區(qū)域的人口數(shù)量和結(jié)構(gòu),特別是發(fā)展中國(guó)家,大量青壯年人口進(jìn)城務(wù)工,農(nóng)村勞動(dòng)力減少,人類活動(dòng)對(duì)當(dāng)?shù)刂脖坏母蓴_和脅迫減少,大片耕地撂荒、道路庭院植被恢復(fù),促進(jìn)了當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)[35- 36]。(2)生產(chǎn)方式變化對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。國(guó)內(nèi)外對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化的生態(tài)環(huán)境影響研究已經(jīng)有很多。例如,城市發(fā)展一定程度上改變了農(nóng)業(yè)耕作方式,提高了農(nóng)業(yè)的機(jī)械化程度和自動(dòng)化程度[37- 38],增大了農(nóng)藥和化肥的使用量,進(jìn)而導(dǎo)致土壤污染、水質(zhì)污染、農(nóng)藥富集和生物多樣性減少等問(wèn)題[39- 40]；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向綠色農(nóng)業(yè)、觀光農(nóng)業(yè)、休閑農(nóng)業(yè)等轉(zhuǎn)變減少了農(nóng)業(yè)污染,但是游客增多也產(chǎn)生大量的污水和垃圾等生活污染[41- 42];現(xiàn)代工業(yè)向城市周邊區(qū)域轉(zhuǎn)移,工業(yè)園區(qū)建設(shè)占用大量的耕地和生態(tài)用地,加劇自然景觀的破碎化程度[43],排放大量的工業(yè)污水和工業(yè)廢氣,嚴(yán)重破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。(3)生活方式變化對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。城市發(fā)展改變周邊區(qū)域的生活方式,產(chǎn)生了正、負(fù)兩方面的生態(tài)影響。隨著農(nóng)村生活方式向城市生活方式轉(zhuǎn)變,煤、電、燃?xì)夂吞?yáng)能等清潔能源取代大量生物能源的使用[32,44],顯著減少做飯取暖對(duì)柴草等植被的干擾和破壞,促進(jìn)了當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)[32,45]。另一方面,飲食結(jié)構(gòu)和消費(fèi)方式的變化,促使人均生活污水、人均生活垃圾、人均能耗和人均水資源使用量普遍提高,對(duì)土壤環(huán)境、水環(huán)境以及大氣環(huán)境的脅迫增加[46- 47]。

1.2 周邊區(qū)域?qū)Τ鞘邪l(fā)展的生態(tài)支撐作用

城市的發(fā)展離不開區(qū)域的生態(tài)支撐,包括提供空間載體、提供資源支撐、容納廢棄物等方面[48- 50]。隨著全球城市化影響的加劇,優(yōu)化區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能日益受到關(guān)注[51],尤其是與城市發(fā)展密切相關(guān)的、支撐城市發(fā)展的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。近年來(lái),從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的角度,來(lái)探討周邊區(qū)域?qū)Τ鞘邪l(fā)展的生態(tài)支撐作用,已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和前沿[51- 52]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件和效用,是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[53- 54]。城市作為人口高度密集的地區(qū),其運(yùn)行與發(fā)展嚴(yán)重依賴周邊區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。一般認(rèn)為,區(qū)域?qū)Τ鞘械纳鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能包括食品與水資源供給、氣候調(diào)節(jié)、防風(fēng)固沙、空氣凈化、水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化和文化娛樂(lè)等服務(wù)功能[27,55]。研究顯示,郊區(qū)溫度通常低于城區(qū)[56],城市周邊區(qū)域可以為城市“降溫”,具有減緩城市熱島效應(yīng)的服務(wù)功能[27,48]。對(duì)1999—2011年中國(guó)350個(gè)城市的分析發(fā)現(xiàn),城市周邊區(qū)域的PM2.5濃度低于城市內(nèi)部,對(duì)疏散和緩解城市空氣污染有積極作用[57]。另外,城市周邊區(qū)域的森林、草地、農(nóng)田等植被可以通過(guò)滯留、吸收大氣中的氮氧化物、SO2、煙粉塵和沙塵等污染物,起到凈化空氣和防風(fēng)固沙的作用[58]。河流、湖泊和濕地等為城市生活生產(chǎn)提供了水源供給、產(chǎn)品輸送、水土保持、水體凈化、休憩娛樂(lè)等功能,對(duì)維持和改善城市生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量至關(guān)重要[59]。

