城市化迅速发展背景下城市生态若干问题讨论

姚姜铭　郑党斌　黄蓉　任涵

摘要：指出了在城市化迅速发展背景下，有关城市生态的许多问题也日趋突显，讨论了城市化与城市生态系统、城市生态系统健康评价、城市生态足迹以及城市热岛效应等几个热点问题，探讨了与之有关的发展趋势。

关键词：城市化；城市生态；研究进展

中图分类号：Q14文献标识码：A文章编号：16749944（2014）02002104

1引言

城市，是人类政治、经济和文化生活的中心，是一个具有多功能的综合体。当前，全球范围的城市化进程明显加快，城市越来越重要地成为政治、经济和文化等活动的中心。城市化进程加快的背景下，城市作为人口高度集中、物质和能量高度密集的生态系统，极大地推动了人类经济和社会的发展，与此同时，也对生态环境产生了许多不利的影响，甚至危及到整个生物圈的平衡。因此，进行城市生态学的深入研究，有助于协调城市与自然的关系，最终实现人类经济和社会的可持续健康发展。

2城市化与城市生态系统

随着经济的发展，全球城市化进程加快，城市的负面影响也随之显现，主要表现在以下几个方面：生物地球化学循环的稳定性遭到破坏；能源和不可再生资源的消耗量剧增；人工合成物质进入自然界；人口急剧增长等等。所有这些现象，都使人类社会和自然界之间失去了应有的平衡，使得城市本身在人类社会中的作用受到了影响。

城市生态系统是一个以人类为中心，以人类生活和生产活动为主线，由居民和城市构成的自然、社会、经济综合起来的复合生态系统＼[1，2＼]。城市生态系统也是城市居民与城市的环境相互作用形成的复杂的网络综合结构，通过居民的生命代谢活动，投入产出，生产消费等行为，进行物质交换和能量流动，形成一个具有一定结构和功能的有机整体＼[3＼]。

3城市化迅速发展背景下城市生态系统

健康评价3.1城市生态系统健康的内涵

健康是一个用来描述事物状态的相对概念，如果人或者事物的生理机能或者情况正常，就可以说这个人或者事物是健康的。世界卫生组织曾提出并定义“健康城市”：由健康的人群、健康的环境和健康的社会有机结合，统一发展，使得生活在城市中的居民能和谐利用资源，相互支持，发挥潜能。

Colin＼[4，5＼]认为，健康的城市生态系统不仅包含人工环境和自然环境的健康和完整，而且意味着居住在城市中的居民要健康，他们所处的社会也要健康。他的研究还指出，城市生态系统健康是指城市内部有一定社会、文化、经济和政治背景的人群与其周围环境直接的相互关系。Rapport等＼[6＼]给生态系统健康下了以下定义，用适宜的目标为标准来定义一个生态系统，包括该生态系统的状态、条件或者表现形式等，他们认为健康的生态系统应该满足人类社会的合理要求，与此同时，生态系统本身要维持自我更新的完整。Hancock＼[7＼]基于经济、环境和社会之间的相互关系提出了健康城市概念框架。

我国学者普遍认为，城市生态系统健康要强调从生态角度考虑生态系统结构的合理性、功能的高效性，指出生态系统健康要维持对人类的服务功能。引入“健康”这一概念来衡量城市系统，足够引起人们的重视，实质上，城市生态系统健康，是人类追求的目标，也是城市实现生态系统健康循环的一项重要指标。

3.2城市生态系统健康国内外研究现状

国外在一些研究中对建立指标体系做了定性分析的初步研究，概括了一些基本的综合指标。而对城市生态系统健康状况的评价很少，大多数是通过指标体系来评价城市的可持续性以及居住其中的居民的健康状况。Guidotti＼[8＼]对城市生态系统健康进行了研究进展及趋势的综述性分析。Jerry等＼[9＼]没有提出明确的可定量化的指标以及评价模型，只是采用驱动力、压力、暴露、状态、影响、响应模型建立了评价指标体系的方法进行了相关研究。加拿大国际发展研究中心的一项项目探讨了城市生态系统健康的问题，指出了概念，建立了评价指标体系的理论，但是没有可以应用于实践研究的完整的城市生态系统健康评价指标体系。

