呂永龍, 王塵辰,曹祥會(huì)

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心/城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

城市化不僅表現(xiàn)為人口向城市的集中和城市面積的擴(kuò)張，還表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)活動(dòng)向非農(nóng)業(yè)活動(dòng)轉(zhuǎn)換和城市生產(chǎn)生活方式的擴(kuò)散，它是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化等多種因素綜合發(fā)展的過(guò)程[1-2]。改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)城市化水平由1978年的17.92%上升到2016年的57.35%，預(yù)計(jì)2030年中國(guó)城市人口將達(dá)68.7%[3-5]。城市為人類(lèi)提供了便利的基礎(chǔ)設(shè)施和舒適的生存環(huán)境，促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)更加高效的發(fā)展，然而，人口的過(guò)度密集、空間過(guò)度擴(kuò)張、城市發(fā)展規(guī)劃的不合理、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的失調(diào)和以人類(lèi)為中心的發(fā)展策略等問(wèn)題導(dǎo)致城市生態(tài)格局、生態(tài)過(guò)程與服務(wù)功能發(fā)生惡化，影響著城市生態(tài)系統(tǒng)的健康與可持續(xù)發(fā)展。

隨著對(duì)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步加深，環(huán)境保護(hù)觀念和環(huán)境管理目標(biāo)已發(fā)生了深刻變化。在考慮成本控制和社會(huì)經(jīng)濟(jì)整體可持續(xù)發(fā)展的前提下，環(huán)境管理不再單純強(qiáng)調(diào)污染物的零排放和生產(chǎn)消費(fèi)過(guò)程的“零風(fēng)險(xiǎn)”，進(jìn)而轉(zhuǎn)為對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別和后果的權(quán)衡與應(yīng)對(duì)。近年來(lái)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法得到了迅速的發(fā)展，成為生態(tài)環(huán)境管理不可或缺的重要手段。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和健康風(fēng)險(xiǎn)等名詞不斷出現(xiàn)在各類(lèi)研究中，但對(duì)各自的內(nèi)涵及相互間的區(qū)別并沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。美國(guó)環(huán)保局發(fā)布的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架中對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的定義是不良生態(tài)效應(yīng)發(fā)生的可能性，其主要內(nèi)容包括受體暴露于單個(gè)或多個(gè)脅迫因子的概率和暴露后所產(chǎn)生的脅迫效應(yīng)的程度[6]。部分國(guó)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指生態(tài)系統(tǒng)中由自然變化或人類(lèi)活動(dòng)引起的非期望事故或?yàn)?zāi)害等造成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生態(tài)過(guò)程改變，進(jìn)而損害生態(tài)系統(tǒng)功能的概率[7-9]。而在進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)，其內(nèi)涵與生態(tài)效應(yīng)密切相關(guān)，反映了生態(tài)系統(tǒng)受到自然和人類(lèi)活動(dòng)脅迫的概率和規(guī)模[10]。本文基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的基本內(nèi)涵，將城市化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)概括為城市發(fā)展建設(shè)和城市人類(lèi)活動(dòng)所導(dǎo)致的生態(tài)要素、生態(tài)過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等發(fā)生不良變化或人類(lèi)健康受到威脅的程度和可能性。

城市化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)按照其風(fēng)險(xiǎn)源的不同可分為人為風(fēng)險(xiǎn)和自然風(fēng)險(xiǎn)兩大類(lèi)。城市化過(guò)程包含了城市建設(shè)、城市維護(hù)以及支撐城市發(fā)展的生產(chǎn)生活過(guò)程等，其產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)主要包括：環(huán)境污染直接導(dǎo)致的生物體的健康風(fēng)險(xiǎn)；環(huán)境質(zhì)量惡化間接引起的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)損害和功能退化的風(fēng)險(xiǎn)；城市建設(shè)過(guò)程和生產(chǎn)生活過(guò)程導(dǎo)致的資源緊缺的風(fēng)險(xiǎn)；生態(tài)系統(tǒng)破碎化、脆弱化，生態(tài)結(jié)構(gòu)損害和功能退化的風(fēng)險(xiǎn)[8](表1)。同時(shí)，隨著人類(lèi)活動(dòng)對(duì)全球和區(qū)域過(guò)程的影響的加深，城市化改變了原有的生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程，激化了部分自然災(zāi)害的發(fā)生頻率和程度，增加了損害人類(lèi)生命安全和脆弱生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

表1 城市化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[8-9]

1 城市建設(shè)導(dǎo)致環(huán)境變化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

城市化一方面增加了對(duì)土地資源、水資源、能源和生物資源的需求，通過(guò)土地利用方式的變化改變了原有的生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)和過(guò)程；另一方面引起了區(qū)域景觀的破碎化和環(huán)境質(zhì)量的下降，削弱了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的支撐功能，進(jìn)一步加劇了區(qū)域自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展面臨的風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 城市土地?cái)U(kuò)張?jiān)斐傻娘L(fēng)險(xiǎn)

