呂永龍,曹祥會(huì),王塵辰

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 1000852 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049

世界范圍內(nèi)正經(jīng)歷著前所未有的城市擴(kuò)張,迄今為止全球一半以上的人口都居住在城市內(nèi)。據(jù)估計(jì)到2030全球城市居民的數(shù)量將增加到50億人,且未來(lái)95%的城市擴(kuò)張會(huì)發(fā)生在亞洲和非洲的發(fā)展中國(guó)家,這無(wú)疑將對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境帶來(lái)巨大的變化[1- 3]。改革開(kāi)放以來(lái),中國(guó)的城市化已經(jīng)發(fā)展到史無(wú)前例的規(guī)模[4],城市化水平由1978年的17.92%上升到2017年的58.52%,預(yù)計(jì)2030年中國(guó)城市人口將達(dá)到68.7%[5-8]。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)的高效發(fā)展,依據(jù)聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署的人類(lèi)發(fā)展指數(shù),中國(guó)的主要城市均取得了良好成績(jī)[9]。然而,人口的過(guò)度密集、空間的過(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[5]。城市可持續(xù)發(fā)展就是指在一定的時(shí)空尺度上,以長(zhǎng)期持續(xù)的城市增長(zhǎng)及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)高度發(fā)達(dá)的城市化與現(xiàn)代化,從而既滿(mǎn)足于當(dāng)代城市發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要,又滿(mǎn)足未來(lái)城市的發(fā)展需要。城市可持續(xù)發(fā)展既包括經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,又包括社會(huì)文明的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,其核心是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 城市可持續(xù)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)

城市化是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的引擎,有助于資源的積聚與轉(zhuǎn)化和社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高。城市作為人類(lèi)活動(dòng)最為集中的場(chǎng)所,是人類(lèi)社會(huì)影響自然環(huán)境的熱點(diǎn)區(qū)域,因此,城市化在為人類(lèi)帶來(lái)福祉的同時(shí),也衍生出各種問(wèn)題,進(jìn)而制約了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的持續(xù)發(fā)展。城市可持續(xù)發(fā)展的主要問(wèn)題在于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然系統(tǒng)各部分或者整體的失衡,協(xié)調(diào)人與人、人與自然的關(guān)系是關(guān)鍵所在[10]。

1.1 城市中的人與自然關(guān)系問(wèn)題

自然生態(tài)系統(tǒng)為人類(lèi)提供了巨大的生態(tài)服務(wù)功能,城市生態(tài)環(huán)境通過(guò)物質(zhì)流、能量流和信息流,為居民提供包括生物多樣性、初級(jí)生產(chǎn)力、氣候調(diào)節(jié)、養(yǎng)分供給、消除污染、散熱、美學(xué)和娛樂(lè)休閑在內(nèi)的生態(tài)服務(wù)產(chǎn)品[11-12]。城市化對(duì)自然環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在對(duì)資源的過(guò)度消耗、城市用地改變?cè)械耐恋馗采w、污染物排放造成的環(huán)境質(zhì)量下降、人類(lèi)活動(dòng)的過(guò)度干擾造成的生態(tài)系統(tǒng)退化等方面。城市的快速擴(kuò)張和發(fā)展通常以消耗大量資源為代價(jià),如中國(guó)城市用水量占總用水量的比例已經(jīng)超過(guò)了30%。城市化進(jìn)程中,既消耗了大量的自然資源,也向環(huán)境介質(zhì)排放了大量的污染物(圖1),導(dǎo)致水、土和大氣環(huán)境質(zhì)量的惡化[13- 14],而城市環(huán)境的污染又進(jìn)一步對(duì)居民的人體健康造成了危害[1]。

圖1 2016年中國(guó)主要城市的污染排放指數(shù)Fig.1 Emission index of major cities in China in 2016

