城市景观格局演变的生态环境效应研究进展

快速城市化过程剧烈影响着下垫面变化,直接带来了交通拥挤、资源短缺、环境污染、生态恶化等诸多问题,所有这些问题的出现均与景观格局演变密切相关,研究城市景观格局演变及其生态环境效应正在成为全社会关注的热点.系统总结了城市化过程对景观格局演变的影响,分析了城市景观格局演变的热环境效应、水环境效应、生态服务效应,以及城市生态用地与生态安全格局设计等方面的研究进展.指出了目前城市景观演变与生态环境效应研究中存在的问题与不足:(1)现有研究侧重于景观格局演变的量化分析和景观格局指数的计算,较少关注景观格局演变对生态环境及其区域生态安全的影响;(2)城市景观格局演变与热岛效应研究多局限于两者数理统计关系的分析,对于城市热环境形成的机理缺乏深入研究;(3)城市景观格局演变与大气环境效应方面更多研究关注绿地及其空间布局在吸收和降解大气污染物、固体颗粒物方面的作用,对城市景观格局演变的大气环境综合效应以及大气灰霾效应影响机理重视不够;(4)如何通过合理设置生态用地,有效提高城市生态服务功能和保障城市生态安全,目前仍缺乏深入而又系统的研究.下一步的研究中,需要综合多尺度的景观信息来揭示城市景观的演变机理和环境效应,构建基于城市空间扩展和生态服务效应评价的城市生态空间优化决策模型,探讨城市生态空间优化模式与安全格局.     

基于LUCC的城市生态安全研究进展

近代工业革命以来特别是二战以后，世界范围内城市化发展迅速，受城市化驱动的土地利用／覆盖变化（Land use／cover change，LUCC）及其环境影响越来越突出，不仅对城市生态安全产生了危胁，甚至在区域和全球尺度上影响生态系统的结构与功能，成为当今地球生态系统平衡与人类社会可持续发展的研究热点。尽管LUCC与城市生态安全态势有密切联系，然而目前研究中对土地利用变化的驱动机制较为侧重，涉及LUCC对城市生态安全影响的研究文献仍很缺乏。从城市生态安全的概念辨析入手，评述了国内外LUCC与城市生态安全响应研究的进展，将相关研究分为两个阶段：即定性和（半）定量研究阶段。指出了现有研究在理论体系与研究方法在指导实践中的不足之处，即：（1）基于LUCC城市尺度的生态安全研究的理论体系尚不成熟，目前的研究多未结合研究区域LUCC的动态特征对城市生态安全状态进行评价，因而也难以应用于指导城市生态建设实践；（2）目前的城市土地利用的生态影响实例研究中仍很缺乏采用数学模型、地理信息系统（GIS）、环境影响评价（EIA）、生态风险评价技术（ERA）及政策仿真等手段进行动态化的、多场景（Multi-Scenarios）模拟分析的综合运用，也缺乏对这些研究方法在实践中的应用的比较研究；（3）缺乏从土地利用动态监测、驱动力机制、生态响应等方面进行区域生态安全演变及调控的综合研究，现实指导意义有限。在上述工作的基础上，探讨了此研究领域未来的发展方向，即：（1）实现不同研究尺度的紧密结合；（2）多种研究方法的集成运用；（3）基于多学科知识体系的评价方法与指标体系的明细化与合理化。     

区域生态学的特点、学科定位及其与相邻学科的关系

区域生态学作为生态学的一门重要分支学科,起源于20世纪70年代的区域综合科学考察和环境污染调查,旨在研究区域生态环境问题形成背景和驱动因子,探讨区域生态环境问题解决的思路和方法。基于前人研究成果和文献综述,系统分析了区域生态学研究的特点,剖析了区域生态学的性质和学科定位。在此基础上进一步比较了区域生态学与景观生态学、生态系统生态学、区域自然地理学和宏观生态学的共性与差异。认为:(1)区域生态学研究对象是具有特定生态环境属性的区域生态综合体,既具有特定要素主导下的空间均质性,也具有多种要素耦合作用下的空间异质性特征,是一门问题导向的应用性基础学科;(2)区域生态学研究需要具有多元综合、问题导向和系统集成的思维,从多层次、多视角探讨区域生态环境问题的解决方案;(3)区域生态学属于宏观生态学研究的范畴,处于分子生态学、个体生态学、种群生态学、群落生态学、生态系统生态学、景观生态学、区域生态学和全球生态学这个生态学学科体系的较高层次。     

