張 平 林 昕 張永翔 孫強(qiáng)強(qiáng) 孫亞楠 孫丹峰*

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地利用與管理研究中心，北京 100193)

隨著人類邁入“城市紀(jì)元”，積極地應(yīng)對和解決城市地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)對于推進(jìn)全球可持續(xù)性轉(zhuǎn)型具有重要意義。預(yù)計至2030年，聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)截止期限，全球人口的城市化率將超過60%。城市地區(qū)雖然貢獻(xiàn)了全球75%以上的GDP，但同時也產(chǎn)生了大量的能源需求和碳排放過程。2030年聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展議程提出建設(shè)包容性、安全性、韌性和可持續(xù)的城市未來目標(biāo)(簡稱為SDG11)，進(jìn)一步明確了城市可持續(xù)發(fā)展在全球可持續(xù)進(jìn)程中的重要作用。因此，迫切需要以全新的、整體性的視角來理解城市面臨的復(fù)雜交互式挑戰(zhàn)，以期權(quán)衡和協(xié)同多目標(biāo)發(fā)展戰(zhàn)略，實現(xiàn)符合未來城市可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的空間規(guī)劃和政策管理。

城市作為典型的復(fù)雜土地利用系統(tǒng)，具有抵御自然和人為災(zāi)害的韌性功能。然而隨著全球變化和人類活動的加劇，處于“人類世”影響中心的城市系統(tǒng)因其人口、資源的高度聚集和基礎(chǔ)設(shè)施的密切聯(lián)系而變得更加脆弱，存在連鎖反應(yīng)引發(fā)系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險。例如，全球性金融體系、貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)的建立，將城市當(dāng)?shù)赜绊懸l(fā)擴(kuò)散到區(qū)域甚至全球范圍。因而，當(dāng)今城市系統(tǒng)面臨的可持續(xù)性挑戰(zhàn)存在跨越多時空尺度的耦合交互作用。

中國在過去的近30年中經(jīng)歷了前所未有的快速城市化進(jìn)程。聯(lián)合國世界城市化展望報告中指出1970年以來，中國城市人口增加了接近60%，1978—2017年，中國的城市擴(kuò)張速度從17.92%提升至58.52%；在1992—2012年，建成區(qū)面積擴(kuò)張了大約4倍。然而，這個過程卻加劇了有限的土地資源、生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾，產(chǎn)生了諸如地區(qū)經(jīng)濟(jì)差距擴(kuò)大、環(huán)境污染加劇、資源過度消耗利用等一系列嚴(yán)峻的問題，阻礙了地區(qū)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)。

傳統(tǒng)的單要素、單維度、獨立性研究難以滿足當(dāng)前我國城市體檢及國土空間統(tǒng)一治理等管理實踐的內(nèi)在需求，迫切需要發(fā)展面向城市復(fù)雜系統(tǒng)的多尺度、綜合性、全面性的認(rèn)知，以減緩區(qū)域和跨尺度的不利影響，提升城市可持續(xù)管理在國土生態(tài)安全、資源節(jié)約集約利用、國土空間開發(fā)保護(hù)等方面的效用。為應(yīng)對城市可持續(xù)管理中問題的復(fù)雜性和不確定性，國內(nèi)外已有研究開發(fā)了諸多概念理論及分析框架：一方面，“城市可持續(xù)性”、“城市韌性”、“城市轉(zhuǎn)型”等相關(guān)概念的規(guī)范化是開展耦合系統(tǒng)研究的科學(xué)基礎(chǔ)；另一方面，社會-生態(tài)系統(tǒng)(Social-ecological system, SES)、人類-環(huán)境系統(tǒng)(Human-environment system, H-E)、人與自然耦合系統(tǒng)(Coupled human-envronment systems, CHANS)等理論框架，也為科學(xué)認(rèn)識城市復(fù)雜系統(tǒng)互饋機(jī)制、表現(xiàn)形式及演化路徑提供了可借鑒的思路。

因此，本研究面向SDG11“可持續(xù)的城市和社區(qū)”目標(biāo)和我國城市管理實踐的需求，基于人地耦合關(guān)系、復(fù)雜性科學(xué)、土地利用系統(tǒng)等相關(guān)理論，以及“城市可持續(xù)性”、“城市韌性”、“城市轉(zhuǎn)型”等相關(guān)概念基礎(chǔ)，采用社會-生態(tài)系統(tǒng)耦合視角統(tǒng)一組織城市復(fù)雜性結(jié)構(gòu)和動態(tài)互饋過程。本研究重點關(guān)注關(guān)鍵的土地利用過程和社會-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)多維度耦合動態(tài)對系統(tǒng)可持續(xù)性多穩(wěn)態(tài)的表征能力，以期識別城市系統(tǒng)協(xié)同演化及不確定性分析的主體，建立多尺度城市可持續(xù)綜合管理理論框架，并以該框架為基礎(chǔ)，提出未來城市可持續(xù)研究亟待開展的科學(xué)問題和管理重點。