1.3 城市與周邊區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)關(guān)聯(lián)的相互作用機(jī)制

城市與區(qū)域通過(guò)人流、物流、能量流和信息流等相互作用,成為一個(gè)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)緊密關(guān)聯(lián)的有機(jī)整體[48- 49]。長(zhǎng)期以來(lái),城市與周邊區(qū)域的相互作用機(jī)制是區(qū)域科學(xué)、經(jīng)濟(jì)地理學(xué)和管理學(xué)等多門學(xué)科共同關(guān)注的研究重點(diǎn)和經(jīng)典議題[60],近年來(lái)也逐漸成為城市生態(tài)學(xué)、區(qū)域生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)[16,44]。

已有的大量研究主要側(cè)重社會(huì)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系及其相互作用,主要包括：(1)基于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與空間布局、人口流動(dòng)以及技術(shù)進(jìn)步等社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素,研究城市與周邊區(qū)域的相互作用機(jī)制[61]。(2)基于空間相互作用理論[62],采用引力和潛力模型[63],探討城市與周邊區(qū)域在物質(zhì)、能量、人口、信息交換等方面的相互作用,及其強(qiáng)度與距離增加而衰減的關(guān)系[64]。(3)對(duì)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌理論與模式的探索。基于中國(guó)“城-鄉(xiāng)”分割的基本特征,探索通過(guò)區(qū)域統(tǒng)籌管理(如城鄉(xiāng)一體化等政策)減少或消除城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)差異[65- 66]。

城市與周邊區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)是最近幾年發(fā)展起來(lái)的全新概念。在大量的城鄉(xiāng)梯度(urban-rural gradient)等相關(guān)研究的基礎(chǔ)上[67- 68],最近有學(xué)者提出了城鄉(xiāng)連續(xù)體(Continuum of Urbanity)的概念和理論框架,來(lái)研究城市與周邊區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)關(guān)聯(lián),該理論框架包括生產(chǎn)方式(livelihood)、生活方式(lifestyle)、相互聯(lián)系(connectivity)和位置(place)4個(gè)維度及其相互關(guān)系[16,44]。其中,生產(chǎn)方式是指人們采用技能、資本、資源等來(lái)維持生計(jì)和參與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。生活方式是指人們通過(guò)職業(yè)身份、消費(fèi)方式、行為方式、娛樂(lè)方式等來(lái)區(qū)分社會(huì)身份和行為方式；相關(guān)聯(lián)系包括城市與周邊區(qū)域的基礎(chǔ)設(shè)施、人、物、能量、資金和信息等多種聯(lián)系；位置包括生態(tài)資源、環(huán)境約束條件、地理氣候特征、風(fēng)險(xiǎn)和易損性等自然特征和歷史傳統(tǒng)、風(fēng)俗文化等社會(huì)特征[16,44]。以下是一個(gè)城鄉(xiāng)連續(xù)體框架中社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)關(guān)聯(lián)的相互作用的有趣例子：①東南亞人民生活水平的提高增加了肉食攝入,②澳大利亞為了增加肉類供應(yīng)和動(dòng)物養(yǎng)殖,大量砍伐森田開墾農(nóng)田,破壞了果蝠的棲息地,③果蝠攜帶大量病菌遷移到城市,威脅城市居民的身體健康[44]。此外,還有學(xué)者提出了遙相關(guān)(Teleconnection)和遠(yuǎn)程耦合(Telecoupling)的概念和理論框架[69- 71]。研究指出,局部國(guó)家或地區(qū)的土地利用受國(guó)際物資供求市場(chǎng)的影響,如美國(guó)33%、歐洲50%和日本92%的土地需求均依靠其他國(guó)家[72]；東南亞和巴西熱帶雨林地區(qū)森林的減少受到遠(yuǎn)距離地區(qū)增加棕油、大豆和肉類需求的影響[73]；區(qū)域之間的資源流動(dòng)還可能進(jìn)一步產(chǎn)生新的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,如中國(guó)的南水北調(diào)可能與北京密云水庫(kù)浮游植物種類和數(shù)量增加有關(guān)[74]。上述這些新的概念和理論框架都不約而同地強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系,為研究城市與其周邊區(qū)域的生態(tài)關(guān)聯(lián)提供了新的研究思路。

