长三角地区城市生态韧性时空分异特征及影响因素_吕添贵.pdf

长三角地区城市生态韧性时空分异特征及影响因素吕添贵，胡 晗，付舒斐，孔安妮（江西财经大学 旅游与城市管理学院，生态文明研究院，南昌；南京农业大学 公共管理学院，南京）摘要：基于生态系统抵抗力适应力恢复力框架构建城市生态韧性指标体系，运用空间自相关和 模型分析长三角地区城市生态韧性时空分异特征及其影响因素。结果表明：（）年长三角地区城市生态韧性水平介于 ，呈现时序异质性，上海、苏州、南京等城市生态韧性值较低，而南通、温州等城市生态韧性则有所提升；（）长三角地区城市生态韧性空间格局差异明显，年城市生态韧性呈现“东部低、中部高、西部低”的格局，年则呈现“北部高、中部低、南部高”的格局，并形成西南部较高水平生态韧性城市带和中部城市生态韧性低值走廊；（）长三角地区城市生态韧性水平具有非均衡性，全局 值变化幅度较大，且局部自相关集聚模式变化较大；（）经济要素对城市生态韧性具有正向促进效应，人口、技术和土地要素对城市生态韧性具有反向抑制作用。关 键 词：城市生态韧性；时空分异；影响因素；模型；长三角地区中图分类号：文献标志码：文章编号：-（）-：-收稿日期：；修回日期：基金项目：国家自然科学基金项目（，）；江西财经大学第十七届学生科研课题（）作者简介：吕添贵（），男，福建龙岩市人，副教授，博士，主要从事城乡发展与土地利用研究，（）。通信作者：胡晗（），男，江苏南通市人，硕士研究生，主要从事城市生态韧性研究，（）。引言 随着我国城市化与工业化的快速推进，城市生态安全问题呈多发高发态势，给区域生态系统带来巨大压力，生态风险问题日益严峻。近年来城市旱涝胁迫交替灾害频繁发生，尤其是 年以郑州市为代表的城市内涝胁迫事件，使得城市生态安全脆弱性受到广泛关注。面对日益凸显的城市生态风险，为提高城市生态系统抵抗、适应与恢复能力，城市生态韧性理念应运而生。为此，如何抵御城市生态风险冲击、调整适应并快速恢复，已成为当前智慧城市建设的研究热点之一。围绕城市生态韧性主题，国内外学者进行了诸多探讨。“韧性”概念从物理学被引入到生态学，形成“生态韧性”，此后为适应智慧城市建设需求，“城市生态韧性”被用于描述城市生存、适应和发展能力；研究领域横跨城市建设与规划、城市灾害应急和智慧城市等；评价体系逐步拓展到规模、密度、形态等多维度；研究方法主要包括系统仿真、情景模拟和耦合协调度等；研究主题聚焦于形成机理、韧性评估和政策路径，以及人口聚集、地形地貌、资源禀赋等对城市生态韧性的影响效应等。现有城市生态韧性研究主要基于行政边界展开，而缺乏对其演进特征、空间关联和区域差异的解释，对于科学制定城市建设管理政策具有一定的局限性。此外，从城市生态韧性内涵视角构建指标体系的研究较为少见。长三角地区作为高强度土地开发利用区域，其生态风险管控研究主要聚焦于土地利用覆被变化、城市土地整治和城市生态安全屏障构建等，而基于城市生态抵抗、适应和恢复视角构建韧性评价体系较为鲜见，且探讨城市生态韧性时空演化规律的研究相对缺乏。鉴于此，本研究以长三角地区 个中心区城市为基本单元，运用熵权法测算区域城市生态韧性水平，采用空间自相关模型和 模型剖析城市生态韧性空间演变特征和影响因素，并提出城市生态韧性优化路径，为长三角地区智慧城市建设提供决策依据。研究区域研究区域为长三角地区，包括长江三角洲区域一体化发展规划纲要确定的以上海为核心，南京、杭州为次中心的跨三省一市的 个中心区城市，其以占全国的国土面积贡献全国的 。长三角地区在生态环境建设方面具有风景资源独特、水乡聚落点多面广等优势，具备较强的生态响应能力。