城市的快速發(fā)展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[5,15- 16]。1980—2015年間,中國(guó)由于城市化導(dǎo)致的土地凈生產(chǎn)力損失為1.695百萬(wàn)噸碳當(dāng)量,其中由于城鎮(zhèn)土地替代了農(nóng)田所導(dǎo)致的損失占63%,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的整體質(zhì)量下降[17- 18]。城市建設(shè)改造致使流域土地利用的類(lèi)型發(fā)生了劇烈的變化[19- 21],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[22]。此外,城市發(fā)展還會(huì)導(dǎo)致植被和生物多樣性銳減、城市熱島、極端氣候變化、城市內(nèi)澇、地面沉降等問(wèn)題?？焖俚某鞘邪l(fā)展導(dǎo)致城市植被覆蓋率下降,景觀(guān)結(jié)構(gòu)破碎化程度增加、連通性降低,物種多樣性減少等[23- 24]。城市是溫室氣體排放最為集中的區(qū)域,溫室氣體的大量排放[25- 26]引起氣候變化,導(dǎo)致極端高溫事件和洪澇災(zāi)害的發(fā)生頻次增加和影響范圍的擴(kuò)大[27-29]。這些人類(lèi)活動(dòng)所造成的環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題又反過(guò)來(lái)制約著人類(lèi)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

1.2 城市化過(guò)程中的社會(huì)問(wèn)題

城市快速發(fā)展產(chǎn)生的社會(huì)問(wèn)題不容忽視,如糧食安全問(wèn)題、流行病肆虐、社會(huì)差異增大、“城中村”的社會(huì)環(huán)境問(wèn)題、人口的過(guò)度聚集、排外情緒的產(chǎn)生、城市各部門(mén)的失調(diào)、環(huán)境問(wèn)題的不透明性等,造成了各種“城市社會(huì)病”的頻發(fā)。

城市發(fā)展到一定程度就會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)和公平之間的矛盾,就業(yè)制度、家庭和人口結(jié)構(gòu)、社會(huì)福利等因素引起了城市社會(huì)兩極分化、產(chǎn)生不公平[30]。由于發(fā)展的不平衡,“半城市化人口”的社會(huì)保障缺失,導(dǎo)致了城市居民的基本權(quán)利的不對(duì)等、勞動(dòng)保障程度低以及貧富差距擴(kuò)大[31],并由此引發(fā)社會(huì)階層的對(duì)立[32]。社會(huì)的不公平不僅與收入分配不均息息相關(guān),而且與人口在城市中的空間位置密切相關(guān)[33]。隨著城市的過(guò)度擴(kuò)張,建設(shè)土地和農(nóng)用土地的矛盾增加。城市用地規(guī)模擴(kuò)張一方面有助于緩解城市居民的居住不公平問(wèn)題,降低住房的稀缺性,縮小城市人口住房購(gòu)買(mǎi)力的差距,從而緩解城市中的居住隔離現(xiàn)象[34]。但另一方面城市的不合理擴(kuò)張?jiān)斐闪藚^(qū)域土地的割裂,破壞了生態(tài)系統(tǒng)的景觀(guān)格局,在后續(xù)建設(shè)不足的情況下更易出現(xiàn)“城中村”的各類(lèi)問(wèn)題。在城鄉(xiāng)轉(zhuǎn)變的過(guò)程中,“城中村”滋生諸多社會(huì)安全隱患[35]。由于全部或大部分耕地被征用,農(nóng)民集體轉(zhuǎn)為居民,但是仍然保留著傳統(tǒng)農(nóng)村本色,整體經(jīng)濟(jì)落后,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理,不但自身的競(jìng)爭(zhēng)力水平難以提高,而且也不利于城市整體規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益的形成。

城市的過(guò)度膨脹在對(duì)區(qū)域環(huán)境造成巨大影響的同時(shí),基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、服務(wù)和管理滯后,引發(fā)了一系列的問(wèn)題和矛盾,主要表現(xiàn)在人口膨脹、交通擁堵等方面[36]。中國(guó)的城市面臨前所未有的擁擠,深圳的人口密度高達(dá)17150 人/km2,上海和北京的人口密度分別為13400人/km2和 11500人/km2,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)主要大城市的水平,如日本東京為5984人/km2,美國(guó)紐約、英國(guó)倫敦、法國(guó)巴黎和中國(guó)香港的人口密度最多只有8500人/km2。城市人口的膨脹加劇了交通擁堵,交通的擁堵又進(jìn)一步導(dǎo)致能源的大量消耗和城市空氣質(zhì)量的下降。最終,這些社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題又通過(guò)資源消耗、土地流轉(zhuǎn)、污染物排放、消費(fèi)行為等方式直接或間接地對(duì)環(huán)境造成影響。

