中国城市化过程及其资源与生态环境效应机制

  本文关键词：中国城市化过程及其资源与生态环境效应机制，由笔耕文化传播整理发布。

第28卷第1期2009年01月

地理科学进展

PROGRESSINGEOGRAPHY

Vol.28,No.1Jan.,2009

中国城市化过程及其资源与生态环境效应机制

２

李双成１，赵志强１，，王仰麟１

(1.北京大学城市与环境学院，北京100871；2.北京大学深圳研究生院，城市人居环境科学与技术重点实验室，深圳518055)

摘

要：目前中国城市化进程表现为速度过快、地域差异显著以及城乡二元结构明显等特征。城市化带来了显著的

生态效应，使城市生态系统的结构、过程和功能受到影响或发生不可逆转的变化，出现了耕地资源流失、水资源稀缺、能源压力、城市环境污染严重以及城市区域生态占用扩大等资源与生态环境问题。目前国内外学者研究了城市热岛效应、城市地表覆被变化、城市生物多样性损失以及城市水土资源等问题，但多侧重单要素、单城市、单学科研究，缺乏多尺度机理性的研究。鉴于此，提出若干未来城市化及其生态环境效应研究的方向与议题，归纳为：(1)中国城市化过程多尺度定量模拟与监测研究；(2)阐明城市化影响下地表自然过程和人文过程相互作用的机理；(3)资源与生态环境约束下中国未来城市化的可能情景及其风险评估等。

关键词：城市化过程；资源与生态环境效应；研究动态；中国

1引言

城市化过程是指人口向城市地区集中和农村地区转变为城市地区的过程，这一过程至少包括两方面内涵：一是人口迁移，它必然导致社会结构的变迁、经济要素的流动和产业的推移；二是生态环境的变化，这则引起土地利用/土地覆被类型、自然资源和生态环境状况的改变。目前人类社会正在经历着有史以来最快的城市化过程，特别是在发展中国家。1900年时全世界大约仅有10%的人口居住在城市，而目前这一比例已经超50%[1]。改革开放

20600多个。城镇人口从1949年的5000万，已经发

展到2005年的5.62亿，城镇化率已经达到43％。

其中，城镇化率从20％到40％只用了22年，这个过程比发达国家平均快了1倍多。其中，2005年我国

43％的城镇化率是“虚高”的，因为包括了1.3亿“农

民工”和他们的家属[4]。

(2)城市化出现“集群式”特征。产业升级、产业

转移以及国际国内产业分工调整导致的城市化及其速度的空间集聚日趋显著。在一些大城市地区，城市新区与郊区新城纷纷涌现，出现了城市区域化和区域城市化的快速增长现象，在经济发达地区则进一步出现了城市群现象或集群发展模式。如长江三角洲、珠江三角洲和环渤海地区，全球资本、技术、信息、劳动力、智能管理等活动与交流日趋集中，逐渐形成以一个超大型城市为核心，集聚着众多城市的城市密集区，城市发展由“独立式”为主转变为“集群式”为主[5]。

30年以来，中国作为世界上成长最快的经济体，城

市化过程发展迅速，城市化率由1978年的17.9%上升到2007年的44.9%,按照美国城市地理学家诺瑟姆提出的城镇化阶段性规律[2],20世纪90年代中期中国开始进入城镇化加速发展阶段。根据联合国的预测，到2020年，中国超过一半的人口将居住在城镇地区[3]。到2050年，这一比例预计可能会达到

(3)城市化水平空间异质性日益明显。20世纪90年代以来，中国东、中、西三大地区经济发展水平

差异逐步扩大，直接导致了东西部大的区域空间上城市化水平的质与量均有显著差距。东部地区已经形成了以民营企业为依托的小城镇广域分布，并出

70%左右。

目前，中国城市化进程呈现出以下一些特点：

(1)城市化速度加快，呈现“虚高”和“冒进”态势。2004年底全国有设市城市660多座，建制镇

收稿日期：2008-08；修订日期：2008-12.