城市土地?cái)U(kuò)張?jiān)斐傻纳鷳B(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)為兩方面：首先在于城市面積的無(wú)節(jié)制擴(kuò)張導(dǎo)致的可耕地資源的緊缺；其次是土地利用變化后，對(duì)原有生態(tài)過(guò)程、結(jié)構(gòu)和功能的改變所引發(fā)的生物多樣性減少等風(fēng)險(xiǎn)。

城市化過(guò)程激化了城市土地需求、農(nóng)田土地需求和生態(tài)土地需求之間的矛盾。2000年至2016年中國(guó)耕地由1.85億hm2減少到了1.28億hm2，主要原因是城鎮(zhèn)建設(shè)用地的侵占，其中大部分省市并未實(shí)現(xiàn)耕地占補(bǔ)平衡，這使得全國(guó)耕地占補(bǔ)平衡存在著巨大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，極大地影響著糧食安全[11-12]。以陜北地區(qū)為例，1990年至2010年間，由于城市建設(shè)所致的耕地侵占使該地區(qū)農(nóng)田初級(jí)生產(chǎn)力總體下降了41.90%[13]。不僅如此，被轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)建設(shè)用地的農(nóng)田大部分為良田，而增補(bǔ)的耕地絕大多數(shù)不適宜耕作，致使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的整體質(zhì)量下降[14]。由建設(shè)用地轉(zhuǎn)為耕地和綠地的土壤中通常積累了大量建筑垃圾和污染物，包括重金屬和有機(jī)污染物等，能通過(guò)不同暴露途徑對(duì)生物體和人類(lèi)健康造成風(fēng)險(xiǎn)[15]。同時(shí)由于土地表面長(zhǎng)期硬化，其土壤有機(jī)質(zhì)和水分含量低，不適宜植物和作物生長(zhǎng)。城市建設(shè)用地的無(wú)節(jié)制擴(kuò)張還可能為區(qū)域環(huán)境增加了額外的污染物輸入，影響了其原有的環(huán)境過(guò)程，進(jìn)而造成生態(tài)服務(wù)功能的退化。為了提高單位面積耕地的糧食產(chǎn)量，通過(guò)施肥向環(huán)境中輸入的硝酸鹽量已是自然過(guò)程的兩倍以上[16]。在耕地平均質(zhì)量退化和糧食需求日益增長(zhǎng)的雙重壓力下，耕地逐步向邊緣和破碎化地區(qū)以及其他自然生態(tài)系統(tǒng)蔓延[17]。在熱帶地區(qū)，每年有近1200萬(wàn)hm2的森林由于耕地?cái)U(kuò)張而遭到砍伐[18]。經(jīng)粗略估計(jì)，人類(lèi)活動(dòng)改變了全世界近50%的土地覆蓋，生物多樣性從1500年至2005年平均降低了8.1%，物種滅絕的風(fēng)險(xiǎn)急劇增高[19-20]。從景觀格局而言，城市土地的擴(kuò)張和農(nóng)田的增減造成了生境的破碎化，增加了區(qū)域景觀的脆弱性和敏感性，使得區(qū)域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)顯著升高[21-23]。

1.2 水文變化與水資源短缺的風(fēng)險(xiǎn)

城市建設(shè)通過(guò)對(duì)水文結(jié)構(gòu)和功能的改變引發(fā)了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。河網(wǎng)水系不僅是自然界最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，而且是水資源形成與演化的主要載體[24-25]。隨著城市化和工業(yè)化的快速推進(jìn)，流域土地利用的類(lèi)型發(fā)生了劇烈的變化?？焖俪鞘谢貐^(qū)許多河道被淤積和填埋，河流水系數(shù)量明顯減少，導(dǎo)致全球范圍60%的河流水系的形態(tài)參數(shù)發(fā)生不良變化[26-28]。我國(guó)東部河網(wǎng)水系演化受自然因素與人類(lèi)活動(dòng)共同影響，但近30年來(lái)該地區(qū)河網(wǎng)水系受人類(lèi)活動(dòng)干擾強(qiáng)烈，長(zhǎng)三角、珠三角、海河流域及太湖等地區(qū)的河流水系的數(shù)量銳減、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和功能下降，永定河京津段河道長(zhǎng)度減少20.5%，河道數(shù)量減少36.4%，水系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化以及河網(wǎng)連通性較差[29-31]。這些變化使得河流水系的生態(tài)完整性遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能急劇退化甚至喪失[32]，并引發(fā)了水環(huán)境惡化和生物多樣性降低等眾多生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，從一定程度上制約了區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。此外，河道周邊城市建筑物增多、道路鋪裝、排水管網(wǎng)建設(shè)，以及河道硬化等，直接改變了地面徑流的形成條件。城市水文現(xiàn)象受到人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，主要表現(xiàn)為：地表徑流量增加，流速加大；徑流系數(shù)加大；洪峰增高，峰現(xiàn)時(shí)間提前，歷時(shí)縮短；徑流污染負(fù)荷增加；河流的自然排水功能下降等[33-35]。水文性質(zhì)的變化使雨水的匯流過(guò)程發(fā)生變化，從而改變了城市區(qū)域洪水的發(fā)生機(jī)制，并導(dǎo)致洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)增加。