植物邻体间的正相互作用

植物间的正负相互作用是构建植被群落的重要因素,也是群落生态学研究的中心内容之一。近20a来,植物间正相互作用的研究得到快速发展。综述了正相互作用的定义,不同植物群落中的直接、间接正相互作用及其发生机制,正相互作用研究的实验和模型方法,正负相互作用随胁迫梯度的变化及正相互作用对群落构建的影响。探讨了正相互作用研究前景:(1)进一步理解正负相互作用的平衡及其对群落构建的影响;(2)加深对全球变暖背景下的正相互作用的认识;(3)需把正相互作用研究同进化联系起来;(4)充分发挥正相互作用在生态系统中的推动力作用,把正相互作用应用到生态恢复中,为恢复退化生态系统服务。     

近20年城市遥感研究现状及其发展趋势

随着城市化进程的不断加速,城市遥感研究已成为地理学、生态学、城市规划学等学科领域主要发展方向之一。城市化使人口与经济增长的同时,也使得城市原有的生态环境状况发生改变,从而引起了一系列城市生态环境问题。城市遥感是一门多学科交叉研究领域,近年来已经取得了一系列显著的研究成果。对近年来城市遥感研究涉及的城市地表温度、边界扩张、不透水表面、景观格局以及生态安全5个方面的理论、研究方法、应用动态以及发展方向进行了较为详细的总结与探讨。主要得出如下结论：（1）数据源从单个遥感数据研究走向多源遥感数据融合发展,多源遥感数据尤其是结合高分辨率数据越来越多的被应用到城市研究的各个领域中;（2）城市遥感的研究目标不断扩展、深化和聚焦;（3）城市遥感研究已开始从二维空间向三维空间拓展;（4）城市遥感涉及的研究对象之间相互作用,相互影响在深入解读城市遥感研究理论意义和潜在挑战的基础上,结合最新研究对本文所涉及的主题进行了补充和完善,为城市典型生态环境问题的解决提供新的思路;今后应按照城市形态与构成、城市关键要素、生态环境响应、生态环境评价以及城市扩展与环境预测的体系结构进行综合分析。     

城市生态网络分析研究进展

自生态网络分析方法提出40多年来,其理论发展和应用实践不断拓展,但直至21世纪才不断引入到城市生态系统研究中,用以分析城市内部多个主体和多种生态流构成的关联网络。目前,城市生态网络分析集中于生态网络分析方法与指标的拓展及多尺度的应用研究,而生态网络分析方法又形成了上升性分析和环境元分析两大分支,多尺度应用涵盖了城市镶嵌的区域背景尺度和城市内部产业部门之间的细节尺度。然而,当前研究仍存在着多尺度融合、多种生态网络分析方法集成不足等问题,这限制了城市生态网络分析方法在城市规划设计中的应用。未来城市生态网络分析研究集中于如下3点:(1)开展多尺度城市生态网络分析,包括城市群-城市-园区/社区等,构建多级嵌套生态网络模型;(2)集成上升性与环境元分析方法,提出由外在表征到内在过程的城市生态系统评价模式及模拟方法;(3)强调自然节点在城市生态网络中的重要作用,形成社会经济节点与自然节点并重的生态网络模型,并强调构建多精度的生态网络模型服务于不同的研究目的。     

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。     

关中平原城市群扩张对生态用地的多尺度影响

城市扩张与生态空间保护的矛盾是新型城镇化和国土空间规划过程中急需解决的问题之一。作为黄河流域生态保护与高质量发展的核心区域，关中平原城市群面临更加严峻的生态和资源胁迫。但相关研究主要对研究区整体的生态环境变化进行测度，少有研究分析城市群发展对生态用地的多尺度影响，且忽略了城市群中土地变化最剧烈，生态受胁迫最严重的城市边缘区。因此，基于土地利用数据，结合土地利用转移矩阵、景观指数、估算城市扩张间接影响的生态用地面积等方法，研究从城市群、重点城市和主要城市边缘区3个尺度分析1990-2018年城镇扩张对生态用地的直接和间接影响。结果表明：（1）关中平原城市群土地利用类型以半生态用地（耕地）为主，面积占比超过40%。而城市边缘区主要以半生态用地和建设用地为主。1990-2018年城市群建设用地面积比例由3.67%增长至5.93%，耕地面积共计减少3032.11 km²，自然生态用地的面积增加628.03 km²。受耕地占补、退耕还林等多重政策的影响，半生态用地和自然生态用地的变化呈现为"拉锯式"发展特征。（2）城市扩张对半生态用地的直接影响大于对自然生态用地的直接影响，各尺度土地利用转移变化大同小异，新增建设用地的主要来源均为耕地，其中城市边缘区的耕地受城镇扩张的挤占最为突出。（3）城市扩张对自然生态用地的间接影响大于直接影响，且不同城市建设用地对自然生态用地的间接影响因耕地补偿机制的不同而有所差异。因此，对关中平原城市群实施"一刀切"的耕地补偿政策实际上并不合理，应当因地制宜，考虑地区土地资源条件，适当调整发展和约束政策，更有利于城市群的可持续发展。     