1 城市可持續(xù)性基本概念與理論基礎(chǔ)

1.1 城市可持續(xù)性基本概念系統(tǒng)梳理與邏輯組織

城市可持續(xù)轉(zhuǎn)型需要引入全新的概念以應(yīng)對日益增長的復(fù)雜性、高度的不確定性，滿足全球范圍內(nèi)不斷增加的人類福祉需求。在“人類世”和“城市紀(jì)元”提出以前，“城市可持續(xù)性”、“城市韌性”、“城市轉(zhuǎn)型”等一系列相關(guān)概念已被應(yīng)用于城市可持續(xù)管理實踐。然而，目前已有研究與政策文件對相關(guān)基礎(chǔ)概念內(nèi)涵解讀不一，限制了城市復(fù)雜系統(tǒng)演化和可持續(xù)發(fā)展的知識傳遞和認(rèn)知提升。例如：《新城市議程》等政策文件對城市的可持續(xù)性、韌性、脆弱性以及轉(zhuǎn)換等概念局限在相對狹義的范圍內(nèi)(表1)，甚至出現(xiàn)了“城市韌性”與可持續(xù)性發(fā)展政策的重疊性和混淆性解讀。在聯(lián)合國《新城市議程》等政策文件中，“城市可持續(xù)性”相關(guān)概念定義為既滿足當(dāng)代人的需求，又能夠確保后代人擁有商品和服務(wù)而不使人類-環(huán)境耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生退化，側(cè)重于強(qiáng)調(diào)以提高資源利用效率為主要目的，在此情形下，對效率的單一關(guān)注可能會造成系統(tǒng)多樣性減少，從而削弱系統(tǒng)韌性，導(dǎo)致可持續(xù)發(fā)展與韌性管理目標(biāo)沖突。因此，本研究首先總結(jié)了現(xiàn)有文獻(xiàn)和政策實踐對“城市可持續(xù)性”等相關(guān)概念的定義，并且借鑒Elmqvist等對于城市可持續(xù)概念統(tǒng)一性的解釋框架，對城市可持續(xù)性-韌性/脆弱性-轉(zhuǎn)型等基礎(chǔ)概念作出系統(tǒng)梳理和邏輯組織。

表1 城市可持續(xù)性相關(guān)概念對比
Table 1 Comparisons of concepts related to urban sustainability

概念Concept政策內(nèi)容Policy content文獻(xiàn)定義Description in other literature本研究中的概念內(nèi)涵Description in this study城市可持續(xù)性Urban sustainability資源利用效率增強(qiáng)和優(yōu)化強(qiáng)調(diào)城市各組成系統(tǒng)(社會-經(jīng)濟(jì)-資源-環(huán)境)正向協(xié)同演變和協(xié)調(diào)發(fā)展,而不損害未來或周邊地區(qū)發(fā)展的能力,通過可持續(xù)性的手段減少對生態(tài)環(huán)境的損害影響[13]。對城市所依賴的資源進(jìn)行管理,促進(jìn)城市區(qū)域各個子系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)能力,以保證當(dāng)代人和未來的人類福祉和分配平等。城市韌性Urban resilience應(yīng)對災(zāi)害的恢復(fù)能力衡量跨時空尺度城市系統(tǒng)及其社會-生態(tài)網(wǎng)絡(luò)以及社會-技術(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對干擾時具有維持或迅速恢復(fù)到理想狀態(tài)的能力,且能夠適用變化,轉(zhuǎn)向未來可適應(yīng)的系統(tǒng)[14]城市系統(tǒng)在承受變化壓力的過程中吸收干擾、進(jìn)行重組,以保持系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、功能、關(guān)鍵特征、反饋機(jī)制不發(fā)生根本性變化的能力。這種能力屬性構(gòu)成來源于系統(tǒng)組分的多樣性、冗余性、自組織等特性。城市脆弱性Urban vulnerability系統(tǒng)對極端氣候?qū)е碌呢?fù)面影響的敏感程度和不能處理的程度社會、經(jīng)濟(jì)、自然和環(huán)境等條件的狀態(tài)與極端災(zāi)害可能造成的損失之間的相互關(guān)系,城市中要素的抵抗力決定了損害可能的嚴(yán)重程度[25]。脆弱性各個組成部分的互動關(guān)系是動態(tài)的,一般包括干擾和外部壓力的暴露狀況、敏感性和適應(yīng)能力等,且這種關(guān)系隨干擾類型、具體地點和系統(tǒng)特征而不斷變化。適應(yīng)是降低脆弱性的途徑,人們可以預(yù)測未來可能發(fā)生的環(huán)境變化,分析未來情景下的脆弱性,然后通過適應(yīng)策略的選擇改善當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài),降低脆弱性。城市(狀態(tài))轉(zhuǎn)換Urban (state)transition系統(tǒng)屬性的大規(guī)模變化城市系統(tǒng)技術(shù)、社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)等屬性從一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)發(fā)生的根本性轉(zhuǎn)變。“城市轉(zhuǎn)型”是與系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)層面相聯(lián)系的類似概念,其重點關(guān)注多主體啟動、加速和進(jìn)一步促進(jìn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過程的能力,通過當(dāng)?shù)貙嵺`和機(jī)構(gòu)制度產(chǎn)生可持續(xù)問題解決的辦法[15-17]。城市系統(tǒng)的系統(tǒng)性轉(zhuǎn)變,表征其在基礎(chǔ)設(shè)施、生態(tài)系統(tǒng)、機(jī)構(gòu)配置、生活方式、城市創(chuàng)新、制度和治理等方面發(fā)生根本性不可逆轉(zhuǎn)的變化。

