城市食物代谢的动态过程及其水-碳足迹响应——以北京市为例

食物代谢是城市物质能量代谢的基础性过程之一。论文系统分析了1978—2015年北京市城市食物代谢通量、结构和效率的动态变化过程,并核算其水-碳足迹,提出优化城市食物代谢的有效途径。结果表明:1)2015年北京市食物代谢通量为881.4万t,比1978年增加了3.3倍,其中植物源食物增加了2.5倍,动物源食物增加了12.0倍,由此引发的水-碳足迹分别增加了6.1倍和4.4倍;2)北京市食物代谢的通量结构和水-碳足迹结构均呈现出主食为主转向主副食替代、植物源食物为主转向动植物源食物并重的演变特征;3)"过度饮食"特别是高比例肉类消费,不但影响了城市居民健康水平,也显著扩大了城市人均环境足迹,导致食物代谢的生态效率指标从1.27降低至0.32;4)降低城市食物代谢的足迹影响需要优化产业链供应,倡导绿色健康消费模式。     

城市食物系统演化的人地耦合启示及驱动力——以北京食物系统为例

为探明“城市化如何驱动食物系统变化”以及“食物系统变化蕴含何种人地耦合关系”的问题,本文以北京食物系统为例,研究了该食物系统自1978年以来的演变过程,揭示食物系统演变蕴含的人地耦合关系;并建立食物系统变化指标体系和城市化驱动力指标体系,运用驱动力评价、格兰杰因果关系检验、回归分析与网络分析相结合的方法研究北京食物系统演变的驱动力及作用机制。结果发现：近40多年来北京食物系统总体经历了本地农业生产不断弱化、食物消费需求持续增长、食物流通里程不断增加的演变过程。这种变化从地理学视角来看本质上是城市食物消费蕴含的人地耦合关系从邻近扩展到更远距离的过程——即食物系统近远程耦合的演化过程。在驱动该过程的影响因素中,居民收入增长是主要的初始驱动力,要素非农化是主要中间环节,人口集聚则具有最广泛的影响,最终导致外埠供应比例不断上升,食物里程持续增长。研究表明：蕴含在食物系统中的人地关系不只局限于特定的地点、特定的区域,而是以“流空间”与地点空间相互连接、相互渗透的形式呈现出来。因此,需要采取一种整合“流空间”与地点空间的理论视角及研究方法来认知此类开放系统中的人地耦合关系。     

水足迹视角下黄土高原经济林果扩张的水安全风险分析——以苹果种植为例

以苹果为主的黄土高原经济林果种植规模持续扩张,耗水量不断增多,潜在的水安全风险增大。量化苹果生产水足迹,讨论苹果生产扩张带来的水安全风险,对科学指导未来黄土高原苹果健康发展具有重要意义。本文基于ArcGIS和CROPWAT软件,选取2000—2019年黄土高原44个市（州）,探究了苹果水足迹的时空分布规律及水安全风险。结果表明：2000—2019年,黄土高原苹果种植面积增长了1.3倍,产量增长了3.1倍,呈“北移西扩”的发展趋势;苹果绿水足迹占比的空间分布与降雨量基本一致,从东南向西北递减,蓝水足迹空间分布正好相反;苹果水足迹总量从74.42亿m³增长到108.04亿m³,占农业耗水量的比例由42.78%提升至65.63%,灰水足迹占比高达13.88%,黄土高原苹果生产面临严峻的水安全风险。因此,应适度控制黄土高原苹果种植规模的进一步扩张。本文可为评价黄土高原苹果种植规模扩张背后的水安全风险提供依据。     

城市餐饮食物浪费的磷足迹及其环境排放——以北京市为例

除了威胁食物安全,食物浪费不仅造成了资源的巨大浪费,还给环境带来了沉重的压力。食物中的磷元素是人类所必需的基本元素,其代谢过程也是生态系统循环重要的组成部分。磷肥一方面能够增加粮食产量,另一方面也会造成土壤磷积累和水体富营养化。论文根据对北京市136家餐饮机构,2 704桌消费者餐饮食物浪费调查数据,研究了北京市餐饮食物浪费的磷足迹及其环境排放。研究表明：北京市餐饮食物浪费量为39.97×10⁴ t/a ,其含磷量为1.21×10³ t/a;北京餐饮食物浪费的磷足迹为40.56 g P/kg,这意味着每浪费1 kg的食物,将向环境排放40.56 g 磷。因此,合理地进行餐饮消费,减少餐饮食物浪费,对于保证食物安全和环境保护都具有重要的作用。     