城市景观三维扩展及其大气环境效应综述

当前,中国正处于快速城镇化阶段,在城市边界迅速扩展同时,城市内部改造使建筑高度也不断增加,从而使得城市与周边生态环境的相互作用影响变得更为复杂。在三维空间上研究格局变化与过程关系对于城市生态安全持续和健康发展具有重要意义。本文综述了景观生态格局研究在三维空间上的进展和城市大气环境效应;总结了不同尺度上大气数值模式在城市下垫面大气模拟中的应用,以及城市景观组分和三维格局演变对局地气候和大气污染的影响;分析了当前城市景观三维格局研究和城市大气数值模式应用中存在的不足。三维格局定量分析及其环境效应是未来城市景观生态学研究新的方向,包括构建综合反映景观格局与大气环境关系的格局指数,建立融合城市景观格局演变动力机制和大气环境因子于一体的多尺度模型,以及加强城市三维景观格局优化研究。     

京津冀城市群地区影响城镇化的关键要素识别及其交互作用

中国的城镇化率随经济快速发展而迅速提高,由此导致的生态环境问题不断涌现,城镇化对区域生态环境的胁迫作用日益增加,城市可持续发展受到严峻挑战。目前城镇化和生态环境交互关系的关键影响因子仍不明确,而基于关键影响因子描述城镇化与生态环境要素交互胁迫作用的研究也较少。以京津冀城市群为研究区,使用城镇化率描述城镇化发展过程,使用相关分析初步总结了生态环境要素与城镇化过程的相关性,基于灰色关联分析方法求取了生态环境要素与不同城市城镇化率的关联度,使用方差分析法得到影响城镇化与生态环境交互胁迫的关键要素,最后明确了城市和生态环境要素交互胁迫作用的显著性。结果表明,水资源要素和生态要素与城镇化率相关性较弱;居民用电与城镇化过程的关联度最大、生活用水关联度最小;方差稳定性排名显示建成区面积关联度在各城市间最稳定,常住人口最不稳定;同类别要素间关联度差异不明显,可以将10要素合并为6要素;关联度的稳定性对识别关键要素有重要作用;城市和生态环境要素同时对要素关联度分布具有影响,二者存在显著的交互作用。本研究对明确生态环境对城镇化过程的影响模式,分析生态环境对城市群发展的限制或支撑作用提供参考。     

The current and potential role of urban metabolism studies to analyze the role of food in urban sustainability

Food supply chains are essential for urban sustainability. To reflect on the state of knowledge on urban food flows in urban metabolism research, and the actual and potential role of urban metabolism studies to tackle food sustainability in cities, we systematically review scientific research on food from an urban metabolism perspective and apply statistical and thematic analyses. The analysis of 89 studies provides insights as to the relation between food supply and (environmental and social dimensions of) urban sustainability. First, food is an important contributor to urban environmental impacts, if a consumption-based approach is adopted. Secondly, the social impacts of urban food supply remain scarcely studied in urban metabolism research, but emerging results on public health, malnutrition, and food waste appear promising. In parallel, we find that the findings of the studies fail to engage with debates present in the broader literature, such as that of food justice. Our analysis shows that most studies focus on large cities in high-income, data-rich countries. This limits our understanding of global urban food supply. Existing studies use innovative mixed-methods to produce robust accounts of urban food flows in data-scarce contexts; expanding these accounts is necessary to get a better understanding of how urban food supply and its diverse impacts in terms of environmental and social sustainability may vary across cities, a necessary step for the urban metabolism literature to contribute to current debates around food sustainability and justice.     