本研究結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述，在明確城市可持續(xù)性、韌性、脆弱性及系統(tǒng)轉(zhuǎn)換概念內(nèi)涵的基礎(chǔ)上(表1)，梳理其在“人類世”和“城市紀(jì)元”可持續(xù)管理過程中的相互聯(lián)系，結(jié)果見圖1。假設(shè)城市是處于不斷動態(tài)演化中的復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)，涵蓋非線性動態(tài)、多閾值、不確定性以及漸變與突變等多時空互饋的動態(tài)過程，且具有多種可能的發(fā)展路徑(或軌跡)(圖1(a))。系統(tǒng)韌性則是對特定路徑的維持、(簡單)強(qiáng)化的能力，在圖1(a)中表現(xiàn)為沿著特定軌跡的周邊“隧道”，其寬度代表系統(tǒng)抵御外部性因素擾動的韌性范圍，即一種應(yīng)對不確定性風(fēng)險以及維持在正常軌跡持續(xù)發(fā)展的能力。而系統(tǒng)脆弱性和韌性既有區(qū)別又有聯(lián)系。兩者均是強(qiáng)調(diào)城市復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)有足夠的應(yīng)變能力來達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的，時間維度上比可持續(xù)發(fā)展要短，均是達(dá)到可持續(xù)性發(fā)展的手段。城市的韌性與其適應(yīng)力、調(diào)整力、轉(zhuǎn)型力成正比，與外界的擾動因素、脆性因素成反比(圖1(b))，且涵蓋了包括了脆弱性范圍之外的轉(zhuǎn)換能力和學(xué)習(xí)能力。通過運用韌性和脆弱性管理思維，“隧道”的寬度得以控制，并且存在以下2種情況：1)韌性范圍擴(kuò)大以確保系統(tǒng)始終沿著理想的軌跡進(jìn)行定向轉(zhuǎn)換(適應(yīng)和主動轉(zhuǎn)換)；2)處于狹窄范圍內(nèi)的韌性系統(tǒng)與短期可持續(xù)性政策發(fā)生沖突，促使系統(tǒng)向更高層次、更加理想狀態(tài)的軌跡發(fā)生的突變性“躍遷”。“嵌套的適應(yīng)更新循環(huán)”模型也是對系統(tǒng)“韌性-轉(zhuǎn)換力”動態(tài)過程的有力支撐。2種系統(tǒng)演化路徑，即定向轉(zhuǎn)換與突變，在規(guī)模以及轉(zhuǎn)換路徑上有所區(qū)別，但均可以促使系統(tǒng)向更加可持續(xù)的狀態(tài)進(jìn)行演化，最終達(dá)到減少貧困、改善健康、促進(jìn)教育公平和經(jīng)濟(jì)增長以及應(yīng)對極端氣候變化等方面協(xié)調(diào)、健康、可持續(xù)的發(fā)展能力(https:∥sustainabledevelopment.un.org/sdgs)。

(a)修改自Elmqvist等[24]；(b)修改自方修琦等[27]和仇保興[28]。(a) is adapted from Elmqvist et al.[24]; (b) is adapted from Fang et al.[27] and Qiu[28].圖1 城市可持續(xù)性、韌性、脆弱性與轉(zhuǎn)型的演化路徑(a)城市脆弱性和城市韌性的內(nèi)在聯(lián)系(b)Fig.1 Evolution pathways of urban sustainability, resilience, vulnerability and transformations (a) and the inter-relationship of urban vulnerability and urban resilience (b)

1.2 城市可持續(xù)性管理相關(guān)理論基礎(chǔ)

目前，已有國內(nèi)外研究提出了諸多城市可持續(xù)管理綜合性的5個理論框架，見圖2。這5個理論框架有助于指導(dǎo)對城市多尺度社會-生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)演化和互饋機(jī)制的認(rèn)知，用于科學(xué)地組織城市系統(tǒng)協(xié)同演化的主體、結(jié)構(gòu)及各子系統(tǒng)之間的傳遞路徑，以識別和揭示城市復(fù)雜系統(tǒng)關(guān)鍵的非線性變化過程。

圖2 城市可持續(xù)管理相關(guān)理論基礎(chǔ)Fig.2 Related theories basis for urban sustainable management