当前，长三角地区致力于打造生态绿色一体化发展示范区，探讨其城市生态韧性时空演化和影响因素，有助于防范和化解城市经济发展与环境保护之间的生态风险，有利于推动长三角地区复杂城市系统的生态转型。研究框架、指标体系与研究方法 研究框架随着城市内涝干旱胁迫、环境污染等灾害事故频发，以生态风险和环境风险为核心的城市生态韧性评估成为研究重心。城市生态韧性强调生态系统在重新组织成新结构前能化解不确定风险的抵抗适应恢复能力。其中，抵抗能力强调生态系统抵抗外力的水平，第 卷 第 期 年 月地域研究与开发 表现为对生产生活和工农业生产过程中废弃物和污染物排放活动的响应。适应能力围绕水气土能等维度展开，聚焦区域林木、水体等生态系统，强调其吸收城市化进程中工业建设等活动带来的空气污染物和二氧化碳的能力。恢复能力通过增加城市绿化面积以提高生态系统服务和供给能力；同时，降低污染物排放水平有助于提高污染物治理和生活废水处理能力以及废弃物净化水平。基于抵抗适应恢复能力理论框架有助于客观科学揭示城市生态风险的全过程，为此，本研究将城市生态韧性定义为城市在经济社会发展中，由于内部压力或外部干扰而引发环境变迁时所表现出来的抵抗能力、适应能力和恢复能力（图）。图 城市生态韧性分析框架 指标体系构建借鉴 的研究，将水、土、气、能、工农业、生产生活等维度纳入分析框架，基于抵抗适应恢复能力框架构建城市生态韧性水平评价指标体系（表）。其中，总量型指标能反映对象的总体规模或水平，人均型指标能反映对象的相对水平和普遍程度，采取总量型和人均型指标相结合的方式评价城市生态韧性水平。（）抵抗能力表征为城市受到冲击时的脆弱性和敏感度。选取工业二氧化硫排放量、工业烟尘粉尘排放量、工业废水排放量来表征工业污染情况；选取化肥施用强度（单位播种面积土地的农业化肥施用量）表征农业污染概况；选取 、生活垃圾清运量和能源（原煤、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油、热力、电力和天然气）碳排放量表征生产生活对环境的影响。（）适应能力表征城市面临干扰而进行调整的水平。选取工业烟（粉）尘去除量反映城市适应能力；选择工业用电和天然气供气量反映城市生态系统吸纳效果；选取人均日生活用水量和排水管道长度表征城市水资源吸纳效果；选取道路清扫保洁面积和城市建成区占比表征城市生态系统响应成效。（）恢复能力体现为城市经历扰动后的恢复速度和修复程度。选取建成区绿化覆盖率、建成区绿地率和人均公园绿地面积衡量城市绿化建设情况；选取一般工业固体废物综合利用率、污水处理厂表 城市生态韧性水平评价指标体系 目标层 系统层指标层 属性权重城市生态韧性抵抗能力适应能力恢复能力工业二氧化硫排放量（）（）工业烟尘粉尘排放量（）能源碳排放量（万）工业废水排放量（）生活垃圾清运量（万）化肥施用强度（）道路清扫保洁面积（万）工业烟（粉）尘去除量（）城市建成区占比（）工业用电（万）人均日生活用水量（）天然气供气量（万）排水管道长度（）建成区绿化覆盖率（）建成区绿地率（）一般工业固体废物综合利用率（）污水处理厂集中处理率（）生活垃圾无害化处理率（）人均公园绿地面积（）三废综合利用产品产值（万元）集中处理率、生活垃圾无害化处理率和三废综合利用产品产值等测度恢复效果。研究方法与数据来源 熵权法。熵权法根据各项指标值变异程度来确定指标权数，是有效消除量纲影响、统筹复杂体系的客观赋权法，能避免人为主观因素带来的偏差。首先，通过数据标准化消除量纲对评价结果准确性的影响；其次，确定评价指标间的相对重要性权重；最后，利用指标权重乘以标准化值求得城市生态韧性值。