在水系結(jié)構(gòu)變化、城市用水量劇增以及水體污染的多重壓力下，城市水資源緊缺的風(fēng)險(xiǎn)越發(fā)嚴(yán)重。據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì)，全球約有12億人口缺乏安全飲用水，1/3的人口面臨水資源短缺問(wèn)題[36]。預(yù)計(jì)到2050年，全球?qū)λY源的需求將升高40%；到2025年，約18億人將居住在水資源缺乏的城市和地區(qū)，全世界2/3的人口的用水需求將得不到滿(mǎn)足。生產(chǎn)生活用水與區(qū)域水資源的不協(xié)調(diào)，造成了生產(chǎn)用水、生活用水和生態(tài)需水的供需均面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)[37-38]。其中不合理的城市綠化造成了水資源的極大浪費(fèi)，特別是對(duì)于干旱和半干旱地區(qū)。大多數(shù)的綠地植被為外來(lái)引進(jìn)物種，不一定適合城市當(dāng)?shù)貧夂驐l件，每年需要大量的水進(jìn)行澆灌，而一旦停止?jié)补嗪途S護(hù)后多數(shù)植被將難以存活，這給本就緊張的城市用水帶來(lái)了巨大壓力[39]。為了應(yīng)對(duì)區(qū)域水資源的短缺，雖然利用再生水進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市綠地的灌溉緩解了用水壓力，但同時(shí)有可能造成新的潛在風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理的再生水仍含有一定量的重金屬和痕量污染物，包括多環(huán)芳烴、激素類(lèi)物質(zhì)、抗生素、全氟化合物和其他有機(jī)污染物等[40-41]。長(zhǎng)期使用再生水不僅會(huì)增加土壤鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)導(dǎo)致污染物在環(huán)境中和食物鏈中的大量積累，從而影響到人類(lèi)和生態(tài)系統(tǒng)健康[42-44]。

1.3 城市植被與生物多樣性變化的風(fēng)險(xiǎn)

快速的城市化過(guò)程加劇了城市植被和生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)性變化的風(fēng)險(xiǎn)。受城市化影響，城市植被的特征通常表現(xiàn)為覆蓋率下降，景觀結(jié)構(gòu)破碎化程度增加、連通性降低，物種多樣性減少等[45-46]。城市植被不僅面臨著面積減少和破碎化的直接影響，城市發(fā)展還通過(guò)改變環(huán)境要素質(zhì)量的方式間接影響著城市植被。從個(gè)體而言，城市熱島、大氣污染、水環(huán)境的改變等都不同程度地影響著城市植被的生長(zhǎng)發(fā)育狀況，造成其物候、葉面積、結(jié)耔率、蒸騰作用等生理特征發(fā)生變化[47-49]。從整體而言，土地覆蓋的變化不僅導(dǎo)致植被數(shù)量的減少，還致使其所支撐的其他物種(包括昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)類(lèi)等)消失或遷徙，生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和功能均發(fā)生改變[50-51]。在2000年前后，世界生物多樣性較高的地區(qū)被城市所取代的面積不到1%；而近年來(lái)的城市化進(jìn)程正加速地侵占或破壞著生物多樣性較高的區(qū)域，其中包括“世界自然保護(hù)聯(lián)盟”瀕危物種名錄中近200個(gè)物種的棲息地將直接受到影響[52-54]。在本地物種多樣性急劇減少的同時(shí)，外來(lái)物種和部分對(duì)城市環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的物種的數(shù)量呈上升趨勢(shì)，這促使了城市生態(tài)系統(tǒng)的物種組成趨于同質(zhì)性，而整體的生物多樣性降低[55]。雖然有部分研究表明，從世界范圍來(lái)看，局部地區(qū)的生物多樣性變化并沒(méi)有導(dǎo)致全球的物種多樣性出現(xiàn)系統(tǒng)性減少，但是城市化進(jìn)程引起了城市化地區(qū)或更大范圍內(nèi)的生物群落的組成結(jié)構(gòu)和多樣性的改變，而這將影響到區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的整體功能和適應(yīng)性[56-57]。