其中，社會-生態(tài)系統(tǒng)框架SESs通過闡明社會子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)相互作用的復(fù)雜模式，揭示系統(tǒng)的非線性、自組織、多穩(wěn)態(tài)、多層次和嵌套網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成特征，為理解城市復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)開辟了統(tǒng)一綜合的宏觀性研究框架。在社會-生態(tài)系統(tǒng)和人地關(guān)系理論應(yīng)用的研究領(lǐng)域，“可持續(xù)性科學(xué)”建立了多目標(biāo)集成理解人與自然狀態(tài)的思維方式——既滿足社會發(fā)展的需求，同時維持人類賴以生存的地球系統(tǒng)，從而進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)科學(xué)技術(shù)與政策調(diào)控交互促進(jìn)的必要意義。其中，社會-生態(tài)系統(tǒng)耦合的脆弱性/韌性(Vulnerability/Resilence)是可持續(xù)分析的核心內(nèi)容。隨著該主題框架內(nèi)容的不斷拓寬和加深，系統(tǒng)框架不僅考慮系統(tǒng)受到壓力/災(zāi)害的損失程度，而且進(jìn)一步將系統(tǒng)對壓力的敏感性以及韌性納入其中，以建立符合可持續(xù)發(fā)展能力的脆弱性/韌性分析模型，為應(yīng)對多尺度人類活動和全球環(huán)境變化帶來的挑戰(zhàn)提供了突破口和落腳點。此外，為衡量不同區(qū)域環(huán)境和社會發(fā)展的可持續(xù)進(jìn)程，1999年由歐洲環(huán)境署(Europe Environmental Agency)提出剖析社會-生態(tài)系統(tǒng)互饋機(jī)制和因果關(guān)系的驅(qū)動力(Driving forces)-壓力(Pressure)-狀態(tài)(State)-影響(Impact)-響應(yīng)(Response)(簡稱“DPSIR”)模型，能夠有效整合資源、發(fā)展、環(huán)境與人類健康問題，為生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價指標(biāo)體系的建立提供了一個基本框架?；趯ι鐣?生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部互動機(jī)制的整合，壓力-脈沖框架將影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的過程凝練為短促脈沖式的活動以及廣泛持續(xù)性的壓力作用，為識別影響生物物理系統(tǒng)及生態(tài)系統(tǒng)福祉的驅(qū)動模式提供了科學(xué)參考。在此過程中，復(fù)雜的人類活動和自然因素變化不斷推動城市土地利用空間模式和景觀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，地表的動態(tài)過程又進(jìn)一步影響著城市系統(tǒng)的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效應(yīng)。土地利用范圍和強(qiáng)度發(fā)生變化，可能導(dǎo)致土地系統(tǒng)從當(dāng)前結(jié)構(gòu)狀態(tài)轉(zhuǎn)向另一種穩(wěn)態(tài)，從而產(chǎn)生非線性、結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)變(城市的生長、衰退和更新等循環(huán)轉(zhuǎn)換過程)。因此，城市土地利用系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)型模式(Land system transform)是連接社會經(jīng)濟(jì)活動壓力、系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)及生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)果的重要表征，如何管理區(qū)域城市土地利用系統(tǒng)成為人地系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

2 城市多尺度社會-生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理理論框架

基于以上的理論框架基礎(chǔ)，本研究認(rèn)為系統(tǒng)的整體性和復(fù)雜性是城市可持續(xù)動態(tài)分析的重要特征，但受現(xiàn)實數(shù)據(jù)的可獲取性限制，亟需開發(fā)簡化、清晰、綜合的“城市可持續(xù)性”分析框架。因此，本研究將城市可持續(xù)管理分析納入多維度、不同時空尺度社會-生態(tài)耦合系統(tǒng)框架，目的在于：1)明晰城市復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)同演化及不確定性分析的主體，聚焦關(guān)鍵組成因子及其參量特征；2)理解多尺度城市社會-生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及各子系統(tǒng)間的相互反饋關(guān)系及傳遞路徑；3)基于我國城市可持續(xù)科學(xué)研究和管理現(xiàn)狀，提出未來城市可持續(xù)管理的科學(xué)和實踐挑戰(zhàn)。

2.1 城市復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)同演化及不確定性分析的主體

城市復(fù)雜系統(tǒng)的可持續(xù)分析框架見圖3。該框架是一個由多層次子系統(tǒng)及子系統(tǒng)內(nèi)相互關(guān)聯(lián)的多屬性變量構(gòu)成的抽象化概念框架?；诳沙掷m(xù)的人與環(huán)境耦合系統(tǒng)視角，該框架的主體構(gòu)成如下：1)源于系統(tǒng)內(nèi)外的壓力/干擾的作用集合；2)系統(tǒng)受到壓力/干擾的暴露特征，包括暴露對象及表現(xiàn)特征；3)耦合系統(tǒng)對于壓力/干擾的敏感性；4)系統(tǒng)的可持續(xù)狀態(tài)變化結(jié)果，包括響應(yīng)、調(diào)整、適應(yīng)、重組、轉(zhuǎn)換等特征。這些構(gòu)成主體彼此相互作用，且具有尺度依賴特征。