Ecology and urban planning

Urban areas harbour diverse nature ranging from semi-natural habitats to wastelands, parks and other highly human-influenced biotopes with their associated species assemblages. Maintenance of this urban biodiversity for the residents and for its intrinsic value in the face of increasing population and expanding cities requires that ecological knowledge should be better integrated into urban planning. To achieve this goal understanding of ecological patterns and processes in urban ecosystems is needed. The first step in the necessary urban ecological research is to find out what kind of nature exists in cities. Second, knowledge about ecological processes important in urban nature is required. Although ecological processes in cities are the same as in rural areas, some of them, such as invasion by alien species, are more prevalent in urban than in rural conditions. Third, based on ecological knowledge, management schemes maintaining the diversity of urban nature should be designed. These procedures should also include protection of urban nature, e.g. in urban national parks. Finally, as ecology alone cannot provide the complex information about human influence on urban ecosystems, interdisciplinary research involving natural and social sciences is imperative for a holistic approach to integrating ecology into the process of urban planning.     

长江中游城市群生态文明水平测度及时空演变

长江中游城市群在我国区域发展格局中占有重要地位,必须以生态文明为理念进行城市群的建设。使用熵权TOPSIS综合评价法测度长江中游城市群2009至2013年的生态文明水平;利用环境库兹涅茨曲线理论和障碍度模型解析城市群生态文明差异化格局的成因和重要影响因子;运用空间全局自相关方法分析城市群整体生态文明水平的空间聚集程度;借助Jenks自然最佳断裂点法对各地区生态文明状况进行聚类可视化分析。研究表现:(1)人均国内生产总值、人均居民社会消费品零售额、服务业增加值占GDP比重、人均水资源总量、城镇居民年人均可支配收入为5大影响长江中游城市群生态文明水平的重要因素。(2)武汉城市圈中武汉市生态文明水平颇佳,周边城市围绕武汉市呈圈层低值分布,"中心-外围"模式明显;环长株潭城市群展现长沙、株洲双核模式,一定程度上带动临近城市进行生态文明建设,但与相隔较远城市极化现象严重;环鄱阳湖城市群各地市间生态文明差异较小,5年来生态文明水平进步明显。(3)2009至2013年长江中游城市群生态文明聚类特征由微弱的负相关向微弱的正相关演变,并于2012年呈现出较强的集聚倾向。(4)襄阳市、宜昌市生态文明水平逐年下降,由生态文明库兹涅茨曲线的上方跌落至曲线下方,经济刺激对生态文明贡献偏低,九江市生态文明水平的保持与连续性较弱,波动性较大。     

The Changing Metabolism of Cities

Data from urban metabolism studies from eight metropolitan regions across five continents, conducted in various years since 1965, are assembled in consistent units and compared. Together with studies of water, materials, energy, and nutrient flows from additional cities, the comparison provides insights into the changing metabolism of cities. Most cities studied exhibit increasing per capita metabolism with respect to water, wastewater, energy, and materials, although one city showed increasing efficiency for energy and water over the 1990s. Changes in solid waste streams and air pollutant emissions are mixed.
The review also identifies metabolic processes that threaten the sustainability of cities. These include altered ground water levels, exhaustion of local materials, accumulation of toxic materials, summer heat islands, and irregular accumulation of nutrients. Beyond concerns over the sheer magnitudes of resource flows into cities, an understanding of these accumulation or storage processes in the urban metabolism is critical. Growth , which is inherently part of metabolism, causes changes in water stored in urban aquifers, materials in the building stock, heat stored in the urban canopy layer, and potentially useful nutrients in urban waste dumps.
Practical reasons exist for understanding urban metabolism. The vitality of cities depends on spatial relationships with surrounding hinterlands and global resource webs. Increasing metabolism implies greater loss of farmland, forests, and species diversity; plus more traffic and more pollution. Urban policy makers should consider to what extent their nearest resources are close to exhaustion and, if necessary, appropriate strategies to slow exploitation. It is apparent from this review that metabolism data have been established for only a few cities worldwide, and interpretation issues exist due to lack of common conventions. Further urban metabolism studies are required.     

基于适应性循环理论的区域生态风险时空演变评估——以长江三角洲城市群为例

在城市扩张和气候变化背景下，三角洲社会与生态系统正遭受多方面风险威胁，适应性视角下的区域生态风险评估有助于理解复杂系统与风险影响之间的相互作用，为长江三角洲城市群适应性规划策略提供空间定量参考。以长江三角洲城市群社会-生态系统为研究对象，耦合适应性循环与区域生态风险评估理论，构建"潜力-连通度-韧性"适应性生态风险评估框架，从整体和动态的角度评估区域在当前与未来适应性生态风险的时空分布与各城市所处的适应性循环阶段。结果表明，适应性生态风险由沿海区-城市群-生态区域呈现由较高到高再到低的趋势，大城市外围现已出现较高风险。至2030年，风险整体呈上升趋势，高风险向中小城市和生态区域蔓延。从适应性循环阶段来看，杭州、宁波等14个城市处于生态风险较低的重组阶段。常州、南通等8个城市处于风险升高的开发阶段。上海、南京、无锡和苏州处于城市发展成熟风险开始降低的保护阶段。本研究通过评估长三角城市群适应性生态风险，得到高风险区分布与各个城市的适应性风险趋势，为长三角城市群动态变化下的适应性规划策略制定提供了科学的指导，以实现区域的可持续发展。     