空间自相关。城市生态韧性具有明显地域特征，全局 可揭示长三角地区城市生态韧性整体空间平均关联程度，局部自相关统计量则可以分析局部单元变量值间的相关性，。本研究采用局部空间自相关的 散点图来揭示韧性水平的局部空间集聚规律。模型。可拓展的随机性的环境影响评估模型（，）由 模型发展而来，用于探讨人类活动对环境的影响，可以不必满足 模型不同因素对环境压力贡献相同的设定要求，公式如下：。式中：代表城市生态韧性；代表人口总量；代表富裕度，用人均 来衡量；代表技术，用能源强度即单位 能耗来表征；代表其他重要变量矩阵；代表地区；代表时间；，是变量的系数；是常数项；是回归残差项。第 期吕添贵，等：长三角地区城市生态韧性时空分异特征及影响因素 数据来源。经济社会数据来源于 年的中国城市统计年鉴中国环境统计年鉴中国城乡建设统计年鉴中国区域经济统计年鉴以及江苏、浙江、安徽和上海三省一市的统计年鉴。数据来源于达尔豪斯大学大气成分分析组。所有经济指标数据均以 年为基期进行消胀处理，部分缺失值经过函数插值处理。城市生态韧性时空分异特征 城市生态韧性时空动态演进特征 城市生态韧性时序分析。利用熵权法测度长三角地区典型年份城市生态韧性水平（图）。年，长三角地区城市生态韧性水平始终介于 。其中，湖州城市生态韧性水平最高，而上海城市生态韧性水平最低。城市生态韧性存在区域差异，上海、南京、杭州和苏州等区域中心城市生态韧性普遍较低，且有弱化趋势；而南通、池州、温州和铜陵等城市普遍有提升趋势，该现象与这些城市积极推进工业转型、产业迈向中高端密切相关。城市生态韧性空间演进格局。利用自然断点法将城市生态韧性由低到高划分为低水平区、中水平区、较高水平区和高水平区（图）。研究区城市生态韧性分布具有空间非均衡性，呈现出空间集聚态势和地带性特征。低水平区分布在南京、苏州和上海等城市，中水平区集中在皖中、苏南地区，较高水平区由浙江的内陆城市构成，高水平区散布在湖州、舟山等地。铜陵、温图 长三角地区城市生态韧性水平时序演变 州、盐城和南通等城市生态韧性有所提升，而无锡、绍兴等城市呈下滑趋势。时空格局上，年研究区城市生态韧性表现出“东部低、中部高、西部低”的态势；年则呈现出“北部高、中部低、南部高”的态势，且形成了西南部较高水平生态韧性城市带和中部城市生态韧性低值走廊。总体上，低水平区和中水平区的数量结构变化较为平稳，但较高水平区和高水平区变化较大。以 年为节点，年前高水平区城市数量逐渐减少到 个，而 年数量又增加到 个。该现象与 年后大力推进生态文明建设有关，有效改善了水、大气和土壤环境。绿色转型推动生态文明建设使得较高水平区的城市由 年的 个和 年的 个增加到 年的 个。年较高水平区城市数量回落到 个，则是因为原先较高水平区的南通、池州等工业转型城市转变为高水平区所致。图 长三角地区城市生态韧性时空格局演变 说明：基于自然资源标准地图服务网站审图号为（）号标准地图制作。底图无修改 城市生态韧性空间关联格局特征 全局相关特征。利用空间自相关模型对长三角地区城市生态韧性进行空间非均衡性分析（表）。长三角地区城市生态韧性 均为负值，介于 。年以及 年 值显著负相关，表明该时期城市生态韧性水平分布离散程度较强，即韧性水平高值区与低值区相互邻近影响。其他年份的 值未通过显著性检验，表明该时期城市生态韧性水平处于随机分布状态且不存在空间集聚效应。年 值呈现“”型变化，年呈现“”型变化，表明该时期城市生态韧性的空间离散程度呈反复震荡态势，空间非均衡特征凸显。年后 值逐渐趋向平稳上升，表明该时期城市生态韧性的离散趋势减弱，空间分异特征逐渐缩小。