县域城乡聚落规模体系的演化特征及驱动机理——以江苏省张家港市为例

从城乡聚落规模的大小、结构、分布三个基本属性出发,以经济发达的江苏省张家港市为案例地,以土地利用数据和遥感影像为数据源,揭示了1995-2015年间县域城乡聚落规模体系的演化特征及驱动机理。结果表明：（1）县域城乡聚落数量显著减少、用地规模显著增加。（2）城—镇—村规模结构从“凸字型”经“金字塔型”向“橄榄型”方向演化;不同阶段、不同规模等级的城乡聚落的成长速率不同;城乡聚落的齐夫指数偏大但增长放缓,规模结构总体上符合位序—规模法则。（3）城乡聚落规模分布的不均衡程度不断增强,但极化发展速率逐渐减小;空间集群分布特征显著,聚类中心分布趋于均衡化;城乡聚落用地的时空变化存在显著的地域差异,以城镇用地变化为主。（4）驱动机理是由地理环境、区域经济、交通网络、制度与管理四个主要因素共同作用构成的“四轮”驱动过程。     

基于“情境—结构—行为—结果”分析的上海市低效工业用地减量化治理

探索低效工业用地减量化治理对优化土地资源利用格局、促进产业升级和城市高质量发展具有重要意义。在分析低效工业用地治理复杂系统特征的基础上,建构“情境—结构—行为—结果”分析框架,以超大城市上海市为例,采用扎根分析方法,揭示减量化过程和运行机理。结果显示：（1）低效工业用地减量化具有规划限制性、公共利益性和乡村嵌入性特征,由外部环境、用地效益、主体角色和减量化治理共同构成“外缘—内核”式的复杂适应系统。（2）建设用地“天花板”刚性约束下的宏观资源—环境—发展压力与微观用地效益是减量化的外部情境;内源性主体治理能力不足与外源性主体基于公共利益主动介入共同构成基于价值共享的治理结构;刚性政策、激励政策和支持政策形成了“三元互补”系统推动了集体行动;结果则呈现出城市高质量发展与资源再配置的协调,而平衡生态保护与经济发展、解决减量化短期压力将成为持续开展减量化的重点与难点。研究结果可为长三角其他城市开展低效工业用地治理提供经验和案例的借鉴。     

大别山革命老区旅游地“乡土—生态”系统韧性演化规律及影响机制

探讨旅游地“乡土—生态”系统演化,为理解人地关系地域系统结构与功能演变提供了新思路。通过构建“乡土—生态”系统韧性评价体系,解析2005—2019年大别山革命老区旅游地“乡土—生态”系统韧性的演化阶段、过程、路径及机制。结果显示：（1）研究区旅游地“乡土—生态”系统经历了利用、保存、释放、重组适应性循环过程,分别对应旅游地迅速发展期（2005—2009年）、发展成熟期（2010—2012年）、发展过渡期（2013—2016年）和再发展初期（2017—2019年）。（2）在适应性循环过程中研究区县域的数量结构经历了以“较低水平韧性为主→高水平韧性为主”的转变,县域“乡土—生态”系统韧性水平呈波动上升趋势。（3）2005—2019年研究区旅游地“乡土—生态”系统韧性演化的驱动因子由经济层面转向社会文化层面。在内外源因素的作用下,旅游地“乡土—生态”系统韧性通过乡土资源禀赋（向心凝聚力）、经济发展基础（核心推动力）、社会保障功能（重要支撑力）和自然环境本底（基础约束力）的四维驱动,以人的行为为媒介在相互作用和掣肘中演进,当韧性指数超过阈值时其内核组织将打破原有边界、自我调适实现“路径突破”,进入下一阶段适应性循环,以此促进旅游地的可持续发展。     