2 現(xiàn)有研究存在的問(wèn)題與不足

綜上所述,當(dāng)前關(guān)于城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)的研究,主要關(guān)注城市空間擴(kuò)張和污染物排放對(duì)周邊區(qū)域的單一、直接影響,缺乏將城市與周邊區(qū)域視為一個(gè)相互支撐、相互關(guān)聯(lián)的整體,更缺少對(duì)城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)及其響應(yīng)反饋機(jī)制的研究。具體來(lái)說(shuō),還存在以下幾個(gè)方面的不足和挑戰(zhàn),需要加強(qiáng)研究。

2.1 城市對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境的直接影響研究較多,對(duì)間接影響的研究較為缺乏

城市發(fā)展對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響已引起廣泛關(guān)注,但是大多研究主要關(guān)注城市擴(kuò)張和污染物排放對(duì)城市近郊區(qū)域水、土、氣等生態(tài)環(huán)境的直接影響[4- 6],對(duì)遠(yuǎn)郊、鄰近城市以及城市群等較遠(yuǎn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境影響關(guān)注較少。另一方面,關(guān)于城市化帶動(dòng)周邊區(qū)域人類生產(chǎn)生活方式變化進(jìn)而對(duì)生態(tài)環(huán)境的間接影響研究相對(duì)較少[9- 10]。而且,目前已有研究大多側(cè)重社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素和生態(tài)環(huán)境要素之間的統(tǒng)計(jì)分析,缺乏對(duì)生態(tài)過(guò)程和影響機(jī)制的深入探討。如何綜合評(píng)價(jià)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的生態(tài)影響,科學(xué)地量化城市對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、格局、功能和資源利用的直接和間接影響,仍缺乏深入系統(tǒng)的研究。

2.2 周邊區(qū)域?qū)Τ鞘械纳鷳B(tài)支撐研究不夠深入

城市與周邊區(qū)域是一個(gè)相互支撐、相互關(guān)聯(lián)的有機(jī)整體[55]。現(xiàn)有大多研究?jī)H關(guān)注城市對(duì)區(qū)域的單一影響,即城市對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境的脅迫作用[55],相比之下,周邊區(qū)域?qū)Τ鞘邪l(fā)展生態(tài)支撐作用的定量研究相對(duì)缺乏。盡管目前關(guān)于區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能已經(jīng)開展了許多研究,但對(duì)其生態(tài)過(guò)程和作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)還不夠深入系統(tǒng),比如在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的類型劃分、模型開發(fā)、驅(qū)動(dòng)力分析、方法標(biāo)準(zhǔn)化等方面都存在較大的不確定性[75],導(dǎo)致無(wú)法給出普遍認(rèn)可的定量結(jié)論,使得現(xiàn)有研究難以直接指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用。另外,城市發(fā)展導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能、環(huán)境質(zhì)量和資源利用發(fā)生變化后,區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)對(duì)城市的生態(tài)支撐作用怎樣變化,目前仍缺乏進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和了解。