局部相关特征。利用 软件构建长三角地区城市生态韧性莫兰散点图（图）。局部 指数表明城市生态韧性存在负空间关联和空间非均衡性，地域研究与开发第 卷表 全局 检验结果 年份 年份 将 个城市划分为“高高”集聚型（）、“高低”极化型（）、“低高”塌陷型（）和“低低”均质型（）类。总体上，研究区局部自相关 类集聚模式空间稳定性较好，但数量结构变化较大。“高高”集聚型（）城市生态韧性空间差异较小，城市自身与邻近城市生态韧性都较高，且呈显著正相关。在空间上主要包括盐城、温州和杭州等城市，呈“点状零散 块状集聚”分布；在数量上由 年的 个城市减少到 年的 个城市再增加到 年的 个城市。“低高”塌陷型（）城市生态韧性的空间异质性显著，城市自身生态韧性水平低于周边城市，表现出高值环绕的负向关系。在空间上涵盖南京、无锡、合肥、宁波等地区，呈零星分布；在数量上波动较大，先由 年的 个城市增加为 年的 个城市，后又减少到 年的 个城市。“低低”均质型（）城市生态韧性空间异化较小，城市自身生态韧性水平与周边地区差距相对较小，显示出显著空间负相关性。在空间上主要包括苏州、泰州、马鞍山等城市；在数量结构上，呈现“两端年份数量多，中间年份数量少”的格局。“高低”极化型（）城市生态韧性空间差异较大，尽管目标城市自身生态韧性值较高，但其邻近城市生态韧性较低，呈现出低值环绕的负相关性。在空间上主要包括南通、舟山、湖州等城市，呈“点状零散 团状集聚”分布；在数量结构上，呈现“两端年份数量少，中间年份数量多”的格局。图 研究区城市生态韧性的 散点图 城市生态韧性影响因素与优化路径 城市生态韧性影响因素 城市生态韧性影响因素选取。城市发展过程伴随着人口聚集、经济增长、科技进步以及生态扰动。本研究将城市生态韧性定义为被解释变量，借鉴投入产出模型和 模型遴选影响因素。在投入方面包含土地、资金和人口要素，产出包括经济、社会和生态维度；模型强调人口、经济和技术要素是影响环境的核心因素。为此，从人口、经济、技术和土地 个方面选取解释变量。首先，选择人口总量、人均 和能源强度来衡量人口、经济和技术要素；其次，考虑到人口流动、经济活动和技术研发活动的复杂性和溢出效应，以单个指标进行分析比较片面，选取非农人口占比指代人口要素，选取地区贸易开放度表征经济要素，选取科技投入占比衡量技术要素。此外，土地要素是人类活动和自然活动的空间载体，土地利用与生态紧密联系，选取房地产投资完成额和地均财政收入来代表土地要素（表）。城市生态韧性影响因素分析。总体而言，经济要素对城市生态韧性起正向驱动作用，其他要素和指标对城市生态韧性起反向阻滞作用。人口要素对城市生态韧性呈反向抑制作用。一方面，人口总量的增加会带来更多物质和能源消费，对城市产生更多生态压力。第 期吕添贵，等：长三角地区城市生态韧性时空分异特征及影响因素表 城市生态韧性影响因素分析 变量表征指标要素类型回归系数 人口总量人口要素 （）非农人口占比人口要素 （）人均 经济要素（）地区贸易开放度经济要素（）能源强度技术要素 （）科技投入占比技术要素（）房地产投资完成额土地要素（）地均财政收入土地要素 （）说明：括号内为 值；，分别表示在，置信区间具有显著性如上海、南京等超特大城市巨大的人口拉力，不断吸纳中西部和周边地区的人口；同时，人口增加会对环境产生负面影响，如森林资源破坏和湿地滩涂减少。另一方面，非农人口占比增加，尤其是产业非农化消耗了大量的耕地资源与石化能源，这在“化工围江”的长江沿岸城市尤为突出，以沪宁杭工业基地为代表的工业集聚区排放了大量二氧化碳，对大气环境产生了负面效应。