基于景观生态学的城市人居环境代谢研究范式与研究框架建构

人居环境建设已经成为中国城市发展和当代生态学研究的新兴命题,基于物质代谢研究成果,系统剖析城市人居环境问题,提升城市化过程的生态文明水准成为推动新型城市化发展的重要路径选择。通过对人居环境视角和社会代谢视角的城市研究进行简要回顾,认为两种视角的有机整合可以弥补各自的理论和方法论缺陷,进而凝练出新的城市生态学研究思路。利用景观生态学理论和概念体系,建构了多层次、多维度的城市人居环境代谢研究范式和基本研究框架。这一范式可以从多尺度和多维度反映城市人居环境代谢的过程特征,厘清城市人为活动和各种资源环境问题的关联关系,整合多学科的知识和技术手段,解析城市人居环境的时空动态演化过程及其驱动机制,为城市人居环境研究学科的发展创造有利条件。通过建构基于景观生态学的城市人居环境物质能量代谢研究框架,还可以有效推进城市人居环境物质能量代谢中的格局-过程-尺度耦合问题,数据采集、储存与分析问题和效应调控与过程管理问题的研究,对于完善城市代谢研究方法,促进城市人居环境建设具有重要的参考和借鉴意义。     

生态系统服务供给和需求研究评述及框架体系构建

生态系统服务供给和需求联系着自然生态系统与社会经济系统,对生态系统服务供给和需求的研究有助于加强生态系统管理和实现资源优化配置,从而保障区域生态安全与社会经济可持续发展。本文在系统梳理国内外相关研究的基础上,对生态系统服务供给和需求的概念内涵、评估方法和实践应用等方面进行全面综述。从理论发展的角度看,虽然目前已取得较为丰富的研究成果,但是现有研究仍较为分散,缺乏统一的生态系统服务供需研究框架体系。鉴于此,本文在对生态系统服务供给和需求的研究范畴进行拓展的基础上,按照“理论-方法-实践”相统一的研究脉络,构建了“定性-定位-定量-定策”的生态系统服务供给和需求研究框架体系,最后提出未来研究应围绕“重点关注生态系统服务供给和需求的空间转移规律、加强生态系统服务供给和需求的定量方法研究、深化生态系统服务供给和需求应用管理实践和建立生态系统服务供给和需求应用评价机制”等方面展开,以期促进生态系统服务供给和需求的理论与实践研究。     

保障国家公园体制试点区社区居民利益分享的公平与可持续性——基于社会-生态系统意义认知的研究

建立国家公园旨在保护生态系统完整性并为民众提供多样化的使用机会,保障利益相关者利益分享的公平与可持续性。对国家公园社区居民的资源使用而言,需要他们认可保护地管理中的利益分享规则,从而规范行为,促进系统的稳健性。影响规则认可与相应行为的关键在于各个资源使用者如何评估资源价值,以及如何形成价值共识。基于社会-生态系统理论,研究利用一个界定资源价值与形成使用规则的分析框架,通过对资源价值界定的情境认知、对生态系统的意义认知和对可能规则的态度进行分析,研究武夷山国家公园体制试点建设进程中社区对"利益"的动态认知与形成原因、潜在行为变动对系统"稳健性"的影响和促进利益分享规则形成的路径。分析发现,①在保护地管理发展过程中,社区认为其以往存在和国家公园的出现有利于资源的生计带动;②武夷山生态系统的意义首先在于其多样化的物质供给,其次是作为文化遗产和商品所带来精神满足,同时具有生态保护价值;③社区对利益分享规则的态度取决于规则在时空上的应用是否影响他们对生态系统意义所认定的优先次序。因此,研究提出一个用于规则形成的协商空间,从不同资源使用者利益认知角度引导其认知趋同,最终提高社区对规则的接受程度与行为规范,保证社会-生态系统的稳健性。     