多区域投入产出分析下中国水足迹地区间比较——基于“总量-相关指标-结构”分析框架

在“总量-相关指标-结构”分析框架下,采用中国大陆30省区（除西藏）42经济部门多区域投入产出及伪基尼系数差异成因分解方法,估算、比较各省区水足迹并分析差异成因,衡量省区降低水足迹（即水足迹总量）的紧迫性并识别调整重点,对具体调整提出建议,为构建中国特色水安全保障体系提供依据。研究表明：1）30省区水足迹均方差系数为51.79%,其中新疆、黑龙江水足迹最高,天津、北京对应最低。2）结合相关指标地区间比较,30省区中宁夏、黑龙江、上海降低水足迹紧迫性最强;天津、山西等提高居民生活直接用水效率紧迫性最强。3）根据部门结构地区间比较,列出各省区降低水足迹中须重点关注的部门,可以看到各省区均须重点调整农林牧渔业、食品制造及烟草加工业用水。4）来源结构地区间比较中,青海、宁夏和新疆的水足迹主要靠当地来供给,其余各地区水足迹均主要源于国内其他地区;可得到各省区上述降低水足迹中应重点关注部门的水足迹主要来源地,如黑龙江、天津、海南等地农林牧渔业水足迹主要源自当地。因此,各地区应结合上述紧迫性、重点关注部门及主要来源分析结果,加强节水工作的针对性。     

国家中心城市共享住宿的时空分布及影响因素——基于DBSCAN算法的分析

共享住宿的兴起是城市旅游服务业供给侧结构性改革的重要推动力,科学认识其时空格局及驱动因素对城市旅游发展意义重大。通过Airbnb网站获取我国九个国家中心城市的共享住宿房源信息,运用标准差椭圆,DBSCAN聚类算法等空间分析方法分析房源的时空演变格局,并借助地理探测器探讨房源空间分布格局的影响因素。结果表明：（1）2015—2017年,国家中心城市共享住宿的空间格局变化较快,整体处于快速发展期,2017—2019年,空间格局趋于稳定,整体处于稳步增长期;（2）国家中心城市共享住宿的发展具有时空依赖性,聚类中心随时间均不断增加,多数城市的共享住宿逐步向城市四周扩展,东中西三个区域之间聚类中心的时空差异明显;（3）从发展方向和高级别聚类中心数量来看,国家中心城市共享住宿的发展方向存在四周型和“单—多”方向主导型以及“0-1”“X-1”“1-X”三种演变模式;（4）商业、交通、人口等指标因素对国家中心城市共享住宿的空间格局产生较大影响,各区域之间及各城市之间影响因素的作用强度和显著性存在明显差异,其中餐饮、休闲娱乐、购物、住宅小区等成为驱动共享住宿空间格局形成的主要影响因素。     

近50 a塔里木河流域“四源”农业用水与干流生态系统结构变化关系研究

塔里木河源流区农业用水量直接影响下放至干流的水量,从而间接影响干流区生态系统结构的稳定性。为此,研究基于农业水足迹反映农业用水变化情况,进而分析塔里木河流域“四源”农业用水与干流生态系统结构变化的关系,为后续维护干流生态系统结构稳定性决策提供科学参考依据。结果表明：1960年代—1990年塔里木河“四源”农用地总量变化不大,阿克苏河流域新开垦量与叶尔羌河流域减少量相当,农业水足迹同时呈缓慢小幅增长,干流生态系统结构变化以自然绿洲生态系统缩小和荒漠生态系统扩张为主;以2000年为分界点,2000年之前“四源”农用地和农业水足迹显著增加,导致干流生态系统中自然水域生态系统、自然绿洲生态系统和荒漠生态系统皆有不同程度的萎缩,“四源”农业用水消耗是干流生态系统恶化的直接原因;2000年之后在生态治理工程的影响下,虽然“四源”农用地和总农业水足迹在持续增加,但是节水工程年均节约近27.22×10⁸ m³,保证了下游生态系统的需水量,使其得到一定恢复。     