国家自然科学基金重点项目（40635028）；国家自然科学基金项目(40771001)。基金项目：

作者简介：李双成(1961－)，男，河北平山人，副教授，主要从事地表格局与过程复杂性计算和模拟研究。

页

64

地理科学进展28卷

现了环渤海地区、长江三角洲和珠江三角洲三个城镇密集地区，具有较为完善的城镇体系以及较高质量的城市化水平。而西部地区城市化主要依赖资源型工业和重工业，城市布局相对分散，城市化质量较低[6]。城市化的省际与省内发展也同样差异巨大。京、津、沪的城市化水平最高，黑、辽、粤、苏、浙、闽、琼、鄂等省区的城市化水平次之，其他省和自治区的城市化水平最低。目前中国城市化过程在呈现加速、集群以及空间异质性态势的同时，也凸显了资源与生态环境的负面效应，而中国城市化过程的资源与生态环境效应特点也对应着上述城市化特点。

去的城市供水问题主要是给排水设施的不足，而今天随着城市人口的剧增，生产用水和生活用水量将大幅上升，加上江河湖泊等地表水以及地下水水质已遭受严重污染，据专家估计，这将使得我国660多个城市不同程度地面临水资源匮乏问题，200多个城市严重水资源不足[7]。

(3)能源供需平衡压力日益增大。城市化对能

源，包括电、煤、石油、燃气等需求都将有巨大的增长。目前我国每生产1万元的GDP其能耗比发达国家高出10～12倍，同时城市的人均耗能、人均用水以及集中产生的垃圾量要比农村大得多。即使按照每年1个百分点的城市速率增长，未来城市化过程对于资源供给的压力也十分巨大。

2中国城市化过程的资源与生态环境效应特征

城市化是一种强烈的地表人类活动过程，与资源和生态环境条件之间相互耦合相互制约，城市化对资源及生态环境可能产生剧烈影响，而这种影响反过来又可能对城市化进程形成约束。一般认为，城市化带来的生态环境效应表现为：改变了城市区域生物地球化学循环，排放大量温室气体，造成严重环境污染；改变气候特征，出现“热岛”效应；改变下垫面景观结构特征，水分循环系统发生变化；以及生物多样性降低和外来物种入侵等。上述这些负面效应大多由城市化过程的资源利用不当和土地利用方式的转换引起[1]。

纵观我国城市化发展历程、现状和态势，不可避免地对资源与生态环境造成巨大影响，同时也面临能源和自然资源的超常规利用以及生态环境恶化带来的压力和制约。其特征表现如下：

(4)城市环境污染严重，生态恶化明显。快速城

市化和经济持续高速发展给城市地区的环境造成巨大压力。水体污染、大气污染、土壤污染和固体废弃物堆积问题突出。据统计90％的城镇水域和65％的饮用水源受到不同程度的污染，90％的城市沿河水域遭到污染，而全国城市污水处理率只有36％。全国城市年产生活垃圾1.5亿t，有200个城市出现垃圾围城的局面，在50％的垃圾处理率中只有

10％达到无害化处理标准。如长三角地区水资源污

染严重，太湖流域出现普遍的“水质性缺水”；大气污染使几乎整个长江三角洲都处于酸雨的威胁；土壤重金属污染和有机物污染已出现由原来点状的、局部的演变成面上的区域性污染扩散的态势等[8]。与此同时，城市区域的生态恶化态势显著，具体表现在城市或城市地区的热岛效应不断加强，城市土壤的理化性质和肥力下降，地表径流特性改变，自然和半自然景观破碎化严重，生物多样性和自然生态系统生产力降低，一些城市地下水过度开采引起的地面沉降加剧等等。

(1)耕地资源流失过速。根据建设部门专家的数据，1991-2000年全国城市建设用地，每年平均增

加150多万亩，2001年在300万亩以上，2002年上升到500万亩左右，而建设用地的增加主要来自耕地占用。根据国土资源部的数据显示，在1997-

(5)城市地区的生态占用不断增加，需要的生态

支撑面积越来越大。城市化发展通过地域景观演替和土地利用方式的变化，改变自然系统的承载能力，使城市化发展逐渐成为影响生态足迹供需变化的重要因素。城市和城市化地区是地表产生生态足迹密度最大的区域，也是生态赤字的主要贡献区。其中，城市化率对建筑用地、草地和化石燃料用地的影响较显著。据统计，一个城市需要大于其本身面积的10～100倍区域来支撑其物质和能量需求，其中也包括生态服务功能的供给和废弃物的吸纳2000年期间，平均每年建设占用耕地为270多万亩；而在2001-2005年期间，该数量已增加至328