全球协同落实《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》的挑战与出路:基于SFIC模型的分析

《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》(简称《昆蒙框架》)的落实是新阶段全球生物多样性治理的重中之重。本文基于相关文献资料查阅,引入协同治理模型(Startingconditions-Facilitativeleadership-Institutionaldesign-Collaborativeprocess,SFIC模型),旨在以一种整体性、系统性思路考察《昆蒙框架》落实面临的挑战,并分析总结应对策略,以期为《昆蒙框架》落实提供一定参考。首先,根据《昆蒙框架》落实对全球协同的客观需要,以及现有研究整体性分析思路缺乏的情况,引出本文使用的SFIC模型并说明适用性。然后,根据SFIC模型运行的要素,结合现实情况,分析了《昆蒙框架》落实面临的发展中国家与发达国家治理基础、合作关系、参与动机、信息沟通、信任建立、资金筹措、后续协商、制度设计、主体领导等方面的挑战。最后依照SFIC模型,从推动资源调动和发展中国家能力建设、促进三方援助合作、加强信息沟通共享、强化信任建设、发掘资金潜力、推进协商谈判、寻求制度约束性与激励性的平衡点、提高制度公正合理性、加强联合国责任机构领导力、发挥大国示范担当作用...     

《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》核心目标与我国的保护行动建议

在中国作为主席国的引领下,联合国《生物多样性公约》(以下简称《公约》)第十五次缔约方大会(以下简称COP15)第二阶段会议通过了62项决定,特别是达成了以变革理论为基础的《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》(以下简称《昆蒙框架》),为全球生物多样性治理擘画了新的蓝图。该文就《昆蒙框架》的三个核心目标——保护地“3030目标”、资源调动、遗传资源数字序列信息进行解读,对保障《昆蒙框架》落地的相关决议进行简要介绍,并就我国未来的保护行动提出了相关建议:(1)加强生物多样性保护的主流化;(2)进一步制定详细的保护计划,明确保护区域的范围、目的和管理措施,并落实实施计划的责任部门和具体措施;(3)根据框架目标的监测要求,制定可操作的指标体系和监测计划;(4)继续加强生物多样性保护的意识和教育,提高公众对生物多样性保护的认识和重视程度,促进全社会的可持续生产和可持续消费;(5)大力推进国际合作,在更大尺度上探索和促进基于自然的解决方案,寻找对自然产生正面、积极效果的经济和社会发展路径。     

城市内涝与基于自然的解决方案研究综述

受全球变暖和快速城市化的影响,城市可持续发展面临重大挑战。近10年,基于自然的解决方案(Nature-based Solutions,NbS)受到广泛关注与认可,为解决城市所面临的生态环境问题、提升城市韧性和可持续性提供了新的思路和途径。本文首先回顾了NbS的提出背景与发展历程,剖析了其核心内涵与框架准则,进而以城市中日益突出的内涝问题为例,介绍了NbS在应对和解决城市典型生态环境问题中的应用;通过汇总现有实施案例、整合多方观点,对比分析了NbS与国内外城市内涝管理的常用方法在概念框架、理论内涵和应用实践等方面的区别与联系;综合论述了基于NbS开展城市内涝管理所采用的技术手段、计量方法、评价模型的发展现状;最后,对NbS在我国的应用进行了展望,认为其在适应气候变化、提高城市韧性等方面具有巨大的潜力,但大范围的推广也面临理论认知尚不深入、实践过程存在障碍、专业人才与本土研究不足等多项挑战。     