2 城市環(huán)境污染造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

城市化進(jìn)程中向環(huán)境介質(zhì)排放了大量的污染物，在沒(méi)有得到妥善處置的情況下，它們可能對(duì)生物個(gè)體和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，進(jìn)而對(duì)城市生態(tài)格局、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以及人類(lèi)居住環(huán)境造成風(fēng)險(xiǎn)[58-59]。城市活動(dòng)排放的污染物主要通過(guò)廢水、廢氣和固體廢棄物三種形式進(jìn)入環(huán)境中，直接導(dǎo)致了水、土、氣等環(huán)境介質(zhì)質(zhì)量的惡化。

2.1 大氣污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

2.2 水體污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

城市的生產(chǎn)生活過(guò)程等產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)元素、金屬鹽、抗生素藥物和持久性有機(jī)污染物等進(jìn)入水體，造成了嚴(yán)重的水體污染[68-69]。水體污染導(dǎo)致的富營(yíng)養(yǎng)化破壞了水生生物的生存環(huán)境，打破了生物鏈的生態(tài)平衡，造成了水生生物數(shù)量、種類(lèi)的減少和系統(tǒng)形態(tài)的變異[70]。同時(shí)，異常增殖的藻類(lèi)分泌大量生物毒素，不僅威脅水生生物的生存，而且對(duì)人體健康構(gòu)成威脅，如一些赤潮生物(微原甲藻、裸甲藻等)能產(chǎn)生對(duì)人體毒性很大的麻痹性貝毒(PSP)，當(dāng)人誤飲誤食后，會(huì)引起病變甚至死亡。此外，使用污水灌溉，降低了土壤質(zhì)量，使作物減產(chǎn)、品質(zhì)降低，對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，甚至危害到人畜健康[71-72]。

2.3 固體廢棄物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

城市固體廢棄物是城市化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重要風(fēng)險(xiǎn)源之一，全球城市每年產(chǎn)生13億t固體廢棄物，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到22億t，增加部分主要來(lái)自發(fā)展中國(guó)家快速成長(zhǎng)的城市[73]。目前，我國(guó)城市垃圾年產(chǎn)量已達(dá)1.5×108左右，同時(shí)以每年約8%的速率增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2030年可達(dá)到3.29億t[74]。固體廢棄物的處理方式一般包括填埋、堆放和焚燒等，其中填埋和堆放的方式最為普遍。土地是寶貴的自然資源，我國(guó)雖然幅員遼闊，但耕地面積卻十分緊缺，人均耕地面積只占世界人均耕地的三分之一。城市固體廢棄物的堆積不僅侵占了大量土地，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失，并且嚴(yán)重地破壞了生態(tài)環(huán)境。

在固體廢棄物的填埋與堆放的過(guò)程中，產(chǎn)生大量滲濾液和惡臭氣味。滲濾液中通常含有大量有機(jī)廢水、無(wú)機(jī)污染物、重金屬、細(xì)菌等有毒有害物質(zhì)，且COD、BOD5、NH3-N 濃度較高[75-76]。這些有害物質(zhì)會(huì)改變土壤的性質(zhì)和土壤結(jié)構(gòu)，并將對(duì)土壤中微生物的活動(dòng)產(chǎn)生影響。土壤是許多細(xì)菌、真菌等微生物聚居的場(chǎng)所。這些微生物形成了一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，在大自然的物質(zhì)循環(huán)中，擔(dān)負(fù)著碳循環(huán)和氮循環(huán)的一部分重要任務(wù)。城市固體廢棄物、工業(yè)固體廢棄物、特別是有害固體廢棄物，經(jīng)過(guò)風(fēng)化、雨雪淋溶、地表徑流的侵蝕，產(chǎn)生高溫和毒水或其他反應(yīng)，能殺滅土壤中的微生物，導(dǎo)致土壤喪失腐解能力，致使土壤肥力和土質(zhì)的改變，植物又是生長(zhǎng)在土壤中，間接又對(duì)植物產(chǎn)生了污染，導(dǎo)致草木不生，有些土地甚至無(wú)法耕種。此外，固體廢棄物釋放的有害物質(zhì)阻礙植物根系的發(fā)育和生長(zhǎng)，同時(shí)還會(huì)在植物有機(jī)體內(nèi)積蓄，通過(guò)食物鏈危及人體健康。

固體廢棄物隨天然降水或地表徑流進(jìn)入河流、湖泊，或隨風(fēng)飛揚(yáng)落入河流、湖泊，污染地面水，并隨滲濾液滲透到地下層，污染地下水體[76]。即使無(wú)害的固體廢棄物排入河流、湖泊，也會(huì)造成河床淤塞、水面減小以及水體污染，甚至導(dǎo)致水利工程設(shè)施的效益減小或廢棄。我國(guó)沿河流、湖泊、海岸建立的許多企業(yè)，每年向附近水域排放大量灰渣。僅燃煤電廠每年向長(zhǎng)江、黃河等水系排放灰渣萬(wàn)噸以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，垃圾填埋場(chǎng)污染物滲透已經(jīng)造成了中國(guó)64%的城市土壤及周?chē)w和生態(tài)環(huán)境受到較重污染，33%受到輕度污染[77]。

