本文发表于国际期刊Environmental Impact Assessment Review,2025年第110卷,通讯作者为南京农业大学的郭杰教授。
文章指出,城市扩张被认为是生态系统服务(ES)损失的主要驱动因素,快速城市化地区ES的变化备受关注。文章评估了三种城市扩张模式(边缘扩张、内部填充和跳跃式)对中国长江三角洲地区(YRDR)五个代表性生态系统——碳固存、食物生产、栖息地质量、土壤保持和产水量——的差异性影响。采用随机森林模型来量化社会-生态驱动因素对三种城市扩张模式变化的影响。研究结果表明,边缘蔓延是城市扩张的主要模式,它导致了三个关键生态系统的更高的损失,因此比内部填充和跳跃所造成的损失更为重要。尽管城市扩张导致的生态系统损失主要是由自然驱动因素的变化所驱动的,但社会驱动因素对生态系统的影响是可变的,有时甚至是强大的。不同扩张模式下主导社会生态驱动因子对ES价值变化影响的差异主要体现在相对重要性上。此外,社会生态驱动因素对跨越式扩张下ES变化的整体解释力较低。建议针对不同的城市扩张模式制定和实施不同的生态系统保护策略,以实现城市发展与生态系统保护的平衡。本研究可为快速城市化地区制定精细化的城市发展规划,实现人地系统的可持续发展提供契机。
文章以长江三角洲地区(YRDR)为研究区,该地区是中国经济和社会发展最快的地区之一。人类与生态系统的关系错综复杂,对生态系统的结构、过程和功能产生了巨大的压力,导致生态脆弱、生物多样性减少和生态系统退化。在此背景下,YRDR是分析不同城市扩展模式下主导驱动因素对ES变化的根本差异的理想区域。
文章的研究目的是(1)阐明不同城市扩张模式和ES变化的空间明确分布,(2)确定城市扩张模式对ES变化的不同影响,(3)确定不同城市扩张模式中ES变化的主要驱动因素。
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绘制城市扩张模式:为了确定城市扩张的三种模式(边缘扩张、内部填充和跳跃式),文章采用了Liu等人在2010年引入的景观扩张指数(LEI)。LEI可以量化新开发的城市地区和预先存在的城市斑块之间的空间关系,以对城市扩张模式进行分类。
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结果显示,2000-2020年,长江中下游地区城市面积扩张了10,257.6km2,年均扩张面积为512.9km2。最显著的扩张发生在2005-2010年,面积为5457.2km2,占过去20年总扩张的53.2%。20年间,长江中下游地区城市扩张的主要模式为边缘蔓延型,面积为8180.5km2,占总扩张面积的79.8%。相比之下,内部填充和跳跃式扩张分别仅占9.3%和11.0%。
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评估ES及其变化:文章考虑了对人类福祉有根本贡献并受到城市扩张显著影响的五个ES:碳封存、食物生产、栖息地质量、土壤保持和产水量。结果显示,五种ES的时空格局和变化表现出显著的异质性。2000年至2020年间,总碳汇量大幅增加,达到524.1x108gC。近20年来,粮食总产量增长了232.0×106t。粮食产量增加的地区主要位于YRDR的北部,尤其是西北平原地区。栖息地质量下降2.5×106,市中心及其周边地区的栖息地质量下降幅度最大。土壤保持总体增加了301.3×108t,主要位于YRDR的西南部地区。总产水量增加了1000.2×108mm。
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量化不同城市扩张模式造成的ES损失:为了量化被广泛认可的对ESs的负面影响,文章首先统计了城市扩张地区5个ESs在20年期间的总损失。然后,根据确定的城市扩张模式计算了不同扩张模式中ES损失的平均值。结果显示,三种城市扩张模式对五种生态系统总损失的贡献不同。边缘扩张占了绝大部分的损失,这取决于ES。除产水量外,跳跃式是剩余损失的大部分原因。
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确定不同城市扩张模式下ES价值变化的主导驱动因素:文章采用随机森林分析来确定不同城市扩张模式下主导社会-生态驱动因素对ES价值变化的相对重要性。结果显示,2000-2020年间,城市扩张1km导致固碳量损失5.78×104gC,食物生产量损失6.9t,栖息地质量损失384单位,土壤保持损失0.19×104t,产水量损失22.0×104mm。
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阐明社会生态驱动因素对不同城市扩张模式下生态系统变化的贡献是有效城市规划和管理的关键前提。在YRDR的所有三种扩张模式中,自然生态驱动因素的统计显著影响往往很强,并主导着社会经济驱动因素的影响。
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本文研究了城市扩张模式对生态系统的不同影响,以及影响长三角生态系统变化的主要社会生态驱动因素。文章确定边缘扩张是城市扩张的主导模式,并进一步表明,边缘扩张造成的三个关键ES的损失比内部填充和跳跃造成的损失更高,因此更为显著。因此,扩展边缘保证了未来力学分析的高度优先性。尽管城市扩张导致的ESs损失主要是由自然驱动因素的变化驱动的,但社会驱动因素对ESs有着可变的、有时甚至是强大的影响。此外,社会生态驱动因素对跨越式扩张下ES变化的总体解释力较低。这两个观察结果都强调了理解城市扩张模式如何影响社会驱动因素的重要性,以及这些理解不足的驱动因素如何影响ES。
原文请见:Yi D, Guo J, Pueppke S G, et al. What dominates the variation of ecosystem services across different urban expansion patterns? - Evidence from the Yangtze River Delta region, China. Environmental Impact Assessment Review, 2025, 110: 107674.