全球长期城市生态研究中的社会经济要素:指标、数据与应用前景

社会经济要素作为城市生态系统的重要组成部分,能够反映居民特征、衡量居民福祉,是城市生态研究中不可或缺的内容。然而,在城市生态研究中合理、有效利用社会经济要素的规范和框架尚未得到充分研究。城市生态研究中常用的社会经济指标包括哪些？社会经济指标的常见数据源有哪些？社会经济要素可协助回答哪些方面的科学问题？为回答上述问题,本文综述了全球范围内11个长期城市生态研究站点开展的系统性调查和案例研究,总结社会经济指标的内容、数据来源,以及这些研究的议题。结果表明：常用社会经济指标可分为人口基本信息、认知和意愿、行为三类,前两者在城市生态研究中的应用已较为普遍。数据的主要来源包括政府部门提供的统计资料或普查数据、商业数据,以及研究人员开展的独立调查。在城市生态研究中纳入社会经济要素有助于分析社会与环境的相互关系,进而揭示城市系统中人与自然的耦合效应。近年来,我国城市生态研究快速发展,但研究中欠缺对社会经济要素的考虑与利用,可能会逐渐偏离国际上城市生态学的主流研究方向。社会经济数据获取困难是当前研究者面临的重大挑战,同时也存在一些机遇能够促进我国城市生态研究纳入社会经济要素,例如利用新兴数据和大数据手段、构建统一的指标框架和数据共享机制,以及充分了解和利用政府公开的统计数据。     

《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》主要内容及其影响

《生物多样性公约》第十五次缔约方大会通过了新的全球生物多样性战略,即《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》(简称《昆蒙框架》)。随之通过的还包括《<昆蒙框架>的监测框架》《规划、监测、报告和审查机制》《资源调动》《能力建设与发展和科技合作》《遗传资源数字序列信息》等一揽子成果文件。《公约》缔约方需要在国内执行《昆蒙框架》及其一揽子成果。为支持我国执行《昆蒙框架》,本文简要回顾了《昆蒙框架》及其一揽子成果的制定进程,解读了《昆蒙框架》及相关一揽子成果的主要内容,评论了《昆蒙框架》对全球和国家的影响,并就我国如何执行《昆蒙框架》提出了建议,包括更新修订国家生物多样性战略行动计划,制定法律和政策以促进生物多样性的主流化,强化国家执行进展监测和评估,促进生物多样性融资工具的开发,建立全社会广泛参与的伙伴关系。     

实现城市可持续发展的系统转型

城市在为人类提供各种生态系统服务的同时,其发展中的各类问题限制着城市生态系统本身的可持续发展。首先概述了城市发展过程中面临的挑战,主要包括城市化过程中人与自然的关系问题及社会生态问题等;其次从可持续发展的内涵、社会-经济-自然复合生态系统和驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)的理论出发,分别从城市水供给和污水处置系统、消减城市废弃物排放、城市交通和区域规划、城市发展与粮食系统供求关系、城市清洁能源系统等5个方面对如何实现城市的转型进行了系统的论述。结合我国城市可持续发展的研究进展,指出城市的可持续发展问题不仅是城市自身的问题,也是城市与周边区域的协调发展问题。为此,文章提出必须基于五个"转向"来研究和建立城市化与区域生态的耦合和协调机制。     

城市生态系统能-水-食物-土地-气候的“物理量与政策效果”双维耦合研究综述

城市生态系统内部各组分之间存在着错综复杂的关系,任一组分的变化会对其他组分产生不同程度的影响.快速的城市化进程带来了一系列影响城市可持续发展的问题.若想从根本上消除这些可持续发展隐患,需要采用"耦合"方法.本文明晰了"耦合"的3种应用情景及相应定义表述,同时对城市耦合理论发展脉络进行梳理,分别从物理耦合视角及政策效果耦合视角进行能-水-食物-土地-气候变化(EWFLC)五系统两两分析总结.从物理耦合视角解读发现,目前的耦合研究大多集中在城市尺度,并且主要针对两个系统之间的直接耦合关系,间接耦合关系研究相对缺乏,两系统的关联多会对社会和经济产生积极影响.从政策效果耦合视角来看,目前针对五系统的政策多面向直接解决目标系统问题,政策实施的中间目标大多可量化,且政策效果评估大多含有多个指标.在此基础上,本文提出了可同时结合物理耦合及政策效益耦合的城市EWFLC五系统分析框架,旨在帮助城市开展政策遴选,实现城市可持续发展.     

