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1、全球變化與城市生態(tài)摘要：城市地區(qū)是推動多尺度環(huán)境變化的熱點。物質生產和人類消費的需求改變著從城市本身到地域性的土地利用與覆蓋，生物多樣性和水循環(huán)系統(tǒng)，同時城市垃圾排放影響著城市本身到全球性區(qū)域多個尺度的生物地球化學循環(huán)與氣候。而對于城市本身而言，全球環(huán)境變化已被當?shù)仫@著的環(huán)境變化所掩蓋。城市生態(tài)學集自然科學和社會科學，研究如何根本性地改變當?shù)丨h(huán)境及其對區(qū)域和全球影響等此些問題?，F(xiàn)今城市可持續(xù)發(fā)展的問題和解決方案均面臨著全球城市化不斷發(fā)展的挑戰(zhàn)。人類現(xiàn)在正在經歷一場引人注目的城市生活轉移，然而1900年只有1
2、0%的全球人口是城市居民，現(xiàn)在這一比例超過50%，且在未來50年將增加更多(圖1)。95%以上的全球凈增長人口將在發(fā)展中國家的城市,這將接近今天大多數(shù)工業(yè)化國家80%的城市化水平。此外，個別城市發(fā)展到前所未有的規(guī)模，幾乎所有新的大城市(>1000萬，按照慣例)均出現(xiàn)在發(fā)展中國家(圖1)。城市人口的增長伴隨著經濟增長和人口結構的變化，尤其是在人口眾多的中國和印度。更多的生產需求需要附近和遙遠的生態(tài)系統(tǒng)提供服務。在20世紀的大部分時間里生態(tài)學家們避開城市地區(qū)，其結果是導致生態(tài)知識對解決城市環(huán)境問題作出的貢獻甚微
3、。然而,最近越來越多的生態(tài)學家與其他科學家、規(guī)劃師和工程師合作，旨在了解并進一步形成此些優(yōu)越的生態(tài)系統(tǒng)。隨著在10年前建立在國家科學基金會資助的美國城市研究項目和其不同于之前的努力(見第1部分引用的可支持在線材料)，城市生態(tài)學也已經開始改變生態(tài)學這門學科。城市生態(tài)學集成了自然科學和社會科學的理論和方法研究城市生態(tài)系統(tǒng)的模式和流程。城市生態(tài)進化的概念框架視城市為具有異質性和動態(tài)的景觀與復雜、自適應性的社會生態(tài)系統(tǒng)。在該生態(tài)系統(tǒng)中，提供生態(tài)系統(tǒng)服務需鏈接多尺度下的社會和生態(tài)系統(tǒng)。城市生態(tài)學家們尋求城市生態(tài)系統(tǒng)中
4、的共性，認識城市生態(tài)系統(tǒng)內的社會生態(tài)是如何相互作用的，以及他們扮演著環(huán)境變化的驅動者和響應者。在此，我們專注于五大類型的全球環(huán)境變化與城市生態(tài)系統(tǒng)的相互影響(圖2)：即土地利用和覆蓋變化，生物地球化學循環(huán)、氣候、水循環(huán)系統(tǒng)和生物多樣性。我們認為城市本身為許多全球性變化的縮影，這些信息測試案例用于解釋社會生態(tài)系統(tǒng)的動力學和響應變化。城市化對土地利用和覆蓋變化的影響在過去的一個世紀前所未有的城市人口增長率發(fā)生在小于3%的全球陸地表面，但其影響是全球性的，有78%的碳排放，60%的居民用水，和76%的木材用于工業(yè)
5、用途，這些都歸因于城市(6)。土地變化用于建設城市和支持城市人口本身的需求，并驅動其他類型的環(huán)境變化(圖2)。城市居民依賴于生態(tài)系統(tǒng)的生產力和同化能力遠遠超出他們的城市邊界——“生態(tài)足跡”一個城市成千上百次占領其所在區(qū)域——用于產生能量流動，物質和非物質的服務(包括廢物吸收)，維持人類健康和生活質量(7、8)。同時，大城市群是人類聰明才智的標志，在人均基礎上比小城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)或農村可能需要更少的資源(9)(見第2節(jié)中引用的支持在線材料；圖S1和S2和表S1)。甚至在古代，一個高度分層的精英城市過度的需求將導致生
6、產性景觀的退化，最終導致成功社會的崩潰(例如公元前3年美索不達米亞的鹽漬化)(10)。雖然最近全球化趨勢不斷加劇，幾個世紀前歐洲消費者的需求導致殖民土地的森林砍伐，最近西半球國家對牛肉的需求改變了新的世界，使得許多熱帶雨林轉變?yōu)槟翀觥Ｍ瑫r在區(qū)域范圍內，由人口流動帶來的土地利用變化最明顯。感知機會在城市中心日益增長，而農村的設置機會缺乏，造成景觀退化和不平衡的經濟系統(tǒng)，使得遷移成為了20世紀下半個世紀整個時期內最偉大的人類環(huán)境實驗。僅在中國，超過3億人可能會搬到城市，改變他們家鄉(xiāng)的景觀和這種持續(xù)建設城市的強大
7、力量已經令人難以置信。從長遠來看，短缺的建筑材料如金屬、煤炭、水泥、和木材可能會限制中國的城市化，然而，對此施加壓力還有全球基礎設施的增長(13)。城市化會增加班塊碎片和多樣性，這可表示為更多的邊緣（即不同土地覆蓋類型之間的接口）或更小的班塊（如亞利桑那州中部的城市、住宅區(qū)和沙漠用地班塊分別為20、100和650公頃）。城市土地利用通常會留下受生態(tài)特征影響的景觀遺產。在鳳凰城，例如40年后以前農業(yè)土地仍可表現(xiàn)出獨特的土壤生物地球化學性質且經過幾個世紀在該地區(qū)和其他地方仍可顯示農業(yè)遺產。一篇飽受爭議的城市規(guī)劃
8、假設認為，城市的形態(tài)跟隨土地利用模式功能，導致土地利用的多樣性安排(18)。然而，最近的一項研究發(fā)現(xiàn)表明中國的四個集中式城市形態(tài)在形狀、大小和增長率上有不盡相同的經濟和政治驅動程序。土地使用政策(即分區(qū)，主計劃，增長邊界)幫助確定城市形式及其影響，但西雅圖地區(qū)的一項長期研究發(fā)現(xiàn)，加大管理力度來使得增長邊界內增加住房密度卻無意間鼓勵農村低密度住宅的擴張和荒地面積變多。當?shù)匾?guī)模城市生態(tài)中心的城市設計和建筑之間的關系，