2.3 城市與周邊區(qū)域相互作用機(jī)制研究較為缺乏

城市與區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)關(guān)聯(lián)已經(jīng)引起了研究者們的廣泛關(guān)注[76],將城市與周邊區(qū)域視為一個(gè)相互支撐、相互關(guān)聯(lián)的整體,促進(jìn)城市與周邊區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展已經(jīng)成為國(guó)家發(fā)展的迫切需求。然而大多研究只側(cè)重“城-鄉(xiāng)”社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的協(xié)同關(guān)系[50],長(zhǎng)期忽略生態(tài)環(huán)境要素之間以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素與生態(tài)環(huán)境要素之間的關(guān)聯(lián)。最近學(xué)者們提出的城鄉(xiāng)連續(xù)體、遙相關(guān)和遠(yuǎn)程耦合等理論概念和研究框架[44,71],為探討城市與區(qū)域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)關(guān)聯(lián)及其響應(yīng)反饋機(jī)制提供了新的研究思路。但是,目前這些研究還處于構(gòu)建理論框架和定性描述現(xiàn)象的階段[76],進(jìn)一步的理論梳理和研究論證亟待完善和補(bǔ)充。

3 研究展望

未來(lái)20年,中國(guó)還將繼續(xù)人類歷史上最大規(guī)模的城市化進(jìn)程。隨之而來(lái)日益凸顯的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)城市與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。研究城市與區(qū)域的生態(tài)關(guān)聯(lián),探討城市與區(qū)域生態(tài)環(huán)境一體化管理的方法和模式,無(wú)疑是解決我國(guó)城市與區(qū)域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題、構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局、促進(jìn)城市與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),尤其是以下三個(gè)方面：

(1)城市化對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境間接影響的定量化研究。城市與周邊區(qū)域是一個(gè)有機(jī)的整體,是一個(gè)自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[77],城市化對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境,既有直接的作用,也有間接的影響,僅僅研究城市發(fā)展對(duì)周邊區(qū)域的直接影響已不能滿足當(dāng)前的研究需求[27,44,69]。深入分析城市和城市群的發(fā)展模式、空間格局和聯(lián)系程度對(duì)城市周邊區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)生活方式變化的影響,研究這些變化對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能、環(huán)境質(zhì)量和資源利用的進(jìn)一步影響,揭示城市對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境影響的生態(tài)學(xué)機(jī)制,將是今后研究的重要方向。

(2)周邊區(qū)域?qū)Τ鞘邪l(fā)展生態(tài)支撐作用的深入研究。城市的發(fā)展高度依賴于周邊區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[78]。為了實(shí)現(xiàn)城市和周邊區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展,必須深入探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的生態(tài)學(xué)機(jī)制、揭示城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵組分、辨識(shí)各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的交互關(guān)系。這不僅包括城市周邊區(qū)域?qū)Τ鞘邪l(fā)展的生態(tài)支撐作用,還包括城市對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響和變化,以及城市對(duì)這些變化的反饋?lái)憫?yīng)。例如,城市生活生產(chǎn)用水增多,大量消耗周邊區(qū)域的水資源,導(dǎo)致區(qū)域的水資源減少,影響區(qū)域?qū)Τ鞘械乃垂┙o,進(jìn)而影響城市的生產(chǎn)、生活用水和景觀用水等；城市采取限量用水、鼓勵(lì)節(jié)約用水和使用再生水等措施減少用水,進(jìn)而對(duì)城市的生活、生產(chǎn)、綠化等社會(huì)經(jīng)濟(jì)自然各個(gè)方面造成影響。因此,基于多數(shù)據(jù)源、多維度的觀測(cè)評(píng)價(jià)手段,定量辨識(shí)城市與周邊區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)自然因素的影響反饋機(jī)制、構(gòu)建周邊區(qū)域?qū)Τ鞘邪l(fā)展的生態(tài)支撐模型、探索城市與周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)化模式等是下一步研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