万亩。快速的城市化过程加剧了耕地资源的流失，如沿海各省市2010年的土地指标在2001年已经用完。城市水平很高的长三角地区更是人多地少，目前人均耕地仅0.7亩，土地资源十分稀缺，而且仍。

。，过

1期李双成等：中国城市化过程及其资源与生态环境效应机制

65

3城市化过程及其资源与生态环境效应机制研究现状

3.1国内外研究现状与进展

城市化过程带来的资源与生态效应日益引起决策者、科学家和公众的关注。近年来国内外相关研究逐渐增多。

点、城市系统与全球环境变化的相互作用和结果、城市生态系统中对全球环境变化影响的结果与反馈过程等四大专题的研究[13，14]。IHDP有关城市化与全球环境问题的研究计划目前已制定发展战略规划[15]。项目研究稳步推进并取得了积极进展，包括：全球环境变化海岸带城市地区人类安全的影响[16]，城市化过程中的碳管理与清洁空气问题，城市景观格局与全球环境变化问题，发展中城市建模、全球环境变化与政策制定问题，全球城市及其脆弱性问题及中国的城市化研究等[17]。

近期国外研究中，最突出的是2008年1月发表在Science上的一组有关城市方面的文章。其中，

3.1.1国外部分研究现状

1995年，Grossman和Krueger用计量经济学方法，以42个发达国家的板面数据进行实证，揭示了

随着城市经济水平的提高，城市生态环境质量呈现倒“U”型的演变规律，提出著名的环境库兹涅茨曲线(EKC)假设[10]。城市化引发的环境及生态问题，如城市局部气候恶化、生物多样性消失等激起了世界人们的广泛注意。如Deosthali模拟了城市化对城市局部气候的影响[11]，Deplazes等[12]分析了城市化对城市野生生物的多重影响等。

国际全球环境变化人文因素计划(International

Grimm等[1]人的《Globalchangeandtheecologyofcities》从城市生态学视角探讨了全球环境变化下由

人类活动引发的在局地、区域和全球等不同尺度下城市社会生态系统的各种环境变化和响应(图1)。

3.1.2国内部分研究现状

近几年国内有关城市化及其资源与生态效应的研究工作也较多。在城市化过程中资源消耗以及反馈约束方面，除了一般的综合性论述外，土地资源、水资源和能源资源受到了较多的关注[4，，5，7]。李桂林等回顾了城市化过程对土壤资源的质与量产生的深刻影响，主要表现为：城市向外扩张、交通设施建设等占用的多为最好的农业土壤资源，导致土壤

HumanDimensionsProgrammeonGlobalEnviron-mentalChange，IHDP)关注城市化与全球变化相互

关系及相互作用机制的研究。其中，科学计划—城市化与全球环境变化(UGEC)是IHDP的核心研究计划之一，该研究包括城市系统对全球环境变化的影响、全球环境变化影响城市系统的路径和作用

1-([1])

Fig.1showingaofto

66

地理科学进展28卷

资源数量缩减；建设用地开发、采石、筑路等在内的各种城市化活动能明显加剧土壤侵蚀过程；土壤利用方式的转换引起土壤理化性质的改变，同时导致土壤碳储量的变化；城市化过程中强烈的人为活动导致土壤中生物多样性和活力的下降；城市地区由于资源的集中消费及化学物质集中释放而对土壤环境的刺激强度越来越大[18]。

中国现有300多个城市不同程度缺水，其中严重缺水的有108个。因此城市化进程与城市水资源、水环境研究成为热点。如张一平[19]和宋军继[20]对城市化引发的城市水环境问题进行了研究；周海丽等[21]建立回归模型定量分析了深圳的城市化发展与城市水环境质量变化的关系。城市化对下垫面水文系统的影响也较为显著[22]。陈德超等[23]考察上海城市化过程中的河网水系变化，发现从一个世纪以前的河网密布，到随着近半个世纪的城市化过程中建成区不断向外扩展使许多河流被填没、淤堵，全市河道长度缩短了约270km，河网密度也大为减少，其结果导致河道自然排水功能下降，加大了城市暴雨积水的可能，同时影响了河流的水质状况。王玉成等[24]则研究了城市化过程中的“雨岛”效应，由于大量人口向城市聚居，工业、商业迅速发展，污尘排放量显著增加，城市上空的灰尘成为降雨的催化剂，同时使城市温度明显提高，从而形成城市降雨。同时，下垫面性质发生改变，地面多成为硬制的、不透水表面，减少了蓄水洼地，蓄渗能力大幅度下降，使得地表径流总量增大。