此外，堆放的固體廢棄物中所含的粉塵及其他細(xì)微顆粒等可隨風(fēng)飛揚(yáng)，從而對(duì)大氣環(huán)境造成污染。而且堆積的固體廢棄物中某些物質(zhì)的分解和化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氨和其他的有機(jī)揮發(fā)氣體(如含氯氟烴，CFCs)[77]，造成地區(qū)性空氣污染。在城市固體廢棄物運(yùn)輸及處理過(guò)程中缺少相應(yīng)的防護(hù)和凈化設(shè)施，釋放有害氣體和粉塵，堆放和填埋的城市固體廢棄物以及滲入土壤的廢棄物，經(jīng)揮發(fā)和反應(yīng)放出有害氣體，都會(huì)污染大氣并使大氣質(zhì)量下降。

3 城市突發(fā)事件與災(zāi)害的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

城市化對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的各種效應(yīng)通過(guò)連鎖反應(yīng)產(chǎn)生了正反饋放大作用，從而使城市中的某種要素水平超過(guò)了其臨界閾值后就會(huì)產(chǎn)生災(zāi)變性事件，主要體現(xiàn)在地質(zhì)災(zāi)變、環(huán)境災(zāi)變和生態(tài)災(zāi)變等方面[78]。

3.1 城市熱循環(huán)變化的風(fēng)險(xiǎn)

氣候變化導(dǎo)致了極端高溫事件的發(fā)生頻次增加和影響范圍的擴(kuò)大[79]。城市作為人類(lèi)活動(dòng)的主要場(chǎng)所，是溫室氣體排放最為集中的區(qū)域，全球氣候變化與城市化被認(rèn)為具有不可分割的聯(lián)系。除卻溫室氣體排放的影響外，城市化所導(dǎo)致的土地利用覆蓋類(lèi)型的變化，極大地改變了區(qū)域的地表水熱交換過(guò)程，再加上城市人口的急劇增加，人為熱源釋放了大量的熱量，從而使得城市地區(qū)的平均氣溫明顯高于周邊非城市區(qū)域，即“城市熱島效應(yīng)”[80-81]。據(jù)估計(jì)，城市化引起的土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)變所導(dǎo)致的全球地表溫度上升的速度達(dá)到了每世紀(jì)0.27℃；從1961年至2013年，我國(guó)地表平均溫度受城市化影響增高了約0.49℃[82-83]。城市熱導(dǎo)效應(yīng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要包括高溫直接造成的人群和生物體的健康風(fēng)險(xiǎn)，以及由高溫間接引起的熱循環(huán)變化和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。極端高溫會(huì)引起城市居民心腦血管和呼吸道等疾病發(fā)病率和死亡率的增加[84]。據(jù)估算，2012年至2013年間我國(guó)濟(jì)南由城市熱浪導(dǎo)致的非正常死亡人數(shù)的增加占到了總體水平的24.88%，同時(shí)其誘發(fā)的心血管疾病的死亡率增加了31.33%[85]。老年人和幼兒等人群對(duì)高溫影響更加敏感，伴隨城市化水平的增加和城市人口的老齡化，全球氣候變化將增加全球許多城市未來(lái)的高溫健康風(fēng)險(xiǎn)[86-87]。

除卻極端高溫的健康風(fēng)險(xiǎn)外，區(qū)域熱環(huán)境的改變還會(huì)影響區(qū)域氣候、城市水文、空氣質(zhì)量、城市土壤理化性質(zhì)、城市生物分布與行為，進(jìn)而改變物質(zhì)代謝和能量循環(huán)過(guò)程，引發(fā)一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[88]。由于城市熱島效應(yīng)，在雨季城區(qū)降雨量和地表徑流量明顯大于周?chē)r(nóng)村地區(qū)；此外，高溫增加了可揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的揮發(fā)，促進(jìn)了近地面臭氧等二次污染物的形成，同時(shí)，城市產(chǎn)生的污染物還會(huì)隨大氣流動(dòng)輸送到郊區(qū)，使郊區(qū)臭氧濃度上升，進(jìn)而造成糧食的減產(chǎn)。在城市熱島的影響下，城區(qū)土壤溫度明顯高于周?chē)匀煌寥?，土壤溫度的升高又改變了土壤微生物的活性和多樣性[89]。在水文、土壤和溫度的綜合作用下，城市地區(qū)的生物物候、生理活動(dòng)、繁殖行為和種群結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。溫度升高不僅使城市區(qū)域植被的蒸發(fā)蒸騰量提高了10%[90]，還使部分樹(shù)種在高溫下的繁殖率下降和死亡率上升[91]，導(dǎo)致敏感樹(shù)種在未來(lái)氣候變化的影響下存在極大的生存風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而損害其生態(tài)服務(wù)功能[92]。城市溫度的升高還促進(jìn)了微生物、蒼蠅、蚊蟲(chóng)等的大量繁殖，增加了流行性疾病的傳播風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)