2 對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型的系統(tǒng)性思考

2.1 城市可持續(xù)發(fā)展的核心內(nèi)涵

可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)內(nèi)涵十分豐富的概念,涉及資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化、技術(shù)等眾多領(lǐng)域。概括起來(lái)可以歸納為3個(gè)方面：自然資源與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[37- 39]。具體表現(xiàn)在以下2個(gè)方面。(1)消費(fèi)需求與資源可供量的協(xié)調(diào)。地球可供使用的資源數(shù)量是有限的,因此,在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)條件下,人類(lèi)的生產(chǎn)生活方式必須要有效、節(jié)制地使用資源為前提；(2)人口與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)。人口的過(guò)快增長(zhǎng)會(huì)增加資源環(huán)境的壓力,過(guò)快的人口增長(zhǎng)會(huì)引發(fā)糧食危機(jī)、耕地危機(jī)、水源危機(jī)、生態(tài)危機(jī)和農(nóng)業(yè)危機(jī),而農(nóng)業(yè)危機(jī)又會(huì)驅(qū)使農(nóng)民大量涌入城市,從而引發(fā)城市危機(jī)?？刂瞥鞘腥丝谠鲩L(zhǎng),使城市人口與生產(chǎn)潛力相協(xié)調(diào),是城市可持續(xù)發(fā)展對(duì)人類(lèi)自身的又一要求。

聯(lián)合國(guó)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(SDGs)中,第十一個(gè)目標(biāo)(SDG 11)即為“實(shí)現(xiàn)城市和社區(qū)的可持續(xù)發(fā)展”。該目標(biāo)認(rèn)為城市的可持續(xù)發(fā)展的主要表現(xiàn)和方式包括為城市居民提供舒適、安全和價(jià)格合理的住房和基礎(chǔ)服務(wù)；通過(guò)國(guó)家和區(qū)域發(fā)展規(guī)劃協(xié)調(diào)和維持城市、城郊和農(nóng)村周邊生態(tài)系統(tǒng)之間的良性關(guān)系；減少城市活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的環(huán)境影響；綜合政策、技術(shù)、規(guī)劃等手段提高城市資源利用效率,減緩氣候變化進(jìn)程,增強(qiáng)城市對(duì)災(zāi)害、氣候變化的適應(yīng)性和抵抗性；促進(jìn)城市和人口的良性增長(zhǎng)等。具體地說(shuō),城市可持續(xù)發(fā)展包含社會(huì)公平、經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、可持續(xù)且更加清潔的能源結(jié)構(gòu)、廢棄物的妥善處置和回收利用、資源的循環(huán)利用、更加清潔和便捷的交通、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和改善、更加合理的城市規(guī)劃和良性的土地利用循環(huán)等方面。

2.2 從社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)與解析城市

圖2 城市的社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合系統(tǒng)Fig.2 Social-economic-natural complex system of cities

城市是以人的行為為主導(dǎo)、自然環(huán)境為依托、資源流動(dòng)為命脈、社會(huì)文化為經(jīng)絡(luò)的社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)(圖2)[39-40]。自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)三個(gè)子系統(tǒng)之間相生相克、相輔相成,要實(shí)現(xiàn)其協(xié)調(diào)發(fā)展,必須了解各個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部以及三個(gè)子系統(tǒng)之間在時(shí)間、空間、數(shù)量、結(jié)構(gòu)、秩序方面的生態(tài)耦合關(guān)系。其中,社會(huì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展依賴(lài)于自然系統(tǒng)提供的資源和服務(wù),同時(shí)通過(guò)土地利用、污染物排放、物質(zhì)循環(huán)過(guò)程等方式對(duì)自然系統(tǒng)的水、土、氣、生物體產(chǎn)生影響,而這些影響又反作用于社會(huì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展。另外,社會(huì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的相互關(guān)系,又影響著人類(lèi)對(duì)于自然系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和保護(hù)的方式。