国内城市生态系统健康的研究起步较晚，不同的学者从不同角度对城市生态系统健康均有相关研究。郭秀锐＼[10＼]采用模糊数学方法建立了评价模型，对北京、上海、广州三个城市的总体健康状况进行了比较分析，从组织结构、恢复力、活力、人群健康状况、生态系统功能的维持等方面构建了完整的城市生态系统评价指标体系。颜文涛＼[11＼]提出了针对城市生态系统健康的属性综合评价法，该方法以属性理论为基础，通过对多指标的综合评价来得出城市生态系统的健康属性。官冬杰等＼[12＼]应用模糊数学方法构建评价模型，采用因子分析法赋予指标权重，通过定量和定性分析建立了一套相对完整的评价指标体系，对重庆市城市生态系统健康进行了实践探索。史飞等＼[13＼]提出运用未确知测度模型来评价和辨析城市生态系统健康问题，根据评价信息的不确定性，结合城市生态系统的特征，建立了包含自然、社会、经济三个子系统的城市生态系统健康评价指标体系。

城市生态系统健康评价常用的研究方法均是基于数学模型的评价方法，主要有模糊综合评价法＼[14＼]、指标综述法＼[15＼]、物元可拓模型法＼[16＼]、属性评价综合法等＼[11＼]。城市生态系统健康的研究还有许多问题需要解决，其中概念的明确、评价体系的完善和统一以及应用的深入等，均需进行进一步研究和探索＼[17＼]。

4城市化迅速发展背景下城市生态足迹研究

4.1城市生态足迹的内涵

生态足迹是加拿大生态经济学家William Rees在1992年提出的，其定义是无论在地球的位置如何，任何已知人口的生态足迹是生产其消耗的资源和吸纳消费引起的废弃物所需的生物生产性空间的总面积。所以，人类社会、经济系统的所有消费，理论上都可以折算成相应的生物生产性土地的面积。城市生态足迹是支撑该城市经济和社会发展，所需要的一切生态上具有生产力的土地面积。该理论产生之后受到世界各国科学家的高度重视，1999年引入我国，应用于不同区域生态环境和生态安全等研究，在我国逐步得到重要的应用与发展＼[18～23＼]。

4.2城市生态足迹国内外研究现状

生态足迹最大的优点是将人类复杂的资源利用综合转化为一个单一的数值，也就是资源利用所需要的土地面积来表达，土地利用相对能源、生物多样性等而言，更为大家所熟知，也容易接受。国外在生态足迹的基本模型和生态足迹的改进模型中均有研究，而且经济发达的国家生态足迹也相对较高。即使是人口较少、自然资源丰富，但本土资源消费较少的国家，其消耗也超过了国内承载力。Folke等＼[24＼]学者的研究指出，波罗的海流域有29个城市居民消费的食品、纤维、木材等消耗占用的生态系统面积比这29个城市自身面积大200多倍。Muniz and Galindo＼[25＼]分析了西班牙巴塞罗那的城市生态足迹。Wackernagel＼[26＼]计算了瑞典及其亚区的生态足迹。英国学者研究表明，伦敦市生态足迹是其自身面积的120倍，这些学者运用生态足迹方法模型，估计了伦敦地区在食物、林产品生产和碳吸收等方面的生态足迹＼[27＼]。Wackernagel等＼[28＼]研究表明，加拿大温哥华的实际地域面积为40万hm2，居住在该城市的人口有100万人，生态足迹总量是770万hm2，说明需要比该城市大18倍的面积来支持它现有的消费。