全球平均氣溫的升高不僅加劇了局部地區(qū)的城市熱島效應(yīng)，還增加了部分地區(qū)特別是沿海城市洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)估計(jì)，截止到2050年全球由于洪澇災(zāi)害造成的沿海城市的經(jīng)濟(jì)損失可能達(dá)到平均520億美元[93]。城市化導(dǎo)致的不透水面的增加，加上氣候變化的影響，使得內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度增加。當(dāng)不透水地面占20%，平均洪水流量為17.8 m3/s，洪水匯流時(shí)間為3.5 h；而當(dāng)不透水地面增加至40%，平均洪水流量可達(dá)57.8 m3/s時(shí)，洪水匯流時(shí)間減少為0.4 h[94]。隨著城市面積的進(jìn)一步擴(kuò)張，大型城市的地面不透水層往往可達(dá)70%—90%，這嚴(yán)重影響著洪災(zāi)的發(fā)生頻次和強(qiáng)度，在短時(shí)間內(nèi)給城市帶來(lái)較大的排水壓力。當(dāng)大量徑流沿河道輸送至下游時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響下游城市的泄洪，給下游城市帶來(lái)嚴(yán)重的排水壓力，同時(shí)對(duì)河網(wǎng)水系結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊。城市內(nèi)澇對(duì)周邊生態(tài)系統(tǒng)的破壞也是極其嚴(yán)重的，城市本身處在一個(gè)生態(tài)環(huán)境極為脆弱的體系之中，長(zhǎng)期的淹水條件會(huì)對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)造成嚴(yán)重的影響。洪澇災(zāi)害在造成重大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，嚴(yán)重威脅著人類(lèi)生命安全和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的健康[95]。在2008年至2010年間，中國(guó)近62%的城市遭受了洪澇災(zāi)害；而2012年北京的特大暴雨直接導(dǎo)致了79人的喪生[96]。

3.3 城市地面沉降的風(fēng)險(xiǎn)

城市建設(shè)過(guò)程中的不合理開(kāi)采地下水、巖土體開(kāi)挖及削坡等增加了地面沉降的風(fēng)險(xiǎn)。從1921年上海市區(qū)最早發(fā)現(xiàn)地面沉降現(xiàn)象至今，我國(guó)已有近96座城市出現(xiàn)了不同程度的地面沉降問(wèn)題，重災(zāi)區(qū)主要是長(zhǎng)江三角洲地區(qū)、華北平原和汾渭盆地，其中上海的沉降累計(jì)達(dá)2.63 m，天津達(dá)2.6 m，蘇錫常三市沉降中心沉降量都超過(guò)了1.0 m等，沉降面積達(dá)到了93885 km2[97-98]。地面沉降降低了沉降區(qū)抵御洪澇災(zāi)害的能力，大幅度增加了低洼濕地面積，使耕地沼澤化，加重漬害，惡化了生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件[99]。一些地區(qū)地面沉降甚至導(dǎo)致海水倒灌，如大連、秦皇島、煙臺(tái)、青島等沿海地區(qū)都不同程度地存在海水入侵現(xiàn)象，由此加劇了水資源的緊缺狀況。此外，由于地下施工如地鐵施工以及鋪設(shè)排水管道等，產(chǎn)生了城市地面塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，這會(huì)對(duì)城市建筑、植被等造成破壞，進(jìn)而會(huì)對(duì)土地利用格局產(chǎn)生一定的影響，因此，在土地規(guī)劃時(shí)必須采取合理地手段以規(guī)避地面沉降所導(dǎo)致的塌陷風(fēng)險(xiǎn)。

4 城市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理

4.1 城市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

作為評(píng)定生態(tài)效應(yīng)和有效管理風(fēng)險(xiǎn)的重要工具，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(Ecological risk assessment，ERA)是指定量地確定社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源可能或已經(jīng)帶來(lái)的生態(tài)負(fù)效應(yīng)的概率及強(qiáng)度的過(guò)程[100]。根據(jù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的內(nèi)容、范圍和尺度的不同，其評(píng)價(jià)過(guò)程有所區(qū)別，但一般包括5個(gè)基本部分：源分析、受體評(píng)價(jià)、暴露評(píng)價(jià)、危害評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)表征。如今，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的內(nèi)涵覆蓋了從生物個(gè)體水平、種群水平、群落水平到生態(tài)系統(tǒng)水平、區(qū)域生態(tài)水平以及城市自然整體水平等多個(gè)層次的內(nèi)容(圖1)。評(píng)價(jià)過(guò)程注重對(duì)復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)特征的解析, 深入分析多風(fēng)險(xiǎn)因子、多風(fēng)險(xiǎn)受體、多評(píng)價(jià)終點(diǎn)、不確定性因素以及空間異質(zhì)性等5個(gè)主要特點(diǎn)[101]。同時(shí)，關(guān)鍵物種、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)或重要生態(tài)過(guò)程和生命階段均可作為化學(xué)污染、氣候事件以及人類(lèi)活動(dòng)等風(fēng)險(xiǎn)因子的評(píng)價(jià)受體，而不同水平上的特征指標(biāo)均可以作為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的終點(diǎn)[8,101]。