對于多尺度城市社會-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，城市可持續(xù)動態(tài)橫跨局地-區(qū)域-全球空間尺度，具體涉及的主體如下：

1)壓力/干擾作用集合。城市復(fù)雜系統(tǒng)的壓力/干擾集具有多時空尺度、多維度、多形式以及遠(yuǎn)程耦合和相互連接的特征。首先，城市系統(tǒng)的驅(qū)動力來自于社會-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)多維度耦合的變化，且存在多時空尺度的耦合交互作用。全球/區(qū)域尺度人類社會活動及生態(tài)環(huán)境變化通過“自上而下”的方式驅(qū)動小尺度上的系統(tǒng)變化，反之，局地尺度的社會-生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部反饋的相互作用，也可以通過“自下而上”的尺度推演反饋到大尺度的系統(tǒng)變化；其次，不同要素的壓力作用形式各有差異，主要包括快速脈沖式壓力和緩慢持久式壓力；最后，由于城市內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施、社會網(wǎng)絡(luò)密切聯(lián)系，壓力產(chǎn)生跨越系統(tǒng)邊界的遠(yuǎn)程溢出效應(yīng)，例如：城市擴(kuò)張不但在近距離直接導(dǎo)致周邊其他土地利用類型的占用和轉(zhuǎn)換，且在遠(yuǎn)距離上，通過要素聚集過程直接或間接改變了遙遠(yuǎn)區(qū)域的土地利用形態(tài)。這些干擾/壓力的性質(zhì)還主要取決于其所作用的客體。因而研究這些干擾的性質(zhì)、主體、效應(yīng)以及他們與作用客體和城市系統(tǒng)之間的聯(lián)系對可持續(xù)管理有重大意義。

2)系統(tǒng)的壓力暴露特征。城市復(fù)雜系統(tǒng)壓力的暴露特征包括暴露單元和暴露方式兩部分，分別描述了壓力的作用對象及不同壓力源的作用形式。其中，暴露單元覆蓋不同對象主體和多個空間尺度范圍，既可以以不同個體、群體及其社會組織為對象，又可以以城市內(nèi)部不同地塊、街區(qū)、景觀要素、生態(tài)系統(tǒng)或是整個城市為研究目標(biāo)。同時，人類活動與暴露單元相互聯(lián)系，城市內(nèi)景觀結(jié)構(gòu)和土地利用類型的變化一定程度上能夠反映人類活動規(guī)模、強(qiáng)度、方向等的作用結(jié)果。系統(tǒng)的暴露方式一般包括壓力的頻率、發(fā)生時點、作用方向、程度、持續(xù)時間等。例如：我國城市不僅面臨著海平面上升、降水、干旱、臺風(fēng)、地震等頻發(fā)的自然災(zāi)害的沖擊，還易受全球氣候變化(諸如熱浪、霧霾、碳排放)的威脅，因此識別壓力源的作用形式和主要暴露單元對構(gòu)建“韌性”城市和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)尤為重要。

3)系統(tǒng)的敏感性。城市復(fù)雜系統(tǒng)所處的整體狀態(tài)形成于已經(jīng)建立的社會-生態(tài)反饋機(jī)制，系統(tǒng)保持在當(dāng)前穩(wěn)態(tài)范圍之內(nèi)。城市復(fù)雜系統(tǒng)主要由社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境兩個子系統(tǒng)構(gòu)成，二者的狀態(tài)決定了系統(tǒng)應(yīng)對壓力的敏感性。例如，根據(jù)中國國際經(jīng)濟(jì)交流中心與哥倫比亞大學(xué)地球研究院發(fā)布的中國可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系(China Sustainable Development Index System, CSDIS)，城市可持續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)評價涵蓋了人類系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)兩個維度。在人類子系統(tǒng)中，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會福祉以及土地利用和空間配置等構(gòu)成了量化系統(tǒng)發(fā)展效率、公平性及社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)能力的指標(biāo)；在環(huán)境子系統(tǒng)中，則將人類發(fā)展所需要的生態(tài)服務(wù)、資源稟賦、能源消耗、污染排放等作為衡量系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)狀態(tài)的基本要素。