城市化带来了显著的生态效应，这也是国内研究的一个方向。城市化过程通过直接或间接的改变地面形态及原本自然的生物地球化学过程，使生态系统的结构、过程和功能受到影响或发生不可逆转的变化。随着城市化进程的不断推进，城市景观格局特征越来越复杂，受格局影响的生态过程、功能也不断发生变化[25]。城市化过程中对于气候影响最显著的是城市热岛效应。单体城市的热岛效应研究成果较多，以北京市为例，北京城市热岛强度和总人口对数呈线性相关关系；建成区的范围与城市热岛影响范围呈同步变化趋势；热岛强度以平均每10年0.22℃的速率加剧[26]。城市带或城市地区的热岛效应波及范围更大，对区域性气候格局构成影响。如长三角地区城市带热岛强度和城市总人口对数呈线性正相关关系；城市带增温效应使得区域的年，1991-2005年间增温幅度为0.047℃，表明这一时期

长江三角洲城市带的空间扩展正在改变区域温度变化趋势，且这种增温趋势显著[27]。

城市地区的土地利用和土地覆被变化研究一直是国内研究热点之一。早期的工作集中在不同时期土地利用类型之间的转换分析上，其数据多靠遥感影像解译获取，空间分析主要依靠地理信息系统，其指标多采用景观格局指数。近年来，一些学者采用基于非参数化的算法如人工神经网络、遗传算法、粗糙集理论、免疫进化算法及多智能体等，结合

GIS与元胞自动机模型来模拟和预测城市地区的土

地利用变化[28]。同时，城市土地利用变化导致的生态环境效应也逐渐引起一些学者的关注[29]，效应研究集中在热环境[30~31]和大气环境[32]。

从整体上看，城市化对地表植被覆盖带来的是负面影响。韩贵锋和徐建华等[33]利用SPOT/VGT-

NDVI时间序列数据，探讨了城市化与地表植被之

间的关系。研究结果表明，从时间序列上看，城市化率和植被生长活力之间有明显的负相关关系，相关程度越来越强；在空间上，植被生长活动与人口和

GDP等变量之间均以负相关为主，且高的负相关主

要分布在经济发达地区，例如上海-苏州-无锡-常州-镇江-南京城市带。说明人口大量集中、城镇用地的迅速扩张以及高强度的生产活动，对植被的侵占和破坏十分明显[33]。城市化进程随着人口大量增加和环境污染，地表覆被与下垫面自然生境不断退化与丧失，进而降低了生物多样性[34]。大致规律是，城市生物多样性由市郊向中心区梯度性减少，野生物种多样性由城市中心区向城郊逐渐增加，城市化增加了外来种入侵的概率[35]。除了上述对于城市化过程中资源与生态环境效应的单要素研究外，一些学者尝试综合效应的研究。Shen等[36]采用一个基于过程的生态系统模型，分析了美国凤凰城地区荒漠生态系统响应城市化引起的环境变化。研究结果表明，可利用水分控制着生态系统对CO2浓度升高、气温和氮沉降响应的幅度与格局，城市化效应在湿润年份要比正常和偏干年份更显著。部分学者对城市化与生态环境的交互耦合机制与规律性做了分析，黄金川等[37]采用代数学和几何学两种方法对环境库兹涅茨曲线和城市化对数曲线进行逻辑复合，推导出城市化与生态环境交互耦合的数理函数和几何曲线，揭示出区域生态环境随城市化的发展存，

五星文库wxphp.com包含总结汇报、考试资料、IT计算机、资格考试、word文档、专业文献、办公文档、旅游景点以及中国城市化过程及其资源与生态环境效应机制_李双成等内容。

本文共2页12

  本文关键词：中国城市化过程及其资源与生态环境效应机制，由笔耕文化传播整理发布。