圖1 城市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法[7-9, 22, 101]Fig.1 Assessment index and methods in urban ecological risk assessment[7-9, 22, 101]

城市化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的特點(diǎn)在于將城市社會(huì)和自然作為一個(gè)系統(tǒng)整體。傳統(tǒng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要關(guān)注人類(lèi)活動(dòng)在不同尺度上產(chǎn)生的一系列生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，通常將生態(tài)系統(tǒng)中的某一生態(tài)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)終點(diǎn)。而城市化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)著重考察城市化過(guò)程與生態(tài)系統(tǒng)健康之間的關(guān)系，將提升城市發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的耦合度，實(shí)現(xiàn)城市自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展作為最終的評(píng)價(jià)目標(biāo)[102]。目前生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要針對(duì)單一或者多種化學(xué)污染物造成的風(fēng)險(xiǎn)，如重金屬、農(nóng)藥以及持久性污染物(POPs)等；單一受體的風(fēng)險(xiǎn)，如個(gè)體、種群和群落；單一生境的風(fēng)險(xiǎn)，如土壤、水和介質(zhì)等；小尺度的風(fēng)險(xiǎn)，如流域等；系統(tǒng)水平的風(fēng)險(xiǎn)，如綜合風(fēng)險(xiǎn)、景觀風(fēng)險(xiǎn)等。針對(duì)單一受體的評(píng)價(jià)方法主要基于美國(guó)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的基本框架。而針對(duì)多因素和多受體以及系統(tǒng)水平上的風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)手段則主要有綜合指數(shù)法和模型模擬法，其共同優(yōu)點(diǎn)是包含了風(fēng)險(xiǎn)源強(qiáng)度、風(fēng)險(xiǎn)受體與評(píng)價(jià)終點(diǎn)特征等信息，能夠?qū)︼L(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的概率、強(qiáng)度及時(shí)空特征進(jìn)行系統(tǒng)全面的估計(jì)和預(yù)測(cè)[8]。綜合指數(shù)法綜合了多個(gè)因素指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)并定量化，而對(duì)于非定量化因子，通過(guò)采用質(zhì)量等級(jí)評(píng)分和專(zhuān)家意見(jiàn)等方式進(jìn)行定量化。針對(duì)景觀格局和整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，常用的綜合指數(shù)法主要包括：生物效應(yīng)評(píng)價(jià)指數(shù)法、權(quán)重法以及相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)法[103-104]。近年來(lái)，綜合指數(shù)法中基于多介質(zhì)和多污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法得到了極大的發(fā)展。通過(guò)綜合比較不同污染物在不同介質(zhì)中的暴露水平和暴露概率并結(jié)合其毒性效應(yīng)水平，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的綜合定量的方式，較為準(zhǔn)確地衡量了污染物在真實(shí)環(huán)境中的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平[105]。而面對(duì)系統(tǒng)的復(fù)雜性，模型模擬已成為最重要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析手段之一，主要包括問(wèn)題分析模型(problem decomposition model，PDM)、情景組合模型(scenario composition model，SCM)、基準(zhǔn)模型(criteria model，CM)、風(fēng)險(xiǎn)定量模型(risk quantification model，RQM)等(圖1)。而綜合應(yīng)用多種模型組合，即系統(tǒng)模型(system model) 法將是今后城市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的發(fā)展方向之一。

城市化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要發(fā)生在區(qū)域尺度上, 其特點(diǎn)包括多介質(zhì)、多受體和多風(fēng)險(xiǎn)源等, 這在一定程度上加大了對(duì)其評(píng)價(jià)的難度?；谫Y料、技術(shù)和工具局限, 目前的一些生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)沒(méi)有脫離傳統(tǒng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的模式和框架, 也沒(méi)有突破傳統(tǒng)毒理方向上的毒性效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方式, 在不確定性、尺度外推、指標(biāo)體系不統(tǒng)一、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、區(qū)域內(nèi)污染物的整合、風(fēng)險(xiǎn)因子篩選及優(yōu)先排序、特殊的人為因素、水生到陸生生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)渡等方面均存在著不足[101]，而這些方面也是未來(lái)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問(wèn)題及研究難點(diǎn)所在。