4)系統(tǒng)的可持續(xù)性。系統(tǒng)的可持續(xù)性體現(xiàn)于其應(yīng)對壓力的3個不同路徑的響應(yīng)方式，即風(fēng)險防御(脆弱性)、恢復(fù)和適應(yīng)能力(韌性)和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換能力(系統(tǒng)轉(zhuǎn)型)。在城市復(fù)雜系統(tǒng)中，這些響應(yīng)方式主要受到人類子系統(tǒng)中諸多相關(guān)利益者的調(diào)控，如政府、非政府組織、企業(yè)和個人。社會系統(tǒng)的適應(yīng)性調(diào)控不但能夠改變生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性能力，也受到其生物物理屬性的反饋效應(yīng)。多主體、多形式、多路徑耦合系統(tǒng)的響應(yīng)機(jī)制甚至產(chǎn)生了城市系統(tǒng)的可持續(xù)性跨尺度的溢出效應(yīng)。在我國目前制度體制下，政府規(guī)劃、監(jiān)測、評估、監(jiān)督等國土空間規(guī)劃和用途管制的管理行為居于土地利用調(diào)控行為的主導(dǎo)地位。一方面，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、戶籍、住房和土地政策影響了城市土地利用變化特征，產(chǎn)生了城市擴(kuò)張、致密化、城市綠化和更新等變化類型；另一方面，城市土地系統(tǒng)變化的結(jié)果又可以影響社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的變化，形成多樣化異質(zhì)性的社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境耦合狀態(tài)及空間格局。城市社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境耦合狀態(tài)成為社會-生態(tài)系統(tǒng)自組織響應(yīng)和可持續(xù)動態(tài)演化的關(guān)鍵表征。

2.2 多尺度城市社會-生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征

針對多尺度城市社會-生態(tài)系統(tǒng)管理，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及其相互聯(lián)系是綜合框架分析的重要內(nèi)容(圖3)。人類社會活動(全球政治、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境變化等)及生態(tài)環(huán)境狀態(tài)和過程通過一系列交互作用從鄰近影響延伸至更遠(yuǎn)距離，在尺度上產(chǎn)生從局部影響跨越到全球范圍的發(fā)展趨勢。而系統(tǒng)內(nèi)部、周邊以及遠(yuǎn)程人類活動和大尺度自然過程能夠跨越自然系統(tǒng)與政治邊界，從而構(gòu)成在局部到全球多種嵌套尺度空間的壓力或干擾，而這些壓力通過不同的形式進(jìn)一步影響著耦合系統(tǒng)的過程，或呈現(xiàn)快速脈沖式，或呈現(xiàn)緩慢持續(xù)作用力，直接或間接地影響著系統(tǒng)社會-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境可持續(xù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

圖3 多尺度城市社會-生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理框架Fig.3 An multiple-scale, integrated sustainable framework of urban social-ecological systems

針對當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)本身，城市中不同尺度范圍的個體、群體、城市地塊、街道甚至生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成壓力作用/災(zāi)害的主要暴露單元，具有嵌套的分層結(jié)構(gòu)，在多時空尺度上與不同的壓力形式產(chǎn)生了交互作用。一方面，壓力的頻率、發(fā)生時點、作用方向、程度、持續(xù)時間等表征了系統(tǒng)所暴露壓力的具體形式；另一方面，人地系統(tǒng)的耦合狀態(tài)，包括社會經(jīng)濟(jì)狀態(tài)和生態(tài)環(huán)境狀態(tài)，通過當(dāng)前系統(tǒng)已形成的社會-生態(tài)反饋機(jī)制維持，并由反饋網(wǎng)絡(luò)決定系統(tǒng)對特定壓力的敏感度。因此，系統(tǒng)的壓力暴露特征和敏感性(狀態(tài))共同解釋了城市社會-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)多個行為主體自組織系統(tǒng)的形成。

城市復(fù)雜系統(tǒng)應(yīng)對壓力的響應(yīng)機(jī)制主要來自于個體、自發(fā)性群體組織及宏觀政策的調(diào)控行為，社會系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)控與生物物理系統(tǒng)動態(tài)變化互為影響和反饋，即社會系統(tǒng)遭受不確定性風(fēng)險暴露的脆弱性或韌性組織能力能夠影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)變化的閾值，反之亦然。在一般情形下，城市社會-生態(tài)系統(tǒng)所具有的韌性范圍能夠通過自身的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行系統(tǒng)自我適應(yīng)和調(diào)整，使系統(tǒng)狀態(tài)始終處于理想的范圍內(nèi)，這一過程也表現(xiàn)為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)始終沿著理想的軌跡進(jìn)行定向轉(zhuǎn)換(適應(yīng)和主動轉(zhuǎn)換)。但當(dāng)壓力超過系統(tǒng)維持自身理想狀態(tài)的閾值或系統(tǒng)脆弱性增加時，城市社會-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)將斷崖式轉(zhuǎn)向另一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，即系統(tǒng)向更加可持續(xù)狀態(tài)發(fā)生的突變性轉(zhuǎn)換。因此，城市社會-生態(tài)耦合系統(tǒng)所產(chǎn)生的適應(yīng)、調(diào)整、轉(zhuǎn)換的結(jié)果是多樣化、多穩(wěn)態(tài)的社會-生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)轉(zhuǎn)換路徑的具體表現(xiàn)，并且可以產(chǎn)生跨越不同系統(tǒng)維度和時空尺度的影響。