城市生态系统能-水-食物-土地-气候的“物理量与政策效果”双维耦合研究综述

城市生态系统内部各组分之间存在着错综复杂的关系,任一组分的变化会对其他组分产生不同程度的影响.快速的城市化进程带来了一系列影响城市可持续发展的问题.若想从根本上消除这些可持续发展隐患,需要采用“耦合”方法.本文明晰了“耦合”的3种应用情景及相应定义表述,同时对城市耦合理论发展脉络进行梳理,分别从物理耦合视角及政策效果耦合视角进行能-水-食物-土地-气候变化(EWFLC)五系统两两分析总结.从物理耦合视角解读发现,目前的耦合研究大多集中在城市尺度,并且主要针对两个系统之间的直接耦合关系,间接耦合关系研究相对缺乏,两系统的关联多会对社会和经济产生积极影响.从政策效果耦合视角来看,目前针对五系统的政策多面向直接解决目标系统问题,政策实施的中间目标大多可量化,且政策效果评估大多含有多个指标.在此基础上,本文提出了可同时结合物理耦合及政策效益耦合的城市EWFLC五系统分析框架,旨在帮助城市开展政策遴选,实现城市可持续发展.     

Towards Productive Cities: Environmental Assessment of the Food‐Energy‐Water Nexus of the Urban Roof Mosaic

Cities are rapidly growing and need to look for ways to optimize resource consumption. Metropolises are especially vulnerable in three main systems, often referred to as the FEW (i.e., food, energy, and water) nexus. In this context, urban rooftops are underutilized areas that might be used for the production of these resources. We developed the Roof Mosaic approach, which combines life cycle assessment with two rooftop guidelines, to analyze the technical feasibility and environmental implications of producing food and energy, and harvesting rainwater on rooftops through different combinations at different scales. To illustrate, we apply the Roof Mosaic approach to a densely populated neighborhood in a Mediterranean city. The building‐scale results show that integrating rainwater harvesting and food production would avoid relatively insignificant emissions (13.9–18.6 kg CO₂ eq/inhabitant/year) in the use stage, but their construction would have low environmental impacts. In contrast, the application of energy systems (photovoltaic or solar thermal systems) combined with rainwater harvesting could potentially avoid higher CO₂ eq emissions (177–196 kg CO₂ eq/inhabitant/year) but generate higher environmental burdens in the construction phase. When applied at the neighborhood scale, the approach can be optimized to meet between 7% and 50% of FEW demands and avoid up to 157 tons CO₂ eq/year. This approach is a useful guide to optimize the FEW nexus providing a range of options for the exploitation of rooftops at the local scale, which can aid cities in becoming self‐sufficient, optimizing resources, and reducing CO₂ eq emissions.     

African Urbanization: Assimilating Urban Metabolism into Sustainability Discourse and Practice

Shaping sustainable, equitable African cities requires strengthened investigations into the cities’ current resource flows, infrastructure systems, and future resource requirements. The field of urban metabolism (UM) offers multiple forms of analysis with which to map, analyse, and visualize urban resource profiles. Challenges in assessing UM in African cities include data scarcity at the city level, difficulty in tracking informal flows, lack of standardized methods, and the open nature of cities. However, such analyses are needed at the local level, given that city practitioners cannot rely purely on urban planning traditions of the global North or the typically broad studies about urban Africa, for supporting strategies toward sustainable urban development. This article aims to draw together the concepts of sustainable development and UM and explore their application in the African context. Further, the article estimated resource profiles for 120 African cities, including consumption of biomass, fossil fuels, electricity, construction materials, and water, as well as emissions of carbon dioxide. These resource profiles serve as a baseline from which to begin assessing the current and future resource intensity of these cities. It also provides insights into the cities’ relative resource impact, future consumption trends, and potential options for sustainability interventions.     