城市是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)耦合體,其社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然系統(tǒng)是相互耦合而非從屬關(guān)系,雖然功能不同,但缺一不可[39]。20世紀(jì)70年代以來(lái),一些學(xué)者根據(jù)生態(tài)足跡理論、能值理論、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和耗散結(jié)構(gòu)理論將定性與定量相結(jié)合、優(yōu)化和模擬相結(jié)合,對(duì)城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行了研究[41- 43]。王如松等從20世紀(jì)80年代研究和發(fā)展了一套定量和定性相結(jié)合,從測(cè)定到測(cè)序、從優(yōu)化到進(jìn)化,面向系統(tǒng)功能的共軛生態(tài)管理方法[39],認(rèn)為三個(gè)子系統(tǒng)通過(guò)物質(zhì)流、人口流、能量流、信息流和資金流等緊密地結(jié)合在一起,共同組成城市系統(tǒng)的整體功能。因此,實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵在于平衡社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然子系統(tǒng)間及其系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)系,達(dá)到整體的最優(yōu)化。

2.3 用驅(qū)動(dòng)力-狀態(tài)-壓力-影響-響應(yīng)(DPSIR)模型調(diào)節(jié)城市基本關(guān)系

為了有效地處理資源與生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,需要確定并衡量對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生壓力和影響的諸如社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等各個(gè)方面。社會(huì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生環(huán)境流,這種環(huán)境變遷在給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)壓力的同時(shí),會(huì)導(dǎo)致環(huán)境狀況的變化。環(huán)境狀態(tài)的變化反過(guò)來(lái)對(duì)人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)產(chǎn)生影響。為解決生態(tài)環(huán)境狀況的壓力問(wèn)題,人類(lèi)又通過(guò)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)減輕狀態(tài)改變后的負(fù)面效果,最好的途徑是通過(guò)改變引起環(huán)境惡性變化的驅(qū)動(dòng)因素來(lái)阻止或者使環(huán)境惡化結(jié)果最小化?；谶@個(gè)理論,在壓力-狀態(tài)-相應(yīng)(PSR)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善,形成了驅(qū)動(dòng)力-狀態(tài)-壓力-影響-響應(yīng)(Driver -Pressure-State-Impact-Response, DPSIR) 關(guān)系模型(圖3)。在DPSIR中,最重要的是如何進(jìn)行響應(yīng),人類(lèi)社會(huì)通過(guò)決策維持城市社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。響應(yīng)行為則應(yīng)當(dāng)根據(jù)城市發(fā)展中出現(xiàn)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,做出及時(shí)的回應(yīng),以確保城市系統(tǒng)高效、快速以及協(xié)調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)。本文將基于DPSIR關(guān)系模型的思想對(duì)城市各個(gè)方面的主要問(wèn)題展開(kāi)討論。