(3)發(fā)展城市與周邊區(qū)域相互作用機(jī)制的理論框架和技術(shù)方法。綜合多學(xué)科的知識(shí)方法,發(fā)展城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)的理論框架,耦合社會(huì)經(jīng)濟(jì)的相互作用機(jī)制,定量解析城市與區(qū)域的生態(tài)關(guān)聯(lián),是促進(jìn)城市與區(qū)域健康發(fā)展、構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局的理論基礎(chǔ)[10,78]。由于城市與周邊區(qū)域是一個(gè)社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),因此,綜合經(jīng)濟(jì)地理學(xué)、城市地理學(xué)和城市生態(tài)學(xué)等多學(xué)科的理論和方法[79],如中心地理論、城市腹地、等級(jí)理論和物質(zhì)流等[80-81],定量表征城市與周邊區(qū)域在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)三方面的相互作用機(jī)制,是未來(lái)研究的重要方向。城鄉(xiāng)連續(xù)體 (continuum of urbanity)、遙相關(guān) (tele-connection)、遠(yuǎn)程耦合(telecoupling)、城市集群(metacity)等理論概念和研究框架,能夠豐富城市與周邊區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)的研究思路[71,82-83],與其相關(guān)的理論框架、技術(shù)方法和實(shí)證研究均是未來(lái)的研究熱點(diǎn)。

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Understandingthesocialandecologicalconnectionsbetweencitiesandsurroundingregionsforurbanandregionalsustainability

ZHOU Weiqi1,2,*, WANG Kun1,2, YU Wenjuan1,2, LI Weifeng1, HAN Lijian1, QIAN Yuguo1

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China

With the expansion of major cities and development of small towns (i.e., regional urbanization), cities and their surrounding regions are increasingly facing serious problems, such as environmental pollution, ecological degradation, and resource shortages. This is particularly true in rapidly developing countries such as China. To solve these problems, it is crucially important to better understand the social and ecological connections between cities and their surrounding regions. This is because cities and their surrounding regions are integrated, socially and ecologically. On the one hand, urban sustainability can only be achieved with the support of the surrounding region. Conversely, urban sustainability plays a key role in region sustainability. This paper presents a comprehensive review on the social and ecological connections between cities and surrounding regions, with the goal of enhancing our understanding of the social and ecological linkages between cities and their surrounding regions. We reviewed literature, and loosely grouped studies into three categories: 1) direct and indirect (e.g., through social processes) effects of urban development on ecosystems and environments at urban and regional scales; 2) ecosystem services provided by surrounding regions that support the development of cities; and 3) the social, economic, and ecological teleconnections and interactions between the city and its surrounding region. We further summarized and highlighted a few future directions that should be focused on to advance our understanding of the social and ecological connections between cities and regions: 1) Most of the studies focused on the (adverse) impacts of urbanization (particularly urban land expansion) on surrounding regions. Few studies have considered the city and its surrounding regions as a coupled system and taken a holistic approach to examine their mutually supportive and interactive connections. Developing a holistic approach that considers the city and its surrounding regions as a coupled socio-ecological system will greatly enhance our understanding of the social and ecological connections between the two areas. 2) Most of the previous studies focused on the social and economic linkages between cities and their surrounding regions, but ignored the ecological connections. Future research on the ecological linkages between cities and surrounding regions, and how the ecological linkages contribute to urban and regional sustainability is highly desirable. 3) Currently, there are many new frameworks emerging that are potentially useful to understanding the linkages between cities and surrounding regions, such as the teleconnection/tele-coupling framework and the urban-rural continuum framework. However, quantitative approaches and models, as well as experimental case studies, are largely lacking, which warrants future research.

urbanization; surrounding regions; social and ecological connections; social-economic-natural complex ecosystem; urban agglomeration; urban-rural integration; coordinated development of urban and rural areas

國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目課題(41590841);中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目(QYZDB-SSW-DQC034);國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41371197)；國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目(41422104)

2016- 05- 06; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 03- 22

10.5846/stxb201605060874

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wzhou@rcees.ac.cn

周偉奇,王坤,虞文娟,李偉峰,韓立建,錢雨果.城市與區(qū)域生態(tài)關(guān)聯(lián)研究進(jìn)展.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(15):5238- 5245.

Zhou W Q, Wang K, Yu W J, Li W F, Han L J, Qian Y G.Understanding the social and ecological connections between cities and surrounding regions for urban and regional sustainability.Acta Ecologica Sinica,2017,37(15):5238- 5245.