城市可持续发展新型定量研究方法进展

城市体现了集约化的发展方式,以仅占陆地3%的面积承载了世界一多半的人口,因此城市是人类社会可持续发展的主阵地,城市可持续发展是区域可持续发展的重要实践。研究试图从可持续发展的基本内涵着手,聚焦于城市尺度的研究,梳理了相关理论和概念演变历程,着重对新型定量方法——评价指标体系法、复杂系统建模、资源环境可持续性探索等进行综述。研究发现指标体系法常用于传统的城市可持续发展评估,大多是针对表象的分析,隔离了系统内部的组织关联,对系统机理探索不够。资源环境对人类社会的发展起到基础支撑作用,从资源环境可持续性出发研究可持续发展诞生了一些较为创新的方法,但研究集中在描述人类对自然的压力和影响,而对于自然对人类的反馈以及人对自然的积极改造探索不足,也很难直接表达系统整体的可持续性。弹性思维和复杂系统科学近年来被多次用于解释城市运行的灰箱模型,但研究稍浅。研究提出可将弹性思维和复杂系统科学结合起来,借助数据科学和计算科学的新兴方法,分析城市的可持续发展,深入探索可持续性的科学表达和深层机理,为解决复杂的城市问题提供科学指导,为城市可持续发展提供理论依据。     

基于景感生态学的工业遗弃地景感营造综合体系研究——以景德镇市为例

资源枯竭带来的城市问题，已经成为影响资源枯竭型城市建设和经济社会发展的紧迫问题，现有资源枯竭型城市在产业转型、城市发展上所采用的策略，缺乏将生态系统可持续发展与城市自身文化的挖掘和经济社会发展需求满足相结合。景感生态学以实现生态系统和人类社会可持续发展为愿景，以"人"为核心，以"感"为途径和手段，以土地利用及其物质空间要素的改变最大化的增进人类福祉，其理论与方法对资源枯竭型城市转型发展具有较高的适用性。梳理了资源枯竭型城市研究进展及问题，同时对景感生态学理论基础及适用性进行分析阐述。经研究发现，以景感生态学理论为指导，对资源枯竭城市进行景感营造，对资源枯竭城市的未来发展具有重要意义。为实现工业遗弃地的景感营造，首先系统化对工业遗弃地综合体系构成进行梳理，并对工业遗弃地景感营造趋善化模型进行构建，将社会、经济、生态环境要素与土地利用紧密结合，是景感生态学在城市土地利用及物质空间改造上的创新性运用，具有很强的可操作性。并以景德镇为例，研究了景德镇在传统工业体系造成的景感失调情况下，如何遵循景感营造的方位顺脉性、物理感知系统性、不同文化差异性、时空组合的多尺度性和营造过程渐进性等基本原则，对景德镇的工业遗弃地体系进行景感挖掘，为景德镇工业遗弃地体系改造提供有力借鉴。     

经济发达地区农业的生态功能和发展策略

经济社会发达地区普遍是以城市为中心的,可持续发展面临着严重的资源环境压力。发达地区的农业比重较低,发展空间萎缩,受环境污染的影响大,自身发展也存在诸多问题。但发达地区非常需要保留农业的适度发展,因为农业具有不可替代的生态服务功能,对城市可持续发展有强大的推动作用。保持发达地区农业可持续发展的策略是维持农业生态系统的健康,以及采取科学的、生态的农业环境和资源管理的技术手段。     

Modeling and dynamic assessment of urban economy–resource–environment system with a coupled system dynamics – geographic information system model

At present, environmental issues associated with rapid economic development are becoming critical concerns that arouse government's and people's particular attention. A large amount of influencing factors and especially their complicated interactions have always thrown confused insights into assessing the dynamic evolvement and sustainable development of urban economy–resource–environment (ERE) system and programming the developing strategies. A combination of system dynamics (SD) and geographic information system (GIS) is expected to explicitly understand the synergic interaction and feedback among a variety of influencing factors in time and space, since SD model can extend the spatial analysis functions of GIS to realize both dynamic simulation and trend prediction of an ERE system development. According to connotation and framework of sustainable development, this study proposes a dynamic combination method of SD–GIS to model and evaluate the urban development in Chongqing city of China suffering from depletion of resource and degradation of environment. To compare different policy inclinations with regard to potential ERE effects, typical scenarios (current, resource, technology and environment scenarios) are designed by adjusting the parameters in the model and changing the specification of some variables. Integrated assessment results indicate that the current ERE system of Chongqing is not sustainable; environment scenario is more effective to sustainable development of urban ERE system in a long run. Under the considerations of development features and regional differences, as well as regular discipline on urbanization, a coordinated combination of environmental, resource and technology scenarios is anticipated to realize sustainable development of urban ERE system.     

