余廣彬 朱茂杰

摘要簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)外城市化與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量耦合的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了城市化與土壤、大氣、地表水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系，對(duì)城市化進(jìn)程中生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的解決具有重要的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞城市化；生態(tài)環(huán)境；人類活動(dòng)

中圖分類號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）28-270-02

Research Status of the Coupling of Urbanization and Ecological Environment Quality

YU Guangbin， ZHU Maojie

（Linyi Municipal Environmental Protection Bureau， Linyi， Shandong 276001）

AbstractThe research status of the coupling of urbanization and ecological environment quality at home and abroad was elaborated， particularly on the relationship between urbanization and soil， atmosphere， and surface water quality， which would provide an important guidance in resolution of urban ecoenvironment.

Key wordsUrbanization； Ecoenvironment； Human activity

眾所周知，城市化過(guò)程中引起以劇烈人為活動(dòng)為基礎(chǔ)的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，而任一生態(tài)系統(tǒng)都有一定的環(huán)境容量。城市化過(guò)程在其生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境容量下，則可持續(xù)發(fā)展，一旦突破環(huán)境容量的限值，將造成不可逆轉(zhuǎn)的生態(tài)退化和環(huán)境污染問(wèn)題，進(jìn)而造成城市發(fā)展的停滯與衰退?？焖俪鞘谢⒔?jīng)濟(jì)發(fā)展背景下的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量演變成為全世界普遍關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。

1城市化與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的耦合關(guān)系

城市化與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量演變的研究主要集中在3個(gè)方面。第一，從傳統(tǒng)的環(huán)境污染學(xué)的角度，定性地研究城市對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的污染效應(yīng)。一般是在調(diào)查城市土壤、大氣、水環(huán)境污染物種類及濃度水平的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)當(dāng)前城市化特定狀態(tài)下生態(tài)環(huán)境環(huán)境質(zhì)量狀況，探討城市對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。第二，從時(shí)空序列變化角度，采用多元回歸、相關(guān)分析、主成分分析等統(tǒng)計(jì)方法，量化城市化指標(biāo)（人口密度、不透水層、商業(yè)用地、居民用地、工業(yè)用地等）與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系。通過(guò)對(duì)城市化空間梯度（城區(qū)-郊區(qū)-鄉(xiāng)村）或者同一城市不同時(shí)間尺度的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)演變研究其耦合關(guān)系。第三，從環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度，引入城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的指標(biāo)（產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、GDP等經(jīng)濟(jì)要素），并結(jié)合環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線，耦合經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染物水平（指數(shù)）間的關(guān)系。

2城市化與環(huán)境質(zhì)量耦合的研究現(xiàn)狀

2.1城市化與土壤環(huán)境質(zhì)量

城市化空間梯度變化與土壤質(zhì)量是密切關(guān)聯(lián)的。由于城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的差異，土壤污染物在空間上表現(xiàn)出明顯的梯度變化[1-2]。研究表明，在城區(qū)-郊區(qū)-農(nóng)區(qū)生態(tài)樣帶上土壤重金屬含量呈顯著的梯度下降趨勢(shì)，并具明顯的時(shí)間累積效應(yīng)[3-5]。PAHs來(lái)源于化石燃料燃燒和機(jī)動(dòng)車尾氣排放，是典型的城市源污染物。在塔林、莫斯科、大連、北京均發(fā)現(xiàn)，土壤PAHs含量存在城區(qū)-郊區(qū)-農(nóng)區(qū)的梯度變化[6-7]。另外，由于肥料的施用，土壤磷也存在相同的空間分布趨勢(shì)[8]。

城市不同功能區(qū)對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響存在明顯差異。城市化過(guò)程中，城市功能區(qū)隨著城市規(guī)模的擴(kuò)張而不斷擴(kuò)張，城市不同功能區(qū)與人為活動(dòng)密切關(guān)聯(lián)，因此城市功能區(qū)與土壤環(huán)境質(zhì)量的演變相關(guān)聯(lián)。通常，城市交通區(qū)、商業(yè)區(qū)和工業(yè)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量明顯劣于公園和居民區(qū)[9-10]，這主要?dú)w因于人類活動(dòng)方式的差異[11]。

城市化不僅直接改變了土壤的環(huán)境質(zhì)量，而且間接改變了土壤生物功能。城市化驅(qū)動(dòng)的土地利用和土地覆蓋的變化是土壤微生物功能顯著變化的主要驅(qū)動(dòng)因素[12]。養(yǎng)分動(dòng)態(tài)和多樣性、大氣組成和氣候等因素，也導(dǎo)致土壤微生物功能變化[13]。因此，城市化對(duì)土壤微生物的功能演變機(jī)理還存在不確定性，需要深入的研究求證。

2.2城市化與大氣環(huán)境質(zhì)量

當(dāng)前，城市發(fā)展對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響是普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。城市中心區(qū)由于其顯要的地理位置和功能地位，中心區(qū)的大氣質(zhì)量狀況成為學(xué)者們研究的焦點(diǎn)。大氣環(huán)境質(zhì)量與城市化空間梯度、不同功能區(qū)存在顯著的耦合關(guān)系。有些學(xué)者根據(jù)不同的土地利用類型進(jìn)行空間區(qū)域間的大氣環(huán)境質(zhì)量比較，比如中心城區(qū)、郊區(qū)等大尺度空間區(qū)域，或者商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、居住區(qū)等小空間區(qū)域[14-15]。從時(shí)間跨度上，許多研究者關(guān)注各個(gè)大氣指標(biāo)的日變化、季節(jié)變化情況，但是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度較小[16-18]。也有少數(shù)研究者同時(shí)從空間和時(shí)間的尺度來(lái)研究大氣環(huán)境的變遷[19]，同樣存在時(shí)間跨度較小的問(wèn)題。