4.2 城市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理(ecological risk management,簡(jiǎn)稱(chēng)ERM)主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：確定風(fēng)險(xiǎn)容忍度、風(fēng)險(xiǎn)決策和實(shí)施降低風(fēng)險(xiǎn)措施[106]。城市化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理是個(gè)復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的、綜合的過(guò)程，其完整風(fēng)險(xiǎn)管理體系的構(gòu)建，應(yīng)從城市化地區(qū)和自然生態(tài)系統(tǒng)整體水平上考慮風(fēng)險(xiǎn)的緣由、影響范圍、損失大小和預(yù)防與控制過(guò)程。由于城市化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的內(nèi)容涉及多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源、多個(gè)受體、多個(gè)尺度和多個(gè)系統(tǒng)，因此，相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理框架應(yīng)涵蓋多個(gè)水平上的風(fēng)險(xiǎn)，并在區(qū)域范圍上對(duì)其進(jìn)行整合。在整體水平上，應(yīng)該要特別重視城市化的生態(tài)規(guī)劃和生態(tài)建設(shè)，合理地進(jìn)行土地利用規(guī)劃，合理布局工業(yè)區(qū)、交通干線、生活居住區(qū)和植被覆蓋等。應(yīng)根據(jù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際情況，優(yōu)先考慮重要的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行優(yōu)先管控。在整體規(guī)劃框架下，涉及不同子區(qū)域和單個(gè)水平上的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采取針對(duì)性的管控措施。

對(duì)于污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)首先做到清潔排放，資源的循環(huán)利用；其次，通過(guò)分析不同污染物的危害程度，采用不同模型和方法對(duì)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并結(jié)合模型給出其在區(qū)域空間上不同介質(zhì)和暴露途徑的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)報(bào)；最終，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行不同程度的防范。對(duì)于城市熱循環(huán)變化，減少下墊面的硬化面積，提高城市植被覆蓋率；同時(shí)減少人為活動(dòng)產(chǎn)生的廢熱及溫室氣體，主要來(lái)自工廠車(chē)間機(jī)械生產(chǎn)、交通運(yùn)輸中機(jī)動(dòng)車(chē)排放、空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)和人們?nèi)粘Ｉ罴敖ㄖ锏萚107]。對(duì)于城市土地?cái)U(kuò)張的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)整優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，適度控制城市建設(shè)用地的規(guī)模和速度，合理布局工業(yè)區(qū)、交通干線、生活居住區(qū)和綠色基礎(chǔ)設(shè)施用地，構(gòu)建生態(tài)城市。對(duì)于水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)，禁止工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活污水未經(jīng)處理向河道的排放，節(jié)約用水，提高水的利用效率，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)水源地的保護(hù)。對(duì)于城市植被和生物多樣性銳減的風(fēng)險(xiǎn)，做好景觀生態(tài)保護(hù)規(guī)劃，傳統(tǒng)保護(hù)途徑是以物種為中心，這種做法雖然暫時(shí)緩解瀕危物種滅絕的嚴(yán)重局面，但是不能從根本上解決問(wèn)題；而以景觀生態(tài)學(xué)的原理和方法，不僅要考慮一個(gè)物種，還要考慮它所在的生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)過(guò)程。對(duì)于城市內(nèi)澇和地面沉降的風(fēng)險(xiǎn)，增加城市地表的透水面積，合理構(gòu)建地下排水管道、交通設(shè)施和開(kāi)采地下資源，禁止對(duì)城市植被、周邊耕地、濕地及水域的破壞，以提高水量調(diào)蓄能力。在低影響開(kāi)發(fā)思路的指導(dǎo)下，建設(shè)海綿型城市。最后，鑒于城市化過(guò)程和生態(tài)過(guò)程的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)變化特征，建立完善的風(fēng)險(xiǎn)管理反饋機(jī)制，有效地保證管理措施能及時(shí)地根據(jù)管理效果和風(fēng)險(xiǎn)變化做出調(diào)整。

在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，有關(guān)城市化生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究重點(diǎn)將主要集中于以下幾個(gè)方面：城市化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集加工、指標(biāo)體系的統(tǒng)一與整合、評(píng)價(jià)方法論、空間分布特征與表達(dá)、預(yù)警與快速應(yīng)急響應(yīng)。城市化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法也逐步從考慮單一風(fēng)險(xiǎn)源、單一受體、單一生境、小尺度向多風(fēng)險(xiǎn)源、多介質(zhì)、生態(tài)系統(tǒng)水平及區(qū)域尺度發(fā)展。應(yīng)通過(guò)研究生態(tài)系統(tǒng)功能服務(wù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的耦合關(guān)系，建立針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)受體的風(fēng)險(xiǎn)管理信息庫(kù)，形成基于風(fēng)險(xiǎn)信息庫(kù)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理動(dòng)態(tài)反饋過(guò)程，逐步建立多目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)源的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理方法, 加強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和防范，最終形成跨越城市與區(qū)域協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)應(yīng)對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的管理體制和機(jī)制。

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