綜上，多尺度城市社會-生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征強(qiáng)調(diào)了針對城市系統(tǒng)關(guān)鍵過程監(jiān)測與表征的幾個重要方面：

1)在城市人地耦合系統(tǒng)自組織和非線性響應(yīng)下，城市地表景觀要素與土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型也處于不斷變化之中，城市地表轉(zhuǎn)型與狀態(tài)轉(zhuǎn)換又可以引發(fā)新的政策調(diào)整和響應(yīng)，因此成為社會-生態(tài)系統(tǒng)互饋網(wǎng)絡(luò)傳遞路徑的“橋梁”，也是可以進(jìn)行表觀監(jiān)測關(guān)鍵過程。

2)城市地表轉(zhuǎn)型是自然環(huán)境狀態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素綜合作用的結(jié)果。其中，社會經(jīng)濟(jì)制度、政策、規(guī)劃可以直接塑造地表轉(zhuǎn)型格局，又可以通過調(diào)節(jié)和影響社會經(jīng)濟(jì)變化和技術(shù)創(chuàng)新，對城市地表過程產(chǎn)生重要影響。因此，揭示政策-社會經(jīng)濟(jì)與城市土地利用轉(zhuǎn)型關(guān)聯(lián)作用和互饋規(guī)律有助于形成可持續(xù)的城市治理模式。

3)在已建立/形成的社會-生態(tài)作用機(jī)制狀態(tài)下，城市土地利用類型和景觀結(jié)構(gòu)傾向于維持現(xiàn)有的狀態(tài)，反映的是人為活動和經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)度對地表及其生態(tài)系統(tǒng)的影響。當(dāng)人口壓力超過資源供給閾值，或在特定政策導(dǎo)向下，城市土地利用及地表景觀發(fā)生轉(zhuǎn)型產(chǎn)生滿足人類發(fā)展需求的經(jīng)濟(jì)價值的同時，也帶來諸多負(fù)面環(huán)境效應(yīng)，形成新的社會-生態(tài)系統(tǒng)的自組織穩(wěn)態(tài)。因此，社會-生態(tài)-環(huán)境多維度的時空耦合格局和過程便成為系統(tǒng)可持續(xù)演化多穩(wěn)態(tài)路徑的綜合表征。同時，城市社會-生態(tài)系統(tǒng)“近遠(yuǎn)程耦合”通過空間全覆蓋整合了不同距離、跨系統(tǒng)和多尺度的反饋關(guān)系，能夠有效地加強(qiáng)跨部門、多區(qū)域和多尺度權(quán)衡的科學(xué)決策和可持續(xù)治理。

3 未來城市可持續(xù)管理的科學(xué)與實踐

3.1 構(gòu)建城市社會-生態(tài)耦合系統(tǒng)時空變異和脆弱性預(yù)警管理體系

系統(tǒng)脆弱性取決于其暴露于壓力/干擾/災(zāi)害時的人地系統(tǒng)的狀態(tài)及時空變異特征，因此應(yīng)用定量化的數(shù)據(jù)、指標(biāo)、模型等測度方法和定性化信息分析手段進(jìn)行多重擾動背景下的脆弱性制圖、動態(tài)多反饋的時空演化路徑分析及脆弱性早期預(yù)警，是“城市可持續(xù)性”管理的重要構(gòu)成部分。盡管目前建立了針對自然災(zāi)害脆弱性、全球環(huán)境變化脆弱性、生態(tài)環(huán)境脆弱性等專題的函數(shù)評價模型和綜合指標(biāo)體系，但基于耦合系統(tǒng)多要素作用關(guān)系的復(fù)雜性和不確定性、系統(tǒng)的關(guān)鍵過程和要素的綜合集成等問題仍缺乏有力的方法支撐。此外，基于特定空間尺度和時間截面的城市脆弱性單元表達(dá)是實現(xiàn)城市脆弱性風(fēng)險分區(qū)管理的科學(xué)途徑，但在時間維度上對其動態(tài)變化路徑及驅(qū)動因素的研究較少，空間尺度上跨尺度傳遞和轉(zhuǎn)移過程的解析不足。未來需要進(jìn)一步加強(qiáng)脆弱性過程與機(jī)制的分析，這對于城市風(fēng)險早期預(yù)警和科學(xué)解決可持續(xù)性時空協(xié)調(diào)問題有重大意義。

3.2 建立多尺度嵌套的城市社會-生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險響應(yīng)機(jī)制