2.3城市化與地表水環(huán)境質(zhì)量

土地利用類型或方式、不透水層面積、人口密度、人口城市化率等被廣泛應(yīng)用于表征城市化水平，并用于耦合城市水環(huán)境質(zhì)量演變過(guò)程[20-24]。

土地利用/覆蓋變化既是城市化的結(jié)果，又是城市化的過(guò)程。由于城市化驅(qū)動(dòng)土地利用類型或方式的演替，而土地利用類型和方式的演替又與地表水環(huán)境質(zhì)量緊密關(guān)聯(lián)[25-26]，成為眾多城市化指標(biāo)中最常用的表征指標(biāo)。在美國(guó)和韓國(guó)5個(gè)河流流域的研究表明，土地利用類型或方式與水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)（TOC、COD、硝態(tài)氮、有機(jī)物和重金屬等）具有很好的相關(guān)性[22-24]；我國(guó)學(xué)者對(duì)上海和深圳的研究也得到同樣結(jié)論[27-28]。此外，人口密度、人口城市化率和不透水層面積與水環(huán)境質(zhì)量高度相關(guān)[20-22]，也常用于表征水環(huán)境質(zhì)量演變。

表層沉積物記錄了近期的污染水平，而沉積柱則記錄了水環(huán)境質(zhì)量的變遷，保存了城市污染的歷史信息[29]，結(jié)合同位素210Pb定年可以揭示城市發(fā)展與水環(huán)境質(zhì)量的演變[30-31]，使時(shí)間序列方法成為水環(huán)境質(zhì)量演變研究的重要手段。與土壤環(huán)境研究相比，城市化空間序列的研究方法在水環(huán)境中較少采用。在美國(guó)阿巴拉契科拉河/查特胡奇河/弗林特河流域開展的人口密度變化與沉積物環(huán)境質(zhì)量的研究，建立了城市化空間梯度變化與水環(huán)境質(zhì)量演變的范例[30]。但是，這種流域尺度的城市化空間梯度研究開展較少。

2.4城市化進(jìn)程中經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量演變規(guī)律

經(jīng)濟(jì)發(fā)展是城市化的直接驅(qū)動(dòng)力，因此經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量必然存在直接或者間接的演變關(guān)系。1991年，美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Grossman等首次提出了環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線EKC的假設(shè)[32]，并被廣泛用于耦合經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量演變的研究中。我國(guó)學(xué)者借鑒環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線，通過(guò)對(duì)我國(guó)多個(gè)城市和地區(qū)的實(shí)證研究，耦合了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量演變的關(guān)系。關(guān)于北京、南京、武漢的研究均表明，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染排放呈現(xiàn)典型的EKC倒U型曲線[33-36]，表明其已經(jīng)進(jìn)入了經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的高級(jí)階段。也有學(xué)者通過(guò)計(jì)算城市化與生態(tài)環(huán)境指數(shù)來(lái)研究城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合關(guān)系，認(rèn)為兩者是城市化各方面與生態(tài)環(huán)境的諸要素之間所具有的各種非線性關(guān)系的總和[37-38]。同時(shí)，環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線與城市化指標(biāo)的邏輯復(fù)合結(jié)果，揭示兩者交互耦合的過(guò)程可分為低水平協(xié)調(diào)、拮抗、磨合和高水平協(xié)調(diào)4個(gè)階段[37]。

通常，當(dāng)城市化水平超過(guò)30%時(shí)，城市化將進(jìn)入加速發(fā)展時(shí)期，此時(shí)需要大量的資金、資源及人口轉(zhuǎn)移為支撐，由此帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境壓力最大。例如，我國(guó)1996～2005年城市化水平由30.5%升至43.0%，年均增長(zhǎng)1.4%，我國(guó)總體上已進(jìn)入加速發(fā)展階段。因此，研究城市化與環(huán)境之間的關(guān)系是我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一。通過(guò)擬合上海市城市化、環(huán)境質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)上海市近20年地表水內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)與人均GDP、人口城市化率呈現(xiàn)近似的倒U型曲線[39]。而我國(guó)小城鎮(zhèn)/城市水環(huán)境污染指數(shù)則隨人口城市化水平提高呈上升趨勢(shì)，這表明我國(guó)小城鎮(zhèn)城市化水平與水環(huán)境質(zhì)量處于加速拮抗期[40]。

3結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快的形勢(shì)下，及時(shí)開展系統(tǒng)的城市環(huán)境質(zhì)量與城市化效應(yīng)研究具有重要的意義。在理論上，可以探索并建立關(guān)于城市環(huán)境的系統(tǒng)研究方法，拓展目前環(huán)境研究的范疇；在應(yīng)用上，可為城市合理利用與管理，解決因?yàn)槌鞘协h(huán)境質(zhì)量下降導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題提供理論依據(jù)、基礎(chǔ)信息和技術(shù)支撐。

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