北京城市物质代谢的能值分析与生态效率评估

城市如同生命体一样,需要持续不断的代谢过程完成其正常运转.城市可持续发展研究的关键是城市物质代谢流量及其代谢效率研究,但物质代谢流量仅能反映代谢速率,而其生态效率则反映了支持社会经济发展的物质代谢能力.采用能值分析方法,引入"生态效率"概念,构建了城市物质代谢生态效率的度量模型,从代谢流量及其效率2个方面核算了北京市资源环境及经济发展的代谢状况.结果表明:1990～2004年,北京市可利用总能值非常丰富,经济发展程度较高;来自本土可更新自然资源相对匮乏,大部分来源于不可更新资源和系统购买的资源与服务;城市废弃物资源化水平有待提高,环境压力较大;生态效率指数呈现出增加的趋势,2004年生态效率指数比1990年提高了3.6倍,表明城市自组织能力、发展潜力以及再生循环能力不断提高.说明提高城市物质代谢生态效率的根本途径是经济效率、资源效率和环境效率的协同发展,以及逐步构建废物资源化的循环链条.     

物质流分析视角下北京市物质代谢研究

作为"重大国家战略"的"京津冀一体化"日益引起社会各界的高度重视,推动其进程的加快,首先要解决的就是该区域的资源环境问题,而北京作为该经济圈的核心,其资源环境问题的解决更是起着关键性的作用.在提高城市环境质量、改善人们生存环境方面,北京市仍任重而道远.运用物质流分析方法(EW-MFA)可以深入探讨社会经济发展与资源消耗及环境污染之间的关系,从而为社会经济发展过程中资源环境问题的解决提供科学依据.因此,本文采用欧盟物质流核算框架(EW-MFA)建立了北京市"吞吐"状态的物质代谢模型.结果表明:1992—2014年北京市的物质输入与输出总体呈上升趋势,矿物和化石燃料是北京市物质输入的主要组成部分;受社会经济发展水平的影响,北京市的物质投入强度表现出先上升后下降的趋势;研究期间内物质代谢效率不断提高.针对北京市的资源环境问题,应转变传统发展理念,不能一味地追求物质财富的增加而忽略生态环境的影响,且不断推动技术的革新和产业结构的调整应成为实现社会经济可持续发展的有效路径.     

基于能值分析的城市物质代谢研究

采用能值分析方法,构建了基于城市物质代谢通量指标、代谢存量指标和代谢效率指标的城市物质代谢指标体系,并以北京、天津、上海和重庆四个直辖市为例计算了2005年四城市物质代谢状况。分析结果表明:北京市代谢效率最低;上海市代谢通量和代谢存量最大,但是代谢效率不容乐观;重庆市代谢通量和代谢存量在四个城市中居于末位,但是代谢效率最高;天津市在四个城市中代谢呈中等水平。最后根据分析结果对城市今后的可持续发展提出了意见和建议。     

基于生态足迹的中国可持续食物消费模式

随着人们饮食需求的不断多样化,可持续食物消费已成为一个全球关注的重要议题。为了探寻可持续的食物消费模式,重点分析了中国食物消费结构演变趋势及特征,运用生态足迹模型量化中国食物消费结构的环境压力动态变化;基于可持续食物消费的内涵,结合中国均衡膳食和环境的可持续性指标,构建食物生态承载级别衡量标准,并据此建立了符合中国食物消费习惯、满足营养摄入需求、环境压力小的可持续食物消费模式。结果显示：中国食物消费生态环境压力不断增大,1978-2013年中国食物消费人均生态足迹增长了154.49%,2008年出现生态赤字,2013年赤字值为0.0705 ghm²;食物生态承载级别持续恶化,2008年生态承载级别由“较高”下降到“中等”;可持续食物消费模式的构建使得人均生态足迹下降了12.92%,表明转变食物消费模式是解决食物消费生态环境压力这一矛盾问题的最有效途径。     

城市食物生态足迹的测算模型及实证分析

随着全球人口不断向城市集中及饮食需求多样化,城市食品安全正在成为一个全球关注的重要议题。为探寻城市与食物之间的关系,论文应用食物生态足迹的概念提出其测算方法,并以北京为研究区域进行实证分析,从供需平衡的角度,测算了供养北京城市所需要的食物生态足迹变化。研究发现,尽管人均食物生态足迹仍然相对稳定在0.127 hm²左右,但北京食物生态足迹总体增长迅速,已从1993年的1.18×10⁴ km²增加到2010年的2.94×10⁴ km²,达到北京市国土面积的1.79倍,并且有继续增加的趋势。随着北京内部耕地面积的不断减少,食物承载力不断降低,北京也会不断将其食物赤字转移到外埠区域,来维持食物生态足迹的供需平衡。因此,北京若要增强自身的食物供给能力,减少食物生态足迹,就需要采取不同于目前的发展策略,加大都市农业的开发力度。     