自人類進(jìn)入“城市紀(jì)元”以來，全球經(jīng)濟(jì)和環(huán)境發(fā)生變化，城市系統(tǒng)各要素聯(lián)系日益緊密，要素間相互作用的強(qiáng)度、速度和尺度均發(fā)生了重大改變。局地-區(qū)域-全球通過累積效應(yīng)和溢出效應(yīng)呈現(xiàn)跨尺度傳遞，因此需要新的范式刻畫城市社會-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)多時空尺度的耦合作用。傳統(tǒng)研究將韌性概念應(yīng)用于城市系統(tǒng)單一尺度的“城市韌性”或可持續(xù)性分析，或用于針對具體問題(例如，人口、能源和系統(tǒng)安全等)的闡述，均忽略了城市系統(tǒng)所具有的開放性、多尺度的特征，即局地的社會-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)系統(tǒng)的改變可能會影響周邊地區(qū)的韌性能力，同時系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換也會引起子系統(tǒng)或跨區(qū)域-全球的效應(yīng)。因此，跨尺度的系統(tǒng)耦合和遠(yuǎn)程連接網(wǎng)絡(luò)給“城市可持續(xù)性”管理關(guān)鍵控制變量和系統(tǒng)臨界閾值的識別帶來一定挑戰(zhàn)。此外，城市管理者不同角度的可持續(xù)管理行為存在聯(lián)系或沖突。例如，城市密度增加可以提高能源利用效率，但卻降低了城市景觀多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)健康。如何權(quán)衡社會-生態(tài)多個子系統(tǒng)間的目標(biāo)沖突亦是目前城市可持續(xù)管理需要關(guān)注的問題。綜上，采用多尺度的“城市韌性”管理與社會-生態(tài)系統(tǒng)多目標(biāo)協(xié)同，采用綜合調(diào)控手段建立抵御、應(yīng)對、處理、轉(zhuǎn)換等不同形式的響應(yīng)機(jī)制，可為推動城市可持續(xù)發(fā)展路徑的轉(zhuǎn)型升級提供有效支撐。

3.3 推進(jìn)多主體參與-協(xié)同合作-共擔(dān)風(fēng)險的城市可持續(xù)治理模式

城市可持續(xù)轉(zhuǎn)型管理實踐需要借助一系列規(guī)劃工具和管理政策進(jìn)行城市脆弱性、韌性、狀態(tài)轉(zhuǎn)型的管理。然而，城市系統(tǒng)具有復(fù)雜的要素-功能網(wǎng)絡(luò)連是多部門、多主體協(xié)同參與治理的結(jié)果。局限于部門內(nèi)部決策、面向單線問題處理的管理模式會滯后于全球化城市可持續(xù)發(fā)展的風(fēng)險挑戰(zhàn)。因此，需要重視多主體利益相關(guān)者在“城市可持續(xù)性”評價和調(diào)控中發(fā)揮的重要作用，建立促進(jìn)當(dāng)?shù)丨h(huán)境和全球變化知識的交融機(jī)制，強(qiáng)化城市治理的轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)能力，從而為及時避免城市發(fā)展中“效率陷阱”、為加快實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型提供必要的政策環(huán)境。此外，通過全球城市可持續(xù)管理的評價和比較，尋求不同發(fā)展階段、不同制度背景下未來發(fā)展的適宜路徑，積極地將多尺度的城市社會-經(jīng)濟(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知納入到可持續(xù)發(fā)展決策和管理的實踐中去。搭建科學(xué)研究-政府管理知識共享、協(xié)同合作的溝通平臺，可以充分發(fā)揮復(fù)雜系統(tǒng)可持續(xù)研究對管理實踐的指導(dǎo)作用。

4 結(jié) 論

面向未來城市可持續(xù)發(fā)展的政策管理和規(guī)劃，針對當(dāng)前科學(xué)研究和政策文件中對“城市可持續(xù)性”相關(guān)概念存在的混淆和矛盾，對城市可持續(xù)性-韌性-轉(zhuǎn)型作出統(tǒng)一規(guī)范的解釋。在此基礎(chǔ)上，借鑒社會-生態(tài)系統(tǒng)理論、城市土地系統(tǒng)轉(zhuǎn)型理論、脆弱性/韌性分析框架、壓力-脈沖響應(yīng)框架、DPSIR框架等，識別城市系統(tǒng)協(xié)同演化及不確定性分析的主體，構(gòu)建多尺度城市社會-生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理理論框架。該框架以人地互饋作用為驅(qū)動，以城市景觀結(jié)構(gòu)和土地利用轉(zhuǎn)型為連接社會-生態(tài)系統(tǒng)子系統(tǒng)互饋網(wǎng)絡(luò)的“橋梁”，以城市社會-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)時空耦合格局-過程為系統(tǒng)可持續(xù)演化的路徑表征。在該框架中，多尺度社會-生態(tài)系統(tǒng)相互作用，以及各子系統(tǒng)內(nèi)關(guān)聯(lián)反饋，形成自適應(yīng)循環(huán)的城市復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。并以該理論框架為指導(dǎo)，提出未來城市亟待開展的科學(xué)研究問題和管理實踐的重點，分別是構(gòu)建城市社會-生態(tài)耦合系統(tǒng)時空變異和脆弱性預(yù)警管理體系、建立多尺度嵌套的城市社會-生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險響應(yīng)機(jī)制以及推進(jìn)多主體參與-協(xié)同合作-共擔(dān)風(fēng)險的城市可持續(xù)治理模式。