圖3 DPSIR模型中相互關(guān)系Fig.3 Interactions between variables in DPSIR model

2.4 分散與集中相結(jié)合的城市水供給和污水處置系統(tǒng)轉(zhuǎn)型

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)和人口的不斷增長(zhǎng),城市生產(chǎn)生活對(duì)水資源的需求日益增加,世界范圍內(nèi)城市水資源匱乏的問(wèn)題日益突出,而城市水資源利用的主要問(wèn)題包括了水資源短缺、水體污染嚴(yán)重、水生態(tài)退化、城市洪澇災(zāi)害等[44- 46]。城市水資源的可持續(xù)發(fā)展的策略主要包括保護(hù)水源和水循環(huán)過(guò)程、合理利用水資源、有效控制污水排放、推進(jìn)污水循環(huán)利用、綜合開(kāi)發(fā)和調(diào)控地下水與地表水資源等,其核心內(nèi)容在于將可持續(xù)發(fā)展理念融入城市水系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理,最大程度地實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用,降低城市生產(chǎn)和生活活動(dòng)對(duì)水體環(huán)境的影響,保護(hù)和維持水生態(tài)系統(tǒng)的整體健康[47]?，F(xiàn)有的污水處理方式可能無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)的城市化需求,因此采用一些新的技術(shù)和管理策略,包括水資源整合管理、適應(yīng)性管理和基于生態(tài)系統(tǒng)的技術(shù)方法等[48- 50]。其中,雨水的循環(huán)利用和城市排污系統(tǒng)的建設(shè)最早得到人們的關(guān)注,隨后提出了可持續(xù)的城市管道系統(tǒng)、綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、水敏感性城市設(shè)計(jì)、海綿城市等理念,其主要目的在于降低雨水和城市洪澇災(zāi)害的影響,同時(shí)將其作為城市水資源的重要部分進(jìn)行利用[51-52]。另一方面,通過(guò)減少污水產(chǎn)量、循環(huán)利用、充分利用再生水、提高污水處理能力等方式大大降低水資源的凈消耗量,但這在一定程度又增加了對(duì)設(shè)施、資金、管理和能源的投入[53]。而對(duì)污水的分級(jí)回收和處理能極大降低處理設(shè)施和回收過(guò)程的負(fù)擔(dān)并提高污水的回收效率,例如對(duì)于“灰水”的早期回收和利用能夠?yàn)樗Y源匱乏地區(qū)提供潛在的水源,對(duì)高溫廢水的利用能夠提高能源利用率等[54- 55]。在減少人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水資源的影響的同時(shí),加強(qiáng)水源的保護(hù)同樣重要,地下水回灌,水源地環(huán)境保護(hù),集水區(qū)和流域的整體規(guī)劃等一系列技術(shù)和管理手段都得到了廣泛地推廣。在此過(guò)程中,越來(lái)越多的技術(shù)手段和管理框架都更加關(guān)注城市個(gè)體在整個(gè)系統(tǒng)中的重要作用。雖然集中式的水資源處理技術(shù)和管理體系在過(guò)去一直被認(rèn)為是最有效的方式,但隨著技術(shù)水平的提升和城市環(huán)境的復(fù)雜化,分散式的處理方式在應(yīng)對(duì)面源污染、分級(jí)處理、就地回收等方面有更大的優(yōu)勢(shì),而相應(yīng)的分散式監(jiān)管能夠增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和處理風(fēng)險(xiǎn)的能力[56]。在技術(shù)、組織、管理和規(guī)劃整體層面上推廣應(yīng)用分散與集中相結(jié)合的城市水供給和污水處置系統(tǒng),可以有效地發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)城市水資源利用向可持續(xù)性轉(zhuǎn)型。

2.5 以消減城市廢棄物排放為目標(biāo)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)轉(zhuǎn)型

城市發(fā)展在消耗資源的同時(shí)產(chǎn)生了大量的廢棄物, 過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)里,固體廢棄物的產(chǎn)量增長(zhǎng)了10倍,估計(jì)到2025年又將增加一倍,而固體廢棄物的增長(zhǎng)被認(rèn)為與城市人口數(shù)量、居民生活水平以及城市居民的處置方式有密切的關(guān)系[57]。傳統(tǒng)的廢棄物處理方式包括填埋和焚燒等多關(guān)注于廢棄物的末端處理,而如今城市可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)要求從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)廢棄物的減量化、無(wú)害化和資源化。全球范圍內(nèi),各個(gè)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)開(kāi)展了一系列的措施來(lái)緩解城市的廢棄物壓力,例如通過(guò)物質(zhì)流和能量流形成產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈、設(shè)置廢棄物處理費(fèi)、廢棄物分類(lèi)回收處理、減少物質(zhì)消費(fèi)等[58-60]。產(chǎn)業(yè)生態(tài)園和工業(yè)園區(qū)建設(shè)可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)之間的融合,加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)間物質(zhì)流和能量流的流動(dòng),最大程度地提升生產(chǎn)效率,減少?gòu)U棄物的排放[61]。除生產(chǎn)部門(mén)產(chǎn)生的廢棄物外,城市廢棄物中的大部分來(lái)源于消費(fèi)和使用過(guò)程,而對(duì)廢棄物進(jìn)行有效回收和處理的關(guān)鍵在于對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。分類(lèi)后的廢棄物,根據(jù)其性質(zhì)可以采取不同的資源化處理方式,例如厭氧發(fā)酵堆肥、化學(xué)處理、高溫?zé)峤獾?。然?隨著城市的發(fā)展和居民生活水平的提高,城市廢物的組成成分會(huì)產(chǎn)生極大的變化,這又會(huì)對(duì)原有的分類(lèi)和處理系統(tǒng)帶來(lái)沖擊[62]。實(shí)際上,城市的廢棄物產(chǎn)生量與其人口、生產(chǎn)總值和技術(shù)水平并沒(méi)有絕對(duì)的聯(lián)系,例如日本的人均廢棄物產(chǎn)生量是美國(guó)的2/3,而兩者的人均GDP相差不大,教育、居民意識(shí)、政府投入和企業(yè)參與等因素在其中發(fā)揮了重要作用。在實(shí)踐過(guò)程中,城市系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)中的物流和能流聯(lián)系、技術(shù)設(shè)施、科技發(fā)展、經(jīng)濟(jì)效益和政策法規(guī)等的相互作用,需要通過(guò)“產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)”進(jìn)行深入的研究[63]。