Quantifying a virtual water metabolic network of the Metropolitan District of Quito,Ecuador using ecological network methods

Current human population is mostly located in urban areas making cities the center of attention in terms of achieving sustainability goals. Evidence shows that ecosystems have evolved over time toward a balanced configuration between resource efficiency and functional redundancy. For this reason, they are exemplary models to follow in terms of sustainability. Here, we apply similar ecological network-based methods to study the virtual water metabolic network (VWMN) of the Metropolitan District of Quito. The VWMN was obtained using novel bottom-up, survey-based methods to generate the urban metabolic network. We compare the VWMN results with those previously obtained from ecological food webs, to learn if there are insights about the sustainability of urban metabolic processes. We conclude that VWMN does not exhibit characteristics observed in sustainable ecological networks because this socioeconomic network exhibits higher levels of path redundancy. Urban metabolism studies are gaining in popularity as a research tool aimed at informing resource management and this is one of the first covering a city in the Global South and using a bottom-up survey method.     

旅游发展对城市生态文明建设的影响及空间溢出效应——基于我国284个地级及以上城市的实证研究

生态文明建设是实现“美丽中国”的必由之路，旅游因其“绿色”属性与之联系十分密切，论证旅游发展能否促进生态文明建设并探究其空间溢出特征具有重要意义。在构建旅游发展对城市生态文明建设影响及空间溢出效应理论框架的基础上，通过熵权TOPSIS法对全国284个地级及以上城市2004—2019年生态文明建设水平(ECC)进行测度，使用空间杜宾模型揭示旅游发展对城市生态文明建设的影响及空间溢出效应。结果表明：(1)各城市ECC均取得不同程度提升，相对高值区集中于长江和黄河经济带下游沿线，低值区多分布在中西部地区；区域尺度下，各地区ECC长期呈“东—中—西”递减格局，内部发展差异性与其存在明显空间错位。(2)旅游发展能够显著促进“本地”和“邻地”城市生态文明建设，具体表现为“三轮驱动”下的水平提升，其对城市经济系统的驱动力显著大于生态和社会系统。(3)东、中、西部地区旅游发展对城市生态文明建设的影响和空间溢出效应均得到释放，空间异质性下二者作用强度与城市ECC基本“区域重叠”。(4)政策制定上，一方面在长期落实旅游业“生态优先”原则的基础上，加快旅游数字化建设和文旅融合步伐，充分释放其对生态文明建设的...     

Advancing urban ecological studies: Frameworks,concepts, and results from the Baltimore Ecosystem Study

Abstract Urban ecological studies have had a long history, but they have not been a component of mainstream ecology until recently. The growing interest of ecologists in urban systems provides an opportunity to articulate integrative frameworks, and identify research tools and approaches that can help achieve a broader ecological understanding of urban systems. Based on our experience in the Baltimore Ecosystem Study (BES), Long‐term Ecological Research project, located in metropolitan Baltimore, Maryland, USA, we identify several frameworks that may be useful in comparative urban studies, and may be worthy of consideration in other integrative urban ecosystem studies: (i) spatial patch dynamics of biophysical and social factors; (ii) the watershed as an integrative tool; and (iii) the human ecosystem framework. These frameworks build on empirical research investigating urban biota, nutrient and energy budgets, ecological footprints of cities, as well as biotic classifications aimed at urban planning. These frameworks bring together perspectives, measurements, and models from biophysical and social sciences. We illustrate their application in the BES, which is designed to investigate (i) the structure and change of the urban ecosystem; (ii) the fluxes of matter, energy, capital, and population in the metropolis; and (iii) how ecological information affects the quality of the local and regional environments. Exemplary results concerning urban stream nutrient flux, the ability of riparian zones to process nitrate pollution, and the lags in the relationships between vegetation structure and socio‐economic factors in specific neighbourhoods are presented. The current advances in urban ecological studies have profited greatly from the variety of integrative frameworks and tools that have been tested and applied in urban areas over the last decade. The field is poised to make significant progress as a result of ongoing conceptual and empirical consolidation.