中国消费端食物浪费规模及其资源环境效应测算

食物浪费及其产生的资源环境问题与全球粮食安全密切相关,减少食物浪费逐渐被认为是保障粮食安全的Plan B。消费端是造成食物浪费的重要环节,消费者作为消费端食物浪费的主体,其在消费阶段产生的食物浪费是食物损耗与浪费的主要来源。本文采用直接称重法,在全国典型地区（北京、上海、四川、山东、河南和西藏）获取居民食物浪费的一手数据,首次在全国尺度上测算了消费端食物浪费总规模及其资源环境效应。结果显示：（1）2018年全国居民消费端食物浪费共3432万t,人均食物浪费量67.33 g/d,其中粮食浪费量占比最高（35.44%）,其次是蔬菜（34.83%）和肉类（15.38%）。（2）2018年全国居民消费端食物浪费所占用的生态足迹达6254万hm²,人均生态足迹为448 m²,按中国人均生态足迹1.5 hm²计算,相当于4169万人的生态位被挤占;水产类（39.28%）和肉类（34.22%）的生态足迹占比最大,分别为2456.23万hm²和2140.25万hm²。研究结果有助于推进我国消费端食物浪费的减量化,对于缓解食物浪费的环境影响和资源消耗压力、改善全球粮食安全等方面具有重要的参考价值和借鉴意义。     

城镇居民食物消费的生态足迹及生态文明程度评价

城镇居民食品账户生态足迹核算一直面临着消费项目不完善与消费-土地利用矩阵信息匮乏的问题。研究通过改进自下而上生态足迹模型,较好地解决了上述问题;并构建了食物消费的生态文明度概念与分类层次体系,在生态影响“数量”评估的基础上开展了“质量”评估。论文对2005—2012年中国及各省城镇居民食物消费的生态影响及生态文明度进行了实证研究,结果表明：1）城镇居民部门食物账户的生态影响变动主要驱动力为在外就餐;2）全国及大陆省份中除山西、江西和青海外的28个省份城镇居民食物消费的生态文明度发生了不同程度的下降。中国如果忽略城镇市场倒逼机制对生态文明的巨大作用,规模扩大与食谱增富的城镇化可能将整个中国带入生态环境脆弱性增强的境地。     

Mass balance-based regression modeling of Cd and Zn accumulation in urban soils of Beijing

Accumulation of heavy metals in urban soil can pose adverse impacts on public health and terrestrial ecosystems. We developed a mass balance-based regression model to simulate the heavy metal accumulation in urban soils as a function of time and to explore connections between metal concentration and urbanization processes. Concentrations of Cd and Zn in 68 residential soil samples in the urban area of Beijing were used. The background concentrations, the loss rates and the input fluxes of Cd and Zn in urban soils of Beijing during the last three decades were estimated using a regression of the time series of accumulations of the metals. Based on the regression estimates, we simulated the general trends of Cd and Zn accumulation in the soils from 1978 to 2078. The concentrations of Cd and Zn in urban soil generally increased with the population growth, vehicle use and coal consumption. The mean concentrations of Cd and Zn in urban soil of Beijing would increase by 3 fold over the next 70 years for the current development scenario. The mass balance-based regression approach, which is able to reconstruct the history data of urban soil pollution, provides fundamental information for urban planning and environmental management.     

一种分析城市代谢系统互动关系的方法

提出一种集成了能值分析和生态网络分析,研究城市代谢系统组分间互动关系的方法.基于城市复合生态系统和城市代谢的基本原理,在确定城市系统代谢单元和代谢环节的基础上,采用提出的方法,分析了城市代谢单元之间掠夺、限制和共生的关系.最后,以中国北京、上海、天津、重庆、广州和深圳6大城市为例进行了实证研究.结果表明,天津、重庆、广州市社会经济子系统对自然生态子系统存在着掠夺关系;北京、上海和深圳市自然生态子系统对社会经济子系统存在着限制关系;实现城市代谢系统良性运行的前提在于调控代谢单元间的互动关系,促进城市代谢单元间的协调共生.