国内对城市生态足迹的研究起步较晚，由于我国幅员辽阔，社会经济发展水平、自然条件以及消费习惯不一，我国生态足迹与生物承载力存在有明显的地域性差异。我国学者在北京、上海、广州、西安、桂林、武汉等城市均有相应的研究报告。许月卿＼[29＼]的研究结果表明，北京市的人均生态足迹呈现阶段性的变化趋势，1995年以后是逐渐减小，1995年之前生态足迹逐渐增大，该学者运用生态足迹的原理和模型计算得到了从1996～2003年，北京市的生态足迹远远超出了北京市的土地生态承载力。叶田等＼[30＼]学者的研究结果表明，上海市2003年的人均生态足迹为3.36hm2，人均承载力为0.46hm2，出现了生态赤字，生态足迹远远大于生态承载力，需要保持生活水平和消费水平的平衡，需要不发达地区向其输入生态足迹，导致不发达地区生态恶化严重。郭秀锐等＼[31＼]研究表明，2000年广州市人均生态足迹为2.5 hm2，人均生态承载力为0.2 hm2，生态足迹是生态承载力的12倍多，该动态研究同时提出了要合理高效利用资源，建立节约型的社会和消费体系，以维持生态平衡。黄青等＼[32＼]在做了详细的研究之后指出，要加强城市生态建设，来缓减生态足迹的增加，以确保西安市及其周边地区的生态安全，在研究中运用了一次线性拟合模型预测生态足迹，对1990～2001年西安市的生态足迹进行了估算和动态分析。何原荣等＼[33＼]人在研究中运用了生态足迹的概念与计算方法，主要对2004年桂林市的生态足迹进行了研究，研究结果表明，要使桂林市的生态足迹保持可持续发展，需要推行循环经济，倡导绿色消费，提出了要建立环保的节约型社会和消费体系。李湘梅等＼[34＼]通过研究指出武汉市应该提高土地利用效率，加强生态环境建设，从节约土地以及节约用地等方面对经济开发过程中的生态问题进行补偿，在研究中通过构建动态模型，对武汉市1988～2004年的生态足迹进行分析，并预测了2005～2020年的发展趋势。

通过对城市生态足迹的研究，可以将人类复杂的资源利用图谱转化为一个单一的数值，也就是资源利用所需的均衡土地面积来表达，这样就更为大家所熟悉，也容易接受。

5城市化迅速发展背景下城市热岛效应研究

5.1城市热岛效应的内涵

城市热岛效应是各种违背生态自然规律等因素共同作用的结果，是城市生态系统的综合反映，是城市化速度加快、全球气候变暖等一系列问题所带来的一种特殊的城市生态温度增高的异常现象。普遍现象为城市周边的地区气温低于城市的气温，导致城市内部能耗加大，给居民的健康生活带来许多不利影响。按照一般规律而言，城市热岛效应是在快速城市化背景下，城市下垫面性质的改变、温室气体的排放，天气形势、风云量等作用下形成的，概括来讲，就是人为因素和局部气候因素共同作用导致了城市热岛效应＼[35～37＼]。

5.2城市热岛效应研究现状

目前国内外很多专家学者对城市热岛效应的相关问题进行了大量的研究和探索，在研究方法、时空特征、应对策略、预测与评估等诸多领域均有相关报道。常规的研究方法主要有地面观测和空间模拟，应用统计学或者数学等模型来模拟城市热岛效应的分布和变化，具体来讲，一般均在城市或郊区设立地方气象台或者地面流动站等来进行科学研究。随着遥感技术的发展，高分辨率卫星热红外遥感逐步应用在城市热岛效应的研究中，并且发挥着越来越重要的作用。徐涵秋等＼[38＼]通过研究，采用两幅不同时期的TM波段彩色合成图像，划出了城市热岛的大致范围，该研究就是运用了遥感卫星图像对城市热岛效应进行研究。还有研究表明，增加城市中的绿化投入、合理规划城市建筑、增加人工水域设施、减少人为热量的排放以及加大治理大气污染的力度等，都能有效控制城市热岛效应，从而改善城市的生态环境＼[39，40＼]。

在当前研究的基础上，进一步对生态气候的观察研究、遥感技术的深入研究、生态和数学模型的模拟研究、一些生态问题的应对策略等领域，将成为城市热岛效应研究领域的热点问题。通过探索如何利用新技术、新能源、清洁能源、园林立体绿化、城市与城市边界链接模型、建筑材料、城乡之间温差等诸多领域的科学问题，来解决城市热岛效应带来的不利影响，从而使城市生态系统达到持续、稳定的状态，更好地为人类提供健康生活的保障。

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