2.6 以提升城市系統(tǒng)運(yùn)行效率為目標(biāo)的城市交通和區(qū)域規(guī)劃轉(zhuǎn)型

交通運(yùn)輸排放的污染物已經(jīng)成為城市空氣污染的主要原因之一[64]。在確?；蛟黾映鞘腥丝诹鲃?dòng)和物質(zhì)流通的同時(shí),降低運(yùn)輸過(guò)程中的排放將是城市未來(lái)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。 世界各地已有不同的城市和地區(qū)采取了相應(yīng)的措施,以期控制越發(fā)擁擠的城市交通以及其產(chǎn)生的負(fù)面影響[65]。例如,倫敦為緩解交通擁堵和改善城市空氣質(zhì)量,相繼頒布了“清潔倫敦空氣”、擁堵稅、“低排放區(qū)”等政策措施,限制小型或高排放車(chē)輛的出行；北京則通過(guò)交替限行、車(chē)牌搖號(hào)、強(qiáng)制報(bào)廢、提高排放標(biāo)準(zhǔn)等方式減少車(chē)流控制排放。雖然以上措施取得了部分成效,但仍離 “零排放目標(biāo)”相差甚遠(yuǎn),且隨著人口和個(gè)人汽車(chē)擁有量的不斷上升其效果將會(huì)受到限制。新能源汽車(chē)的發(fā)展和推廣在一定程度上能夠緩解城市的空氣污染狀況,但是在能源結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的情況下,能源消耗和擁堵問(wèn)題無(wú)法得到根本性的解決,而提高出行和整體運(yùn)輸效率的系統(tǒng)性方案才是解決之道[66]。

大型公共交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)能夠在提升城市整體運(yùn)輸能力的同時(shí),減少私有車(chē)輛的出行,降低能源消耗和污染物排放。新興的個(gè)性化交通服務(wù)網(wǎng)絡(luò),包括共享自行車(chē)、共享電動(dòng)車(chē)以及共享電樁等彌補(bǔ)了大型公交系統(tǒng)的空白,并為城市居民提供了更加靈活、節(jié)省和健康的出行方式。從長(zhǎng)期看,城市發(fā)展的區(qū)域規(guī)劃而不是只顧城市自身的規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)城市交通整體優(yōu)化的關(guān)鍵[67]。城市功能區(qū)的分散化和社區(qū)化在一定程度上能夠減少不必要的長(zhǎng)距離遷移,緩解交通擁堵的問(wèn)題,但同時(shí)有可能影響公司企業(yè)的規(guī)模效應(yīng),降低人們的出行欲望。因此,未來(lái)城市的發(fā)展規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)從整個(gè)區(qū)域系統(tǒng)的角度出發(fā),最大程度地優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域功能,提升城市整體的運(yùn)行效率。