非农人口占比对城市生态韧性负向驱动效应最大，其每增加，城市生态韧性相应下降 。经济要素对城市生态韧性呈促进作用。首先，人均 对城市生态韧性具有显著的正向增长效应，其每提高，城市生态韧性相应增加 。究其原因，一方面经济增长为环境整治提供了足够的经费投入，为碳中和技术攻关行动等绿色科研活动提供了资金；另一方面间接增强了居民环保意识，这在上海、宁波、杭州等城市表现尤为明显。其次，地区贸易开放度对城市生态韧性产生正向作用，但在统计上不显著。究其原因，地区贸易开放度的提高有利于城市生产规模和居民收入的提高，从而为环境治理提供更充足的资金；同时，外部投资也将带来母国的环境友好型工艺和产品，并通过污染晕轮效应和技术外溢效应促进城市工业产业向中高端转型。技术要素负向驱动城市生态韧性提升。其中，能源强度每增加，城市生态韧性相应下降 ，而科技投入占比对城市生态韧性产生不显著的负向影响。究其原因，技术进步能够提高能源利用效率，但也会刺激能源消耗抵消因技术进步带来的正向环境效应。此外，相较于绿色偏向型技术进步，生产导向技术进步有助于提升生产效率，引致投入要素增加和产能扩张，因其短期内能带来瞬时优势，该模式更容易被地方政府和企业所选择。土地要素是城市生态韧性的反向抑制因素。房地产投资完成额和地均财政收入均与城市生态韧性呈负相关，其弹性系数分别是 和 。城市扩张和房地产业发展刺激了对水泥、建材和钢铁等高耗能行业的需求，降低了城市环境绩效。此外，大规模土地开发利用造成了城市不透水地面增加和人均公共绿地面积降低，改变了城市碳源碳汇结构。城市生态韧性优化路径长三角地区仍处于智慧城市建设的关键期，其经济、人口、技术和土地要素对城市生态韧性存在促进或抑制效应，未来应从引导人口流动、发展绿色贸易、发展低碳技术和保持城市均衡发展等方面加以完善（图）。人口要素优化路径。充分利用上海、南京等大城市的辐射带动作用，以发展工业和服务业增加就业岗位，推动人口向中小城市流动，缓解人口规模增加对生态环境的压力。加大对安徽等劳务输出大省的政策支持力度，积极承接沿海地区劳动力密集型产业转移，鼓励流动人口就近就业。推动上海、苏州等长江沿岸城市产业结构转型升级，引导就业人口向第三产业转移。经济要素优化路径。通过改善营商环境和鼓励改革创新等措施，健全工资合理增长机制，提高安庆、滁州等城市的人均可支配收入。发展绿色贸易和严格控制高污染、高能耗行业规模，提高长三角地区的对外贸易门槛，尤其是上海、苏州等城市对外资的引入应设置较高的环境准入门槛，引导外资向低能耗和低排放行业倾斜。技术要素优化路径。一要完善江苏、安徽等地区的工业能源使用结构，加快零碳排放等关键技术攻关，提高能源使用效率；二要鼓励苏州、南京等工业城市引进低碳技术和创新绿色偏向型技术，加快清洁生产技术在行业、企业的布局，实现区域能源消费低碳化。土地要素优化路径。一要鼓励上海等大城市土地节约集约利用，提高城市空间利用效率；二要优化土地年度供应计划，引导土地出让指标向低碳行业倾斜；三要支持地均财政收入较低的安徽地区发展，引导上海、南京等城市的创新要素向安徽流动，形成大中小城市均衡发展的新格局。图 城市生态韧性优化路径 结论与讨论 结论长三角地区城市生态韧性整体水平较高且较为稳定，但区域内差异显著，上海、南京等城市生态韧性普遍较低，南通、温州等城市生态韧性具有上升趋势。长三角地区城市生态韧性空间分布差异明显，较高地域研究与开发第 卷水平区和高水平区的数量结构变化较大，但呈现出空间集聚态势和地带性特征。年城市生态韧性表现出“东部低、中部高、西部低”的态势，年则呈现出“北部高、中部低、南部高”的态势，形成西南部较高水平生态韧性城市带和中部城市生态韧性低值走廊。