Overcoming climate change adaptation barriers: A study on food–energy–water impacts of the average American diet by demographic group

Effectively adapting to climate change involves overcoming social and ecological system barriers. The present study uses a three‐phase adaptation framework to propose adaptation strategies aimed at overcoming socioecological barriers of the food–energy–water (FEW) nexus. Cradle‐to‐farm‐gate land, greenhouse gas (GHG), and water impacts—that derive from food consumption in the United States—are analyzed and differentiated by major demographic groups (Black, Latinx, and White). Results indicate that the White demographic yields the highest per capita GHG (680 kg of CO₂ eq?year^?1) and water impacts (328,600 L?year^?1) from food consumption, whereas the Black demographic yields the highest per capita land impacts (1,770 m²?year^?1) from food consumption. Our findings suggest that obtaining data with the intention of building consensus across sociodemographic lines overcomes barriers in the understanding phase, leading to increased social receptivity for many planning and managing phase processes. Specifically, we find that identifying and developing leaders who possess the cognitive and interpersonal capacity to manage many variables and stakeholders is key to assessing and selecting adaptation options in the planning phase. We also propose using government programming to encourage environmentally friendly food purchasing behavior. Then, we discuss how our proposals could be used in adaptation feasibility and evaluation activities in the managing phase. In all, these findings facilitate the development of improved climate change adaptation and policy by satisfying the understanding phase of the climate change adaptation framework, establishing a cross‐disciplinary methodological approach to addressing socioecological problems, and providing useful FEW impact data for FEW nexus and climate change researchers.     

城市空间形态紧凑度模型构建方法研究

我国城市空间形态的急剧变化给经济、社会、城市建设等带来诸多问题,使相对脆弱的城市生态环境承受巨大的压力,对城市可持续发展构成了一定的影响。深入了解城市景观的格局演变过程和机理,并构建适宜的城市空间形态定量化评价模型对于推进我国城市可持续发展、合理利用和保护区域生态环境具有重要的现实意义,也是我国城市发展的紧迫需求。在Thinh等提出的城市紧凑度算法的基础上,构建了一种城市空间形态定量化评价指标,即标准化紧凑度指数(normalized compactness index, NCI)。NCI将圆形区域作为标准度量单位,实现测算结果的标准化,在一定程度上避免了城市面积因素对评价结果所带来的影响,因而便于城市之间或同一城市不同时段间的城市空间形态紧凑程度的比较分析,为城市空间形态紧凑程度的定量评价提供了一种新的技术方法。     

生态约束下闽三角城市群城镇发展特征与转型路径

我国城市群快速发育与增长的同时也伴随着巨大的生态代价。基于生态约束视角提出城市群可持续发展的"供需-效率-结构"三维测度模型，以闽三角城市群为实证，综合运用生态足迹、生态承载力与信息熵模型，从资源供需关系、发展生态效率与生态本底结构三个方面评价其2018年区域城镇可持续发展空间分异规律，并进一步探究其影响因素与转型发展路径。研究发现：（1）闽三角区域城镇发展空间分异明显，具体表现为南北差异与海陆差异，空间集聚效应正在形成。（2）城镇可持续发展潜力与能源消耗和经济发展水平呈显著负相关，而人口、城镇化、经济、能源消耗等影响因素对资源供需关系、发展生态效率与生态本底结构三个子系统的影响机制存在差异。（3）鉴于影响机制差异，采用系统聚类法将闽三角城镇划分为赤字型、失衡型、粗放型与可持续型四类，针对不同类型城镇的主要发展制约因素提出相应的转型发展路径。研究希望为城市群可持续发展研究提供新的思路，为闽三角区域城镇转型发展提供参考与借鉴。