2.7 以適應(yīng)城市發(fā)展的需求為導(dǎo)向的糧食系統(tǒng)轉(zhuǎn)型

城市的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)依賴(lài)于糧食的保障,而全球的城市化進(jìn)程正逐步影響著糧食供應(yīng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。城市發(fā)展主要通過(guò)兩個(gè)方面影響著糧食系統(tǒng),一是城市的地理擴(kuò)張影響了農(nóng)田的整體質(zhì)量和數(shù)量(供給端),二是城市生活水平的提高改變了人們對(duì)于食物結(jié)構(gòu)、質(zhì)量和數(shù)量的需求(消費(fèi)端)。城市的快速擴(kuò)張導(dǎo)致的農(nóng)田土地流失已經(jīng)成為了一個(gè)全球性問(wèn)題,而且大部分城市多發(fā)源于優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)種植區(qū)附近,城市的擴(kuò)張直接導(dǎo)致了優(yōu)質(zhì)土地的減少,農(nóng)田整體質(zhì)量和生產(chǎn)力的下降[68- 70]。這進(jìn)一步導(dǎo)致了農(nóng)田土地對(duì)其他生態(tài)系統(tǒng)的侵占,在糧食產(chǎn)地趨于集中化的同時(shí),城市周邊的農(nóng)田系統(tǒng)趨于分散化和破碎化[71]。大型城市的食物供給越發(fā)地依賴(lài)于幾個(gè)主要產(chǎn)地,這一方面增加了糧食產(chǎn)地的環(huán)境負(fù)擔(dān),另一方面在糧食產(chǎn)地受到自然災(zāi)害時(shí),城市的糧食安全無(wú)法得到保障。但是,糧食產(chǎn)地的集中化又為精細(xì)管理、提高農(nóng)戶(hù)收入、推廣新的農(nóng)業(yè)技術(shù)等提供了一定的便利。從消費(fèi)端看,城市生活水平的提高導(dǎo)致了對(duì)食物需求的變化,這進(jìn)一步增大了土地、能源和水資源的消耗[18]。除此之外,城市發(fā)展對(duì)糧食系統(tǒng)的間接影并沒(méi)有受到充分的認(rèn)識(shí)。居民需求、土地政策、市場(chǎng)狀況、收入水平、口味偏好等都從不同方面影響著食品的生產(chǎn)、加工、包裝、運(yùn)輸、廢物處理以及農(nóng)戶(hù)的選擇等等[72]。為保障未來(lái)城市發(fā)展的糧食安全,應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)城市系統(tǒng)各部分與糧食系統(tǒng)的相互影響關(guān)系,將城市與區(qū)域作為整體,綜合規(guī)劃城市的發(fā)展與農(nóng)田土地和糧食安全的保障。

2.8 以減排和適應(yīng)氣候變化為導(dǎo)向的城市清潔能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型

城市是人類(lèi)活動(dòng)引起氣候變化最主要的場(chǎng)所,全球碳排放量的78%來(lái)源于城市,城市的能源消耗量占到總生產(chǎn)量的75%[10,73- 74]。城市的能源問(wèn)題不僅是未來(lái)城市發(fā)展的挑戰(zhàn)更是實(shí)現(xiàn)低碳城市、緩解氣候變化的關(guān)鍵。城市發(fā)展的低碳化主要通過(guò)兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn),即從化石燃料轉(zhuǎn)變?yōu)楦忧鍧嵉哪茉春捅M可能減少能源的消耗。新興的清潔能源技術(shù)為城市能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變提供了更多的選擇方案,而真正實(shí)現(xiàn)低碳化需要城市能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型[75]。隨著技術(shù)革新,太陽(yáng)能、地?zé)?、風(fēng)能、生物質(zhì)能和廢物焚燒發(fā)電等新能源的轉(zhuǎn)化效率和可靠性得到了提升,其巨大的潛力并沒(méi)有得到完全開(kāi)發(fā)。不同的新能源技術(shù)存在各自的優(yōu)勢(shì)和局限,在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,應(yīng)根據(jù)城市的具體條件形成符合城市自身發(fā)展的能源供給體系。雖然新能源技術(shù)提供了未來(lái)城市能源的發(fā)展方向,但是現(xiàn)有的技術(shù)在成本、穩(wěn)定性和效率方面仍存在一定劣勢(shì),這導(dǎo)致了在經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的驅(qū)使下城市低碳化轉(zhuǎn)型存在著極大的阻礙?，F(xiàn)有的城市新能源建設(shè)主要借助政策的激勵(lì),而非市場(chǎng)的驅(qū)使,一旦政策發(fā)生變化,能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整將會(huì)受到影響。在降低城市能源的消耗方面,建筑和交通是城市能源消耗最大的兩個(gè)部門(mén),建筑物所消耗的能源占到了整體能耗的40%,同時(shí)貢獻(xiàn)了溫室氣體排放量的30%[76-77]。我國(guó)高耗能建筑物的比例更是占近95%,單位建筑面積能耗是發(fā)達(dá)國(guó)家的2—3倍[78]。新的建筑材料的應(yīng)用、通風(fēng)制冷系統(tǒng)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)、建筑能源的自給化和多樣化等,能夠極大地提升建筑的能源利用效率。除技術(shù)和政策的影響外,人們的消費(fèi)模式和意愿同樣對(duì)能源的消耗和選擇有很大影響。因此,城市能源的轉(zhuǎn)型需要技術(shù)創(chuàng)新、社會(huì)、市場(chǎng)和政策的共同推進(jìn)。