长三角地区城市生态韧性水平分布空间非均衡特征凸显且呈负相关，离散程度较强，且全局 值呈反复震荡变化态势，年后空间分异才逐渐缩小。局部自相关的 类集聚模式则均显现出空间相对稳定性较好但数量结构变化较大的特征。经济要素对城市生态韧性具有正向驱动影响，人口、技术和土地要素对城市生态韧性表现出负向抑制作用。未来应挖掘经济要素的促进作用，采取引导人口流动、发展低碳技术和保持城市均衡发展等措施。讨论近年来全球气候变化导致我国城市内涝和干旱频发，尤其是长三角地区生态禀赋和社会经济条件差异明显，在受到外界冲击时会呈现出不同韧性状态，生态风险不可避免地外溢到周边城市，如何构建广域生态韧性协同治理模式，缓解其生态资源禀赋、环境承载力等制约因素所带来的反向阻滞效应，将是未来值得探讨的研究方向。此外，囿于数据可得性，在指标体系中未能纳入生物多样性等指标。因此，探寻更全面的城市生态韧性评价体系也是未来努力的方向。参考文献：夏楚瑜，董照樱子，陈彬 城市生态韧性时空变化及情景模拟研究：以杭州市为例 生态学报，（）：周利敏 韧性城市：风险治理及指标建构：兼论国际案例 北京行政学院学报，（）：，（）：杨保清，李贵才，刘青 基于 模型的国际社区社会韧性评价分析：以广州小北 个国际社区为例 地域研究与开发，（）：陈韶清，夏安桃 快速城镇化区域城市韧性时空演变及障碍因子诊断：以长江中游城市群为例 现代城市研究，（）：陈轶，刘涛，陈睿山，等 南京老旧社区居民洪涝韧性及影响因素：以鼓楼区为例 地域研究与开发，（）：王少剑，崔子恬，林靖杰，等 珠三角地区城镇化与生态韧性的耦合协调研究 地理学报，（）：陈天，李阳力 生态韧性视角下的城市水环境导向的城市设计策略 科技导报，（）：徐耀阳，李刚，崔胜辉，等 韧性科学的回顾与展望：从生态理论到城市实践 生态学报，（）：，（）：李彤玥 韧性城市研究新进展 国际城市规划，（）：张明斗，冯晓青 中国城市韧性度综合评价 城市问题，（）：赵瑞东，方创琳，刘海猛 城市韧性研究进展与展望 地理科学进展，（）：，（）：张艳，唐海康，庞祯敬 地方分权改革对县域公共教育资源供给水平的影响研究：来自四川省 个“扩权强县”试点县的经验证据 教育与经济，（）：王忙忙，王云才 生态智慧引导下的城市公园绿地韧性测度体系构建 中国园林，（）：于伟，张鹏 中国农业发展韧性时空分异特征及影响因素研究 地理与地理信息科学，（）：，：，：魏璐瑶，陈晓红 基于精明发展的城市绩效与生态环境耦合研究：以哈长城市群为例 地理科学，（）：沈洁，李燕，夏春红，等 云南省城市生态韧性测度及时空演变研究 中国资源综合利用，（）：，（）：孙阳，张落成，姚士谋 基于社会生态系统视角的长三角地级城市韧性度评价 中国人口资源与环境，（）：王少剑，方创琳，王洋 京津冀地区城市化与生态环境交互耦合关系定量测度 生态学报，（）：谷祖莎 我国贸易开放对碳排放影响的区域比较研究 山东社会科学，（）：徐菁，徐慧琳，靳诚 长三角地区旅游经济等级空间演变及溢出效应 地域研究与开发，（）：第 期吕添贵，等：长三角地区城市生态韧性时空分异特征及影响因素 ，（；，；，）：（），（），“”，“”，（），（），：；（上接第 页）张仲伍，畅田颖，高鑫 黄河流域生态经济协调发展研究 地域研究与开发，（）：环境保护部，中国科学院 关于印发全国生态功能区划（修编版）的公告 （）：罗明，张琰，张海 基于自然的解决方案在山水林田湖草生态保护修复工程指南中的应用 中国土地，（）：，（，；，）：“”，：；地域研究与开发第 卷