3 走向可持續(xù)發(fā)展的城市轉(zhuǎn)型研究

關(guān)于城市可持續(xù)發(fā)展的研究主要集中于生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和地理學(xué)等領(lǐng)域,研究重點(diǎn)包括：(1)城市可持續(xù)發(fā)展的影響因素,多數(shù)研究從資源、環(huán)境、交通、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等單因素入手[79-80],涉及因素間相互作用關(guān)系的系統(tǒng)性研究較少；(2)城市可持續(xù)發(fā)展的模式,如從生態(tài)學(xué)視角出發(fā)構(gòu)建生態(tài)城市、低碳城市、園林生態(tài)城市等[81- 82]；(3)城市可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃,將可持續(xù)發(fā)展理念融入城市總體規(guī)劃和土地利用規(guī)劃等方面,如構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的道路系統(tǒng)和社區(qū)發(fā)展形式等[83]；(4)城市可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià),如城市生態(tài)網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)評(píng)價(jià)、可持續(xù)發(fā)展能力和潛力的評(píng)價(jià)體系建設(shè)及測(cè)度、城市承載力評(píng)價(jià)等；(5)城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)受到廣泛關(guān)注,如網(wǎng)絡(luò)生態(tài)廊道、綠色通道、環(huán)境廊道、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)等[84],通過(guò)對(duì)其空間結(jié)構(gòu)和景觀(guān)類(lèi)型的研究,調(diào)整區(qū)域的功能和結(jié)構(gòu),以改善城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[85]?？傮w而言,城市可持續(xù)發(fā)展研究已經(jīng)開(kāi)始從注重城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)向注重生態(tài)環(huán)境或社會(huì)生態(tài)的視角,國(guó)內(nèi)有關(guān)城市資源環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展的研究已與國(guó)外的研究水平相當(dāng),而且中國(guó)的城市化以及城市可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題已經(jīng)成為國(guó)際合作研究的重點(diǎn)方向之一。

城市的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題不僅是城市自身的問(wèn)題,也是城市與周邊區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展問(wèn)題。為此,必須通過(guò)以下五個(gè)“轉(zhuǎn)向”研究和建立城市化與區(qū)域生態(tài)的耦合和協(xié)調(diào)機(jī)制：(1)由以城市增長(zhǎng)為核心,周邊區(qū)域以滿(mǎn)足城市尤其大都市增長(zhǎng)的物質(zhì)資源需求的模式,轉(zhuǎn)向?qū)⒊鞘屑捌渲苓厖^(qū)域作為整體系統(tǒng),統(tǒng)籌協(xié)調(diào)其持續(xù)發(fā)展；(2)由重點(diǎn)關(guān)注城市對(duì)周邊區(qū)域的經(jīng)濟(jì)輻射效應(yīng),轉(zhuǎn)向關(guān)注城市經(jīng)濟(jì)-社會(huì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)功能,探討生態(tài)城市可能提供的各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；(3)由城市發(fā)展帶動(dòng)周邊區(qū)域資源開(kāi)發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)方式,轉(zhuǎn)向關(guān)注城市轉(zhuǎn)型和區(qū)域生態(tài)環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題；(4)城市周邊區(qū)域的功能由滿(mǎn)足城市化對(duì)各種物質(zhì)資源的需求,轉(zhuǎn)向如何優(yōu)化布局其水系、綠地、景觀(guān)廊道等,提升其對(duì)城市化的生態(tài)支撐作用；(5)由城市發(fā)展優(yōu)先、區(qū)域向城市單向利益輸送的管理思路,轉(zhuǎn)向如何實(shí)現(xiàn)城市與區(qū)域聯(lián)動(dòng)、多部門(mén)協(xié)調(diào)、利益分享的一體化多贏管理模式,以及建立何種決策支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)變。